BR112017025944B1

BR112017025944B1 - Forno de injeção sônica

Info

Publication number: BR112017025944B1
Application number: BR112017025944-3A
Authority: BR
Inventors: Frédéric HAYAU; Laurent GARNIER
Original assignee: Verallia France; Saint-Gobain Glass France
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2016-05-30
Publication date: 2022-05-10
Also published as: AR104864A1; WO2016193608A1; PE20180721A1; TR201907474T4; PL3303232T3; AU2016272345B2; UA122497C2; EP3303232B1; US20180170786A1; CN107949545A; EA201792620A1; FR3037059A1; ES2728574T3; CL2017003062A1; AU2016272345A1; JP6741692B2; DK3303232T3; CO2017011934A2; US10683225B2; JP2018516226A

Abstract

FORNO DE INJEÇÃO SÔNICA. A invenção se refere a um forno de loop com baixa NOx para a fusão de vidro munido de um queimador aéreo que compreende um conduto de admissão de comburente que compreende 15 a 30 % de oxigênio em sua parede a montante, um conduto de recepção das fumaças de combustão em sua parede a montante, e um sistema de injeção sônica que compreende pelo menos um injetor de um jato de um gás com velocidade pelo menos igual a 80 % da velocidade sônica, dito injetor sônico, que desemboca na parede a montante ou que desemboca no conduto de recepção das fumaças de combustão, o dito injetor sônico injetando seu gás em contracorrente ao fluxo das fumaças de combustão que se dirige para o conduto de recepção das fumaças de combustão, assim como a um processo de preparação de vidro fundido que compreende a fusão de vidro no dito forno.

Description

[0001] A invenção se refere ao domínio dos fornos de queimadores de fundo (do inglês, “end-fired furnace”) com baixo NOx para a fusão do vidro.

[0002] O profissional designa geralmente por “NOx” as emissões de óxido de nitrogênio do tipo NO e/ou NO2 que provêm da oxidação não desejada de nitrogênio. Uma fonte importante de nitrogênio é aquele contido no comburente tal como o ar ou o ar enriquecido em oxigênio.

[0003] A maior parte dos processos de combustão, notadamente aqueles utilizados nos fornos de fabricação do vidro, é confrontada a problemas de emissão não desejada de NOx nas fumaças de combustão. As NOx têm uma influência nefasta ao mesmo tempo sobre o ser humano e sobre o ambiente. De fato, por um lado o NO2 é um gás irritante na origem de doenças respiratórias. Por outro lado, em contato com a atmosfera, eles podem formar progressivamente chuvas ácidas. Finalmente, eles geram uma poluição fotoquímica visto que em combinação com os compostos orgânicos voláteis e a radiação solar, as NOx estão na origem da formação do ozônio dito troposférico do qual o aumento de concentração em baixa altitude se torna nocivo para o ser humano, sobretudo em período de grande calor. É por essa razão que as normas sobre a emissão de NOx se tornam cada vez mais exigentes. Devido à existência dessas normas, os fabricantes e os exploradores de forno tais como aqueles dos fornos de vidro se preocupam de maneira constante em limitar ao máximo as emissões de NOx, de preferência a uma taxa inferior a 800 mg/Nm3 normalizada a 8 % de oxigênio em fumaça seca. No âmbito do presente pedido, as taxas de NOx são sempre expressas em MG/Nm3 normalizada a 8 % de oxigênio em fumaça seca, unidade habitualmente utilizada pelo profissional. O profissional considera geralmente que uma taxa de NOx inferior a 600 mg/Nm3 já é uma boa taxa e que uma taxa de NOx inferior a 600 mg/Nm3 é muito boa. É útil saber obter taxas de NOx ainda mais baixas.

[0004] Os fornos de fusão do vidro são projetados para funcionar durante várias dezenas de anos e a construção dos mesmos é onerosa. É por essa razão que o design dos mesmos evolui lentamente. De fato, a realização de ensaios em fornos industriais se tornou quase impossível tanto a assunção de risco é elevada se são modificados parâmetros de funcionamento como dimensões do dispositivo. Notadamente, as admissões de ar que desembocam nas paredes do forno são condutos feitos de cerâmica refratária dos quais não é possível facilmente modificar as dimensões sem ter que parar o forno para reconstruir uma boa parte do mesmo. É por essa razão que não se pode modificar facilmente o design do forno para modificar os escoamentos dentro da câmara de combustão e em especial o impulso do ar sem modificar sua vazão.

[0005] O impulso I de um jato gasoso fornecido por um injetor é dado pela fórmula: I = Qm.V + S.ΔP

[0006] Na qual: - Qm representa a vazão mássica do jato gasoso; - V representa a velocidade do gás na saída do injetor; - S representa a área da seção do injetor em sua saída; - ΔP representa a diferença de pressão entre a saída do injetor e a pressão dentro do recinto.

[0007] O termo “sônico” que qualifica um jato gasoso especifica que o dito jato tem a velocidade do som na temperatura do gás injetado (temperatura na saída do injetor).

[0008] O EP2508827A1 ensina a injeção de um gás oxidante em uma parede lateral de um forno de queimador posterior a fim de terminar a combustão do carburante, de acordo com o princípio da combustão escalonada. Essa injeção é realizada de viés ao mesmo tempo na direção da parede a montante e na direção da parede oposta e portanto de preferência no mesmo sentido que o fluxo das fumaças de combustão. A recirculação dos gases é assim bastante intensificada, o que suporia reduzir a concentração em NOx, sem por essa razão que exemplos precisos de realização sejam dados. Esse documento ensina que é difícil descer abaixo de 1100 mg/Nm3 de NOx e propõe uma solução para descer a taxa de NOx abaixo desse valor. Os inventores da presente invenção puderam determinar que a recirculação horizontal no laboratório do forno é efetivamente aumentada. No entanto, a recirculação vertical é também diminuída. A chama não é muito espalhada vista de cima paralelamente à superfície do vidro. O desenvolvimento da chama é nesse caso confinado e restrito dentro de uma zona próxima da parede lateral oposta àquela que contém o injetor de gás. Essa aproximação da chama no estado concentrado perto da parede lateral provoca um aumento da temperatura da parede lateral, o que é muito desfavorável para sua resistência com o passar do tempo. Além disso, a diluição da chama é parcial e de fato pouco eficaz. De fato, essas grandes recirculações interagem pouco com a chama, o que é de pouca eficácia em termos de redução de NOx. Os inventores da presente invenção puderam determinar que essa solução era pouco eficaz para descer a taxa de NOx de um forno que já está a menos de 700 mg/Nm3 sem nenhuma injeção adicional de gás

[0009] De acordo com a invenção, agora foi descoberto um meio simples de influir sobre a combustão da chama agindo para isso sobre os escoamentos gasosos dentro da camada de combustão e sem ter que se livrar a grandes desmontagens de refratário que forma as paredes de um forno e notadamente as admissões de ar. De fato simplesmente foi disposto um injetor de gás comprimido em regime sônico ou supersônico ou quase sônico (o que significa pelo menos 80 % da velocidade sônica), dito “injetor sônico” na proximidade do conduto de recepção das fumaças ou no conduto de recepção das fumaças e em contracorrente ao fluxo das fumaças. Foi percebida então a grande vantagem trazida por esse injetor sônico para reduzir a taxa de NOx. No âmbito do presente pedido, um injetor sônico fornece seu gás a uma velocidade de pelo menos 80 % e de preferência de pelo menos 95 % da velocidade sônica. Geralmente, essa velocidade não ultrapassa 300 % da velocidade sônica. A forma da extremidade do injetor sônico permite ultrapassar ou não a velocidade sônica. Para ultrapassar a mesma, é conveniente utilizar um injetor de forma convergente e depois divergente. Os injetores habitualmente utilizados no domínio do vidro apresentam uma extremidade convergente. Essa configuração permite atingir a velocidade sônica sem poder ultrapassá-la.

[0010] A invenção se refere a um forno de queimador posterior para a fusão de vidro munido de um queimador aéreo que compreende um conduto de admissão de comburente que compreende 15 a 30 % de oxigênio em sua parede a montante, um conduto de recepção das fumaças de combustão em sua parede a montante, e um sistema de injeção sônica que compreende pelo menos um injetor de um jato de um gás com velocidade pelo menos igual a 80 % da velocidade sônica, dito injetor sônico, que desemboca na parede a montante ou que desemboca no conduto de recepção das fumaças de combustão, o dito injetor sônico injetando seu gás em contracorrente ao fluxo das fumaças de combustão que se dirige para o conduto de recepção das fumaças de combustão.

[0011] A invenção permite a obtenção de taxas de NOx nas fumaças excelentes visto que podem ser inferiores a 600 e mesmo inferiores a 570 mg/Nm3 e mesmo inferiores a 500 mg/Nm3, e mesmo inferiores a 450 mg/Nm3. A injeção do gás sônico em contracorrente às fumaças de combustão favorece a recirculação vertical dos gases de combustão acima da chama. De fato, a simulação digital dos escoamentos de gás no volume de laboratório mostrou que a injeção de gás sônico de acordo com a invenção inibia a recirculação horizontal para favorecer a recirculação vertical acima da chama. Isso é favorável para o espalhamento da chama sobre a superfície do vidro e portanto para a transferência de calor para o vidro e também para o aumento da superfície de troca entre a chama e os gases de combustão. Em consequência disso, a diluição da chama nos gases de combustão é aumentada e a concentração em NOx é diminuída.

[0012] O sistema de injeção sônica pode compreender um único injetor sônico (injetor de um jato de gás com velocidade pelo menos igual a 80 % da velocidade sônica) ou uma pluralidade de injetores sônicos, quer dizer 2 ou 3 ou 4 ou 5 ou 6 e mesmo mais, injetores sônicos.

[0013] O comburente é geralmente ar. O conduto de admissão de comburente traz o essencial do comburente, quer dizer pelo menos 95 % da vazão do comburente total que entra na câmara de combustão, o resto sendo ar induzido. Esse conduto de admissão de comburente é formado por uma abertura em uma parede feita de material refratário.

[0014] Parece que o jato de gás comprimido enviado pelo injetor sônico na fumaça de combustão contribui para modificar substancialmente o trajeto e a recirculação dos fluxos gasosos dentro do forno. A chama assim produzida dentro do forno é mais diluída, o calor que ela traz é assim distribuído em um maior comprimento e os tempos de permanência das fumaças dentro da câmara de combustão são globalmente aumentados. Isso é favorável a dois títulos: a) menos NOx são formados em razão da menor temperatura de chama, b) os refratários do forno são menos solicitados em temperatura e veem devido a isso sua duração de vida aumentada.

[0015] O injetor sônico desemboca na parede que compreende o conduto de recepção das fumaças de combustão ou desemboca no conduto de recepção das fumaças de combustão e injeta o gás sônico em contracorrente ao fluxo das fumaças de combustão que se dirige (dentro da câmara de combustão) para a parede a montante. Os termos “a montante” e “a jusante” se referem ao sentido de escoamento do vidro que flui de a montante para a jusante. Dentro de um forno de queimador posterior, a chama parte de um queimador (quer dizer o conjunto formado pelo conduto de admissão de comburente e o ou os injetores de combustível) da parede a montante para ir para a jusante, e depois vira para voltar na direção do conduto de recepção das fumaças de combustão situado também na parede a montante e ao lado do conduto de admissão de comburente. De acordo com a invenção, o injetor sônico injeta seu gás na direção de a montante para a jusante, mas em contracorrente às fumaças de combustão, quer dizer encontrando assim o fluxo das fumaças quando esse último se dirige para o conduto de recepção das fumaças na parede a montante, e em sentido inverso àquele do fluxo de fumaças. Para fazer isso, de preferência, todo injetor sônico do sistema de injeção sônica desemboca no conduto de recepção das fumaças ou na parede a montante em um ponto mais próximo do conduto de recepção das fumaças do que do conduto de admissão de comburente. De preferência, todo injetor sônico do sistema de injeção sônica desemboca a menos de 1 m e mesmo e a menos de 0,5 m da borda do conduto de recepção das fumaças. Isso vale para o caso em que o injetor sônico desemboca no conduto de recepção das fumaças ou na parede a montante. A borda do conduto de recepção das fumaças é o contorno formado pelo conduto de recepção das fumaças na parede que compreende o dito conduto, quer dizer a parede a montante, no lado da câmara de combustão. Mesmo se, se for o caso, o injetor sônico desemboca no interior do conduto de recepção das fumaças, ele é suficientemente potente para perturbar o escoamento do fluxo de fumaças ainda dentro do forno e que se dirige para o conduto de recepção das fumaças. É por essa razão que, quando é dito que o gás sônico injeta seu gás em contracorrente ao fluxo das fumaças de combustão que se dirige para a parede a montante, trata-se do fluxo das fumaças ainda dentro do forno e que vai entrar no conduto de recepção das fumaças.

[0016] O vetor que representa a velocidade do gás na saída de um injetor sônico tem uma componente não nula paralela ao fluxo das fumaças que entram no conduto de recepção das fumaças e em sentido inverso à direção desse fluxo. É possível considerar que o fluxo das fumaças que entra no conduto de recepção das fumaças tem uma direção substancialmente perpendicular à parede a montante do forno que compreende o conduto de recepção das fumaças. De preferência, a componente de impulso do sistema de injeção sônica perpendicularmente à parede que compreende o conduto de recepção das fumaças de combustão é superior a 5 Newtons e de preferência superior a 10 Newtons. De acordo com essa última característica, são levados em consideração todos os injetores sônicos do sistema de injeção sônica e é determinada a componente global do sistema perpendicularmente à parede a montante. Essa componente é a resultante de todas as componentes de impulso ejetadas por todos os injetores sônicos perpendicularmente à parede que compreende o conduto de recepção das fumaças de combustão. Essa componente é superior a 5 Newtons e de preferência superior a 10 Newtons.

[0017] O gás comprimido injetado pelo injetor sônico pode ser de qualquer natureza e pode notadamente ser gás natural ou oxigênio mas é preferencialmente ar.

[0018] Os fornos de queimador posterior (end-fired furnace em inglês) são bem conhecidos pelo profissional da fusão do vidro. A parede a montante de um forno de queimador posterior compreende duas aberturas que funcionam alternativamente como conduto de admissão de comburente e como conduto de recepção das fumaças. Para o funcionamento de um forno de queimador posterior, é possível notadamente se referir ao WO2008/078049 e notadamente suas figuras 1 e 2. Assim, para fazer funcionar a presente invenção, cada uma dessas duas aberturas é munida de um sistema de injeção sônica mas só se faz funcionar aquele associado à abertura que funciona como conduto de recepção das fumaças. Quando o funcionamento do forno é invertido, inverte-se também o funcionamento desses dois sistemas de injeção sônica. É parado portanto aquele associado à abertura que se tornou conduto de admissão de comburente e é colocado em serviço aquele associado à abertura que se tornou conduto de recepção das fumaças.

[0019] O conduto de admissão de comburente desemboca na câmara de combustão do forno por uma abertura na parede a montante do forno feita de material refratário. A abóbada desse conduto desce geralmente no sentido de circulação do comburente para formar um ângulo com a horizontal compreendido entre 14 e 30°. Assim o comburente é dirigido para o fluxo de combustível visto que esse último é geralmente injetado por injetores situados sob o conduto de admissão de comburente. Esses injetores de combustível podem ser orientados para que seus jatos sejam ligeiramente dirigidos para o alto na direção do fluxo de comburente. A direção de emissão do combustível pode geralmente formar um ângulo com a horizontal compreendido entre 0 e 15°, notadamente entre 3 e 15° para o alto. O conduto de admissão de comburente e seu ou seus injetores de combustível constituem um queimador. Geralmente, vários injetores de combustível são utilizados e são posicionados sob o veio de ar. Esses injetores de combustível são distribuídos sob o veio de ar, um ao lado do outro visto de cima, de modo a espalhar a chama vista de cima paralelamente à superfície do vidro. Um regenerador é geralmente colocado atrás de cada uma das duas aberturas da parede a montante do forno. O comburente atravessa um regenerador e é reaquecido por ele antes de chegar ao conduto de admissão de comburente. Quando se procede à “inversão” do forno, o conduto de admissão de comburente se torna conduto de recepção das fumaças e o regenerador associado ao dito conduto é então reaquecido pelas fumaças. Os regeneradores são cheios com elementos refratários (tijolos cruciformes, etc.) que formam uma rede percorrida pelas fumaças ou pelo comburente de acordo com a fase de funcionamento. Quando o regenerador é atravessado pela fumaça, o calor da fumaça é transmitido aos elementos refratários do regenerador. Quando o regenerador é atravessado pelo comburente, o calor dos elementos refratários do regenerador aquece o comburente. O comburente dentro do conduto de admissão de comburente está substancialmente na pressão atmosférica e geralmente a uma pressão ligeiramente superior à pressão atmosférica, ou seja uma pressão compreendida entre a pressão atmosférica e a pressão atmosférica + 100 Pa, em pressão absoluta.

[0020] Assim, no forno de queimador posterior de acordo com a invenção, a seção do conduto de admissão de comburente na parede a montante é geralmente compreendida no domínio que vai de 0,5 a 3 m2. O conduto de recepção das fumaças é geralmente idêntico àquele de admissão de comburente visto que cada um desses condutos desempenha alternativamente o papel de fornecer comburente e de recepcionar as fumaças. Assim, a seção do conduto de recepção das fumaças na parede a montante é geralmente compreendida no domínio que vai de 0,5 a 3 m2.

[0021] Um ou vários injetores sônicos, notadamente, dois ou três ou quatro ou cinco ou seis injetores sônicos e mesmo mais, podem equipar um conduto de recepção das fumaças formando assim um sistema de injeção sônica de acordo com a invenção. Um injeto sônico pode ser constituído por um tubo feito de metal refratário, notadamente feito de aço inoxidável, inserido em um orifício realizado na matéria refratária do conduto de recepção das fumaças ou que circunda o conduto de recepção das fumaças.

[0022] Um injetor sônico pode desembocar dentro do forno acima ou embaixo ou nos lados do conduto de recepção de fumaças ou no próprio conduto de recepção de fumaças. De preferência, o eixo do injetor sônico é dirigido para o fluxo de fumaças que se dirige para a parede a montante e em contracorrente a esse último.

[0023] A seção de ejeção do sistema de injeção sônica tem de preferência uma seção total compreendida no domínio que via de 0,2 a 4 cm2. Para o caso em que um só injetor sônico é utilizado, trata-se da seção na extremidade do injetor sônico. Para o caso em que o sistema de injeção sônica compreende vários injetores sônicos, trata- se da soma das seções de ejeção do gás por todos os injetores sônicos.

[0024] O sistema sônico fornece gás à razão de 0,2 a 5 % e de preferência de 0,2 a 2 % do volume Normal de comburente introduzido pelo conduto de admissão de comburente. É tomada portanto aqui a soma dos volumes de gás fornecidos por todos os injetores do sistema de injeção sônica.

[0025] A invenção também se refere a um processo de preparação de vidro fundido que compreende a fusão de vidro dentro do forno de queimador posterior de acordo com a invenção. Notadamente a quantidade de comburente introduzida no forno está de preferência em excesso em relação à quantidade de combustível introduzida no forno. Notadamente, a quantidade de comburente introduzida no forno que não seja via o sistema de injeção sônica está de preferência em excesso em relação à quantidade de combustível introduzida no forno que não seja via o sistema de injeção sônica.

[0026] As figuras não estão na escala.

[0027] A figura 1 representa um forno de queimador posterior de acordo com a invenção visto de lado em corte.

[0028] A figura 2 mostra diferentes sistemas de injeção sônica que podem ser associados a um conduto de recepção das fumaças em um forno de acordo com a invenção.

[0029] A figura 3 representa em vista de lado e em corte um conduto de recepção das fumaças munido de um injetor sônico que desemboca na mesma parede a montante do forno de acordo com a invenção.

[0030] A figura 4 é uma representação dos escoamentos gasosos dentro de um forno de queimador posterior de acordo com diferentes configurações.

[0031] A figura 1 representa um forno de queimador posterior 1 visto de lado em corte, o vidro em fusão 2 escoando da esquerda para a direita. O corte é realizado através do conduto 3 de recepção das fumaças, fumaças essas que são dirigidas para o regenerador 4 que contém elementos refratários 5 que as fumaças vão aquecer. Depois de inversão de fase, essa abertura servirá como conduto de admissão de comburente de queimador para uma chama, o dito comburente sendo então reaquecido pelos elementos refratários 5. Tal como representado, o conduto está em fase de recepção das fumaças. Um injetor de gás comprimido 6 desemboca na parede a montante 7 que é também a parede na qual o conduto de recepção das fumaças desemboca. O jato 8 de gás comprimido é dirigido para o fluxo de fumaças (materializado pelas linhas pontilhadas 9) que se dirige para o conduto de recepção das fumaças, ao mesmo tempo em que está em contracorrente a ele.

[0032] A figura 2 mostra diferentes sistemas de injeção sônica que podem ser associados a um conduto de recepção das fumaças 20. Essas diferentes configurações são ilustradas pelos exemplos. O sistema de injeção sônica pode compreender 3 injetores 21 e se encontrar justo acima do conduto de recepção das fumaças 20 (Fig. 2a) ou a uma certa distância acima das fumaças (Fig. 2b). Os injetores do sistema de injeção sônica podem se encontrar sob o conduto de recepção das fumaças (Fig. 2d). Na figura 2e, um só injetor 26 é utilizado e se encontra sob o conduto de recepção das fumaças 20. O injetor está aqui um pouco à esquerda, no lado do eixo longitudinal do forno. Na figura 2c), foram combinados no sistema de injeção sônica injetores sônicos acima e embaixo do conduto de recepção das fumaças. Foi anotada como “d” o que é entendido pela distância entre o injetor e a borda do conduto. Considerando o pequeno diâmetro do injetor sônico, a distância d é tomada a partir de seu eixo.

[0033] A figura 3 representa um conduto 30 de recepção das fumaças visto de lado munido de um injetor sônico (31) que desemboca na mesma parede a montante 33 do forno. O injetor sônico está na distância d da borda do conduto. O injetor sônico fornece seu gás com um impulso representado pelo vetor 32, vetor esse que pode ser decomposto em uma componente 434 perpendicular à parede a montante 33 e uma outra componente 35 paralela à parede.

[0034] A parede 4 é uma representação dos escoamentos gasosos dentro de um forno de queimador posterior de referência sem injeção suplementar de gás por uma parede (configuração a), dentro de um forno de queimador posterior com injeção sônica de acordo com a invenção (configuração b), dentro de um forno de queimador posterior com injeção sônica na parede lateral (configuração c).

Exemplos 1 a 10

[0035] Os ensaios foram realizados com um forno de queimador posterior que compreende dois queimadores que funcionam em inversão, com potência de 13,3 megawatts e do qual o comburente era o ar. Cada conduto de admissão de ar tinha uma área de 1,55 m2 (2200 mm de largura e 800 mm de altura). O forno era alimentado com matéria vitrificável do tipo sodo-cálcica da qual 95 % em peso de fragmentos de vidro. Ele funcionava com uma produção de 330 toneladas por dia. O forno tinha uma superfície de 94 m2. A temperatura do vidro na saída do forno era de cerca de 1300°C. A abóbada estava a uma temperatura de cerca de 1600°C.

[0036] Um ou vários injetores sônicos de ar comprimido estavam colocados na proximidade do conduto de recepção das fumaças de combustão para formar sistemas de injeção sônica. Esses injetores apresentavam uma extremidade convergente. O gás injetado estava a 25°C. A tabela 1 dá as diferentes condições de operação assim como os resultados em termos de taxas de NOx nas fumaças. Foram testadas quatro posições possíveis de injetor sônico: - justo acima da recepção de fumaças: o injetor está exatamente na borda do conduto de recepção das fumaças com um ângulo de 20° para baixo em relação à horizontal; - um pouco acima do conduto de recepção das fumaças: o injetor esta 400 mm acima da cota superior do conduto de recepção das fumaças com um ângulo de 20° para baixo em relação à horizontal; - sob o conduto de recepção das fumaças: o injetor está a 250 mm sob o conduto de recepção das fumaças com um ângulo de 5° para cima em relação à horizontal.

[0037] Todos os injetores sônicos de ar comprimido acima do conduto de recepção das fumaças tinham um diâmetro interno de 5 mm. Os injetores sônicos de ar comprimido embaixo do conduto de recepção das fumaças tinham um diâmetro interno de 6 mm.

[0038] Na tabela 1, foram indicados: - a pressão relativa: essa é a pressão do reservatório que alimenta o injetor cônico; - a vazão: essa é a vazão total de ar comprimido (coma das vazões de todos os injetores sônicos); - a velocidade de injeção: essa é a velocidade do ar na saída do injetor sônico de ar comprimido; - o impulso sônico: esse é a soma dos impulsos dos injetores sônicos (no caso do exemplo 2, nenhuma injeção é sônica mas assim mesmo foi mostrado o impulso do gás a 50 % da velocidade sônica na coluna “impulso sônico” por preocupação de simplificação); - NOx: essa é a concentração em mg/Nm3 normalizada a 8 % de oxigênio em fumaça seca; - a variação: essa é a variação de NOx em relação a uma referência (sem injeção sônica de ar comprimido).

[0039] Os resultados de “variação” dos exemplos 2 a 7 são dados em relação ao exemplo 1. Os resultados de “variação” dos exemplos 9 a 10 são dados em relação ao exemplo 8.

Exemplos 11 e 12

[0040] Os ensaios foram realizados com um forno de queimador posterior que compreende dois queimadores que funcionam em inversão, com potência de 11 megawatts e do qual o comburente era o ar. Cada conduto de admissão de ar de queimador tinha uma área de 2 m2 (2300 mm de largura e 960 mm de altura). O forno era alimentado com matéria vitrificável do tipo sodo-cálcica da qual 60 % em peso de fragmentos de vidro. Ele funcionava com uma produção de 250 toneladas por dia. O forno tinha uma superfície de 85 m2. A temperatura do vidro na saída do forno era de cerca de 1300°C. A abóbada estava a uma temperatura de cerca de 1600°C. O sistema de injeção sônica só compreendia um único injetor sônico de ar comprimido com uma extremidade convergente. Esse último estava colocado 300 mm sob o conduto de recepção das fumaças e a 650 mm do canto inferior do conduto de recepção das fumaças que era o mais próximo do eixo longitudinal do forno. O injetor sônico injetava seu gás com um ângulo de 5° para cima em relação à horizontal e apresentava um diâmetro interno de 8 mm de diâmetro. O gás injetado estava a 25°C.

[0041] A tabela 1 dá as diferentes condições de operação assim como os resultados em termos de taxas de NOx nas fumaças.

Exemplos 13 a 15

[0042] Foram realizadas simulações digitais do escoamento das fumaças de combustão dentro de um forno de queimador posterior em funcionamento, nas configurações seguintes: a) Referência: nenhuma injeção suplementar de gás (ver a figura 4 a); b) Injeção suplementar de 181 Nm3/h de gás sônico na parede a montante de acordo com a presente invenção; c) Injeção suplementar de 150 Nm3/h de gás sônico na parede lateral (ver a figura 4b, a injeção suplementar sendo simbolizada por uma flecha em negrito); o injetor formava um ângulo de 60° com a parede lateral no lado da parede a montante e estava a uma distância da parede a montante igual a 23 % do comprimento total da parede lateral; esse exemplo é dado a título comparativo e não é de acordo com a invenção. d) Injeção suplementar de 150 Nm3/h de gás sônico na parede a montante (ver a figura 4c, a injeção suplementar sendo simbolizada por uma flecha em negrito) de acordo com a presente invenção.

[0043] O forno de queimador posterior compreende dois queimadores que funcionam em inversão, com potência de 11 megawatts e do qual o comburente é o ar. Cada conduto de admissão de ar de queimador (ou de recepção das fumaças, de acordo com a fase de inversão) tem uma área de 1,55 m2 (2200 mm de largura e 800 mm de altura). O forno tem uma superfície de 94 m2. A temperatura do vidro na saída do forno era de cerca de 1300°C. O gás sônico injetado estava a 25°C.

[0044] A figura 4 mostra o efeito dessas injeções sobre os escoamentos gasosos no volume de laboratório do forno. Para visualizar esses escoamentos, foram projetados os vetores velocidade em um plano vertical que passa pelo meio do conduto de admissão de ar. Essa representação permite visualizar a recirculação vertical dos gases São constatadas grandes diferenças de acordo com as configurações. É visto que a injeção sônica de acordo com a invenção leva à recirculação mais ampla no volume de laboratório. Além disso os resultados sobre as NOx expressos relativamente a uma referência sem injeção sônica demonstram a superioridade da injeção de acordo com a invenção, como o mostra a tabela 2. A coluna “variação” dá a concentração em NOx em relação à configuração de referência sem injeção de gás suplementar (figura 4a). A injeção de acordo com a invenção leva a uma redução respectivamente de 15 e 20 % das NOx. A injeção de gás sônico na parede lateral não produz redução substancial de NOx.

Claims

1. Forno de queimador posterior (1) para a fusão de vidro munido de um queimador aéreo caracterizado pelo fato de que compreende um conduto de admissão de comburente que compreende 15 a 30% de oxigênio em sua parede a montante (33), um conduto (3, 20, 30) de recepção das fumaças de combustão em sua parede a montante (33), e um sistema de injeção sônica que compreende pelo menos um injetor (6, 31) de um jato de um gás com velocidade pelo menos igual a 80% da velocidade sônica, dito injetor sônico, que desemboca na parede a montante (33) ou que desemboca no conduto (3, 20, 30) de recepção das fumaças de combustão, o dito injetor sônico injetando seu gás (8) em contracorrente ao fluxo (9) das fumaças de combustão que se dirigem para o conduto (3, 20, 30) de recepção das fumaças de combustão.

2. Forno de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o injetor sônico (6, 31) injeta seu gás a pelo menos 95% da velocidade sônica.

3. Forno de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a seção do conduto de admissão de comburente na parede a montante (33) é compreendida na faixa que vai de 0,5 a 3 m2 e em que a seção do conduto de recepção das fumaças (3, 20, 30) na parede a montante (33) é compreendida na faixa que vai de 0,5 a 3 m2.

4. Forno de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a seção de ejeção do sistema de injeção sônica é compreendida na faixa que vai de 0,2 a 4 cm2.

5. Forno de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a componente (34) de impulso do sistema de injeção sônica perpendicularmente à parede (33) que compreende o conduto (3, 20, 30) de recepção das fumaças de combustão é superior a 5 Newtons e de preferência superior a 10 Newtons.

6. Forno de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que todo injetor sônico (21, 22, 23, 24, 25, 26) do sistema de injeção sônica desemboca no conduto (3, 20, 30) de recepção das fumaças ou na parede a montante em um ponto mais próximo do conduto (3, 20, 30) de recepção das fumaças do que do conduto de admissão de comburente.

7. Forno de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que todo injetor sônico (21, 22, 23, 24, 25, 26) do sistema de injeção sônica desemboca a menos de 1 m da borda do conduto (20) de recepção das fumaças.

8. Forno de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que todo injetor sônico (21,22, 23, 24, 25, 26) desemboca a menos de 0,5 m da borda do conduto (3, 20, 30) de recepção das fumaças.

9. Forno de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o gás é o ar.

10. Forno de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o sistema de injeção sônica compreende uma pluralidade de injetores sônicos (21, 22, 23, 24, 25).

11. Processo de preparação de vidro fundido caracterizado pelo fato de que compreende a fusão de vidro em um forno de queimador posterior (1) para a fusão de vidro munido de um queimador aéreo compreendendo um conduto de admissão de comburente que compreende 15 a 30% de oxigênio em sua parede a montante (33), um conduto (3, 20, 30) de recepção das fumaças de combustão em sua parede a montante (33), e um sistema de injeção sônica compreendendo pelo menos um injetor (6, 31) para injeção de um jato de um gás, dito injetor sônico, que desemboca na parede a montante (33) ou que desemboca no conduto (3, 20, 30) para recepção das fumaças de combustão, o dito injetor sônico injetando seu gás (8) a uma velocidade pelo menos igual a 80% da velocidade sônica e em contracorrente ao fluxo (9) das fumaças de combustão que se dirigem em direção ao conduto (3, 20, 30) para recepção das fumaças de combustão.

12. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o injetor sônico (6, 31) injeta seu gás a pelo menos 95% da velocidade sônica.

13. Processo de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que a seção do conduto de admissão de comburente na parede a montante (33) é compreendida na faixa que vai de 0,5 a 3 m2 e em que a seção do conduto de recepção das fumaças (3, 20, 30) na parede a montante (33) está compreendida na faixa que vai de 0,5 a 3 m2.

14. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de que a seção de ejeção do sistema de injeção sônica está compreendida na faixa que vai de 0,2 a 4 cm2.

15. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14, caracterizado pelo fato de que a componente (34) de impulso do sistema de injeção sônica perpendicularmente à parede (33) que compreende o conduto (3, 20, 30) de recepção das fumaças de combustão é superior a 5 Newtons e de preferência superior a 10 Newtons.

16. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 15, caracterizado pelo fato de que todo injetor sônico (21, 22, 23, 24, 25, 26) do sistema de injeção sônica desemboca no conduto (3, 20, 30) de recepção das fumaças ou na parede a montante em um ponto mais próximo do conduto (3, 20, 30) de recepção das fumaças do que do conduto de admissão de comburente.

17. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 16, caracterizado pelo fato de que todo injetor sônico (21, 22, 23, 24, 25, 26) do sistema de injeção sônica desemboca a menos de 1 m da borda do conduto (20) de recepção das fumaças.

18. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 17, caracterizado pelo fato de que todo injetor sônico (21,22, 23, 24, 25, 26) desemboca a menos de 0,5 m da borda do conduto (3, 20, 30) de recepção das fumaças.

19. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 18, caracterizado pelo fato de que o gás é o ar.

20. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 19, caracterizado pelo fato de que o sistema de injeção sônica compreende uma pluralidade de injetores sônicos (21, 22, 23, 24, 25).

21. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 20, caracterizado pelo fato de que o sistema sônico fornece gás à razão de 0,2 a 5% e de preferência de 0,2 a 2% do volume Normal de comburente introduzido pelo conduto de admissão de comburente.

22. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 21, caracterizado pelo fato de que a quantidade de comburente introduzida no forno está em excesso em relação à quantidade de combustível introduzida no forno.

23. Processo de acordo qualquer uma das reivindicações 11 a 222, caracterizado pelo fato de que a quantidade de comburente introduzida no forno que não seja via o sistema de injeção sônica está em excesso em relação à quantidade de combustível introduzida no forno que não seja via o sistema de injeção sônica.