BR112020017165A2

BR112020017165A2 - Método para aquecer material em um forno

Info

Publication number: BR112020017165A2
Application number: BR112020017165-4A
Authority: BR
Inventors: Valmiro Correia E Sa Neto; Euan J. Evenson; Kevin W. Albrecht; James E. Kelly; Joaquin De Diego Rincon; Jorge Visús Pool
Original assignee: Praxair Technology, Inc.
Priority date: 2018-03-02
Filing date: 2018-03-02
Publication date: 2020-12-22
Also published as: CN111801527B; PL3555527T3; KR20200118493A; JP7102535B2; RU2751829C1; AU2022203748A1; WO2019168542A8; AU2018410969A1; CN111801527A; MX2020008812A; EP3555527B1; JP2021515173A; AU2018410969B2; EP3555527A1; KR102572097B1; ES2904862T3; EP3974721A1; KR20220136487A; WO2019168542A1

Abstract

a operação de um sistema de controle de combustão de forno é controlada pela análise de imagens, fora do forno ou dentro do forno, de uma chama produzida pela combustão dentro do forno, para correlacionar a imagem com o teor de monóxido de carbono da chama, e pelo ajuste do fluxo de oxigênio e/ou do fluxo de combustível para dentro do forno em resposta à correlação.

Description

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MÉTODO PARA AQUECER MATERIAL EM UM FORNO CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere à operação de um sistema de controle de combustão para um forno (pelo qual se entende um espaço fechado, como uma câmara de combustão, no qual combustível e oxidante gasoso são queimados) no qual um material é aquecido e o aquecimento pode causar a formação de monóxido de carbono, para controlar e/ou reduzir as emissões de monóxido de carbono provenientes do forno.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] As operações nas quais um material é aquecido em um forno podem levar à formação de monóxido de carbono no forno. Os mecanismos pelos quais o monóxido de carbono pode ser formado incluem combustão incompleta de combustível no forno; combustão incompleta de material combustível quando o material a ser aquecido no forno também se destina a ser queimado; e/ou conversão de material carbonáceo que está presente no ou sobre o material a ser aquecido. Exemplos de tal conversão incluem pirólise e/ou combustão incompleta do material carbonáceo.

[003] Quando o monóxido de carbono se forma no forno, a emissão de monóxido de carbono para fora do forno é normalmente indesejável. Existem várias tecnologias para a remoção de monóxido de carbono do gás de exaustão gasoso que sai do forno, como absorção do monóxido de carbono nos absorventes, ou adição de reagentes ao gás de exaustão os quais reagem com o monóxido de carbono. Tais tecnologias apresentam desvantagens como custo e dificuldade de implementação e controle.

[004] A presente invenção fornece um método eficiente para evitar a emissão de monóxido de carbono proveniente de um forno. Ela também fornece um método eficiente para controlar a operação do forno para obter taxas de eficiência e produção aprimoradas.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

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[005] Um aspecto da presente invenção é um método de aquecimento de material em um forno, que compreende: (A) aquecer um material que compreende matéria carbonácea em um forno equipado com um duto de exaustão de gases, com o uso do calor gerado pela combustão, no forno, de combustível e oxidante gasoso que são alimentados no forno, produzindo, assim, monóxido de carbono derivado da matéria carbonácea, sendo que uma chama é formada no forno, a qual pode se estender para fora do forno a partir do duto de exaustão de gases; (B) caracterizar a concentração de monóxido de carbono na chama a partir de imagens da chama obtidas dentro ou fora do forno por uma câmera digital que está situada fora do forno, mediante a expressão eletrônica de ao menos um parâmetro que corresponde à intensidade da chama e que corresponde à concentração de monóxido de carbono na chama, e determinar a concentração caracterizada de monóxido de carbono na chama a partir de correlações predeterminadas das concentrações reais de monóxido de carbono em uma chama em valores expressos do ao menos um parâmetro; (C) comparar a concentração caracterizada de monóxido de carbono na chama como caracterizada de acordo com a etapa (B) a um valor de concentração limite preestabelecido para a dita concentração; (D) quando a concentração caracterizada de monóxido de carbono na chama exceder o dito valor de concentração limite preestabelecido, ajustar a quantidade de oxigênio, a quantidade de combustível, ou as quantidades de oxigênio e de combustível que são alimentadas no forno que está disponível para reagir no forno para uma quantidade ou quantidades dos mesmos que são eficazes para abaixar a concentração caracterizada de monóxido de carbono para que sejam iguais ou menores que o valor de concentração limite preestabelecido para um comprimento predeterminado de tempo, e ao mesmo tempo continuar a caracterizar a concentração de monóxido de carbono na chama a partir de

3 / 15 imagens da chama obtidas pela câmera digital fora do forno.

[006] Um outro aspecto da presente invenção é um método para aquecer um material em um forno, que compreende: (A) aquecer um material que compreende matéria carbonácea em um forno equipado com um duto de exaustão de gases, com o uso do calor gerado pela combustão, no forno, de combustível e oxidante gasoso que são alimentados no forno, produzindo, assim, monóxido de carbono derivado da matéria carbonácea, sendo que uma chama é formada no forno, a qual pode se estender para fora do forno a partir do duto de exaustão de gases; (B) caracterizar a concentração de monóxido de carbono na chama a partir de imagens da chama obtidas dentro do forno ou fora do forno por uma câmera digital que está situada fora do forno, mediante a expressão eletrônica de ao menos um parâmetro que corresponde à intensidade da chama e que corresponde à concentração de monóxido de carbono na chama, e determinar a concentração caracterizada de monóxido de carbono na chama a partir de correlações predeterminadas das concentrações reais de monóxido de carbono em uma chama em valores expressos do ao menos um parâmetro; (C) comparar a concentração caracterizada de monóxido de carbono na chama como caracterizada de acordo com a etapa (B) a um valor de concentração limite preestabelecido para a dita concentração; (D) quando a concentração caracterizada de monóxido de carbono na chama exceder o dito valor de concentração limite preestabelecido, ajustar a quantidade de oxigênio que é alimentada no forno que está disponível para reagir com monóxido de carbono no forno em uma quantidade que é eficaz para abaixar a concentração caracterizada de monóxido de carbono para que seja igual ou menor que o valor de concentração limite preestabelecido para um comprimento predeterminado de tempo, e ao mesmo tempo continuar a caracterizar a concentração de monóxido de carbono na chama a partir de imagens da chama obtidas pela

4 / 15 câmera digital fora do forno.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[007] A Figura 1 é uma representação esquemática que mostra como a presente invenção pode ser implementado em aparelho de forno.

[008] A Figura 2 é um gráfico que mostra a sequência de etapas da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[009] A presente invenção é útil no aquecimento de quaisquer materiais que podem ser aquecidos em um forno. Exemplos desses materiais incluem metais ferrosos, como ferro e aço, incluindo produtos acabados bem como sucata, bem como minérios ferrosos e outros compostos. Exemplos adicionais incluem metais não ferrosos, como alumínio e cobre, incluindo produtos acabados bem como sucata, e minérios e outros compostos dos mesmos. O aquecimento de qualquer desses materiais é empregado para prepará-los para processamento químico e/ou físico adicionais.

[0010] A presente invenção também é útil no aquecimento de materiais nos quais uma porção ou todo o material é fundido. Em tais operações, "materiais" pode incluir qualquer dos metais mencionados anteriormente mencionados, óxidos metálicos e outros compostos de metal. Outros exemplos incluem produtos que são fundidos juntos em um forno de fabricação de vidro para formar vidro fundido; tais materiais incluem pedaços de vidro reciclados conhecidos como caco ou "cullet", e matérias-primas conhecidas como lote que são fundidas juntas para produzir vidro, sendo que tais materiais incluem tipicamente óxido de sódio, óxido de potássio e silicatos de sódio e potássio. Um outro exemplo de tal operação é um forno de cimento, no qual matérias-primas que incluem tipicamente cal ou calcário, e sílica e/ou aluminossilicatos (argilas) e outros aditivos desejados, são aquecidas juntas de modo que elas se fundem e reagem umas com as outras para formar os compostos que constituem o cimento.

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[0011] A presente invenção também é útil no aquecimento de materiais nos quais uma porção ou todo o material é para ser queimado, como incineradores. Os materiais que podem ser aquecidos na prática deste aspecto da presente invenção incluem todos os produtos combustíveis como combustíveis carbonáceo, e resíduos sólidos.

[0012] Qualquer um dos materiais tratados de acordo com esta invenção têm a característica de que eles incluem alguma matéria carbonácea, de modo que o aquecimento do material pode causar a formação de monóxido de carbono, no forno, a partir da matéria carbonácea. A matéria carbonácea que está presente pode ser compostos orgânicos presentes no material sendo aquecido, e/ou pode compreender uma porção ou todo o material que está sendo aquecido e então queimado no forno. Por exemplo, a sucata que compreende alumínio, cobre, ferro e/ou aço pode conter na mesma matéria carbonácea como tinta ou outros revestimentos orgânicos, alimentos orgânicos e/ou dejetos humanos, e similares. O caco que está presente em materiais para fabricação de vidro pode ter sobre a mesma matéria orgânica que é um resíduo de produtos alimentícios ou outras matérias-primas orgânicas que estavam presentes no caco antes deste ser reciclado como caco.

[0013] O monóxido de carbono que é formado no forno pode ser produzido por qualquer um ou mais dentre vários mecanismos possíveis, como combustão incompleta de combustível no forno; combustão incompleta de material combustível quando o material a ser aquecido no forno também se destina a ser queimado; e/ou conversão de material carbonáceo que está em ou sobre o material a ser aquecido, exemplos de tal conversão incluem pirólise ou combustão incompleta do material carbonáceo. Assim como emissões de monóxido de carbono provenientes de fornos são indesejáveis independentemente da fonte de monóxido de carbono, a presente invenção é útil independentemente da origem ou do mecanismo a partir do qual o monóxido de carbono é formado, que está em risco de ser emitido do forno.

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[0014] Com relação à Figura 1, o forno 1 é mostrado em seção transversal. Embora o forno representado tenha o formato que é típico de um forno que pode ser girado em torno de um eixo que seria horizontal na modalidade mostrada na Figura 1, a presente invenção pode também ser praticada com qualquer outro tipo e formato de forno. No forno 1, o material a ser aquecido é representado como 2. O material 2 é aquecido pelo calor de uma chama 4 que é formada no forno pela combustão do combustível 13 com o oxidante 12 no queimador 11. O combustível 13 adequado pode ser qualquer substância carbonácea combustível, exemplos preferenciais destes incluem metano, gás natural, óleo combustível atomizado. Os oxidantes adequados alimentados 12 incluem qualquer produto gasoso que contenha oxigênio, como ar, ar enriquecido com oxigênio, e correntes tendo teores de oxigênio de ao menos 50% em volume, de preferência, ao menos 90% em volume. As correntes que têm tais teores elevados de oxigênio estão disponíveis comercialmente junto a qualquer de vários fornecedores de gases atmosféricos. Embora uma chama 4 seja mostrada, o forno com o qual a presente invenção pode ser praticada pode incluir mais de um queimador 11 e mais de uma chama 4.

[0015] O forno 1 inclui ao menos um duto de exaustão de gases 6 através do qual os produtos gasosos podem passar para fora do forno 1. Os produtos gasosos que passam para fora do duto de exaustão de gases 6 incluem produtos gasosos da combustão entre o oxidante 12 e o combustível 13, como dióxido de carbono e vapor de água, e podem conter compostos orgânicos voláteis (VOCs) e podem conter monóxido de carbono. Na aplicação prática desta invenção, se apenas um duto de exaustão de gases 6 de combustão estiver presente então uma chama 15 pode se estender a partir da saída 7 do duto de exaustão de gases 6. Se dois ou mais dutos de exaustão de gases 6 estiverem presentes, pode haver uma chama 15 presente que se estende a partir de ao menos uma saída 7 de ao menos um duto de exaustão de

7 / 15 gases 6. O monóxido de carbono pode estar presente na chama 15 e pode ser ou não completamente queimado na chama 15.

[0016] O forno 1 pode incluir uma porta de visualização 10 em uma parede do forno, através da qual a chama 4 dentro do forno 1 pode ser observada de fora do forno 1.

[0017] De acordo com a presente invenção, uma câmera 21 é posicionada fora do forno 1. A câmera 21 inclui uma abertura 22 através da qual a câmera 21 recebe uma imagem. Em uma modalidade da invenção, a câmera 21 é posicionada em relação ao forno 1 de modo que a abertura 22 da câmera 21 seja apontada na direção da chama 15. Em uma outra modalidade da invenção, a câmera 21 é posicionada em relação a forno 1 de modo que a abertura 22 da câmera 21 se alinhe com a porta de visualização 10, de modo que a câmera 21 possa receber uma imagem de chama 4 dentro do forno 1.

[0018] A câmera 21 é uma câmera digital, o que significa que a câmera 21 detecta uma ou mais características do objeto (neste caso, as características detectadas incluem ao menos uma intensidade da chama na direção da qual a câmera 21 está apontada) e expressa eletronicamente em forma digital uma imagem que corresponde às características detectadas. Câmeras digitais com essa capabilidade estão comercialmente disponíveis. Elas podem ser uma unidade independente ou podem ser parte de um item do equipamento que também tem capabilidades funcionais adicionais (como telefonia, medição de tempo, e similares).

[0019] Ainda com referência à Figura 1, os controles 25 controlam a taxa de fluxo do oxidante 12 e do combustível 13 que são alimentados no queimador 11 (ou múltiplos queimadores, se mais de um queimador 11 estiver presente). Opcionalmente, porém de preferência, uma lança 27 é fornecida para emitir o oxidante suplementar para dentro do forno 1 quando o oxidante adicional é para ser passado para dentro do forno 1. O fluxo de oxidante através da lança 27 é controlado pelos controles 29. O oxidante que pode ser

8 / 15 passado através da lança 27 para dentro do forno 1 pode ser ar, ar enriquecido com oxigênio, ou oxidante de maior pureza que tem um teor de oxigênio de ao menos 50% em volume. e mesmo ao menos 90% em volume. O teor de oxigênio do oxidante que é alimentado através da lança 27 para dentro do forno 1 pode ser igual ou diferente em relação ao teor de oxigênio do oxidante 12 que é alimentado para dentro do forno 1.

[0020] Na Figura 1, o bloco 23 se refere ao sistema completo que realiza a sequência das etapas que são apresentadas na Figura 2 como 31, 33 e

35. O sistema pode estar presente em um aparelho integrado, ou os componentes que executam etapas específicas podem estar fisicamente separados de outros componentes e conectados um ao outro por meio de conexão de cabos ou por conexão sem cabo, sem fio. Alguns ou todos dentre os componentes podem ser incluídos na câmera 21. Entretanto, para facilidade de função e devido à possibilidade da câmera 21 poder estar situada em um ambiente que pode estar quente e empoeirado e, dessa forma, potencialmente agressivo aos componentes, como processadores, é preferencial que a câmera 21 esteja fisicamente separada dos outros componentes, e que a câmera 21 seja conectada por uma conexão de cabo ou sem fio a ao menos o componente que executa a etapa 31 que primeiro segue a captura de imagens pela câmera

21. Como pode ser visto na Figura 1, o sistema 23 está conectado à câmera 21 para receber a entrada a partir da câmera 21, e o sistema 23 está conectado aos controles 25 e (se presente) aos controles 29, para fornecer sinais aos controles 25 e 29.

[0021] Em funcionamento, a combustão é realizada dentro do forno 1 na presença de material 2 no forno 1. Uma chama é formada no forno que pode aparecer como a chama 15 que se estende para fora da abertura 7 de um duto de exaustão de gases 6. Em uma modalidade da invenção, a câmera 21 é apontada para a chama 15 de modo que as imagens da chama 15 sejam recebidas através da abertura 22. Em uma outra modalidade da invenção, a

9 / 15 câmera 21 está apontada na direção do forno 1 de modo que uma imagem de uma chama 4 dentro do forno 1 seja recebida na abertura 22 através da porta de visualização 10. A chama 15 ou 4 pode ser muito brilhante, de modo que a abertura 22 e a exposição devem ser ajustadas para evitar supersaturação ou distorção da imagem. Em algumas circunstâncias, pode ser desejável a capacidade de se ajustar dinamicamente a exposição da imagem de modo que resolução adequada seja obtida quando a imagem é muito escura. Na maioria das circunstâncias tal ajuste dinâmico não é necessário. O fator de visão e resolução da imagem da câmera deve ser tal que o tamanho da imagem seja de ao menos 50 por 50 pixels, de preferência ao menos 300 por 300 pixels. Uma pessoa versada na técnica pode facilmente determinar a resolução da imagem e o fator de visão da imagem adequados para uma determinada distância da câmera 21 em relação à chama 15 ou 4, e para um determinado tamanho da chama 15 ou 4. A câmera 21 gera uma imagem eletrônica digital da chama 15 ou da chama 4, com base em ao menos um parâmetro da chama, como uma intensidade da chama 15 ou da chama 4. A imagem eletrônica é transmitida eletronicamente pela câmera 21 ao aparelho que executa a etapa 31.

[0022] Na etapa 31, o sinal que corresponde à imagem da chama 15 ou 4 é convertido em um ou mais valores que representam a intensidade ou variedade de intensidades da chama, e pode compreender uma faixa de valores na área da chama que está dentro do campo de visão da câmera 21. As intensidades são detectadas e expressas digitalmente para criar um conjunto de valores que correspondem à intensidade detectada. O parâmetro de intensidade detectada corresponde também a uma concentração de monóxido de carbono que está presente na chama.

[0023] Na etapa 33, o parâmetro de intensidade detectada é comparado com as correlações preestabelecidas do parâmetro de intensidade às concentrações reais de monóxido de carbono na chama. As correlações

10 / 15 preestabelecidas podem ser estabelecidas por medição simultânea da concentração de monóxido de carbono na chama através de uma técnica estabelecida como amostragem de gás com o uso de uma sonda de amostragem de gás seguido pela análise do gás amostrado, ou monitoramento contínuo da emissão, e observação do valor do parâmetro expresso que é derivado na etapa 31 a partir do valor baseado na intensidade conforme detectada pela câmera 21, e registro da concentração medida e do valor do parâmetro juntos onde eles podem ser lidos juntos, como em um computador ou em um catálogo escrito. Desta forma, cada parâmetro de intensidade que é expresso pelo sistema corresponde a um valor real de concentração de monóxido de carbono na chama. A determinação das correlações preexistentes entre o parâmetro expresso e a concentração de monóxido de carbono medida, pode ter sido realizada anteriormente, durante o ajuste inicial do sistema em um forno, e normalmente não precisa ser repetida em um determinado forno cada vez que o forno está sendo operado. No entanto, o operador pode achar que é preferível estabelecer um novo ajuste de correlações para diferentes fornos, bem como em um determinado forno em situações em que as condições sob as quais o determinado forno deve ser operado diferem significativamente.

[0024] O sistema aqui descrito pode ser usado para se obter qualquer dentre vários métodos de controle da operação do forno. Um desses métodos é para controlar as emissões de monóxido de carbono mediante o controle do fluxo de alimentação de oxigênio no forno, que é agora descrito:

[0025] A operação do forno terá um valor preestabelecido para a concentração de monóxido de carbono na chama, de modo que os valores de concentração de monóxido de carbono acima desse valor não são aceitáveis e precisam ser diminuídos. Os valores típicos de excesso de monóxido de carbono podem estar na faixa de 3% em volume a 30% em volume, embora os valores possam variar dependendo do local, da natureza do material 2

11 / 15 sendo aquecido no forno 1, ou outras condições. O valor preestabelecido é com base em qualquer fator ou grupo de fatores que têm significância para o operador, como valores que representam riso de danos ambientais, ou que correm o risco de violação de normas ambientais aplicáveis, ou que indicam um desequilíbrio indesejada das condições econômicas e termodinâmicas no forno.

[0026] Na etapa 33, o valor preestabelecido para a concentração de monóxido de carbono na chama (que pode também ser chamado de um valor limite, ou um ponto de ajuste) é armazenado, e o parâmetro de intensidade detectada que corresponde à concentração de monóxido de carbono na chama em um ponto no tempo é comparado com o valor limite preestabelecido. A comparação pode ser feita em qualquer taxa desejada, mas preferencialmente a comparação é feita a uma taxa de uma vez a cada 2 a 5 segundos. De preferência, a comparação é executada automaticamente por um controlador adequadamente programado.

[0027] Quando o parâmetro de intensidade detectado e processado corresponde a uma concentração real de monóxido de carbono na chama que excede o valor limite preestabelecido, então o sistema executa uma ação que resulta em fornecimento adicional de oxigênio no forno 1. Na Figura 2, essa ação é representada como geração de um sinal na etapa 33 que ativa o sistema de controle de combustão 35 e causa presença adicional de oxigênio no forno

1. O oxigênio adicional reage com o monóxido de carbono presente no forno, de modo que menos monóxido de carbono sai do forno 1 através do duto de exaustão de gases 6 na chama 15 ou de outro modo. O oxigênio adicional pode ser fornecido no forno 1, para reagir com o excesso detectado de monóxido de carbono, por qualquer de vários modos. Por exemplo, um desses modos é para o sistema de controlar 35 aumentar a quantidade de oxigênio 12 que é alimentada no forno 1 através do queimador 11 sem aumentar a taxa de fluxo do combustível 13 para dentro do forno 1. Um outro modo possível é

12 / 15 para alimentar oxidante suplementar, ou uma quantidade aumentada de oxigênio suplementar, através da linha de alimentação suplementar 29 (mostrada na Figura 1), também sem aumentar a taxa de fluxo do combustível 13 para dentro do forno 1. Ainda um outro modo possível é diminuir a quantidade de combustível 13 alimentada no forno 1, sem diminuir a quantidade de oxigênio 12 ou de oxigênio suplementar 27 que é alimentada no forno 1. Ou, qualquer combinação desses modos pode ser implementada ao mesmo tempo.

[0028] A modalidade preferencial é para fornecer oxigênio suplementar 27, de modo que o operador não precise ajustar a razão estequiométrica do oxidante e do combustível que são alimentados através dos um ou mais queimadores 11. A linha de alimentação suplementar 27 deve, preferencialmente, ser posicionada de modo que ela alimente o oxidante em regiões dentro do forno nas quais quantidades relativamente maiores de monóxido de carbono podem estar presentes, ou em regiões em que o monóxido de carbono seria particularmente indesejável, como próximas da área em que o interior do forno 1 se conecta com a extremidade a montante do duto de exaustão de gases 6.

[0029] O fornecimento de oxigênio adicional é continuado até que o valor detectado e processado que representa a concentração de monóxido de carbono na chama diminua até um valor igual a ou menor que o valor limite preestabelecido mencionado anteriormente. Caso seja preferencial, o oxigênio adicional deve ser fornecido até que o valor detectado e processado seja menor que o valor limite preestabelecido, como 0,5% a 2% abaixo do valor limite preestabelecido, para minimizar o número de vezes que o fornecimento do oxigênio adicional tem de ser iniciado e então descontinuado.

[0030] As etapas 31, 33 e 35 podem ser executadas em controladores adequadamente programados que são conectados um ao outro por cabos adequados ou por conexões sem fio. Em vez disso, eles podem estar todos

13 / 15 presentes em uma peça de hardware.

[0031] Conforme indicado, o sistema aqui descrito pode também ser usado para executar outros métodos de controle da operação do forno, mediante ajuste do fluxo de alimentação de oxigênio (oxidante), do combustível, ou de ambos, oxigênio e combustível, para ser obter as características desejadas de combustão dentro do forno ou para executar o controle da operação do forno a partir do início. Nesta modalidade da invenção, um ponto de ajuste ou mais de um ponto de ajuste (tipicamente 3 a 10 pontos de ajuste) são preestabelecidos no controlador que correspondem a taxas de fluxo de combustível e taxas de fluxo de oxigênio para o forno (em um queimador ou em cada um dentre vários queimadores se o forno tiver múltiplos queimadores).

[0032] Nessas modalidades, os parâmetros de análise de imagens são recebidos na etapa 33 e comparados com os pontos de ajuste dos níveis de controle definidos pelo usuário que também pré-ajusta os valores de taxa de fluxo a serem usados no queimador e na lança oxidante para cada nível. Essa última parte é comunicada com o CLP (controlador lógico programável) para controle da combustão no forno. O usuário também pode selecionar outros parâmetros de processo como temporizadores para ativar/desativar os níveis de controle. O usuário pode neste estágio também selecionar o idioma que será mostrado nos painéis de controle que o operador verá, e pode também selecionar outras variáveis a serem controladas. O controlador 33 recebe os dados da câmera e do software relacionado, processa esses dados juntamente com ações de entrada do usuário (limites, ponto de ajuste de fluxo de oxigênio, ponto de ajuste de fluxo de gás natural, tempos de atraso) e ajusta dinamicamente o processo para reduzir as emissões de CO e aumentar a produção do forno.

[0033] O usuário seleciona a variável de controle e estabelece os limites de início, os limites de parada e os valores de "atraso de desligamento"

14 / 15 (em qualquer número de cada um que é desejado, tipicamente de 1 a 10 de cada um, e um número (tipicamente 1 a 5) de valores de "atraso de ligamento". O usuário também define um ponto de ajuste do fluxo de oxigênio e um ponto de ajuste de fluxo de gás natural no queimador para cada limite correspondente. Quando o primeiro limite de partida exceder mais do que o tempo de atraso de ligamento, o software ajusta o ponto de ajuste de fluxo de oxigênio e o ponto de ajuste de fluxo de gás natural correspondentes. Os pontos de ajuste são processados em ordem conforme os limites são excedidos. Quando a variável de controle cair abaixo do limite de parada e o temporizador de atraso para desligar estiver completo, o nível anterior é ajustado.

[0034] Quando a variável de controle cair abaixo de todos os limites de parada e o atraso para desligar final é concluído, o ponto de ajuste de oxigênio é ajustado para zero e o ponto de ajuste de combustível no queimador é retornado para o controle normal.

[0035] Se a porta do forno for aberta, o ponto de ajuste de oxigênio é ajustado para zero e o ponto de ajuste do combustível no queimador é retornado para o controlo normal.

[0036] O sistema e o método aqui descritos permitem que o operador realize benefícios na operação do forno, como uma operação mais eficiente em termos como de consumo de combustível e de tempo de ciclo reduzido. Através do monitoramento do teor de monóxido de carbono da chama (e isso feito em tempo real, que é como a presente invenção pode ser utilizada), o operador pode ajustar as taxas do fluxo de alimentação de oxigênio e/ou de combustível para o forno, de modo que o calor de combustão de monóxido de carbono possa ser retido no forno e utilizado de maneira vantajosa, permitindo assim que o operador obtenha o mesmo grau de aquecimento e/ou fusão de material dentro do forno em um tempo mais curto de ciclo, e permitindo que o operador obtenha o aquecimento e/ou a fusão com menos consumo de

15 / 15 combustível por unidade de material aquecido.

[0037] A presente invenção é um método vantajoso para controlar as emissões de monóxido de carbono provenientes de fornos, e para controlar a operação geral do forno, por várias razões. Uma razão é que a implementação do método da presente invenção em um forno operacional não exige medição direta contínua da concentração de monóxido de carbono na chama. Uma outra razão é que a presente invenção mede parâmetros detectados que caracterizam o monóxido de carbono na chama, em vez de em gases do duto de exaustão de gases ou em gases de exaustão onde a medição é propensa a ser mais variável e menos fiável. Além disso, o método da presente invenção não mede temperaturas da chama, e não é baseado em diferenças de medição de temperatura da chama, e dessa forma é mais confiável e menos vulnerável às flutuações de temperatura na chama. Em vez disso, o método da presente invenção se baseia nas correlações de parâmetros de imagem que correspondem à concentração de monóxido de carbono na chama, o que se acredita ser um modo de operação inovador e eficiente.

[0038] Outras vantagens incluiriam a necessidade reduzida de manutenção do equipamento que é usado; menor custo de instalação e pouco ou nenhum tempo de inatividade do forno para instalação do sistema que executa a invenção; e tempo de resposta mais rápido para ajustar o fluxo de alimentação de oxigênio, o fluxo de alimentação de combustível, ou ambos, o fluxo de alimentação de oxigênio e o fluxo de alimentação de combustível, quando o sistema detecta uma condição que exige um aumento ou outra alteração na quantidade de oxigênio e/ou na quantidade de combustível que são alimentadas no forno.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para aquecer material em um forno, caracterizado por compreender: (A) aquecer um material que compreende matéria carbonácea em um forno equipado com um duto de exaustão de gases, com o uso do calor gerado pela combustão, no forno, de combustível e oxidante gasoso que são alimentados no forno, produzindo, assim, monóxido de carbono derivado da matéria carbonácea, sendo que uma chama é formada no forno, a qual pode se estender para fora do forno a partir do duto de exaustão de gases; (B) caracterizar a concentração de monóxido de carbono na chama a partir de imagens da chama obtidas dentro do forno ou fora do forno por uma câmera digital que está situada fora do forno, mediante a expressão eletrônica de ao menos um parâmetro que corresponde à intensidade da chama e que corresponde à concentração de monóxido de carbono na chama, e determinar a concentração caracterizada de monóxido de carbono na chama a partir de correlações predeterminadas das concentrações reais de monóxido de carbono em uma chama em valores expressos do ao menos um parâmetro; (C) comparar a concentração caracterizada de monóxido de carbono na chama como caracterizada de acordo com a etapa (B) a um valor de concentração limite preestabelecido para a dita concentração; (D) quando a concentração caracterizada de monóxido de carbono na chama exceder o dito valor de concentração limite preestabelecido, ajustar a quantidade de oxigênio, a quantidade de combustível, ou as quantidades de oxigênio e de combustível que são alimentadas no forno que está disponível para reagir no forno para uma quantidade ou quantidades dos mesmos que são eficazes para abaixar a concentração caracterizada de monóxido de carbono para que sejam iguais ou menores que o valor de concentração limite preestabelecido para um comprimento predeterminado de tempo, e ao mesmo tempo continuar a caracterizar a concentração de monóxido de carbono na chama a partir de imagens da chama obtidas pela câmera digital fora do forno.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito material compreender metal.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por na etapa (A) ao menos uma porção do dito material que é aquecido ser queimada.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por na etapa (A) ao menos uma porção do dito material que é aquecido ser fundida.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, na etapa (D), o ajuste da quantidade de oxigênio no forno que está disponível para reagir no forno compreender aumentar a quantidade de oxigênio que é alimentada no dito forno em relação à quantidade do dito combustível que é alimentada no dito forno.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, na etapa (D), o ajuste da quantidade de oxigênio no forno que está disponível para reagir no forno compreender diminuir a quantidade do dito combustível que é alimentada no dito forno em relação à quantidade de oxigênio que é alimentada no dito forno.

7. Método de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por a chama se estender para fora do forno a partir do duto de exaustão de gases e imagens serem obtidas pela câmera digital da chama que se estende para fora do forno a partir do duto de exaustão de gases.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as imagens serem obtidas pela câmera digital da chama dentro do forno.

9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreende ajustar a quantidade de oxigênio que é alimentada no forno quando a concentração caracterizada de monóxido de carbono na chama exceder o dito valor de concentração preestabelecido.

10. Método de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por compreender ajustar a quantidade de combustível que é alimentada no forno quando a concentração caracterizada de monóxido de carbono na chama exceder o dito valor de concentração preestabelecido.

11. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado que compreende ajustar a quantidade de oxigênio e a quantidade de combustível que são alimentadas no forno quando a concentração caracterizada de monóxido de carbono na chama exceder o dito valor de concentração preestabelecido.

12. Método de acordo com a reivindicação 1, para aquecer material em um forno, caracterizado por compreender: (A) aquecer um material que compreende matéria carbonácea em um forno equipado com um duto de exaustão de gases, com o uso do calor gerado pela combustão, no forno, de combustível e oxidante gasoso que são alimentados no forno, produzindo, assim, monóxido de carbono derivado da matéria carbonácea, sendo que uma chama é formada no forno, a qual pode se estender para fora do forno a partir do duto de exaustão de gases; (B) caracterizar a concentração de monóxido de carbono na chama a partir de imagens da chama obtidas dentro do forno ou fora do forno por uma câmera digital que está situada fora do forno, mediante a expressão eletrônica de ao menos um parâmetro que corresponde à intensidade da chama e que corresponde à concentração de monóxido de carbono na chama, e determinar a concentração caracterizada de monóxido de carbono na chama a partir de correlações predeterminadas das concentrações reais de monóxido de carbono em uma chama em valores expressos do ao menos um parâmetro; (C) comparar a concentração caracterizada de monóxido de carbono na chama como caracterizada de acordo com a etapa (B) a um valor de concentração limite preestabelecido para a dita concentração;

(D) quando a concentração caracterizada de monóxido de carbono na chama exceder o dito valor de concentração limite preestabelecido, ajustar a quantidade de oxigênio que é alimentada no forno que está disponível para reagir com monóxido de carbono no forno em uma quantidade que é eficaz para abaixar a concentração caracterizada de monóxido de carbono para que seja igual ou menor que o valor de concentração limite preestabelecido para um comprimento predeterminado de tempo, e ao mesmo tempo continuar a caracterizar a concentração de monóxido de carbono na chama a partir de imagens da chama obtidas pela câmera digital fora do forno.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por, na etapa (D), o ajuste da quantidade de oxigênio no forno que está disponível para reagir no forno compreender aumentar a quantidade de oxigênio que é alimentada no dito forno em relação à quantidade do dito combustível que é alimentada no dito forno.

14. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por, na etapa (D), o ajuste da quantidade de oxigênio no forno que está disponível para reagir com monóxido de carbono no forno compreender diminuir a quantidade do dito combustível que é alimentada no dito forno em relação à quantidade de oxigênio que é alimentada no dito forno.