BR112021004722A2 - método de realização de combustão em um forno - Google Patents

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Abstract

MÉTODO DE REALIZAÇÃO DE COMBUSTÃO EM UM FORNO. A presente invenção se refere ao aumento da regeneração termoquímica mediante a injeção de gás de combustão para arrastar o gás de combustão reciclado que passa para fora de um regenerador para formar uma mistura que é impelida para dentro do outro regenerador.

Description

1 / 18
MÉTODO DE REALIZAÇÃO DE COMBUSTÃO EM UM FORNO CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção se refere à combustão em fornos, como em fornos de fundição de vidro, sendo que material é alimentado no forno e é aquecido e/ou fundido pelo calor de combustão que ocorre dentro do forno.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] A tecnologia é geralmente conhecida na qual pares de regeneradores são usados em ciclos repetidos para utilizar o calor que está contido nos produtos de combustão gasosos quentes (também chamados de gás de combustão) a partir de um forno (como um forno de fundição de vidro). Em um ciclo, gás de combustão é passado através de um primeiro regenerador no qual o gás de combustão quente aquece a estrutura no interior do primeiro regenerador, enquanto uma outra corrente de gás como oxidante gasoso é passada através de um segundo regenerador que já foi aquecido, para aquecer a corrente de gás que é então passada para dentro do forno e assim resfria o segundo regenerador. Então, no segundo ciclo, o gás de combustão é passado, em vez disso, através do segundo regenerador para aquecer o mesmo, e a corrente de gás é passada, em vez disso, através do primeiro regenerador que ficou aquecido no ciclo anterior. Os dois ciclos são alternados.
[003] Uma tecnologia aprimorada que pode ser praticada com o uso de regeneradores emparelhados é revelada na patente US n°. 6.113.874 que revela métodos de recuperação de calor úteis com fornos que empregam regeneradores. Mais especificamente, uma corrente de produtos de combustão formados no forno é passada através de um primeiro regenerador para aquecer o primeiro regenerador e resfriar os produtos de combustão e, então, uma porção dos produtos de combustão resfriados é misturada com combustível para formar uma mistura que é passada através de um segundo regenerador aquecido em que a mistura sofre uma reação endotérmica para formar o gás
2 / 18 de síntese que, então, passa para dentro do forno e é queimado.
[004] A presente invenção fornece a capacidade de praticar essas tecnologias com eficiência e economia aprimoradas.
BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[005] Um aspecto da presente invenção é um método de realização da combustão em um forno, que compreende (A) realizar a combustão de combustível em um forno para produzir produtos de combustão gasosos; e (B) alternativamente (1) passar os produtos de combustão gasosos do forno dentro e através de um primeiro regenerador resfriado para aquecer o primeiro regenerador e resfriar os ditos produtos de combustão gasosos, e injetar uma corrente de combustível gasoso em uma corrente de reciclagem compreendendo os ditos produtos de combustão gasosos resfriados no dito primeiro regenerador, para arrastar a dita corrente de reciclagem para a dita corrente injetada de combustível gasoso, formando assim uma mistura do combustível gasoso com os ditos produtos de combustão gasosos arrastados e para impulsionar a mistura em um segundo regenerador aquecido e, no segundo regenerador, reagir os produtos de combustão gasosos e o combustível na dita mistura em uma reação endotérmica para formar gás de síntese compreendendo hidrogênio e CO, e passar o dito gás de síntese do segundo regenerador para a forno e queimá-lo no forno, e (2) passar os produtos de combustão gasosos do forno dentro e através de um segundo regenerador resfriado para aquecer o segundo regenerador e resfriar os ditos produtos de combustão gasosos, e injetar uma corrente de combustível gasoso em uma corrente de reciclagem compreendendo os ditos produtos de combustão gasosos resfriados no dito segundo regenerador, para arrastar a dita corrente de reciclagem para a dita corrente injetada de combustível gasoso, formando assim uma mistura do
3 / 18 combustível gasoso com os ditos produtos de combustão gasosos arrastados e para impulsionar a mistura em um primeiro regenerador aquecido e, no primeiro regenerador, reagir os produtos de combustão gasosos e o combustível na dita mistura em uma reação endotérmica para formar gás de síntese compreendendo hidrogênio e CO, e passar o dito gás de síntese do primeiro regenerador para a forno e queimá-lo no forno.
[006] A corrente de gás de combustão de reciclagem na qual a corrente de combustível gasoso é injetada é tipicamente dividida de toda a corrente de produtos de combustão gasosos resfriados que deixa cada regenerador resfriado por sua vez, caso em que o equilíbrio dos produtos de combustão gasosos resfriados é passado para o escapamento.
[007] Em uma modalidade preferencial da presente invenção, após cada mistura de combustível gasoso com produtos de combustão gasosos arrastados ser formada, o combustível gasoso adicional é adicionado às misturas antes das misturas serem, por sua vez, alternadamente impelidas para o primeiro e o segundo regeneradores aquecidos.
[008] Uma outra modalidade da invenção emprega um dispositivo que tem primeira e segunda câmaras que são conectadas por uma passagem, e na etapa (B)(1) uma corrente de combustível gasoso é injetada nos ditos produtos de combustão gasosos em uma primeira câmara do dispositivo, e a mistura resultante de combustível gasoso e produtos de combustão gasosos é passada da dita primeira câmara através da dita passagem e através da dita segunda câmara para o segundo regenerador aquecido; e na etapa (B)(2) uma corrente de combustível gasoso é injetada nos ditos produtos de combustão gasosos na segunda câmara do dispositivo e a mistura resultante de combustível gasoso e produtos de combustão gasosos é passada a partir da dita segunda câmara através da dita passagem e através da dita primeira câmara para o primeiro regenerador aquecido.
[009] Em uma variante preferencial desta modalidade da invenção, a
4 / 18 primeira câmara está dentro do primeiro regenerador e a segunda câmara está dentro do segundo regenerador, o primeiro e o segundo regeneradores estão separados por uma parede que está em contato com o primeiro e o segundo regeneradores, e a passagem entre a primeira e a segunda câmaras passa através da parede. Nessa variante, nenhum dos dutos externos aos regeneradores é necessário.
[0010] É preferencial incorporar uma etapa de purga nesta invenção, sendo que no final da etapa (B)(1) antes da etapa (B)(2) ser iniciada, a passagem de combustível gasoso no segundo regenerador é interrompida, e o gás motriz é passado para dentro e através do segundo regenerador para purgar o combustível gasoso a partir do segundo regenerador; e sendo que no final da Etapa (B)(2) antes da Etapa (B)(1) ser iniciada, a passagem de combustível gasoso no primeiro regenerador é interrompida, e o gás motriz é passado para dentro e através do primeiro regenerador para purgar o combustível gasoso a partir do primeiro regenerador. De preferência, o gás motriz é injetado, e arrasta, uma corrente de gás de combustão reciclado para formar uma mistura que é impelida para o regenerador que está sendo purgado.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0011] A Figura 1 é um fluxograma de uma modalidade da presente invenção.
[0012] A Figura 2 é uma vista esquemática em seção transversal de uma parte da modalidade da Figura 1.
[0013] A Figura 3 é uma vista esquemática em seção transversal de uma outra parte da modalidade da Figura 1.
[0014] A Figura 4 é um fluxograma de outra modalidade da presente invenção.
[0015] A Figura 5 é uma vista em seção transversal de um dispositivo útil na prática da presente invenção.
5 / 18
[0016] A Figura 6 é um fluxograma de outra modalidade da presente invenção.
[0017] A Figura 7 é uma vista em seção transversal de um dispositivo útil na prática da presente invenção.
[0018] A Figura 8 é uma vista em seção transversal do equipamento regenerador que incorpora ainda outra modalidade da invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0019] A presente invenção emprega um processo de recuperação de calor que recaptura o calor útil das correntes de exaustão de gás de combustão de alta temperatura. Exemplos preferenciais de processos de combustão com os quais o método da presente invenção pode ser praticado incluem fornos de fundição de vidro, em que os ingredientes formadores de vidro são fundidos, juntos, para formar vidro fundido.
[0020] Esse processo de recuperação de calor em dois ciclos, os quais são aqui denominados ciclo de combustão e ciclo de reforma. Esses dois ciclos são executados alternadamente em dois ou mais regeneradores carregados com chicanas. O processo de recuperação de calor é executado, de preferência, em associação com fornos e outros dispositivos de combustão que empregam processos de combustão de "oxicombustível", isto é, combustão de combustível com oxidante gasoso compreendendo um teor de oxigênio de ao menos 50%, em volume de oxigênio, e de preferência ao menos 80%, em volume, de oxigênio, com mais preferência, ao menos 90%, em volume, de oxigênio, e mesmo ao menos 99%, em volume, de oxigênio, porque os gases de combustão produzidos pela combustão de oxi-combustível têm maiores concentrações de H2O e CO2, ambos os quais promovem as reações de reforma endotérmicas que são usadas no método desta invenção. Durante o ciclo de combustão, as chicanas de um primeiro regenerador extraem e armazenam calor de um gás de combustão de alta temperatura que é alimentado a partir do forno para dentro e através desse regenerador. Então,
6 / 18 o ciclo de reforma, a partir do gás de combustão resfriado que sai do primeiro regenerador, uma porção (que é chamada aqui como Gás de Combustão Reciclado ou RFG) é alimentada para dentro de outro (segundo) regenerador e misturada com uma corrente de combustível (aqui chamada de Combustível de Reforma ou RF). Na descrição a seguir, metano puro (CH4) é descrito como combustível de reforma para propósitos ilustrativos. Outros combustíveis satisfatórios incluem qualquer gás combustível, mistura de gás ou combustíveis líquidos vaporizados incluindo, mas não se limitando a, gás natural, propano e GLP (gás liquefeito de petróleo).
[0021] No ciclo de reforma, a mistura de RFG/Combustível de Reforma entra no segundo regenerador no qual a pilha de chicanas já foi aquecida, conforme descrito aqui, e flui através da mesma em direção ao forno. A temperatura da mistura de RFG/RF que passa através do segundo regenerador continua a aumentar pela extração de calor da pilha de chicanas já pré-aquecida. Conforme a mistura de RGF/RF passa através do segundo regenerador, ela atinge uma temperatura na qual as reações de reforma começam a ocorrer e continuam a ocorrer, produzindo produtos incluindo H2 e CO. As reações de reforma são endotérmicas e o calor necessário para promover a reação de reforma é absorvido a partir da chicana aquecida. A composição gasosa que é produzida pelas reações de reforma compreende, tipicamente, um ou mais componentes como H2, CO, gases não reagidos que compreendem H2O, CO2, CH4, nitrogênio, qualquer NOx residual e fuligem. A composição gasosa assim produzida pode, também, ser chamada aqui de "gás de síntese". O gás de síntese surge do segundo regenerador para o forno e é submetido à combustão no forno com o oxidante para fornecer energia térmica para aquecer e/ou fundir o material no forno.
[0022] Após um período de tempo, a operação dos dois regeneradores é revertida, isto é, o regenerador que foi usado no ciclo de combustão é comutado para o ciclo de reforma, e o regenerador que foi usado no ciclo de
7 / 18 reforma é comutado para o ciclo de combustão. Após um outro período de tempo, a operação dos dois regeneradores é revertida novamente. O sincronismo das reversões pode ser determinado pelo tempo decorrido, ou por outros critérios, como a temperatura do gás de combustão que sai do primeiro regenerador que está no ciclo de combustão. O processo de reversão é executado de acordo com um mecanismo e um plano predeterminados, sendo que as válvulas são sequenciadas para abrir e fechar e os gases motriz são ligados e desligados com base em horários específicos.
[0023] A operação e o controle da presente invenção são descritos em mais detalhes a seguir em conjunto com as Figuras 1 a 8. Com referência primeiramente à Figura 1, um forno de vidro aquecido da porta de extremidade (5) equipado com dois regeneradores (100) e (200) na parede de extremidade (3) do forno (5) é usado como um exemplo. Entretanto, a operação descrita aqui de um par de regeneradores pode ser executada da mesma maneira quando os pares de regeneradores estão lado a lado em um lado do forno (5) ou estão posicionados em lados opostos do forno (5).
[0024] Conforme mostrado na Figura 1, o forno de vidro da porta de extremidade (5) tem uma estação de alimentação representada como (31) onde o material de alimentação (30) que compreende os materiais de fabricação de vidro sólidos (conhecido como batelada e/ou casco), são carregados no forno para serem aquecidos e fundidos. O fluxo de vidro fundido para fora do forno (5) é representado como (90). O forno (5) é equipado com um primeiro regenerador (100) no lado esquerdo do forno e o segundo regenerador (200) no lado direito do forno. Vistas em seção transversal verticais dos dois regeneradores são mostradas com mais detalhes nas Figuras 2 e 3.
[0025] Conforme visto nas Figuras 1 e 2, o interior do forno (5) é conectado ao espaço superior (530) do regenerador (200) pelo pescoço da porta (205). As chicanas (representadas como (520)) são fornecidas dentro do
8 / 18 regenerador (200) e dispostas com passagens entre as chicanas através das quais o gás pode fluir para e a partir do espaço inferior da câmara (500) através das passagens de gás (515) apoiadas no arco (510) que também suporta o peso do leito das chicanas no regenerador (200).
[0026] Também conforme visto nas Figuras 1 e 2, o conduto (260) é conectado ao espaço inferior (500) e ao dispositivo (210) que é descrito em mais detalhes abaixo. A linha de alimentação de combustível gasoso suplementar (21) está conectada ao conduto (260) através da válvula (230). A linha de combustível de reforma (20) é conectada ao dispositivo (210) através da válvula (220) para ser capaz de passar o combustível de reforma para o dispositivo (210) conforme descrito aqui. A linha de gás motriz (22) é conectada ao dispositivo (210) através da válvula (240) para ser capaz de passar o gás de purga para o dispositivo (210) como descrito aqui. A linha de gás de combustão (250) é conectada ao dispositivo (210) para ser capaz de passar gás para o dispositivo (210) ou para receber gás do dispositivo (210), como descrito aqui. A linha de gás de combustão (250) se estende do dispositivo (210) para a linha (350) e para a linha (150) que é descrita abaixo. A linha (350) passa através da válvula (300), que ajusta a proporção de gás que flui através das linhas (250) e (150) em relação ao fluxo de gás que passa através da linha (350) para o dispositivo motriz (310) que é qualquer dispositivo capaz de arrastar o gás em sua direção através da linha (350), como um ventilador, soprador ou edutor. A linha (315) é conectada ao dispositivo motriz (310) e ao escapamento representado por (400), o que significa que ele não entra novamente no forno, mas em vez disso é descarregado para a atmosfera e/ou transportado para uma ou mais outras estações para armazenamento e/ou tratamento posterior ou qualquer combinação de tais destinos.
[0027] Conforme visto nas Figuras 1 e 3, o interior do forno (5) é conectado ao espaço superior (430) do regenerador (100) pelo pescoço da
9 / 18 porta (105). As chicanas (representadas como (420)) são fornecidas dentro do regenerador (100) e dispostas com passagens entre as chicanas através das quais o gás pode fluir para e a partir do espaço inferior da câmara (405) através das passagens de gás (415) apoiadas no arco (410) que também suporta o peso do leito das chicanas no regenerador (100).
[0028] Também conforme visto nas Figuras 1 e 3, o conduto (160) é conectado ao espaço inferior (405) e ao dispositivo (110) que é descrito em mais detalhes abaixo. A linha de alimentação de combustível gasoso suplementar (11) está conectada ao conduto (160) através da válvula (130). A linha de combustível de reforma (10) é conectada ao dispositivo (110) através da válvula (120) para ser capaz de passar o combustível de reforma para o dispositivo (110) conforme descrito aqui. A linha de gás motriz (12) é conectada ao dispositivo (110) através da válvula (140) para ser capaz de passar o gás de purga para o dispositivo (210) como descrito aqui. A linha de gás de combustão (150) é conectada ao dispositivo (110) para ser capaz de passar gás para o dispositivo (110) ou para receber gás do dispositivo (110) como descrito aqui. A linha de gás de combustão (150) se estende do dispositivo (110) para a linha (150) e para a linha (350) e para o escapamento (400) que são descritos acima.
[0029] Na modalidade mostrada na Figura 4, os elementos que têm números de referência que aparecem na Figura 1 são iguais aos descritos aqui com relação à Figura 1. Além destes elementos, a linha (150A) é conectada ao conduto (160) e à linha (250) e à linha (350B). A linha (250A) é conectada ao conduto (260) e à linha (150) e à linha (350A). A linha (350A) passa através da válvula (300A) para o dispositivo motriz (310), e a linha (350B) passa através da válvula (300B) para o dispositivo motriz (310). Os fluxos de gás através dessas linhas, e as proporções de fluxos que passam, e que não passam, através dos dispositivos (110) e (210), podem ser controlados pelo tamanho das linhas e pelas configurações da válvula (300) e do dispositivo
10 / 18 motriz (310) e, opcionalmente, pelo fornecimento de válvulas de controle nas linhas (150A) e (250A). Esta modalidade pode ser preferencial em algumas operações, em comparação com a modalidade da Figura 1, em que a modalidade da Figura 1 requer que todos os produtos de combustão gasosos que passam para fora do regenerador (200) no conduto (260) para qualquer dispositivo (110) ou para a linha (350) passem através do dispositivo (210), e requer que todos os produtos de combustão gasosos que passam para fora do regenerador (100) no conduto (160) para qualquer dispositivo (210) ou para a linha (350) passem através do dispositivo (110), ao passo que a modalidade da Figura 4 não requer que todos esses fluxos de gases passem através dos dispositivos (210) e (110), respectivamente, o que fornece flexibilidade operacional que os operadores podem achar útil.
[0030] A Figura 5 representa uma modalidade útil (550) de um dispositivo que pode ser empregado como dispositivo (110) e/ou dispositivo (210) descrito aqui. O dispositivo (550) tem um exterior sólido (560) que é fornecido com uma abertura de entrada (551), uma segunda abertura (552) e uma saída (558) que se comunicam com um interior oco (557). O interior oco (557) inclui a câmara (554) e a passagem (555) que se comunica com a câmara (554). A abertura (551) termina na abertura do bocal (553) que está voltada para a câmara (554). A passagem (555) pode ser essencialmente cilíndrica, mas de preferência inclui uma configuração convergente/divergente que aparece como (556) na Figura 5. Ou seja, o diâmetro da passagem (555) diminui com a distância da câmara (554) de onde ela encontra a câmara (554) até um ponto (ou segmento) no qual o diâmetro é o menor e então a partir desse ponto aumenta com o aumento da distância da câmara (554). Este formato convergente/divergente aumenta o arraste dos produtos de combustão gasosos na seção convergente e ajuda a recuperar a pressão estática na seção divergente. Os dispositivos do tipo descrito aqui úteis como dispositivos (110) e (210) incluem dispositivos conhecidos como
11 / 18 edutores, que usam a energia cinética de um fluido em movimento (como a corrente que emerge do bocal (553)) para arrastar outro fluido. Em funcionamento, quando um dispositivo (550) deve ser empregado como dispositivo (210) conforme descrito aqui, o conduto (260) é conectado à abertura (552) e a linha (20) é conectada à abertura (551) e a linha (250) é conectada à abertura (558). Da mesma forma, quando um dispositivo (550) deve ser empregado como dispositivo (110) conforme descrito aqui, o conduto (160) é conectado à abertura (552) e a linha (10) é conectada à abertura (551) e a linha (150) é conectada à abertura (558). Quando dois gases motrizes diferentes, como combustível e o gás motriz para produzir a corrente de gás de purga são conectados a um edutor tanto um único bocal, como o bocal (553), como dois bocais separados (não mostrados) com duas linhas de conexão e aberturas separadas (não mostrado) são empregados. Uma configuração preferencial de dois bocais é a de bocais concêntricos consistindo em um bocal central conectado ao primeiro gás motriz e um bocal anular em torno do bocal central conectado ao segundo gás motriz.
[0031] As Figuras 6 e 7 representam uma outra modalidade alternativa de equipamento que é útil na presente invenção. Na modalidade mostrada na Figura 6, os elementos que têm números de referência que aparecem na Figura 1 são iguais conforme descrito aqui com relação à Figura
1. Além destes elementos, o dispositivo (610) é fornecido no lugar do dispositivo (110), do dispositivo (210), e das linhas (150) e (250). A válvula (300) fornece controle da proporção de gás que flui nos condutos (160) e (260) que passa para o escapamento (400) em vez de passar para o dispositivo (610), da mesma maneira que a válvula (300) controla os fluxos na linha (350) como descrito acima em relação à Figura 1.
[0032] Agora com referência à Figura 7, o dispositivo (610) é, com efeito, um par de dispositivos do tipo descrito aqui como (550) em relação à Figura 5, conectado de extremidade a extremidade em suas respectivas
12 / 18 aberturas (558). Ou seja, o dispositivo (610) tem um exterior sólido (620) que é fornecido com duas aberturas de entrada (611) e duas segundas aberturas (612), todas as quais comunicam com um interior oco. O interior oco inclui duas câmaras (614) e uma passagem (615) que está conectada a ambas as câmaras (614). As aberturas (611) terminam nas aberturas de bocal (613) cada uma das quais se abre em uma das câmaras (614). A passagem (615) pode ser essencialmente cilíndrica, mas de preferência inclui uma configuração convergente/divergente que aparece como (616) na Figura 7. Ou seja, o diâmetro da passagem (615) diminui com a distância a partir de uma câmara (614) de onde a passagem (615) se encontra com a câmara (614) até um ponto (ou segmento) no qual o diâmetro é o menor e então a partir desse ponto aumenta com a diminuição da distância da outra câmara (614). Este formato convergente/divergente aumenta o arraste dos produtos de combustão gasosos na seção convergente e ajuda a recuperar a pressão estática na seção divergente. De preferência, a passagem nesta modalidade é "geometricamente simétrica", o que significa que as distâncias de cada câmara até o ponto ou segmento de menor diâmetro são as mesmas, e a taxa de mudança do diâmetro em relação à distância de cada câmara, para cada passagem entre uma câmara (614) e o ponto ou segmento de menor diâmetro é a mesma. Em funcionamento, o conduto (260) é conectado a uma das aberturas (612) e a linha (20) é conectada a uma das aberturas (611); e um conduto (160) é conectado à outra dentre as aberturas (612) e a linha (10) é conectada à outra dentre as aberturas (611).
[0033] A Figura 8 representa outra disposição alternativa do equipamento com a qual a presente invenção pode ser realizada. Essa modalidade é vantajosamente empregada quando os regeneradores (100) e (200) são separados por uma parede comum (800) que está em contato com ambos os regeneradores (100) e (200). Essa parede comum pode ser uma única estrutura sólida construída de tijolos refratários ou outro material
13 / 18 resistente ao calor, ou pode ser composta por duas dessas estruturas sólidas que encerram um espaço entre elas. Uma superfície (801) da parede (800) está em contato com o espaço que contém as chicanas (420) e outra superfície (802) da parede (800) está em contato com o espaço que contém as chicanas (520). Na modalidade mostrada na Figura 8, o dispositivo (610) é posicionado na abertura (805) que se estende através da parede (800), de modo que uma das aberturas acima mencionadas (612) esteja dentro do regenerador (100) e outra abertura (612) esteja dentro do regenerador (200). Mais especificamente, uma abertura (612) está no espaço inferior (500), e outra abertura (612) está dentro do espaço inferior (405). De preferência, a abertura (612) é posicionada no dispositivo (610) voltada para baixo em direção ao piso inferior dos regeneradores de modo a evitar que poeira e detritos das chicanas acima caiam na abertura. Além disso, há uma abertura (611) do dispositivo (610) dentro do regenerador (100) e uma abertura (611) dentro do regenerador (200). Nesta modalidade, nenhuma canalização é necessária entre as aberturas (612) e o interior dos regeneradores, uma vez que os dispositivos (610) já estão dentro dos regeneradores.
[0034] O método da presente invenção pode ser realizado da seguinte maneira.
[0035] Com referência primeiro às Figuras 1, 2 e 3, em um ciclo de operação, o regenerador (200) está no ciclo de combustão, sendo que os produtos de combustão gasosos ("gás de combustão") do interior do forno (5) entram no pescoço da porta (205) e, em seguida, fluem para o espaço superior (530) do regenerador (200). Esta corrente de gás de combustão aquece as chicanas (520) à medida que flui através das passagens entre as chicanas dentro do regenerador (200), e entra no espaço inferior da câmara (500) através das passagens de gás (515) no leito de chicanas.
[0036] Como visto nas Figuras 1 e 2, a corrente de gás de combustão resfriada sai do regenerador (200) no conduto (260). Neste ciclo, as válvulas
14 / 18 (230), (220) e (240) são fechadas. Nessa modalidade da invenção, o gás de combustão resfriado passa através do dispositivo (210) para a linha (250). A maioria do gás de combustão na linha (250) passa através da válvula (300) para o escapamento (400) como exaustão conforme definido aqui. Uma porção do gás de combustão da linha (250), de preferência, entre 5 a 30% do gás de combustão, passa para a linha (150) e, em seguida, entra no dispositivo (110) através da abertura (552) (Figura 5). Este é gás de combustão reciclado (RFG - "recycled flue gas"). O restante do gás de combustão é, de preferência, passado para o escapamento.
[0037] O combustível de reforma (RF - "reforming fuel") é fornecido pela linha (10) através da válvula (120), que é aberta, no dispositivo (110) através da abertura (551) e do bocal (553). A válvula (140) deve ser fechada durante esta porção do ciclo.
[0038] A alimentação do combustível de reforma através do bocal (553) arrasta o gás de combustão que entrou no dispositivo (110) na corrente de gás de combustão. Este arraste forma uma mistura de gás de combustão e o combustível reformado na câmara (554). O arraste é realizado, de preferência, pela injeção do gás de combustão a alta pressão e velocidade e, de preferência, em uma direção que permite que a corrente de gás de combustão injetada se cruze com a corrente de gás de combustão que entra. De preferência, a razão de fluxo de massa entre o gás de combustão de reciclagem arrastado e o combustível gasoso injetado é de 0,5:1 a 30:1 e com mais preferência, de 0,5:1 a 20:1. O gás de combustão injetado deve passar para fora do bocal (553) em alta velocidade criada por uma alta pressão de fornecimento de gás, de preferência, de 5 psig a 200 psig, com mais preferência, de 5 psig a 100 psig, para arrastar o gás de combustão para o gás de combustão injetado, para criar uma mistura do gás de combustão injetado com o gás de combustão, e para impelir a mistura criada para o regenerador (100).
15 / 18
[0039] Conforme visto com referência às Figuras 1 e 3, a mistura de combustível de reforma e gás de combustão sai do dispositivo (110) no conduto (160) e passa para o espaço inferior (405) do regenerador (100). Se desejado, combustível de reforma adicional é alimentado na mistura de combustível de reforma e o gás de combustão que passou para fora do dispositivo (110). Este combustível de reforma adicional pode ser fornecido através da linha (11) através da válvula aberta (130). De preferência, a vazão de massa desse combustível de reforma adicional é maior que a vazão de massa do combustível gasoso que é injetado no, e arrasta o, gás de combustão reciclado. A adição deste combustível de reforma gasoso adicional pode ajudar a estabelecer que a mistura de combustível e gás de combustão que entra em um regenerador está em conformidade com uma razão desejada entre o gás de combustão reciclado e o combustível de reforma (RFG/RF) dentro de uma faixa desejada, que é tipicamente 0,5:1 a 3:1, por volume.
[0040] A mistura de combustível de reforma e gás de combustão (com ou sem combustível adicional alimentado via linha (11) na mistura que passou para fora do dispositivo (110)) entra no pacote de chicana já pré-aquecido (420) do regenerador (100) através das passagens de gás (415). O regenerador (100) já foi aquecido em um ciclo anterior pela passagem de gás de combustão do forno para dentro e através do regenerador (100). A temperatura da mistura de RFG/RF aumenta conforme ela flui através da pilha de chicanas do regenerador (100). Quando a temperatura de RFG/RF atinge a temperatura de reforma, as reações de reforma endotérmica ocorrem, nas quais o combustível de reforma (por exemplo, CH4) reage com CO2 e H2O em RFG e forma CO, H2 e um pouco de fuligem. O calor necessário para as reações de reforma endotérmica é tirado da pilha de chicanas aquecidas. A reação de reforma continua conforme a mistura de RFG/RF continua a se deslocar em direção ao espaço de topo (430). A corrente gasosa (425) (chamada aqui de corrente de gás "reformado" ou "gás de síntese") sai
16 / 18 do topo da pilha de chicanas (420). A corrente (425) tem alta temperatura e inclui espécies como CO, H2, fuligem, CH4 não reagido, e CO2 e H2O não reagidos. A corrente de gás de síntese (425) passa através do gargalo da porta (105) e entra no forno (5). A corrente de gás de síntese sai pelo pacote de chicanas (420) em temperaturas, por exemplo, na faixa de 1800 °F a 2500 °F. Esse gás de síntese é submetido à combustão no forno (5), representado como a chama (40) para gerar calor de combustão adicional útil para o aquecimento e/ou a fusão do material no forno, como os materiais de produção de vidro. Oxidante necessário para a combustão do gás de síntese é fornecido por um conduto (135) através da válvula aberta (115). O oxidante pode ser ar, ou pode ter um teor de oxigênio maior do que do ar, isto é, de ao menos 21% em volume, e de preferência igual a ou maior que 80% em volume, com mais preferência igual a ou maior que 90%, em volume, ou mesmo ao menos 99%, em volume.
[0041] Tipicamente, o método da presente invenção prossegue com um regenerador no ciclo de combustão e um regenerador no ciclo de reforma, por cerca de 20 a 40 minutos ou até que as chicanas no regenerador de reforma estejam frias demais para fornecer calor suficiente para promover as reações químicas endotérmicas desejadas. Nesse ponto, e agora continuando com a descrição da presente invenção, onde o regenerador (200) estava no ciclo de combustão e o regenerador (100) estava no ciclo de reforma, o forno (5) é submetido à reversão na qual o regenerador (200) é transicionado para o ciclo de reforma para recuperação de calor e o regenerador (100) é transicionado no ciclo de combustão para o acúmulo de calor.
[0042] Antes da reversão, o gás de síntese restante no regenerador (100) deve ser purgado no forno (5). Neste caso, o combustível de reforma fornecido ao regenerador é interrompido, a princípio, pelo fechamento das válvulas (120) e (130), enquanto se permite que o fluxo de RFG a partir do dispositivo (110) continue. Durante a purga, a vazão de RFG pode ser
17 / 18 aumentada para encurtar o tempo necessário para completar a purga. O gás de síntese restante no regenerador (100) é purgado pelo RFG por uma quantidade específica de tempo, de modo que quase todo o gás de síntese no regenerador é expelido para o forno e queimado até a conclusão. A purga pode ser realizada alimentando-se gás motriz da linha (12) abrindo-se a válvula (140). O gás motriz não deve conter combustível. O gás de purga adequado pode incluir qualquer gás de combustão (de preferência, gás de combustão comprimido limpo que passou para fora de um dos regeneradores), vapor, ar, dióxido de carbono e/ou outros gases, ou misturas dos mesmos, desde que o teor de oxigênio do gás de purga seja menor que 25% em volume, com mais preferência, menor que 15% em volume, e ainda com mais preferência, menor que 2% em volume. A concentração de oxigênio da mistura de gás motriz e produtos de combustão gasosos arrastados que é formada na realização da etapa de purga deve ser menor que 10%, de preferência, menor que 6%, com mais preferência, menor que 4%, e ainda com mais preferência, menor que 2%, por volume em base úmida. O gás de purga é de preferência alimentado a uma pressão de 1 psig a 1000 psig, de preferência, 5 psig a 150 psig. A razão de arraste de massa do gás motriz (isto é, a razão da vazão de massa do gás de combustão arrastado e a vazão de massa do gás motriz) deve ser de 1 a 30 ou 1 a 20, de preferência, de 5 a 30 ou de 5 a 20, e com mais preferência, de 10 a 30.
[0043] Após a reversão, o gás de combustão do forno passa através do regenerador (100) em vez de através do regenerador (200), e uma porção do gás de combustão passa para o escapamento (conforme definido aqui) enquanto uma porção ou o restante é arrastado no dispositivo (210) com combustível gasoso para formar uma mistura de gás de combustão e combustível de reforma que é impelido para o regenerador (200) (com ou sem combustível de reforma adicional que, se desejado, é alimentado pela linha (21) através da válvula (230). Para realizar este ciclo, a válvula (240) que foi
18 / 18 fechada é aberta, e as válvulas (120) e (130) que foram abertas são fechadas. A mistura de combustível de reforma e gás de combustão reciclado é submetida, no regenerador (200), a reações endotérmicas que ocorreram no regenerador (100) no ciclo anterior, conforme descrito aqui, para produzir gás de síntese (425) que passa para o forno (5) onde ele é queimado com o oxidante (235) que é alimentado através da válvula (225).
[0044] Para realizar o método da presente invenção com a disposição que aparece na Figura 4, a operação é realizada conforme descrito acima com referência às Figuras 1, 2 e 3, com o recurso adicional de que as válvulas (300A) e (300B) podem ser totalmente ou parcialmente abertas, ou fechadas, conforme desejado para ajustar quanto gás passa através dos dispositivos (110) e (210) durante cada ciclo da operação. Conforme mencionado acima, os fluxos de gás também podem ser controlados por configurações apropriadas da válvula (300) e do dispositivo motriz (310).
[0045] Para executar o método da presente invenção com as disposições que aparecem na Figura 6 ou na Figura 8, a operação é conforme descrito acima com referência às Figuras 1, 2 e 3. O dispositivo (610) é vantajoso já que todo o gás que flui para fora de uma câmara (614) entra na outra câmara (614), simplificando assim a operação e exigindo menos linhas e válvulas.

Claims (11)

REIVINDICAÇÕES
1. Método de realização de combustão em um forno, caracterizado pelo fato de compreender (A) realizar a combustão de combustível em um forno para produzir produtos de combustão gasosos; e (B) alternativamente (1) passar os produtos de combustão gasosos do forno para dentro e através de um primeiro regenerador resfriado para aquecer o primeiro regenerador e resfriar os ditos produtos de combustão gasosos, e injetar uma corrente de combustível gasoso em uma corrente de reciclagem compreendendo os ditos produtos de combustão gasosos resfriados no dito primeiro regenerador, para arrastar a dita corrente de reciclagem para a dita corrente injetada de combustível gasoso, formando assim uma mistura do combustível gasoso com os ditos produtos de combustão gasosos arrastados e para impulsionar a mistura em um segundo regenerador aquecido e, no segundo regenerador, reagir os produtos de combustão gasosos e o combustível na dita mistura em uma reação endotérmica para formar gás de síntese compreendendo hidrogênio e CO, e passar o dito gás de síntese do segundo regenerador para a forno e queimá-lo no forno, e (2) passar os produtos de combustão gasosos do forno para dentro e através de um segundo regenerador resfriado para aquecer o segundo regenerador e resfriar os ditos produtos de combustão gasosos, e injetar uma corrente de combustível gasoso em uma corrente de reciclagem compreendendo os ditos produtos de combustão gasosos resfriados no dito segundo regenerador, para arrastar a dita corrente de reciclagem para a dita corrente injetada de combustível gasoso, formando assim uma mistura do combustível gasoso com os ditos produtos de combustão gasosos arrastados e para impulsionar a mistura em um primeiro regenerador aquecido e, no primeiro regenerador, reagir os produtos de combustão gasosos e o combustível na dita mistura em uma reação endotérmica para formar gás de síntese compreendendo hidrogênio e CO, e passar o dito gás de síntese do primeiro regenerador para a forno e queimá-lo no forno.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente, na etapa (B)(1), alimentar combustível gasoso adicional na mistura de combustível gasoso com produtos de combustão gasosos arrastados antes da mistura ser impelida para o segundo regenerador aquecido, e, na etapa (B)(2), alimentar combustível gasoso adicional na mistura de combustível gasoso com produtos de combustão gasosos arrastados antes da mistura ser impelida para o interior do primeiro regenerador aquecido.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por na Etapa (B)(1) a dita corrente de combustível gasoso ser injetada nos ditos produtos de combustão gasosos em uma primeira câmara de um dispositivo que tem a primeira e a segunda câmaras que são conectadas por uma passagem, e a dita mistura de combustível gasoso e de produtos de combustão gasosos ser passada a partir da dita primeira câmara através da dita passagem e através da dita segunda câmara para o segundo regenerador aquecido; e sendo que na Etapa (B)(2) a dita corrente de combustível gasoso é injetada nos ditos produtos de combustão gasosos na dita segunda câmara do dito dispositivo e a dita mistura de combustível gasoso e de produtos de combustão gasosos a partir da dita segunda câmara é passada através da dita passagem e através da dita primeira câmara para o primeiro regenerador aquecido.
4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a primeira câmara estar dentro do primeiro regenerador e a segunda câmara estar dentro do segundo regenerador, o primeiro e o segundo regeneradores estarem separados por uma parede que está em contato com os regeneradores, e a passagem entre a primeira e a segunda câmaras passar através da parede.
5. Método de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por no final da etapa (B)(1) antes da etapa (B)(2) ser iniciada, a passagem de combustível gasoso para dentro do segundo regenerador ser interrompida, e então uma corrente de gás motriz que não contém combustível gasoso ser injetada em uma corrente de reciclagem compreendendo os ditos produtos de combustão gasosos resfriados do dito primeiro regenerador, para arrastar a dita corrente de reciclagem na dita corrente de gás motriz injetada formando assim uma mistura do dito gás motriz com ditos produtos de combustão gasosos arrastados e para impulsionar a mistura para um segundo regenerador aquecido, para purgar o combustível gasoso a partir do segundo regenerador; e sendo que no final da etapa (B)(2) antes da etapa (B)(1) ser iniciada, a passagem de combustível gasoso no primeiro regenerador é interrompida, e então uma corrente de gás motriz que não contém combustível gasoso é injetada em uma corrente de reciclagem compreendendo ditos produtos de combustão gasosos resfriados do dito segundo regenerador, para arrastar a dita corrente de reciclagem na dita corrente injetada de gás motriz formando assim uma mistura do dito gás motriz com ditos produtos de combustão gasosos arrastados e para impulsionar a mistura para um primeiro regenerador aquecido, para purgar o combustível gasoso a partir do primeiro regenerador;
6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o dito gás motriz ser selecionado do grupo que consiste em vapor d'água, ar, gás de combustão resfriado reciclado e misturas dos mesmos.
7. Método de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por a razão de fluxo de massa entre a dita corrente de reciclagem arrastada e o dito combustível gasoso ser entre 0,5 a 30.
8. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a vazão de massa do dito combustível adicional ser maior que a vazão de massa do dito combustível gasoso conforme definido na reivindicação 1.
9. Método de acordo com a reivindicação 5 caracterizado por a razão entre a vazão de massa da dita corrente de reciclagem arrastada e a vazão de massa da dita corrente do gás motriz ser entre 1 a 30.
10. Método de acordo com a reivindicação 5 caracterizado por a concentração de oxigênio na dita mistura do gás motriz com os ditos produtos de combustão gasosos arrastados ser menor que 10% em volume em uma base úmida.
11. Método de acordo com a reivindicação 3 caracterizado por a dita passagem ter uma seção convergente-divergente na passagem.
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