BR112020001036A2

BR112020001036A2 - método de fusão de matérias-primas por um forno de fusão de ignição pela extremidade, e, forno de fusão de ignição pela extremidade.

Info

Publication number: BR112020001036A2
Application number: BR112020001036-7A
Authority: BR
Inventors: Neil Fricker; Richard Stanley Pont; Isabelle ALLIAT; Thierry LAPLACE; Thierry Bellin-Croyat
Original assignee: Engie
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2020-07-21
Also published as: EP3431446A1; CN111132941B; US20200148572A1; AR112911A1; WO2019016388A1; US11161764B2; PT3431446T; SI3431446T1; LT3431446T; PL3431446T3; HUE048953T2; RU2020107382A; CN111132941A; EP3431446B1; DK3431446T3; ES2792044T3; RU2020107382A3; MX2020000821A

Abstract

A invenção propõe um forno de fusão de ignição pela extremidade e um método de fusão de matérias-primas por um forno de fusão de ignição pela extremidade (10) que tem um tanque de fusão (7), uma câmara de fusão (8), primeira e segunda portas (21, 22), pelo menos um queimador (11, 12), e pelo menos um injetor de combustível auxiliar disposto no forno de fusão de ignição pela extremidade na dita cobertura ou nas ditas primeira e segunda paredes laterais, respectivamente, de modo que o pelo menos um injetor de combustível auxiliar introduza uma fração X2 de combustível auxiliar, na direção dos ditos produtos de combustão recirculantes (104), sem oxidante adicional, nos ditos produtos de combustão recirculantes na direção do fluxo de produtos de combustão recirculantes, e com uma velocidade escolhida de tal modo que X2 se misture com os produtos de combustão recirculantes antes de ser queimada pelo oxidante que entra no forno.

Description

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RELATÓRIO DESCRITIVO Pedido de Patente de Invenção para “MÉTODO DE FUSÃO DE MATÉRIAS-PRIMAS POR UM FORNO DE FUSÃO DE IGNIÇÃO PELA EXTREMIDADE, E, FORNO DE FUSÃO DE IGNIÇÃO PELA EXTREMIDADE” Fundamentos da invenção Campo da Invenção

[001] A presente invenção refere-se a um método de combustão aplicado a um método de fusão de matérias-primas, por exemplo, vidro, em um forno de ignição pela extremidade e, mais especificamente, refere-se a um método para a redução da formação de óxidos de nitrogênio (NOx) nas chamas usadas durante a fusão das matérias-primas.

[002] A invenção refere-se ainda a um forno de fusão de ignição pela extremidade que implementa um tal método para a redução da emissão de NOx.

Descrição da Técnica Relacionada

[003] Vários tipos de fornos de fusão para a produção de tipos diferentes de vidro ou outros materiais são conhecidos, incluindo fornos de ignição pela extremidade. Nesses fornos, a chama, que é algumas vezes chamada de “chama de ferradura”, e o fluxo de produtos de combustão definem uma forma de U.

[004] Deve ser notado que os fornos de ignição pela extremidade são algumas vezes referidos pelo versado na técnica como “fornos de porta pela extremidade” ou “fornos de chama em U”. Doravante, os termos “ignição pela extremidade”, “porta pela extremidade” e “chama em U” podem ser usados de maneira equivalente para descrever um e o mesmo tipo de forno.

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[005] Os seguintes termos podem ser usados na presente descrição. As seguintes definições são fornecidas apenas a título de exemplo: - forno de fusão, por exemplo, forno de fusão de vidro: consiste em um banho de material fundido coberto por uma câmara de combustão na qual o combustível é queimado para gerar o calor para fundir as matérias-primas.

- forno de fusão regenerativa, por exemplo, forno de fusão de vidro regenerativa: um forno que é equipado com câmaras recheadas conectadas a portas de exaustão e portas de entrada e que inverte a direção de queima em intervalos regulares, de modo que os gases de exaustão aquecem a embalagem e o oxidante (por exemplo, ar de combustão) é aquecido pela embalagem alternadamente.

- forno de fusão recuperativo, por exemplo, forno de fusão de vidro recuperativo: um forno que dispara continuamente em uma direção onde o oxidante é aquecido por um trocador de calor recuperador separado.

- forno de ignição pela extremidade: um forno de fusão onde o oxidante e os portas de exaustão estão localizados na mesma parede de extremidade.

- parede traseira de um forno de ignição pela extremidade: a parede na qual o oxidante é introduzido por portas de entrada e onde os portas de exaustão estão localizados.

- parede frontal: a parede que se opõe à parede traseira, usualmente o material fundido no banho é descarregado abaixo da parede frontal.

- porta: o canal usado para introduzir oxidante na câmara de fusão (denominada “porta de entrada”) ou para remover produtos de combustão da câmara de fusão (assim chamada “porta de exaustão”). Em um forno de ignição pela extremidade reversível, um par de portas localizados na parede traseira funcionam alternadamente como porta de entrada e porta de exaustão.

3 / 32 - queimador: o dispositivo associado à porta ou com portas que geralmente injeta o combustível para a fusão das matérias-primas. Pode haver mais de um queimador associado a uma dada porta. Os queimadores podem estar localizados nas seguintes posições: sob porta-queimadores abaixo da porta, lado dos queimadores de porta localizados no lado da porta, através dos portas-queimadores localizados no interior da porta.

- injetor de combustível auxiliar: um dispositivo para injetar combustível auxiliar na câmara de fusão.

- produtos de combustão: os gases resultantes da combustão do combustível com oxidante, tipicamente tendo uma proporção de oxigênio de geralmente menos do que 5% e, mais tipicamente, menos do que 2,5%.

- produtos de combustão recirculantes: o fluxo de produtos de combustão que retorna em direção à porta de entrada de combustão no espaço entre a cobertura e a chama. Em um forno de ignição pela extremidade, o fluxo está em um plano horizontal.

- biocombustível: um combustível derivado de biomassa renovável. Biocombustíveis podem ser gasosos, líquidos ou sólidos.

- oxidante: o fluido usado para combustão do combustível, usualmente ar.

[006] Os fornos de ignição pela extremidade são tipicamente operados com trocadores de calor regenerativos utilizando alternadamente duas portas localizadas ao longo de cada outro em uma parede (a parede traseira) do forno. Durante os primeiros períodos de tempo (tipicamente entre 10 e 30 minutos), o combustível e um oxidante tal como ar são alimentados a apenas uma primeira das duas portas, enquanto que os produtos de combustão são descarregados através da porta de exaustão. Durante um segundo período de tempo alternativo (também tipicamente entre 10 e 30 minutos), o combustível e um oxidante tal como ar são alimentados ao outro das duas portas, enquanto os produtos de combustão são descarregados através da

4 / 32 porta de exaustão associado ao primeiro queimador. As portas atuam alternadamente como portas de entrada ou portas de exaustão.

[007] Cada porta tem associada a ela um ou mais queimadores. Os queimadores alimentam o combustível em ou próximo (usualmente sob) a porta servindo como uma entrada para o oxidante. Os queimadores em ou próximo da porta de exaustão estão inativos. O fornecimento de combustível para os dois conjuntos de queimadores alterna em sincronização com o fluxo de oxidante.

[008] Um regenerador é conectado a montante da abertura de abastecimento de uma porta de entrada no caminho de abastecimento do oxidante. O regenerador do lado de exaustão é aquecido pelos gases de exaustão de saída. Depois que a direção de queima do forno é invertida, o regenerador quente aquece o oxidante de entrada. Este processo de recuperação de calor no oxidante de entrada aumenta a eficiência térmica do forno de fusão e garante a obtenção das altas temperaturas necessárias para fundir as matérias-primas (cerca de 1500°C, 2700°F).

[009] Quando o oxidante é ar, como é usualmente o caso em fornos industriais de fundição de vidro, óxidos de nitrogênio (NOx), um poluente de ar regulado, usualmente surgem durante a combustão do combustível e da mistura de oxidante. O nitrogênio no ar combina com o oxigênio no ar nas altas temperaturas encontradas em chamas do forno de fundição de vidro para formar “NOx térmico”. No caso de fornos de fusão de vidro regenerativos, as concentrações de NOx nos gases de exaustão estão tipicamente na faixa de 750 a 2500 mg/Nm3 a 8% de O2, a condição padrão para comparar as emissões de NOx.

[0010] É importante tentar reduzir a fração de óxido de nitrogênio no gás de exaustão para satisfazer o limite de 500 mg/Nm3 a 8% de O2 definido por regulamentos correntes ou iminentes de emissões em muitas partes do

5 / 32 mundo. Isto requer que as emissões de NOx encontradas em NOx sejam reduzidas entre 30% e 80%.

[0011] A opção comumente empregada para reduzir as emissões de NOx dos fornos de fusão de vidro (ou outros tipos de fornos) é pós- tratamento do gás de exaustão. Entretanto, tais dispositivos de purificação de gás de exaustão são caros e constituem equipamento adicional que requer espaço adicional e alto custo de operação e manutenção. Tipicamente, uma usina de redução catalítica seletiva (SCR) para atingir até 90% de redução de NOx em um forno de fundição de vidro de grande extremidade tem um custo capital de um milhão de Euros e custos operacionais anual de cerca de

100.000. Ele requer a substituição de cerca de 1/3 do catalisador a cada ano. Ele também requer o uso de amônia (NH3 ou ureia) como agente redutor, um fluido que é um poluente regulado. Uma alternativa de capital mais baixa é A redução não catalítica seletiva (SNCR) realizada no interior do regenerador de exaustão. SNCR usa amônia ou ureia para reagir com NOx e decompor o NOx. Deve ser realizada a uma temperatura muito específica entre 870°C e 1090°C. Acima desta temperatura, a amônia reage para produzir mais NOx, enquanto abaixo da mesma a amônia deixa o regenerador não reagido para adicionar as emissões a partir da instalação. Em um forno de fusão de vidro regenerativo reversível, as condições corretas para o SNCR efetivo existem somente para uma pequena porção do ciclo regenerativo em qualquer local dado no regenerador. Isto torna o SNCR bastante ineficaz.

[0012] Tsai (EP 0882488 e US 5893940) introduz combustível e oxidantes adicionais nos gases de exaustão em uma tentativa de estabilizar sua temperatura que entra no trocador de calor regenerativo e assim estender a porção do ciclo do forno para o qual SNCR é eficaz. O método funciona, embora seja muito difícil de controlar a temperatura dentro da faixa requerida. Assim, a efetividade da abordagem de Tsai é limitada e, além

6 / 32 disso, aumenta o custo da amônia, aumentando o consumo de combustível e as emissões de CO2 do forno por vários pontos percentuais.

[0013] Uma abordagem mais bem sucedida para a limpeza do gás de exaustão depois de deixar a câmara de fusão tem sido a adição de excesso de combustível tanto para a exaustão quanto no interior da câmara de fusão, de modo que haja um oxidante insuficiente disponível para a combustão completa. Nesta circunstância, monóxido de carbono (CO) e hidrogênio (OH) é formado na exaustão (redução da atmosfera), e estes reduzem NOx para nitrogênio (N2) e dióxido de carbono (CO2) e água (H2O) na porta de exaustão e dentro dos regeneradores. Ar deve ser introduzido na extremidade a jusante do regenerador (algumas vezes chamado de “ar aquecido”) para queimar o excesso de CO (outro poluente regulado) e tentar recuperar parte do calor perdido no combustível adicional.

[0014] Este método, chamado de “requeima de tecnologia de combustível”, foi originalmente proposto por Quirk (EP 0599548 - o assim chamado processo 3R) que utilizava os queimadores sem ignição em ou próximo das portas de exaustão para introduzir o excesso de combustível. Entretanto, embora tenha o potencial de se conseguir a redução de 80% necessária de NOx a um custo de capital muito baixo, isto está no preço de um aumento entre 5% e 15% em consumo de combustível e emissões de CO2. A abordagem de 3R também impõe tensão química e térmica nos regeneradores levando a uma redução na vida do regenerador. Por estas razões, esta abordagem foi abandonada pela indústria de vidro.

[0015] Em uma tentativa de melhorar esta “tecnologia de queima de combustível”, Ichiraku (JP 08208240) propôs um método de redução de NOx utilizando pós-queima no regenerador. Neste método, o combustível em excesso é injetado no forno através de injetores na coroa ou na porta de exaustão ou, no caso de um forno de ignição pela extremidade, próximo à parede frontal. NOx formado pelos queimadores convencionais entra nos

7 / 32 regeneradores em uma atmosfera altamente redutora que resulta na decomposição do NOx em nitrogênio e dióxido de carbono. Um certo tempo é necessário para esta reação de “pós-queima” que é normalmente uma parte completa através do regenerador. Neste ponto, ar pode ser injetado para queimar o excesso de combustível a uma temperatura relativamente baixa. Parte do calor gerado é recuperado pelo regenerador e algumas folhas nos gases de temperatura mais elevada do regenerador. A técnica é similar ao processo Quirk 3R, exceto pelo fato de que em 3R o gás em excesso é injetado no gargalo da porta de exaustão. Ela sofre de inconvenientes similares e não foi observada uma aplicação difundida.

[0016] Em resumo, embora todas as abordagens de limpeza de gás de descarga discutidas acima sejam capazes de atingir as reduções de NOx requeridas de até 80%, elas só conseguem isto no preço de alto custo de capital, ou altos custos de funcionamento, ou em alguns casos. Além disso, as abordagens Quirk e Ichiraku levam a um aumento grande (cerca de 10%) em emissões de CO2.

[0017] Uma abordagem alternativa é reduzir ou evitar a formação de NOx na câmara de fusão. A sintonização do queimador, incluindo a redução do excesso de oxidante (removendo o oxigênio disponível para a reação de formação de NOx) e o alongamento da chama (redução da temperatura de chama de pico e, portanto, a taxa de formação de NOx) é possível, mas tipicamente produzirá não mais do que 10% a 20% de redução antes de altos níveis de CO aparecer na exaustão. Esta ou uma perda associada de saída do forno impede sua utilização adicional.

[0018] Moreau (US 6047565) propõe criar uma “manta” de gás inerte entre o oxidante que entra através da porta de entrada e o combustível que entra através do queimador, retardando assim a combustão do combustível principal que produz temperaturas mais baixas na chama principal e assim reduzindo a formação de NOx. O método se aplica somente a disposições de

8 / 32 acionamento de porta inferior, onde o combustível é introduzido através de um ou mais queimadores situados abaixo das portas de oxidante e a corrente de oxidante que flui através das mesmas. Moreau propõe vários métodos de produção dessa “manta”. Usualmente, a “manta” é formada em ou abaixo da porta de entrada de combustão, introduzindo-se em baixa velocidade uma quantidade pequena (tipicamente 5% e sempre menor do que 30%) do combustível entre o jato de combustível principal e o oxidante. O método pode produzir chamas excessivamente longas que não completem combustão no forno e podem resultar em condições de redução indesejáveis na superfície do vidro. A US 6047565 propõe métodos para superar estes efeitos indesejáveis por injeção de jatos de oxigênio ou ar de alta pressão entre os jatos de combustível principal e a superfície do vidro fundido. Este é bem um arranjo complexo para gerenciar. O oxidante total fornecido através da porta de oxidante e das lanças de oxigênio suplementares é mantido próximo ou abaixo da quantidade necessária para a combustão completa. Esta operação rica em combustível também contribui para a redução do NOx, mas o inventor não dá indicação da eficácia do método na redução de NOx.

[0019] Nakamura (JP 05180410) reduz a formação de NOx pela injeção de parte do combustível através de dois injetores localizados na mesma parede que a porta de entrada de ar de combustão em um local adjacente à porta e dirigidos na mesma direção que o ar e a chama. O combustível dos dois injetores é misturado com gases residuais recirculados que são baixos em oxigênio e, portanto, queima lentamente a uma temperatura mais baixa resultando em menor formação de NOx. Em termos práticos, é difícil ajustar os injetores neste local. Devido à proximidade da corrente de oxidante de entrada, há uma distância insuficiente disponível para o combustível injetor misturar com os produtos de combustão antes de

9 / 32 encontrar e misturar com o ar de combustão, reduzindo assim a eficácia do método de injeção de Nakamura.

[0020] O documento de Demarest (US 4599100) apresenta um método para a operação de um forno de fusão de combustão cruzada que utiliza o aquecimento de ar em excesso. Neste documento, é introduzido combustível adicional através de um queimador adicional para consumir o excesso de ar. A injeção de combustível adicional neste documento é tal que a redução do excesso de ar está no topo da chama, de modo que a área entre a chama e o vidro permaneça oxidante e a exaustão do forno ainda contém algum excesso de ar. Como a quantidade total de ar em excesso é tipicamente 20%, a quantidade de combustível adicional deve ser pequena. A fim de se conseguir redução significativa de NOx, o excesso total de ar deve ser reduzido para muito próximo à estequiometria, que é improvável utilizando a técnica descrita. As demarcações não especificam a quantidade de redução de NOx obtenível utilizando este método.

[0021] Ward (WO 2008/074961 A2) descreve um método de combustão para fundir vidro no qual dois combustíveis da mesma natureza ou de diferentes naturezas são alimentados em uma câmara de fusão através de um queimador e um injetor auxiliar em dois locais afastados entre si para distribuir o combustível de queimador e o combustível auxiliar na câmara de fusão a fim de reduzir as emissões de NOx, o oxidante sendo fornecido somente na localização do queimador. O método tira vantagem da corrente de produtos de combustão recirculantes que ocupam uma fração substancial do espaço acima do oxidante de entrada e suas chamas do queimador. O projeto das portas e dos queimadores é tal que estas chamas situam-se próximas à superfície do vidro fundido, com o restante do forno cheio com gases de exaustão recirculantes, para o qual injeta parte do combustível. De acordo com Ward, uma porção (de 10% a 100%) do combustível abastecido através dos queimadores é removido e introduzido nos produtos de

10 / 32 combustão recirculantes de tal maneira e em tal local de modo a se misturar completamente com e parcialmente queimar nos produtos de combustão pobre em oxigênio antes que eles encontrem e queimam completamente no oxidante de entrada acima da porta de entrada, um processo rotulado por injeção auxiliar.

[0022] Também deve-se notar que os ensinamentos de Ward são genéricos e não adaptados às especificidades de fornos de fusão de corrente final.

[0023] Além disso, o uso dos produtos de combustão recirculantes de Ward pode ser melhorado.

Objetivo da invenção

[0024] A presente invenção propõe e reivindica novas configurações de injeção auxiliares para impedir a criação de NOx e, além disso, melhorar o processo de combustão de Ward (WO 2008/074961 A2) em modos que são específicos para configurações de forno de ignição pela extremidade projetadas para fundir vários materiais.

Sumário da invenção

[0025] O problema técnico a ser resolvido é o de prover um processo de combustão para um forno de fusão de ignição pela extremidade que reutiliza os problemas acima mencionados ou desvantagens e, em particular, diminui a criação de NOx, enquanto se mantém a saída e a qualidade do material fundido a partir do forno de fusão a quente.

[0026] Em particular, a invenção visa a redução da fração de óxido de nitrogênio do gás de exaustão a baixo custo e sem a introdução de equipamentos adicionais incómodos, mantendo ou aperfeiçoando o processo de fusão.

[0027] A invenção é definida nas reivindicações anexas.

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[0028] A invenção provê um método de fusão de matérias-primas por um forno de fusão de ignição pela extremidade que tem: - um tanque de fusão para receber matérias-primas a serem fundidas e para acomodar um banho de materiais fundidos; - uma câmara de fusão localizada acima do referido tanque de fusão e compreendendo uma primeira parede lateral, uma segunda parede lateral, uma parede traseira localizada em uma área a montante do dito tanque de fusão, uma parede frontal localizada em uma área a jusante do referido tanque de fusão, e uma cobertura; - primeira e segunda portas sendo providas na dita parede traseira no primeiro e segundo locais espaçados horizontalmente; - pelo menos um queimador, associado a um dos referidos portas, para injetar uma primeira fração X1 de combustível na dita câmara de fusão, em que os produtos de combustão recirculantes fluem em uma volta substancialmente horizontal acima de uma chama; o método compreendendo: introduzir uma segunda fração X2 de combustível auxiliar, com X2 + X1 sendo igual a 1, utilizando pelo menos um injetor de combustível auxiliar, sendo que o pelo menos um injetor de combustível auxiliar está disposto no forno de fusão de ignição pela extremidade na dita cobertura ou nas ditas primeira e segunda paredes laterais, respectivamente, de modo que o pelo menos um injetor auxiliar de combustível introduz a segunda fração X2 de combustível auxiliar, na direção do fluxo dos ditos produtos de combustão recirculantes, sem oxidante adicional, para os ditos produtos de combustão recirculantes, o injetor de combustível auxiliar sendo localizado em um ponto onde a segunda fração X2 de

12 / 32 combustível auxiliar se misturará com os produtos de combustão recirculantes, antes de atingir o oxidante de entrada introduzido por uma porta, as velocidades dos jatos introduzindo a fração X1 do combustível e a fração X2 de combustível auxiliar sendo adaptada de modo que a soma de seus momentos de jato correspondente esteja compreendida entre -30% ou +30% de um valor correspondente ao momento de jato do combustível quando X2 é igual a zero (e X1 é igual a 1), e a energia provida pela quantidade da soma da primeira fração de combustível X1 e a segunda fração de combustível X2 sendo adaptada para produzir uma dada energia requerida para fundir os ditos materiais sem sobre abastecer o forno.

[0029] Sobre o aquecimento, refere-se a uma introdução de combustível que é em excesso da quantidade de combustível que pode ser queimada pelo oxidante disponível. O aquecimento pode ocorrer em soluções da técnica anterior em que o combustível é adicionado à câmara de fusão, tal como em Ichiraku.

[0030] Assim, a segunda fração de combustível auxiliar X2 é introduzida nos produtos de combustão recirculantes de uma maneira que aumenta o fluxo de produtos de combustão recirculantes, garantindo uma diluição eficaz do combustível auxiliar para reduzir a formação de NOx.

[0031] Isto resulta da posição e direção do jato de combustível auxiliar que introduz a fração X2 de combustível auxiliar, e a partir da velocidade da injeção auxiliar. Deve-se notar que esta característica não é apresentada no documento de Ward, que é silenciado em como o combustível auxiliar é introduzido. Como questão de fato, no documento de Ward, a quantidade de combustível introduzida por um queimador pode ser reduzida de modo a introduzir uma outra quantidade de combustível através de um injetor de

13 / 32 combustível auxiliar. Entretanto, a redução da quantidade de combustível introduzida por um queimador reduz o fluxo de massa (por exemplo, expresso em Kg/s) dos produtos de combustão recirculantes. Os inventores da presente invenção descobriram que, mudando a direção e a velocidade da injeção do combustível auxiliar, e a velocidade da injeção dos queimadores, é possível manter o fluxo de massa dos produtos de combustão recirculantes e, assim, obter um melhor efeito de redução de NOx.

[0032] A pessoa versada na técnica sabe como determinar a energia requerida para a fusão dos materiais eficientemente para um dado forno e aplicação. A soma dos momentos dos dois fluidos pode ser deduzida a partir desta energia (em mais ou menos 30%). Além disso, as frações X1 e X2 podem ser escolhidas de modo a obter um nível desejado de redução de NOx.

[0033] Ao contrário das soluções conhecidas da técnica anterior que requerem modificações dos níveis de oxigênio em excesso (para estequiométricos) que deixam a câmara de fusão, a invenção pode operar dentro dos níveis estequiométricos existentes (correspondendo a X2 sendo igual a zero) para um forno e uma aplicação específica de fusão (com X2 sendo igual a zero).

[0034] Deve ser observado que a expressão “X2 + X1 sendo igual a 1” é equivalente à expressão: a quantidade (por exemplo, a massa) de combustível por unidade de tempo (ou a energia correspondente por unidade de tempo) introduzida na câmara de fusão será dividida, ou substancialmente dividida, entre o combustível introduzido através do(s) queimador(es) e o combustível auxiliar.

[0035] Também, o valor correspondente ao momento de jato do combustível quando X2 é igual a zero corresponde ao valor quando o combustível é injetado apenas utilizando o(s) queimador(es) para operar o forno e fundir os mesmos materiais. Assim, este valor corresponde ao

14 / 32 funcionamento normal do forno para esta aplicação em que o injetor de combustível auxiliar não é usado.

[0036] De acordo com uma forma de realização particular, o injetor de combustível auxiliar tem uma orientação que reforça o fluxo de massa dos produtos de combustão recirculantes.

[0037] De acordo com uma forma de realização particular, o pelo menos um injetor de combustível auxiliar é disposto de modo que a direção do jato de combustível auxiliar forma um primeiro ângulo agudo θ com um plano horizontal e um segundo ângulo agudo α com um plano vertical paralelo às paredes laterais.

[0038] De acordo com uma forma de realização particular, pelo menos uma porta é associada a uma pluralidade de queimadores individuais.

[0039] De acordo com uma forma de realização particular, o primeiro combustível e o segundo combustível auxiliar são combustíveis diferentes ou idênticos.

[0040] Nesta forma de realização particular, quando se usa combustíveis idênticos, uma fração de combustível é direcionada para os queimadores e o restante é roteado para o pelo menos um injetor de combustível auxiliar. Ao utilizar combustíveis diferentes, dois combustíveis são usados correspondendo a uma quantidade de energia que será dividida entre os queimadores e o pelo menos um injetor de combustível auxiliar.

[0041] De acordo com uma forma de realização particular, pelo menos um queimador e o dito pelo menos um injetor de combustível auxiliar, cada um, funcionam com um combustível selecionado do grupo consistindo em gás natural, GLP, óleo combustível, gás de forno de coque, gás de alto forno, gás de reforma, biocombustível e hidrogênio.

[0042] De acordo com uma forma de realização particular, o pelo menos um injetor de combustível auxiliar está localizado a jusante e dentro

15 / 32 de uma distância da parede traseira que é menor do que a metade do comprimento do forno.

[0043] De acordo com uma forma de realização particular, o método compreende ajustar ou alterar o momento de jato da fração introduzida X2 de combustível auxiliar de modo a reforçar o fluxo de massa de produtos de combustão recirculantes. Por exemplo, isto pode ser feito pelo uso de um jato pressurizado de combustível, ar ou gás inerte, ou vapor concêntrico com o jato de combustível auxiliar.

[0044] De acordo com uma forma de realização particular, o método compreende ajustar ou desligar alguns dos queimadores de modo a reforçar o fluxo de massa de produtos de combustão recirculantes.

[0045] De acordo com uma forma de realização particular, o método compreende operar alternadamente as ditas primeira e segunda portas como porta de entrada para introduzir oxidante e como porta de exaustão.

[0046] De acordo com uma forma de realização particular, a velocidade do jato introduzindo a segunda fração X2 de auxiliar está compreendida entre 100 m/s e 250 m/s.

[0047] A invenção provê adicionalmente um forno de fusão de ignição pela extremidade que compreende: - um tanque de fusão para receber matérias-primas a serem fundidas e para acomodar um banho de materiais fundidos; - uma câmara de fusão localizada acima do dito tanque de fusão e compreendendo uma primeira parede lateral, uma segunda parede lateral, uma parede traseira localizada em uma área a montante do dito tanque de fusão, uma parede frontal localizada em uma área a jusante do referido tanque de fusão, e uma cobertura;

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- primeira e segunda portas sendo providas na dita parede traseira no primeiro e segundo locais espaçados horizontalmente;

- pelo menos um queimador, associado a uma das referidas portas, para injetar uma primeira fração X1 de combustível na dita câmara de fusão,

em que os produtos de combustão recirculantes fluem em uma volta substancialmente horizontal acima da chama;

pelo menos um injetor de combustível auxiliar para introduzir uma segunda fração X2 de combustível auxiliar, com X2 + X1 sendo igual a 1, sendo que o pelo menos um injetor de combustível auxiliar está disposto no forno de fusão de ignição pela extremidade na dita cobertura ou nas ditas primeira e segunda paredes laterais, respectivamente, de modo que o pelo menos um injetor de combustível auxiliar introduz a segunda fração X2 de combustível auxiliar na direção do fluxo dos ditos produtos de combustão recirculantes,

- um módulo para controlar o pelo menos um injetor de combustível auxiliar, de modo que ele introduz a segunda fração X2 de combustível auxiliar,

sem oxidante adicional,

para os ditos produtos de combustão recirculantes, o injetor de combustível auxiliar sendo localizado em um ponto em que a segunda fração X2 de combustível auxiliar se misturará com os produtos de combustão recirculantes, antes de atingir o oxidante de entrada introduzido por uma porta,

as velocidades dos jatos introduzindo a fração X1 de combustível e a fração X2 de combustível auxiliar sendo adaptada de modo que a soma de seus momentos de jato correspondentes esteja compreendida entre -30% ou +30% de um valor correspondente ao momento de jato do combustível quando X2 é igual a zero, e

17 / 32 a energia provida pela quantidade da soma da primeira fração de combustível X1 e a segunda fração de combustível X2 sendo adaptada para produzir uma dada energia requerida para fundir os ditos materiais sem sobre abastecer o forno.

[0048] O forno de fusão de ignição pela extremidade definido acima pode ser capaz de realizar todas as formas de realização do método conforme definido acima.

[0049] De acordo com uma forma de realização particular, o pelo menos um injetor de combustível auxiliar tem uma orientação que reforça o fluxo de massa dos produtos de combustão recirculantes.

[0050] De acordo com uma forma de realização particular, o pelo menos um injetor de combustível auxiliar é disposto de modo que a direção do jato do combustível auxiliar forma um primeiro ângulo agudo θ com um plano horizontal e um segundo ângulo agudo α com um plano vertical paralelo às paredes laterais.

[0051] De acordo com uma forma de realização particular, pelo menos uma porta é associada a uma pluralidade de queimadores individuais.

[0052] De acordo com uma forma de realização particular, o primeiro combustível e o segundo combustível auxiliar são combustíveis diferentes ou idênticos.

[0053] De acordo com uma forma de realização particular, o dito pelo menos um queimador e o dito pelo menos um injetor de combustível auxiliar, cada um, funcionam com um combustível selecionado do grupo consistindo em gás natural, GLP, óleo combustível, gás de forno de coque, gás de alto forno, gás de reforma, biocombustível e hidrogênio.

[0054] De acordo com uma forma de realização particular, o pelo menos um injetor de combustível auxiliar está localizado a jusante e dentro

18 / 32 de uma distância da parede traseira que é menor do que a metade do comprimento do forno.

[0055] De acordo com uma forma de realização particular, o forno de fusão de ignição pela extremidade compreende um dispositivo para ajustar ou alterar o momento de jato da fração introduzida X2 de combustível auxiliar de modo a reforçar o fluxo de massa de produtos de combustão recirculantes.

[0056] De acordo com uma forma de realização particular, o forno de fusão de ignição pela extremidade compreende um dispositivo para ajustar ou desligar alguns dos queimadores de modo a reforçar o fluxo de massa de produtos de combustão recirculantes.

[0057] De acordo com uma forma de realização particular, as ditas primeira e segunda portas são configuradas para operar alternadamente como porta de entrada para introduzir oxidante e como porta de exaustão.

[0058] De acordo com uma forma de realização particular, a velocidade do jato introduzindo a segunda fração X2 de auxiliar está compreendida entre 100 m/s e 250 m/s.

[0059] Outras características e vantagens da invenção aparecem a partir da seguinte descrição de formas de realização particulares, dadas como exemplos e com referência aos desenhos em anexo.

Breve descrição dos desenhos

[0060] A figura 1 é uma vista esquemática em perspectiva de um forno de fusão de ignição pela extremidade de acordo com a invenção, uma porção do invólucro do forno sendo removida;

[0061] A figura 2 é uma vista seccional vertical longitudinal de um forno de fusão de ignição pela extremidade de acordo com uma forma de

19 / 32 realização da invenção na qual um injetor de combustível auxiliar está na cobertura;

[0062] A figura 3 é uma vista seccional horizontal longitudinal do forno de fusão de ignição pela extremidade da figura 1 visto de cima, de acordo com uma forma de realização da invenção, com uma primeira porta sendo operada como uma admissão de ar e uma segunda porta sendo operada como uma saída para produtos de combustão;

[0063] A figura 4 é uma vista em perspectiva de um exemplo de um forno de fusão de ignição pela extremidade equipado com primeiro e segundo queimadores principais, cada um compreendendo uma pluralidade de queimadores individuais de acordo com uma forma de realização variante da invenção; e

[0064] A figura 5 é um gráfico que mostra a redução de NOx em vários fornos de acordo com a fração de combustível auxiliar.

Descrição das formas de realização preferidas

[0065] A presente invenção será descrita em conjunto com formas de realização preferidas que são dadas por meio de exemplos. Nos exemplos a seguir, vidro é o material a ser fundido pelo forno. Entretanto, a invenção refere-se também à fusão de outros tipos de materiais. Também, nos exemplos a seguir, o forno de fusão de ignição pela extremidade é um forno de fusão reversível. No entanto, a invenção também se aplica a outros tipos de fornos de fusão de aquecimento final, e, notadamente, a fornos de fusão de ignição pela extremidade não inversores. As características das diferentes formas de realização podem ser combinadas, a menos que de outro modo estabelecido.

[0066] Um arranjo típico de uma forma de realização da invenção é ilustrado na Figura 1, que mostra esquematicamente um forno de fusão 10,

20 / 32 do tipo conhecido como forno de fusão de ignição pela extremidade, para fundir vidro neste exemplo.

[0067] Conforme mostrado na Figura 1, o forno de fusão de ignição pela extremidade 10 compreende um tanque de fusão 7 que recebe através de entradas 15, 16, que estão localizadas em uma área a montante do tanque de fusão 7 em paredes laterais do mesmo, vidro a ser fundido (representado esquematicamente por uma seta 105). O tanque de fusão 7 tendo um fundo 5 acomoda um banho de vidro fundido 110 e emite o vidro fundido (representado esquematicamente por uma seta 107) através de uma saída 17, que é localizada em uma área a jusante do tanque de fusão 7 em uma sua parede frontal 4.

[0068] Uma câmara de fusão 8 é localizada acima do tanque de fusão 7 e compreende uma primeira parede lateral 1, uma segunda parede lateral 2, uma parede traseira 3 localizada na área a montante do tanque de fusão 7, uma parede frontal 4 localizada na área a jusante do tanque de fusão 7, e uma cobertura 6.

[0069] Primeira e segunda portas 21, 22 são providas na parede traseira 3 da câmara de fusão 8 no primeiro e segundo locais horizontalmente espaçados. A primeira e segunda portas 21, 22 são associadas com o primeiro e segundo queimadores 11, 12 para a injeção de um primeiro combustível na câmara de fusão 8. A primeira e segunda portas 21, 22 são alternadamente operáveis como uma porta de entrada para a introdução de oxidante (por exemplo, ar) na câmara e como uma porta de exaustão para produtos de combustão. A primeira porta é uma porta de entrada quando a segunda porta é uma porta de exaustão e a primeira porta é uma porta de exaustão quando a segunda porta é uma porta de entrada. No exemplo da figura 1, a segunda porta 22 está em um estado correspondente a uma porta de entrada, e a primeira porta 21 está em um estado correspondente a uma porta de exaustão.

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[0070] Como mostrado esquematicamente na figura 1, uma chama de queimador de aquecimento 103, criada quando a segunda porta 22 é operada como uma porta de entrada para introduzir oxidante na câmara de fusão 8 e um primeiro combustível é ejetado em um jato J1 através do segundo queimador 12, tem uma forma alongada sobre o banho de fusão 110. A combustão da chama 103 produz produtos de combustão 102 em um caminho de retorno para a primeira porta 21 que é uma saída para os produtos de combustão 102.

[0071] Uma proporção dos produtos de combustão recircula no sentido da segunda porta 22 e flui em torno do forno, acima da chama, em um circuito substancialmente horizontal representado esquematicamente pelas setas 104. Tal recirculação de produtos de combustão foi conhecida por existir na reversão de fornos regenerativos desde os anos 1950 (por exemplo, M. W. Thring & M. P. Newby, “Combustion length of enclosed Turbulent Jet Flames”, Symposium (International) on Combustion, 1952, ou no documento Craya mencionado aqui).

[0072] Similarmente, durante períodos alternados, uma chama quase simétrica é criada quando a primeira porta 21 é operada como uma porta de entrada e um primeiro combustível é injetado através do primeiro queimador

11. Coincidentemente, produtos de combustão fluem para a segunda porta 22 e uma recirculação de produtos de combustão ocorre acima da chama na direção anti-horária (vista de cima do forno).

[0073] A primeira e segunda portas 21, 22 e os primeiro e segundo queimadores associados 11, 12 são, assim, alternadamente e repetidamente usados para emitir respectivamente um oxidante (ar ou oxigênio) e um primeiro combustível. A comutação entre o primeira e segunda portas 21, 22 e correspondentemente o primeiro e segundo queimadores 11, 12 ocorre ciclicamente, com um tempo de ciclo sendo, por exemplo, entre 10 e 30 minutos, mais especificamente entre 20 e 30 minutos. Uma primeira fração

22 / 32 X1 de combustível é injetada na câmara de fusão 8 através dos primeiro e segundo queimadores alternadamente operados 11, 12.

[0074] De modo a reduzir a formação de NOx no forno de fusão de ignição pela extremidade 10, o forno é ainda equipado com um primeiro injetor de combustível auxiliar 13 e com um segundo injetor de combustível auxiliar 14.

[0075] O primeiro injetor de combustível auxiliar 13 está localizado na primeira parede lateral 1 e o primeiro injetor de combustível auxiliar 13 está associado com o primeiro queimador 11. Mais precisamente, em um período de tempo em que a primeira porta 21 introduz oxigênio e o primeiro queimador 11 injeta combustível, o primeiro injetor de combustível auxiliar 13 é controlado para injetar uma segunda fração X2 de combustível auxiliar (com X1 + X2 = 1).O primeiro injetor de combustível auxiliar 13 está localizado a jusante do primeiro queimador 11 dentro de uma distância da parede traseira 3 igual à metade do comprimento do forno.

[0076] O comprimento do forno é a distância entre a parede traseira 3 e a parede frontal 4.

[0077] O segundo injetor de combustível auxiliar 14 está localizado na segunda parede lateral 2 e o segundo injetor de combustível auxiliar 14 está associado com o segundo queimador 12 Mais precisamente, em um outro período de tempo (correspondente à figura 1) em que o segunda porta 22 introduz oxigênio e o segundo queimador 12 injeta combustível, o segundo injetor de combustível auxiliar é controlado para injetar a fração X2 de combustível auxiliar. O segundo injetor de combustível auxiliar está localizado a jusante do segundo queimador 12 e dentro de uma distância da parede traseira que é menor do que a metade do comprimento do forno.

[0078] Em uma alternativa, os dois injetores de combustível auxiliares podem ser posicionados na cobertura.

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[0079] No exemplo da figura 1, o segundo injetor de combustível auxiliar 14 introduz, em um jato J2, a segunda fração X2 de combustível auxiliar. O segundo injetor de combustível auxiliar 14 é disposto de modo que a introdução da segunda fração X2 de combustível auxiliar é: na direção do fluxo dos ditos produtos de combustão recirculantes, sem oxidante adicional, para os ditos produtos de combustão recirculantes, o segundo injetor de combustível auxiliar 14 sendo localizado em um ponto em que a segunda fração X2 de combustível auxiliar se misturará com os produtos de combustão recirculantes 104, antes de atingir o oxidante de entrada introduzido pela segunda porta 22, as velocidades dos jatos introduzindo a fração X1 de combustível e a fração X2 de combustível auxiliar sendo adaptada de modo que a soma de seus momentos de jato correspondentes esteja compreendida entre -30% ou +30% de um valor correspondente ao momento de jato do combustível quando X2 é igual a zero (e X1 é igual a 1), e a energia provida pela quantidade da soma da primeira fração de combustível X1 e a segunda fração de combustível X2 sendo adaptada para produzir uma dada energia requerida para a fusão do vidro sem sobre abastecer o forno.

[0080] As frações X1 e X2 (isto é, a proporção do combustível que entra no forno, que é o combustível auxiliar e que é o primeiro combustível), são escolhidas de modo a reduzir a formação de NOx. As frações X1 e X2, e suas energias correspondentes, são escolhidas de modo que toda a energia que entra no forno esteja no nível necessário para fundir o vidro (que corresponde a 1, a soma de X1 e X2). Assim, a quantidade total de energia requerida para a fusão, que pode corresponder a 100%, é dividida entre a primeira fração X1 e a segunda fração X2 de modo a manter esta a 100%.

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[0081] Deve ser notado que a quantidade total de combustível abastecida a um forno de fusão permanece apenas a quantidade necessária para fundir as matérias-primas (por exemplo, vidro), com combustão completada dentro da câmara de fusão sob condições de uma pequena quantidade de excesso de oxidante, como para um sistema de combustão convencional.

[0082] A recirculação acima mencionada de produtos de combustão se estende a uma volta substancialmente horizontal acima da chama sobre um comprimento (medido a partir de uma porta de entrada) que é preferencialmente conhecida de modo a encontrar a localização ótima para os injetores de combustível auxiliares.

x = 4,5 x h (1) em que: x é a distância da parede da porta de entrada até o ponto onde não há recirculação mais longa no forno, h é a altura entre a superfície de vidro e a cobertura do forno.

[0083] No caso de um forno de fusão de ignição pela extremidade, o comprimento máximo da câmara de fusão evoluiu durante as décadas, de modo que a zona de recirculação geralmente alcança a parede frontal. Isto evita a formação de um bolso "morto" estagnado que forma o vidro fundido próximo à parede frontal.

[0084] Também, os parâmetros de injeção do combustível auxiliar têm que ser determinados de uma maneira tal que o fluxo de massa de produtos de combustão recirculado é mantido. A resistência da recirculação pode ser calculada, por exemplo, utilizando-se as seguintes equações derivadas de Craya (Craya A. e Curtet R., “On the spreading of a confined jet”, Comptes- rendus de l’Academie des Sciences, Paris, 241, 1955) e outras:

25 / 32 qr = 0,43(√m − 1,65) (2)

Q G0 𝐺𝑎 m= + − 0,5 (3) 𝐺𝑖𝑛𝑓 2𝐺𝑖𝑛𝑓 em que: qr é a massa de produtos de combustão recirculando por unidade de tempo, Q é a massa total de combustível e oxidante que entra no forno por unidade de tempo, Go é a soma das velocidades de jato de jatos de combustível de entrada X1 e X2 (suas respectivas taxas de fluxo de massa multiplicadas pelas suas respectivas velocidades), Ga é o momento do oxidante de entrada (sua taxa de fluxo de massa multiplicada por sua velocidade), Ginf é o momento dos gases de exaustão quentes de saída (sua taxa de fluxo de massa multiplicada por sua velocidade média quando elas preenchem a câmara do forno), e m é um número adimensional (número Craya Curtet) que se refere à velocidade de jato relativa dos fluxos de combustível e oxidante de entrada, e os produtos de combustão que saem.

[0085] No que diz respeito à taxa de fluxo de massa de produtos de combustão recirculantes, os valores típicos para o gás natural como combustível e para ar como oxigênio em conjunto com velocidades típicas de ar e gás, quando aplicados à equação (2), sugerem que a massa de gases de exaustão recirculantes em uma volta horizontal abaixo da cobertura e acima da chama tipicamente situa-se na faixa de um quarto a 3 quartos do fluxo de massa entrante de combustível e oxidante. Isto confirma que há uma recirculação suficiente para suportar a injeção auxiliar de até 100% do fluxo total de combustível que entra no forno (cerca de l/20 do fluxo de massa total

26 / 32 que entra no forno) sem afetar o padrão de fluxo do forno e a operação do forno.

[0086] Entretanto, à medida que o combustível é removido dos queimadores para suprir os injetores de combustível auxiliares (por exemplo, uma vez que a segunda quantidade X2 é introduzida, a primeira quantidade X1 deve ser reduzida pela mesma quantidade), a equação (2) indica que a taxa de recirculação irá eventualmente cair para valores que são muito baixos para conduzir o combustível auxiliar e manter os padrões de fluxo do forno, se os injetores não estiverem na direção acima definida e se não forem injetados com a velocidade mencionada acima.

[0087] A figura 2 é uma vista lateral de um forno de fusão de ignição pela extremidade no qual o segundo injetor de combustível auxiliar 14 é colocado na cobertura. O primeiro injetor de combustível auxiliar 13, embora não representado na figura 2, é também colocado na cobertura.

[0088] No exemplo da figura 2, o segundo injetor de combustível auxiliar 14 é disposto de modo que a direção do jato J2 do combustível auxiliar forma um primeiro ângulo agudo θ com um plano horizontal, por exemplo, o plano definido pela superfície do banho de vidro fundido. A orientação de θ é mostrada na figura 2.

[0089] Deve ser notado que, na figura 2, o jato J2 é direcionado para baixo na direção do fluxo de produtos de combustão recirculantes. Em outros exemplos da invenção em que o injetor de combustível auxiliar está disposto abaixo dos produtos de combustão recirculantes, o jato J2 pode ser direcionado para cima na direção dos produtos de combustão recirculantes, enquanto ainda formando um ângulo agudo com um plano horizontal.

[0090] O ângulo θ da figura 2 é escolhido de modo a assegurar a mistura com a recirculação de produtos de combustão. Adicionalmente, este ângulo pode ser escolhido de modo a impedir que o combustível auxiliar se

27 / 32 ligue à cobertura da câmara de fusão. Um ângulo análogo pode ser definido para injetores de combustível auxiliares localizados nas paredes laterais.

[0091] O forno de fusão de ignição pela extremidade 10 é representado na figura 2 com um segundo trocador de calor 24 que é operativamente associado com a segunda porta 22. Conforme mostrado na figura 2, o oxidante frio é pré-aquecido em uma parte do trocador de calor 24, definindo um regenerador R reaquecido por produtos de combustão F de um ciclo precedente. O oxidante pré-aquecido é então direcionado como oxidante quente A para a segunda porta 22 atuando como porta de entrada. Os produtos de combustão resultantes são então direcionados para um primeiro trocador de calor (por exemplo, tal como o trocador de calor descrito em outro exemplo de forno na figura 3) definindo um segundo regenerador R de modo a reaquecer o mesmo e pré-aquecer o ar de combustão A a ser aplicado através da primeira porta 21 durante o próximo ciclo.

[0092] A figura 3 é uma vista superior do forno de fusão acionado por extremidade descrito com referência à figura 1.

[0093] No exemplo da figura 3, o segundo injetor de combustível auxiliar 14 é disposto de modo que a direção do jato J2 do combustível auxiliar forma um segundo ângulo agudo α com um plano vertical paralelo às paredes laterais. A orientação de α é mostrada na figura 3, conforme pode ser visto na figura, o ângulo é positivo quando medido a partir da parede lateral que tem o injetor de combustível auxiliar (ou a parede lateral mais próxima se o injetor de combustível auxiliar estiver na cobertura), e mais precisamente este ângulo agudo é medido a partir da porção da parede lateral que é mais distante da parede traseira 3.

[0094] O ângulo α é escolhido de modo a assegurar a mistura com os produtos de combustão recirculantes. Os ângulos análogos podem ser definidos para injetores de combustível auxiliares localizados na cobertura.

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[0095] Conforme mostrado na figura 3, o forno de fusão de vidro de ignição pela extremidade é equipado com primeiro e segundo trocadores de calor 23 e 24.

[0096] Deve ser notado que para o primeiro injetor de combustível auxiliar, um outro segundo ângulo α' pode ser definido quando o combustível auxiliar é emitido. A orientação do segundo ângulo α' é também mostrada na figura.

[0097] A forma de realização da figura 4 é similar à forma de realização da figura 1, mas mostra um exemplo de cobertura arredondada 6 e mostra que o primeiro e segundo queimadores 11, 12 podem compreender, cada um, uma série de diversos queimadores individuais sob porta.

[0098] A figura 5 é um gráfico que mostra a redução de NOx em vários fornos de acordo com a fração de combustível auxiliar. Nos exemplos desta figura, a fração de combustível introduzida através dos queimadores é reduzida de modo que uma percentagem ou fração da energia total (ou quantidade de combustível) é introduzida pelos injetores de combustível auxiliares. Esta figura mostra a relação inversa entre a percentagem relativa da formação de NOx e a percentagem de combustível auxiliar introduzida através dos injetores auxiliares medidos em três fornos de fundição de vidro de ignição pela extremidade de acordo com a invenção e denotado EF1, EF2 e piloto EF. EF1 e EF2 correspondem aos fornos de fusão de vidro de ignição pela extremidade e o piloto EF corresponde a um forno de laboratório em escala piloto.

[0099] Deve ser notado que, nos exemplos acima, os jatos de combustível auxiliares emitidos pelos injetores de combustível auxiliares possuem substancialmente a mesma direção que os produtos de combustão recirculantes 104. Os injetores de combustível auxiliares também tornam possível introduzir uma fração do combustível injetada pelos queimadores

29 / 32 ou uma quantidade de um combustível diferente (enquanto mantendo a constante de energia total).

[00100] Deve ser notado também que a injeção auxiliar de combustível feita através do primeiro e do segundo auxiliares não é uma injeção de combustível adicional, fazendo com que o combustível após a combustão e nenhum oxidante adicional seja introduzido junto com o combustível injetado através dos primeiro e segundo injetores de combustível auxiliares 13, 14. Em formas de realização da invenção, a quantidade total de combustível não é aumentada (ou a energia total se combustíveis diferentes são usados), mas há apenas uma modificação da distribuição da quantidade de combustível necessária para a quantidade e tipo de vidro a ser fundido. Devido à injeção auxiliar de combustível através dos primeiro e segundo injetores de combustível auxiliares 13, 14, pode-se obter uma melhor transferência de calor na direção do vidro a ser fundido e, ao mesmo tempo, a formação de NOx é reduzida.

[00101] Mais especificamente, do combustível injetado na câmara de fusão 8 através dos primeiro e segundo queimadores 11 e 12 e do combustível auxiliar injetado pelos injetores de combustível auxiliares 13 e 14, a proporção do jato de combustível emitido pelos primeiro e segundo injetores de combustível auxiliar 13 e 14 é, preferencialmente, de 10% a 100% e, com a máxima preferência, de cerca de 20% a 50% do total de combustível que entra no forno, sendo que a quantidade sendo escolhida para atingir a redução desejada de NOx em um dado forno. Deve ser notado que a proporção pode se relacionar com as energias correspondentes, especialmente se o combustível introduzido pelos queimadores e o combustível auxiliar introduzido pelos injetores de combustível auxiliar são diferentes.

[00102] O combustível injetado através dos primeiro e segundo queimadores 11, 12 e dos primeiro e segundo injetores de combustível

30 / 32 auxiliar 13, 14 pode ser selecionado do grupo consistindo em gás natural, GLP, óleo combustível, gás de forno de coque, gás de alto forno, gás de reforma, biocombustível e hidrogênio.

[00103] Além disso, os jatos de combustível introduzidos através dos primeiro e segundo injetores de combustível auxiliares 13, 14 são substancialmente na mesma direção que a direção da chama existente 103 e, mais especificamente, na direção do fluxo de produtos de combustão recirculantes 104 na primeira ramificação do trajeto em forma de U, mas a injeção auxiliar de combustível é feita de modo a ser misturada em um modo de co-escoamento com o fluxo de produtos de combustão recirculados 108 logo acima da chama e antes da mistura com o ar de combustão restante (oxidante).

[00104] Mais especificamente, um jato de combustível auxiliar pode ser introduzido com uma velocidade otimizada de modo que o referido combustível seja injetado no circuito de recirculação a partir de uma certa distância da porta de exaustão, conforme medido em torno da volta. A velocidade e posição do jato de combustível auxiliar podem ser determinadas pelos versados na técnica, de tal modo que o combustível auxiliar segue um caminho suficientemente longo para ser completamente queimado dentro do forno.

[00105] A velocidade de injeção (em m/s) do combustível auxiliar através de um injetor de combustível auxiliar 13 ou 14 pode ser tipicamente de 100 a 250 m/s.

[00106] De acordo com uma outra forma de realização alternativa, os primeiro e segundo injetores de combustível auxiliares 13, 14 incluem, cada um, um dispositivo para ajustar ou alterar o momento de jato da segunda fração introduzida X2 de combustível auxiliar.

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[00107] De acordo com uma outra forma de realização variante, quando a quantidade de combustível que flui através dos mesmos é reduzida para suprir os injetores de combustível auxiliares, os queimadores são ajustados, ou alguns de seus números desligados de modo a manter seu momento e, portanto, manter o fluxo de massa de produtos de combustão no circuito de recirculação, especialmente quando da introdução de altas proporções de combustível auxiliar (mais de 30%).

[00108] De acordo com uma outra forma de realização alternativa, os primeiro e segundo injetores de combustível auxiliares 13, 14 estão localizados e dirigidos de modo a manter ou aumentar o fluxo de massa de produtos de combustão no circuito de recirculação, especialmente quando da introdução de altas proporções de combustível auxiliar (mais do que 50%).

[00109] A invenção refere-se também a um método de fusão de matérias-primas por um forno de fusão de ignição pela extremidade 10 que tem: - o tanque de fusão 7 para receber matérias-primas a serem fundidas e para acomodar um banho de materiais fundidos; - a câmara de fusão 8 localizada acima do referido tanque de fusão e compreendendo uma primeira parede lateral, uma segunda parede lateral, uma parede traseira localizada em uma área a montante do dito tanque de fusão, uma parede frontal localizada em uma área a jusante do referido tanque de fusão, e uma cobertura; - primeira e segunda portas 21, 22 previstas na dita parede traseira no primeiro e segundo locais horizontalmente espaçados; - pelo menos um queimador 11, 12 associado a uma das ditas portas, para injetar uma primeira fração X1 de combustível na dita câmara de fusão,

32 / 32 em que os produtos de combustão recirculantes 104 fluem em uma volta substancialmente horizontal acima de uma chama 103; o método compreendendo:

introduzir uma segunda fração X2 de combustível auxiliar, com X2 + X1 sendo igual a 1, utilizando pelo menos um injetor de combustível auxiliar 13, 14, sendo que pelo menos um injetor de combustível auxiliar é disposto no forno de fusão de ignição pela extremidade na dita cobertura ou nas ditas primeira e segunda paredes laterais, respectivamente, de modo que o pelo menos um injetor auxiliar de combustível introduz a segunda fração X2 de combustível auxiliar,

na direção do fluxo dos ditos produtos de combustão recirculantes 104, sem oxidante adicional,

as velocidades dos jatos introduzindo a fração X1 de combustível e a fração X2 de combustível auxiliar sendo adaptada de modo que a soma de seus momentos de jato correspondentes esteja compreendida entre -30% ou +30% de um valor correspondente ao momento de jato do combustível quando X2 é igual a zero, e a energia provida pela quantidade da soma da primeira fração de combustível X1 e a segunda fração de combustível X2 sendo adaptada para produzir uma dada energia requerida para fundir os ditos materiais sem sobre abastecer o forno.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de fusão de matérias-primas por um forno de fusão de ignição pela extremidade (10) que tem: - um tanque de fusão (7) para receber matérias-primas a serem fundidas e para acomodar um banho de materiais fundidos; - uma câmara de fusão (8) localizada acima do dito tanque de fusão e compreendendo uma primeira parede lateral, uma segunda parede lateral, uma parede traseira localizada em uma área a montante do dito tanque de fusão, uma parede frontal localizada em uma área a jusante do dito tanque de fusão, e uma cobertura; - primeira e segunda portas (21, 22) sendo providas na dita parede traseira em primeira e segunda localizações espaçadas horizontalmente; - pelo menos um queimador (11, 12) associado com uma das ditas portas, para injetar uma primeira fração X1 de combustível na dita câmara de fusão, em que os produtos de combustão recirculantes (104) fluem em uma volta substancialmente horizontal acima de uma chama (103); o método caracterizado por compreender: introduzir uma segunda fração X2 de combustível auxiliar, com X2 + X1 sendo igual a 1, utilizando-se pelo menos um injetor de combustível auxiliar (13, 14), o pelo menos um injetor de combustível auxiliar sendo disposto no forno de fusão de ignição pela extremidade na dita cobertura ou nas ditas primeira e segunda paredes laterais, respectivamente, de modo que o pelo menos um injetor de combustível auxiliar introduza a segunda fração X2 de combustível auxiliar, na direção do fluxo dos ditos produtos de combustão recirculantes (104), sem oxidante adicional,

para os ditos produtos de combustão recirculantes, o injetor de combustível auxiliar sendo localizado em um ponto onde a dita segunda fração X2 de combustível auxiliar se misturará com os produtos de combustão recirculantes, antes de atingir o oxidante de entrada introduzido por uma porta, as velocidades dos jatos introduzindo a fração X1 de combustível e a fração X2 de combustível auxiliar sendo adaptadas de modo que a soma de seus momentos de jatos correspondentes esteja compreendida entre -30% ou +30% de um valor correspondente ao momento de jato do combustível quando X2 é igual a zero, e a energia provida pela quantidade da soma da primeira fração de combustível X1 e a segunda fração de combustível X2 sendo adaptada para produzir uma dada energia requerida para fundir os ditos materiais sem sobre abastecer o forno.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o pelo menos um injetor de combustível auxiliar ter uma orientação que irá reforçar o fluxo de massa dos produtos de combustão recirculantes.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o pelo menos um injetor de combustível auxiliar ser disposto de modo que a direção do jato de combustível auxiliar forme um primeiro ângulo agudo θ com um plano horizontal e um segundo ângulo agudo α com um plano vertical paralelo às paredes laterais.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por pelo menos uma porta ser associada com uma pluralidade de queimadores individuais.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o primeiro combustível e o segundo combustível auxiliar serem combustíveis diferentes ou idênticos.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por o dito pelo menos um queimador e o dito pelo menos um injetor de combustível auxiliar, cada um, operarem com um combustível selecionado a partir do grupo que consiste em gás natural, GLP, óleo combustível, gás de forno de coque, gás de alto forno, gás de reforma, biocombustível e hidrogênio.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por o pelo menos um injetor de combustível auxiliar estar localizado a jusante e dentro de uma distância da parede traseira que é menor do que a metade do comprimento do forno.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por compreender ajustar ou alterar o momento de jato da segunda fração introduzida X2 de combustível auxiliar de modo a reforçar o fluxo de massa de produtos de combustão recirculantes.

9. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por compreender ajustar ou desligar alguns dos queimadores de modo a reforçar o fluxo de massa de produtos de combustão recirculantes.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por compreender operar alternadamente as ditas primeira e segunda portas como porta de entrada para introduzir oxidante e como porta de exaustão.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por a velocidade do jato introduzindo a segunda fração X2 de auxiliar estar compreendida entre 100 m/s e 250 m/s.

12. Forno de fusão de ignição pela extremidade caracterizado por compreender: - um tanque de fusão (7) para receber matérias-primas a serem fundidas e para acomodar um banho de materiais fundidos;

- uma câmara de fusão (8) localizada acima do dito tanque de fusão e compreendendo uma primeira parede lateral, uma segunda parede lateral, uma parede traseira localizada em uma área a montante do dito tanque de fusão, uma parede frontal localizada em uma área a jusante do dito tanque de fusão, e uma cobertura;

- primeira e segunda portas (21, 22) sendo providas na dita parede traseira na primeira e segunda localizações espaçadas horizontalmente;

- pelo menos um queimador (11, 12) associado a uma das ditas portas, para injetar uma primeira fração X1 de combustível na dita câmara de fusão,

em que os produtos de combustão recirculantes (104) fluem em uma volta substancialmente horizontal acima de uma chama (103);

- pelo menos um injetor de combustível auxiliar (13, 14) para introduzir uma segunda fração X2 de combustível auxiliar, com X2 + X1 sendo igual a 1, o pelo menos um injetor de combustível auxiliar sendo disposto no forno de fusão de ignição pela extremidade na dita cobertura ou nas ditas primeira e segunda paredes laterais, respectivamente, de modo que o pelo menos um injetor de combustível auxiliar introduza a segunda fração X2 de combustível auxiliar na direção do fluxo dos ditos produtos de combustão recirculantes (104),

- um módulo para controlar o pelo menos um injetor de combustível auxiliar, de modo que ele introduza a segunda fração X2 de combustível auxiliar,

sem oxidante adicional,

para os ditos produtos de combustão recirculantes, o injetor de combustível auxiliar sendo localizado em um ponto onde a dita segunda fração X2 de combustível auxiliar se misturará com os produtos de combustão recirculantes, antes de atingir o oxidante de entrada introduzido por uma porta, as velocidades dos jatos introduzindo a fração X1 de combustível e a fração X2 de combustível auxiliar sendo adaptadas de modo que a soma de seus momentos de jato correspondentes esteja compreendida entre -30% ou +30% de um valor correspondente ao momento de jato do combustível quando X2 é igual a zero, e a energia provida pela quantidade da soma da primeira fração de combustível X1 e a segunda fração de combustível X2 sendo adaptada para produzir uma dada energia requerida para fundir os ditos materiais sem sobre abastecer o forno.

13. Forno de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o pelo menos um injetor de combustível auxiliar ter uma orientação que irá reforçar o fluxo de massa dos produtos de combustão recirculantes.

14. Forno de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por o pelo menos um injetor de combustível auxiliar ser disposto de modo que a direção do jato de combustível auxiliar forme um primeiro ângulo agudo θ com um plano horizontal e um segundo ângulo agudo α com um plano vertical paralelo às paredes laterais.

15. Forno de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado por pelo menos uma porta ser associada com uma pluralidade de queimadores individuais.