BR112021011579A2

BR112021011579A2 - Montagem e método para injetar um agente de combustão gasoso

Info

Publication number: BR112021011579A2
Application number: BR112021011579-0A
Authority: BR
Inventors: Benoit Grand; Sarah Juma; Xavier Paubel; Jean-Baptiste SENECHAL
Original assignee: L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2021-08-31
Also published as: CN113195976A; WO2020126401A1; EP3671038B1; ES2894624T3; MX2021007420A; US20220074592A1; EP3671038A1; JP2022514328A

Abstract

montagem e método para injetar um agente de combustão gasoso. trata-se de uma montagem para injetar um agente de combustão gasoso em uma zona de combustão, em que a montage compreende uma câmara (11), pelo menos um injetor primário (21) para transportar um fluxo primário do agente gasoso da câmara (11) em direção à zona de combustão (1) e para injetar o dito fluxo primário na zona de combustão (1), pelo menos um injetor secundário (22) para transportar um fluxo secundário do agente a partir da câmara (11) em direção à zona de combustão (1) e para injetar o dito fluxo secundário na zona de combustão, um detector de pressão (30) para detectar uma pressão de gás ou uma variação de pressão de gás na câmara (11), um sistema de regulagem (31) para regular a seção de fluxo da pelo menos uma passagem secundária conectando de maneira fluida o pelo menos um injetor secundário (22) à câmara (11), um sistema de controle (32) conectado ao detector de pressão (30) e ao sistema de regulagem (31), sendo que o sistema de controle (32) opera o sistema de regulagem (31) de modo que a seção de fluxo da pelo menos uma passagem secundária seja regulada de acordo com a pressão ou a variação de pressão detectada pelo detector de pressão (30).

Description

“MONTAGEM E MÉTODO PARA INJETAR UM AGENTE DE COMBUSTÃO GASOSO”

[0001] A presente invenção refere-se a uma montagem para injetar um agente de combustão gasoso em uma zona de combustão, sendo que um queimador compreende tal montagem e o uso de tal montagem/queimador em um método de combustão.

[0002] Emmétodos de combustão industriais, por exemplo, a fim de transformar uma carga (fusão, aquecimento, fornalha de reciclagem, etc.), certas características da chama são buscadas, em particular, um formato e um comprimento de chama adaptados para a câmara de combustão e/ou para a carga destinada a ser aquecida, a fim de obter um determinado perfil de transferência térmica e para otimizar a qualidade de produção e a vida útil do equipamento.

[0003] As características da chama são particularmente determinadas pela natureza dos agentes de combustão (combustível e oxidante) e na medida em que os mesmos são introduzidos na zona de combustão (fluxos, velocidades, distribuição espacial, etc.).

[0004] Assim, um queimador é conhecido a partir do documento nº EP-A-0763692 que compreende uma primeira passagem interna para abastecer oxidante rico em oxigênio (pelo menos 80% de Oz), uma passagem intermediária para abastecer combustível que circunda externamente a primeira passagem de abastecimento de oxidante e uma segunda passagem externa para abastecer oxidante que circunda externamente a passagem para abastecer combustível. De acordo com o documento nº EP-A-0763692, o queimador compreende um meio para variar a taxa de fluxo de oxidante injetado através da primeira passagem interna, isso permite que uma característica da chama, tais como o comprimento da chama e a luminosidade, seja controlada.

[0005] De modo similar, o uso de um queimador é conhecido a partir do documento nº EP-A-1016825 que compreende uma primeira passagem interna para abastecer oxidante, uma passagem intermediária para abastecer combustível que circunda externamente a primeira passagem de abastecimento de oxidante e uma segunda passagem de abastecimento de oxidante externa que circunda externamente a passagem de abastecimento de combustível para aquecer um canal de transferência de vidro fundido durante a produção de vidro e para regular o comprimento da chama gerada por meio do dito queimador pela modificação da proporção do fluxo total de oxidante que passa através da primeira passagem de abastecimento de oxidante.

[0006] Os queimadores acima mencionados são queimadores com injeção concêntrica e adjacente de combustível e oxidante, gerando uma chama com seção transversal essencialmente circular.

[0007] Outros queimadores geram chamas chamadas "chamas planas" e/ou injetam pelo menos parte do oxidante a uma distância a partir da injeção do combustível, e até mesmo injetam pelo menos parte do combustível a uma distância da injeção do oxidante.

[0008] Assim, o documento nº EP-A-2143999 descreve um queimador que compreende: * pelo menos duas passagens de combustível gasoso; * pelo menos uma passagem de oxidante; e * pelo menos uma superfície de saída, em que a pelo menos uma passagem de combustível gasoso ou a pelo menos uma passagem de oxidante termina.

[0009] Esse queimador conhecido também compreende: * meios com capacidade para abastecer um fluxo oxidante, bem como meios para injetar o dito fluxo oxidante na pelo menos uma passagem de oxidante; e

* meios com capacidade para abastecer pelo menos um fluxo de combustível gasoso, bem como meios para injetar esse fluxo de combustível gasoso nas pelo menos duas passagens de combustível gasoso, a fim de gerar pelo menos um jato de oxidante e pelo menos dois jatos de combustível gasoso que se encontram em uma zona de combustão a jusante do queimador.

[0010] De acordo com o documento EP-A-2143999, as pelo menos duas passagens de combustível gasoso, cada uma, compreendem uma passagem interna e uma passagem externa coaxial.

[0011] Um meio para controlar o fluxo de combustível gasoso regula o fluxo de combustível gasoso respectivamente através das passagens internas e das passagens externas por meio de um distribuidor de combustível gasoso.

[0012] Isso permite que tanto o perfil de transferência térmica quanto o comprimento da chama sejam controlados.

[0013] Se assim se sabe que é possível modificar certas características e, em particular, o comprimento da chama gerada, ao ajustar a distribuição do fluxo de combustível ou de oxidante em uma pluralidade de passagens/injetores — concêntricos, =os queimadores conhecidos não compreendem nenhum meio de retroalimentação que permitem que a operação do queimador, e, portanto, a característica-alvo da chama, sejam ajustados em tempo real.

[0014] Surpreendentemente, foi constatado que é possível produzir um tal sistema de retroalimentação com base em uma pressão detectada do agente de combustão gasoso antes de ser distribuído.

[0015] A presente invenção se refere a uma montagem para injetar um agente de combustão gasoso em uma zona de combustão, cujo agente de combustão gasoso é selecionado dentre combustíveis gasosos e oxidantes gasosos.

[0016] A montagem compreende a câmara e o agente é introduzido na montagem por meio de uma entrada dessa câmara.

[0017] Amontagem compreende pelo menos um injetor primário para transportar um fluxo primário do agente a partir da câmara em direção à zona de combustão e para injetar o dito fluxo primário na zona de combustão. Para essa finalidade, o pelo menos um injetor primário é conectado de maneira fluida à câmara por meio de pelo menos uma passagem, chamada passagem primária.

[0018] Amontagem também compreende pelo menos um injetor secundário para transportar um fluxo secundário do agente a partir da câmara em direção à zona de combustão e para injetar o dito fluxo secundário na zona de combustão. O pelo menos um injetor secundário é, por sua vez, conectado de maneira fluida à câmara por meio de pelo menos uma passagem, chamada de passagem secundária. A pelo menos uma passagem secundária tem uma seção de fluxo ajustável.

[0019] Umsistema de regulagem, por exemplo, na forma de uma válvula, permite que essa seção de fluxo da pelo menos uma passagem secundária seja regulada.

[0020] A montagem também compreende um detector de pressão para detectar uma pressão ou uma variação de pressão de gás na câmara, bem como um sistema de controle conectado ao detector de pressão.

[0021] Osistema de controle é também conectado a um sistema para regular e controlar o dito sistema de regulagem, de modo que a seção de fluxo da pelo menos uma passagem secundária seja regulada como uma função da pressão ou da variação de pressão detectada pelo detector de pressão da montagem.

[0022] De acordo com uma modalidade, o sistema de controle, que pode ser um sistema de controle analógico ou digital, é adaptado para controlar o sistema de regulagem de modo que a pressão de gás na câmara esteja localizada na zona de pressão predeterminada pela regulagem da seção de fluxo da pelo menos uma passagem secundária.

[0023] De acordo com outra modalidade, o sistema de controle é adaptado para controlar o sistema de regulagem de modo que a pressão de gás na câmara corresponda a um valor que é predeterminado pela regulagem da seção de fluxo da pelo menos uma passagem secundária.

[0024] Deve-se observar que a zona ou faixa de pressão predeterminada pode ser constante ao longo do tempo, mas que também pode variar ao longo do tempo, por exemplo: * como uma função das etapas do método tal como, por exemplo, um método de fusão ou um método de aquecimento, em que a montagem é usada, cujo método pode ser cíclico ou não cíclico; * como uma função da potência necessária na zona de combustão; ou * como uma função de um parâmetro de retroalimentação diferente da pressão na câmara da montagem.

[0025] As afirmações acima também são aplicáveis ao valor predeterminado da pressão de gás.

[0026] Como indicado acima, o sistema para controlar a montagem pode ser um sistema analógico ou digital. O mesmo pode ser mecânico, por exemplo, pneumático ou hidráulico. Preferencialmente, o sistema de controle é digital. De acordo com uma modalidade preferida, o sistema de controle é programável. Nesse caso, a fim de implementar a montagem de injeção de acordo com a invenção, o sistema de controle é programado de modo a controlar o sistema de regulagem para ativar o sistema de regulagem como uma função da pressão ou da variação de pressão detectada pelo detector de pressão. A pressão de gás ou a variação de pressão de gás detectada pelo detector de pressão é, em seguida, transferida para o sistema de controle programável: por exemplo, por meio de uma conexão com fio ou por meio de uma conexão sem fio.

[0027] O sistema de regulagem pode compreender diversos meios para regular a seção de fluxo da pelo menos uma passagem secundária, tal como uma ou mais válvulas ajustáveis posicionadas na pelo menos uma passagem secundária entre a câmara e o pelo menos um injetor secundário, ou o movimento do elemento mecânico que atua como uma válvula para a pelo menos uma passagem secundária, sendo que esse movimento é gerado, por exemplo, por translação, por rotação (rosqueamento) ou por deformação de um elemento mecânico conectado à válvula ou ainda pela modificação do estado magnético de um elemento metálico.

[0028] De acordo com uma modalidade simples e confiável, o sistema de regulagem é dotado de pelo menos uma válvula com capacidade para regular a seção de fluxo da pelo menos uma passagem secundária ao pelo menos parcialmente bloquear com plugue a dita passagem.

[0029] Talsistema de regulagem pode particularmente assumir a seguinte forma. A pelo menos uma passagem secundária que conecta de maneira fluida o pelo menos um injetor secundário à câmara tem uma superfície interna na forma de um funil e o sistema de regulagem compreende a válvula com a superfície externa correspondente e que pode ser movido ao longo do eixo geométrico longitudinal da passagem secundária. Quando a válvula for,

portanto, movida ao longo do dito eixo geométrico longitudinal, a superfície externa da válvula se move na direção ou para longe da superfície interna da passagem secundária e a seção de fluxo de dita passagem é respectivamente reduzida ou ampliada.

[0030] Deve-se observar também que pode ser vantajoso que o sistema de regulagem seja projetado de modo que a seção de fluxo da pelo menos uma passagem secundária nunca seja totalmente fechada. De fato, a fim de fornecer resfriamento suficiente para o pelo menos um injetor secundário e/ou para evitar o entupimento do pelo menos um injetor secundário (por exemplo, devido a depósitos de substâncias condensáveis presentes na atmosfera da zona de combustão ou devido à formação de fuligem que se origina do sobreaquecimento do combustível gasoso em contato com pelo menos um injetor secundário), um fluxo mínimo de gás através do pelo menos um injetor secundário pode ser necessário. No entanto, também é possível contemplar que tal fluxo mínimo de gás é garantido pelo uso de meios diferentes do sistema de regulagem definido acima, tais como, por exemplo, passagens de fluido que causam curto-circuito da válvula e que são pequenas de modo a simplesmente garantir esse fluxo mínimo.

[0031] As montagens são tipicamente produzidas a partir de metal, com os injetores, ou pelo menos as extremidades a jusante (extremidades de injeção), geralmente, vantajosamente produzidos a partir de metais resistentes a alto calor e oxidação, tais como ligas de aço austenítico de níquel-cromo do tipo Inconel& ou ligas sem níquel do tipo KanthalO.

[0032] A montagem de acordo com a invenção pode mais especificamente compreender pelo menos um par de um injetor primário com um injetor secundário, em cujo par um dentre o injetor primário e o injetor secundário circunda o outro dentre o injetor primário e o injetor secundário.

[0033] O injetor primário, portanto, pode circundar o injetor secundário ou o injetor secundário pode circundar o injetor primário do par.

[0034] De acordo com uma modalidade vantajosa, o injetor primário do par é circundado pelo injetor secundário do par.

[0035] De acordo com uma modalidade particular, o injetor primário e o injetor secundário do par são concêntricos. No entanto, em alguns casos, uma disposição não concêntrica pode ser útil.

[0036] Deve-se observar que tal configuração em pares não exclui a presença de outros elementos, e, em particular, a presença de um ou mais outros injetores em qualquer um dos injetores do par, ou ao redor dos mesmos.

[0037] Por exemplo, de acordo com uma modalidade particular, o fluido pode ser um oxidante gasoso, tal como um gás que contém pelo menos 80% em volume, e preferencialmente pelo menos 90% em volume, de oxigênio. O injetor primário do par está localizado no centro e é circundado pelo injetor secundário do par, preferencialmente de maneira concêntrica. Um injetor para injetar combustível na zona de combustão está localizado entre o injetor primário e o injetor secundário do par, de modo que o injetor de combustível circunde o injetor de oxidante primário e seja circundado pelo injetor de oxidante secundário, a montagem forma, portanto, parte de um queimador para a combustão (pelo menos parcial) do combustível com o oxidante, e em que a seção de fluxo do injetor secundário e, portanto, também a distribuição do oxidante entre o fluxo primário e o fluxo secundário, são reguladas pelo sistema de controle por meio do sistema de regulagem como uma função da pressão de gás ou a variação de pressão de gás na câmara da montagem detectada pelo detector de pressão.

[0038] De acordo com outra modalidade similar, o fluido é um combustível gasoso, tal como gás natural. O injetor primário do par está localizado no centro e é circundado pelo injetor secundário, preferencialmente de maneira concêntrica. Um injetor para injetar oxidante na zona de combustão está localizado entre o injetor primário e o injetor secundário do par, de modo que o injetor de oxidante circunde o injetor de combustível primário e seja circundado pelo injetor de combustível secundário O oxidante preferencialmente é um gás que contém pelo menos 80% em volume, e mais preferencialmente pelo menos 90% em volume, de oxigênio. A montagem forma, portanto, parte de um queimador para a combustão (pelo menos parcial) do combustível com o oxidante, e em que a seção de fluxo do injetor secundário, e, portanto, também a distribuição do combustível entre o fluxo primário e o fluxo secundário de combustível, são reguladas pelo sistema de controle por meio do sistema de regulagem como uma função da pressão de gás ou da variação de pressão de gás na câmara da montagem detectada pelo detector de pressão.

[0039] A montagem de acordo com a invenção pode compreender um injetor primário único e um injetor secundário único, e, em particular, um único par de um injetor primário com um injetor secundário.

[0040] De acordo com uma modalidade alternativa, a montagem de acordo com a invenção compreende uma pluralidade de injetores primários e/ou uma pluralidade de injetores secundários, e, em particular, uma pluralidade de pares de um injetor primário com um injetor secundário.

[0041] De acordo com a modalidade particular, o pelo menos um injetor secundário da montagem é separado do pelo menos um injetor primário da montagem, sem o pelo menos um injetor primário da montagem circundando um injetor secundário da montagem e sem o pelo menos um injetor secundário da montagem circundando um injetor primário da montagem.

[0042] Nesse caso, o pelo menos um injetor primário pode particularmente se estender para um primeiro plano, enquanto que o pelo menos um injetor secundário se estende para um segundo plano, sendo que o segundo plano é paralelo ao primeiro plano. Desse modo, é possível injetar o fluxo primário e o fluxo secundário do agente de combustão gasoso na zona de combustão ao longo de dois planos paralelos.

[0043] De acordo com uma modalidade alternativa, o pelo menos um injetor primário se estende para um primeiro plano e o pelo menos um injetor secundário se estende para um segundo plano, sendo que o primeiro plano e o segundo plano se cruzam a jusante dos ditos injetores primários e secundários, isto é, dentro da zona de combustão na qual o agente de combustão gasoso é injetado.

[0044] A montagem de acordo com a invenção pode compreender pelo menos dois injetores primários e/ou pelo menos dois injetores secundários, preferencialmente pelo menos dois injetores primários e pelo menos dois injetores secundários. Isso é particularmente vantajoso no caso em que, como descrito acima, o pelo menos um injetor primário se estende para um primeiro plano e o pelo menos um injetor secundário se estende para um segundo plano diferente do primeiro plano.

[0045] De modo a injetar agente gasoso na zona de combustão, a entrada da montagem, que também é a entrada da câmara da montagem, está conectada de maneira fluida a uma fonte de combustível gasoso, preferencialmente uma fonte de combustível gasoso selecionada dentre gás natural, biogás, propano, butano, os gases residuais de fabricação de aço ou métodos de reforma do metano, hidrogênio, qualquer mistura dos ditos combustíveis gasosos, ou está conectada de maneira fluida a uma fonte de oxidante gasoso, preferencialmente com um teor de oxigênio de 21 a 100% em volume, preferencialmente maior que 21% em volume, e, em particular, pelo menos 80% em volume, mais preferencialmente pelo menos 90% em volume.

[0046] Talfonte pode ser um tanque do agente gasoso em forma gasosa ou em forma liquefeita, sendo que um duto de abastecimento transporta o dito agente gasoso ou um gerador do dito agente gasoso.

[0047] A invenção também se refere a uma instalação que compreende uma pluralidade de montagens de acordo com qualquer uma das modalidades descritas acima. Nesse caso, pode ser preferível que essa instalação compreenda um sistema de controle comum que tem capacidade para controlar, preferencialmente independentemente, o sistema para regular cada montagem da instalação como uma função da pressão de gás ou da variação de pressão de gás detectada pelo detector de pressão da dita montagem.

[0048] “Como indicado acima, a montagem pode ser incorporada em um queimador.

[0049] Tal queimador de acordo com a invenção, portanto, compreende uma montagem de acordo com qualquer uma das modalidades acima mencionadas para injetar um agente de combustão gasoso em uma zona de combustão, cujo agente de combustão gasoso é selecionado dentre um combustível gasoso e um oxidante gasoso.

[0050] Tal queimador tipicamente também compreende pelo menos um injetor adicional para injetar um fluido adicional na zona de combustão. Como uma regra geral, quando o agente gasoso injetado pela montagem é um combustível gasoso, o pelo menos um injetor adicional é adaptado para injetar um oxidante gasoso na zona de combustão, e quando o agente gasoso injetado pela montagem é um oxidante gasoso, o pelo menos um injetor adicional é adaptado para injetar um combustível (gasoso ou não gasoso) na zona de combustão.

[0051] De acordo com uma modalidade, o queimador compreende um bloco com uma face de entrada e uma face de saída oposta à face de entrada. A zona de combustão é localizada a jusante da face de saída.

[0052] Ao contrário da montagem, o bloco é tipicamente produzido a partir de um material refratário, tal como cimento, ou um material do tipo eletrofusão, ou um material prensado, principalmente composto por alumina, e/ou zircônio, e/ou sílica, e/ou magnésia, ou uma mistura desses componentes em proporções variadas como uma função do método de aplicação.

[0053] A montagem é, então, anexada à face de entrada do bloco de modo que os injetores do queimador, e, portanto, também os injetores da montagem, sejam posicionados em uma ou mais perfurações que passam através do bloco a partir da face de entrada para a face de saída.

[0054] Assim, um queimador de acordo com a invenção pode, por exemplo, compreender tal bloco com uma ou mais primeiras perfurações, que terminam em um primeiro nível na face de saída do bloco, bem como uma ou mais perfurações adicionais, que terminam na face de saída em um segundo nível localizado abaixo ou acima do primeiro nível. A montagem compreende pelo menos dois, e preferencialmente pelo menos três, injetores primários e injetores secundários para transportar e injetar combustível gasoso na zona de combustão. Cada um dos injetores primários forma um par com um dos injetores secundários. De acordo com uma modalidade, cada um dos injetores primários circunda um dos injetores secundários. De acordo com a modalidade preferida, cada um dos injetores secundários circunda um dos injetores primários. Esses pares, por exemplo, em triplicata, são posicionados nas uma ou mais primeiras perfurações que terminam no primeiro nível. O queimador também compreende uma pluralidade de injetores adicionais para transportar e injetar oxidante na zona de combustão. Os ditos injetores adicionais são posicionados nas uma ou mais passagens adicionais do bloco de modo a permitir que oxidante seja injetado na zona de combustão acima ou abaixo do combustível gasoso. Os injetores adicionais podem se estender em um plano paralelo ao plano dos pares de um injetor primário com um injetor secundário. De acordo com outra modalidade, os injetores adicionais podem definir um plano de injeção para o oxidante que cruza o plano dos pares na zona de combustão a jusante da face de saída onde o oxidante injetado pelos injetores adicionais mistura e reage com o combustível injetado pelos pares.

[0055] Como anteriormente indicado acima, outro, e, em particular, um ou mais injetores diferentes do injetor primário e do injetor secundário do par, pode estar presente em um dentre o injetor primário e o injetor secundário do par, ou ao redor de qualquer um dos mesmos. De acordo com a primeira modalidade, as uma ou mais passagens adicionais terminam na face de saída do bloco acima das uma ou mais primeiras passagens. De acordo com outra modalidade, as uma ou mais passagens adicionais terminam na face de saída do bloco abaixo das uma ou mais primeiras passagens.

[0056] De acordo com uma terceira modalidade, o bloco compreende uma ou mais passagens adicionais, que terminam na face de saída em um nível localizado acima do primeiro nível e em que pelo menos dois, e preferencialmente pelo menos três, injetores adicionais para o oxidante estão localizados, bem como uma ou mais passagens adicionais, que terminam na face de saída do bloco abaixo do primeiro nível e em que pelo menos dois, e preferencialmente pelo menos três, injetores adicionais para o oxidante também estão localizados. Essa modalidade permite, de acordo com os requisitos do método, que o oxidante seja injetado na zona de combustão acima, abaixo ou acima e abaixo do combustível gasoso.

[0057] A invenção também se refere a uma fornalha que compreende uma zona de combustão interna e equipada com pelo menos uma montagem de acordo com a invenção para injetar um agente de combustão gasoso na dita zona de combustão, cujo agente de combustão gasoso é selecionado dentre combustíveis gasosos e oxidantes gasosos. Como indicado acima, a pelo menos uma montagem pode formar parte de um queimador de acordo com a invenção, em cujo caso a fornalha é equipada com pelo menos um queimador de acordo com a invenção.

[0058] A presente invenção pode ser implementada particularmente de maneira vantajosa em uma fornalha selecionada a partir de fornalhas para fabricação ou aquecimento de vidro ou esmaltes, as fornalhas para fabricação, ou reciclagem, ou aquecimento de metais, tais como fornalhas giratórias, ou fornalhas reverberatórias para alumínio, cobre ou chumbo, ferro fundido, aço, etc.

[0059] Outro aspecto da presente invenção é um método de combustão, em que um agente de combustão gasoso é injetado na zona de combustão por meio de uma montagem de acordo com a invenção, cujo agente de combustão gasoso é selecionado dentre combustíveis gasosos e oxidantes, sendo que a dita montagem tem capacidade para formar parte de um queimador de acordo com a invenção.

[0060] De acordo com esse método, o detector de pressão de cada montagem detecta a pressão de gás ou uma variação na pressão de gás na câmara dessa montagem, o sistema para regular a montagem regula a seção de fluxo de sua pelo menos uma passagem secundária, e o sistema de controle controla o sistema de regulagem de modo que a seção de fluxo da pelo menos uma passagem secundária de cada montagem seja regulada como uma função da pressão ou da variação de pressão detectada pelo detector de pressão dessa montagem.

[0061] Conforme já descrito acima dentro do contexto da instalação e da fornalha de acordo com a invenção, no caso em que uma pluralidade de montagens é usada no método, cada montagem pode ter seu próprio sistema de controle conectado ao detector de pressão e ao sistema de regulagem, sendo que o sistema de controle controla o sistema de regulagem de modo que a seção de fluxo da pelo menos uma passagem secundária seja regulada como uma função da pressão ou da variação de pressão detectada pelo detector de pressão da dita montagem. No entanto, de uma maneira geralmente vantajosa, um sistema de controle comum pode controlar o sistema para regular cada montagem como uma função da pressão ou da variação de pressão detectada pelo detector de pressão da montagem relevante.

[0062] Como também já foi indicado anteriormente, o sistema para regular a montagem pode ser controlado de modo que a pressão de gás na câmara da montagem esteja localizada na zona de pressão predeterminada, ou até mesmo de modo que a pressão de gás na câmara da montagem corresponda a um valor predeterminado.

[0063] O agente de combustão gasoso injetado na zona de combustão por meio da montagem é um combustível gasoso selecionado dentre gás natural, biogás, propano, butano, os gases residuais de fabricação de aço ou métodos de reforma do metano, hidrogênio ou qualquer mistura dos gases mencionados anteriormente, ou é um oxidante gasoso, preferencialmente com um teor de oxigênio de 21 a 100% em volume, preferencialmente maior que 21% em volume, e em particular pelo menos 80% em volume, mais preferencialmente pelo menos 90% em volume.

[0064] O método de acordo com a invenção é particularmente útil para gerar combustão dentro de uma zona de combustão dentro do contexto de um método tal como fabricação ou reciclagem de vidro ou esmaltes, fabricação ou reciclagem ou aquecimento de metais, tal como alumínio, cobre, chumbo, ferro fundido, aço, etc.

[0065] A invenção e suas vantagens serão mais bem compreendidas à luz dos seguintes exemplos: (com referência às figuras 1 a 5), em que: - A figura 1 mostra esquematicamente uma montagem que compreende um injetor primário (21) com um injetor secundário concêntrico (22), sendo que o injetor secundário (22) circunda o injetor primário (21); - A figura 2 mostra esquematicamente uma montagem que compreende um injetor primário (21) com um injetor secundário concêntrico (22), sendo que o injetor primário (21) circunda o injetor secundário (22); - A figura 3 mostra esquematicamente uma montagem que compreende um injetor primário (21) com um injetor secundário não concêntrico (22), separado por uma distância; - As figuras 4 e 5 mostram esquematicamente duas vistas da montagem incorporada em um queimador para injeção de um agente de combustão gasoso em uma zona de combustão (1).

[0066] As Figures 1,2 e 3 mostram uma câmara de entrada de fluido (11). O injetor primário (21) é conectado de maneira fluida à câmara (11) por meio de uma passagem primária (23). O injetor secundário é conectado de maneira fluida à câmara (11) por meio de uma passagem secundária (24). À passagem secundária (24) tem uma seção de fluxo ajustável. Um sistema de regulagem (32) permite que essa seção de fluxo da passagem secundária (24) seja regulada por meio de uma válvula (33).

[0067] As Figuras 1,2 e 3 também mostram um detector de pressão (30) para detectar a pressão de gás ou uma variação de pressão de gás na câmara (11), bem como um sistema de controle (31) conectado ao detector de pressão (30). O sistema de controle é também conectado ao sistema de regulagem (32) e controla o mesmo.

[0068] A Figura 4 mostra esquematicamente uma montagem que compreende três injetores primários (21) cada um circundado por seu injetor secundário concêntrico (22), e uma câmara (11).

[0069] Os injetores primários (21) são conectados de maneira fluida à câmara (11) pelas passagens primárias (23). Os injetores secundários (22) são conectados de maneira fluida à câmara (11) pelas passagens secundárias (24). A passagem secundária tem uma seção de fluxo ajustável. Um sistema de regulagem (32) permite que essa seção de fluxo da passagem secundária (24) seja regulada por meio de uma válvula (33). Um detector de pressão (30) está presente para detectar uma pressão ou uma variação de pressão de gás na câmara (11). Um sistema de controle (31) é conectado ao detector de pressão (30). O sistema de controle também está conectado ao sistema de regulagem (32) e controla o mesmo.

[0070] Nasfiguras4e5,oqueimador compreende um bloco (40) com uma face de entrada (41) e uma face de saída (42) oposta à face de entrada, bem como injetores adicionais (50) para injetar um fluido adicional na zona de combustão (1).

[0071] Aregulação automática pelo sistema de retroalimentação de acordo com a presente invenção pode ser implementada de maneira vantajosa em vários métodos de combustão, tal como para a produção de vidro.

[0072] As fornalhas de produção de vidro principalmente usam ar preaquecido acima de 1000 ºC como um oxidante. Esse ar quente é obtido pela passagem através de regeneradores (blocos de tijolos refratários). A quantidade de oxidante injetado na fornalha nesse nível de temperatura envolve uma quantidade significativa de movimento.

[0073] Durante a campanha de uma fornalha, a produção pode precisar ser aumentada para além da capacidade dos regeneradores, que não podem fornecer uma quantidade maior de ar quente devido à limitação do arraste das pás. Um problema similar ocorre quando o estado dos tijolos não permite, ou não permite mais, a obtenção das temperaturas de pré-aquecimento desejadas.

[0074] A instalação de queimador que opera com um oxidante rico em oxigênio (oxiqueimador), então, parece ser uma solução particularmente viável. Esses queimadores são geralmente instalados nas aberturas disponíveis próximas aos regeneradores. Com a oxicombustão (isto é, combustão com um oxidante que contém pelo menos 80% em volume, e, preferencialmente, pelo menos 90% em volume, de oxigênio) gerando uma quantidade de fumaça que é 4 vezes inferior à combustão de ar e com eficiência pelo menos equivalente, as chamas que se originam a partir de oxiqueimadores, adiante chamado "oxichamas", são gravemente interrompidas pelas chamas, chamadas "aerochamas", que se originam de regeneradores que operam com ar quente, devido a menor quantidade de movimento das oxichamas. Essas interrupções podem fazer com que a oxichama interfira com o material sólido fundido e os materiais não queimados e, portanto, levar a problemas de qualidade do vidro ou problemas de eficiência energética. Esses problemas são ainda mais significativos quando a potência (e, portanto, os fluxos dos agentes de combustão) dos oxiqueimadores é reduzida para diminuir fases de produção aumentadas. É, portanto, essencial maximizar o pulso ou a quantidade de movimento das oxichamas ao longo de toda a faixa de potência dos oxiqueimadores.

[0075] Os sistemas, tal como os descritos no documento nº EP 2143999, permitem regulagem manual do fluxo de combustível gasoso entre duas injeções (primária e secundária) a fim de maximizar o pulso do combustível e, assim, garantir a estabilidade da chama do oxiqueimador. No entanto, esses sistemas manuais exigem ajuste constante da distribuição de fluido pelos operadores, sem ter a capacidade para avaliar com facilidade o impacto desses ajustes no método em tempo real. De modo a evitar esses ajustes e quaisquer problemas de qualidade, os operadores geralmente ajustam a potência nos queimadores de ar (regenerador), causando consumo excessivo de oxigênio e um aumento nos custos de produção.

[0076] A presente invenção pode ser usada vantajosamente nesse caso pela definição de uma faixa de pressão predefinida ou uma pressão predefinida que permite que distribuição automática seja garantida do fluxo entre as injeções primária e secundária, de modo a maximizar o pulso da oxichama independentemente do fluxo total de combustível.

[0077] Por exemplo, no caso de um aumento de produção de 4%, a potência de um oxiqueimador pode ser 800 kW, enquanto que para um aumento de oxigênio de 8%, a potência de um oxiqueimador pode ser 1,8 MW. Determinou-se que uma pressão de 300 mbarg na câmara de distribuição entre as duas injeções de combustível permite que uma chama altamente estável seja fornecida tanto a 800 kW quanto a 1800 kW. A regulagem automática, de acordo com a invenção, da distribuição do combustível, como uma função da pressão de gás na câmara quando a potência varia, permitirá, portanto, que os custos de produção sejam otimizados, defeitos de qualidade sejam limitados e o consumo de energia seja otimizado.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Montagem para injetar um agente de combustão gasoso em uma zona de combustão, cujo agente de combustão gasoso é selecionado dentre combustíveis gasosos e oxidantes gasosos, sendo que a montagem é caracterizada pelo fato de que compreende: * uma câmara (11) que tem uma entrada, através da qual o agente é introduzido na montagem; * pelomenos um injetor primário (21) para transportar um fluxo primário do agente a partir da câmara (11) em direção à zona de combustão (1) e para injetar o dito fluxo primário na zona de combustão (1), sendo que o dito pelo menos um injetor primário é conectado de maneira fluida à câmara (11) por meio de pelo menos uma passagem primária (23); e pelo menos um injetor secundário (22) para transportar um fluxo secundário do agente a partir da câmara (11) em direção à zona de combustão (1) e para injetar o dito fluxo secundário na zona de combustão, sendo que o dito pelo menos um injetor secundário é conectado de maneira fluida à câmara por meio de pelo menos uma passagem secundária (24); sendo que a dita montagem também compreende: * umdetector de pressão (30) para detectar uma pressão de gás ou uma variação de pressão de gás na câmara; * um sistema de regulagem (31) para regular a seção de fluxo da pelo menos uma passagem secundária; e * um sistema de controle (32) conectado ao detector de pressão e ao sistema de regulagem, sendo que o sistema de controle controla o sistema de regulagem de modo que a seção de fluxo da pelo menos uma passagem secundária seja regulada como uma função da pressão ou da variação de pressão detectada pelo detector de pressão.

2. Montagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o sistema de controle controla o sistema de regulagem de modo que a pressão de gás na câmara esteja localizada em uma zona de pressão predeterminada, ou de modo que a pressão de gás na câmara corresponda a um valor que é predeterminado pela regulagem da seção de fluxo da pelo menos uma passagem secundária.

3. Montagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o sistema de regulagem é dotado de pelo menos uma válvula (33) com capacidade para regular a seção de fluxo da pelo menos uma passagem secundária.

4. Montagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos um par de um injetor primário com um injetor secundário, em cujo par um dentre o injetor primário e o injetor secundário circunda o outro dentre o injetor primário e o injetor secundário.

5. Montagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações, caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos dois injetores primários e/ou pelo menos dois injetores secundários, preferencialmente pelo menos dois injetores primários e pelo menos dois injetores secundários.

6. Instalação caracterizada pelo fato de que compreende uma pluralidade de montagens, conforme definido em qualquer uma das reivindicações — anteriores, = sendo que a instalação compreende preferencialmente um sistema de controle comum que é conectado ao detector de pressão de cada montagem e que tem capacidade para controlar o sistema de regulagem de cada montagem como uma função da pressão de gás ou da variação de pressão de gás detectada pelo detector de pressão da dita montagem.

7. Queimador caracterizado pelo fato de que compreende uma montagem, conforme definido em qualquer uma das reivindicações anteriores, para injetar um agente de combustão gasoso em uma zona de combustão, cujo agente de combustão gasoso é selecionado dentre um combustível gasoso e um oxidante gasoso, e pelo menos um injetor adicional para injetar um fluido adicional na zona de combustão.

8. Queimador, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende um bloco (40) com uma face de entrada (41) e uma face de saída (42) oposta à face de entrada (41), em cujo queimador a montagem é anexada à face de entrada (41) do bloco (40) de modo que os injetores do queimador sejam posicionados em uma ou mais perfurações que passam através do bloco a partir da face de entrada para a face de saída.

9. Queimador, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que os injetores primários e secundários da montagem formam pares de um injetor primário com um injetor secundário, sendo que os pares são posicionados em pelo menos uma primeira perfuração do bloco (40) e o pelo menos um injetor adicional é posicionado em pelo menos uma perfuração adicional do bloco (40).

10. Queimador, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos dois pares e pelo menos dois injetores adicionais, em que os pares definem um primeiro plano de injeção para o fluido e em que os injetores definem um segundo plano de injeção para o fluido adicional que é diferente do primeiro plano, sendo que o segundo plano é paralelo ao primeiro plano ou é orientado de modo a cruzar o primeiro plano na zona de combustão a jusante da face de saída (42).

11. Fornalha caracterizada pelo fato de que compreende uma zona de combustão interna e que compreende pelo menos uma montagem, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, para injetar um agente de combustão gasoso na zona de combustão interna da fornalha, cujo agente de combustão gasoso é selecionado dentre combustíveis gasosos e oxidantes gasosos, sendo que a pelo menos uma montagem forma opcionalmente parte de um queimador, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 7 a

10.

12. Fornalha, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que compreende uma pluralidade de montagens, sendo que a fornalha compreende preferencialmente um sistema de controle comum que é conectado ao detector de pressão de cada montagem e que tem capacidade para controlar o sistema de regulagem de cada montagem como uma função da pressão de gás ou da variação de pressão de gás detectada pelo detector de pressão da dita montagem.

13. Método de combustão caracterizado pelo fato de que um agente de combustão gasoso é injetado em uma zona de combustão interna por meio de uma montagem, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, cujo agente de combustão gasoso é selecionado dentre combustíveis e oxidantes gasosos, sendo que a dita montagem forma opcionalmente parte de um queimador, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 7 a 10, em cujo método: * o detector de pressão da montagem detecta a pressão de gás na câmara da montagem; e o sistema para regular a montagem regula a seção de fluxo da pelo menos uma passagem secundária; e

* osistema para controlar a montagem controla o sistema para regular a montagem de modo que a seção de fluxo da pelo menos uma passagem secundária seja regulada como uma função da pressão ou da variação de pressão detectada pelo detector de pressão da montagem.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle controla o sistema de regulagem de modo que a pressão de gás na câmara seja localizada em uma zona de pressão predeterminada ou de modo que a pressão de gás na câmara da montagem corresponda a um valor que é predeterminado pela regulagem da seção de fluxo da pelo menos uma passagem secundária da montagem.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 e 14, caracterizado pelo fato de que o agente de combustão gasoso é um combustível gasoso selecionado dentre gás natural, biogás, propano, butano, os gases residuais de fabricação de aço ou métodos de reforma do metano, hidrogênio ou qualquer mistura de pelo menos dois desses combustíveis gasosos, ou é um oxidante gasoso com um teor de oxigênio de 21 a 100% em volume, preferencialmente maior que 21% em volume, e em particular pelo menos 80% em volume, mais preferencialmente pelo menos 90% em volume.