BRPI0503233B1 - queimador para combustão de um combustível, fornalha para fusão de vidro, método para combustão de um combustível com um oxidante, e processo para fusão de vidro - Google Patents

Abstract

"queimador para combustão de um combustível, fornalha para fusão de vidro, método para combustão de um combustível com um oxidante, e processo para fusão de vidro". trata-se de um queimador que inclui condutos separados de combustível e oxidante. o conduto de combustível possui seções de admissão, de transição, e de descarga, e o conduto de oxidante possui seções de admissão e, de descarga. a seção transversal da área de fluxo da seção de transição de combustível varia entre uma seção transversal inicial de área de fluxo na parte de admissão de combustível para uma seção transversal diferente de área de fluxo na parte de descarga de combustível, e a seção transversal da área de fluxo da seção de descarga de combustível é substancialmente uniforme. pelo menos uma parte da seção de admissão de oxidante é espaçada em torno de substancialmente a totalidade de pelo menos uma parte de pelo menos uma das seções de admissão, transição, e descarga de combustível. a seção transversal de área de fluxo da seção de descarga de oxidante é menor que ou igual à seção transversal de área de fluxo da seção de admissão de oxidante e é substancialmente uniforme, e pelo menos uma parte da mesma é espaçada em torno de substancialmente a totalidade de pelo menos uma parte da seção de descarga de combustível.

Description

(54) Título: QUEIMADOR PARA COMBUSTÃO DE UM COMBUSTÍVEL, FORNALHA PARA FUSÃO DE VIDRO, MÉTODO PARA COMBUSTÃO DE UM COMBUSTÍVEL COM UM OXIDANTE, E PROCESSO PARA FUSÃO DE VIDRO (73) Titular: AIR PRODUCTS AND CHEMICALS, INC.. Endereço: 7201 Hamilton Boulevard., Allentown, Estado da Pensilvânia 18195-1501, ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA(US) (72) Inventor: MARK DANIEL D'AGOSTINI.

Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 21/11/2018, observadas as condições legais

Expedida em: 21/11/2018

Assinado digitalmente por:

Alexandre Gomes Ciancio

Diretor Substituto de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados

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QUEIMADOR PARA COMBUSTÃO DE UM COMBUSTÍVEL, FORNALHA PARA FUSÃO DE VIDRO, MÉTODO PARA COMBUSTÃO DE UM COMBUSTÍVEL COM UM OXIDANTE, E PROCESSO PARA FUSÃO DE VIDRO

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [0001] A presente invenção refere-se a queimadores de combustível e métodos para combustão de combustíveis gasosos com oxidantes, tais como oxigênio ou ar enriquecido com oxigênio, e refere-se particularmente a queimadores e métodos para produção de temperaturas elevadas em fornalhas industriais de fusão para vidro, materiais de cerâmica, metais, etc.

[0002] Muito embora a invenção seja discutida no contexto de queimadores de oxigênio/gás e métodos de combustão para fusão de vidro, a invenção não é limitada a uma utilização em fornalhas de fusão de vidro ou fornalhas de fusão industriais. As pessoas versadas na técnica poderão reconhecer que o queimador e o método da presente invenção podem ser utilizados em muitas outras aplicações de aquecimento com utilização de fogo.

[0003] A patente Norte-Americana n° 5.360.171 (Yap) revela um queimador para queima de combustível em um oxidante incluindo um bocal de combustível intercalado entre bocais de oxidante superior e inferior, que são separados e distintos entre si. O queimador produz jatos de combustível e oxidante com uma configuração de leque divergente para o lado de fora para provisão de uma chama ampla. Os jatos de oxidante têm uma velocidade menor que os jatos de combustível de tal forma que o oxidante é aspirado para o interior do combustível. Podem ser providos bocais secundários de oxidante superiores e inferiores para provisão de combustão em estágios.

[0004] A patente Norte-Americana n° 5.545.031 (Joshi e outros) revela um método e um aparelho para descarga de

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2/33 combustível e oxidante a partir de um bocal de uma maneira que forma uma chama em forma de rabo de peixe ou leque. Em uma configuração preferencial, um coletor de combustível é posicionado no interior de um coletor de oxidante. Tanto o coletor de combustível quanto o coletor de oxidante possuem preferencialmente uma seção transversal retangular em um plano de saída. Em uma configuração preferencial, ambos os coletores possuem uma seção transversal de formato geralmente quadrangular em uma localização a montante, que converge para uma direção geralmente vertical e diverge em uma direção geralmente horizontal para formação da seção transversal geralmente retangular no plano de saída. O efeito da combinação de convergência e divergência produz um momento líquido de transferência do fluido de um plano geralmente vertical para um plano geralmente horizontal de tal forma que o combustível e o oxidante são descarregados do bocal em uma forma relativamente ampla que produz a configuração de chama em forma de rabo de peixe ou de leque.

[0005] A patente Norte-Americana n° 5.611.682 (Slavejkov e outros) revela um queimador de oxigênio-combustível configurado em estágios para produção de uma chama rica em combustível de formato geralmente plano disposta em sobreposição a uma chama pobre em combustível e altamente irradiante. O queimador possui uma passagem de combustível que termina em um bocal, um alojamento que envolve a passagem de combustível com provisão de um espaço entre o alojamento e a passagem de combustível, em que o espaço forma uma passagem para oxidante. Quando é introduzido combustível na passagem de combustível e é introduzido um oxidante na passagem de oxidante, é produzida na extremidade de bocal do conduto de combustível uma chama rica em combustível, de formato geralmente plano. Um bocal de configuração de estágios igualmente provido para introdução de

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3/33 uma parte do oxidante em uma posição subjacente à da chama rica em combustível, em que dessa forma o oxidante é arrastado para o lado inferior da chama rica em combustível para produção de uma chama pobre em combustível e altamente irradiante.

[0006] A patente Norte-Americana n° 5.575.637 (Slavejkov e outros) revela um queimador de oxigênio-combustível semelhante ao da patente norte-americana n° 5.611.682 (Slavejkov e outros), com exceção do fato de este queimador não incluir uma passagem para um oxidante de provisão de estágios e não utilizar estágios.

[0007] A patente Norte-Americana n° 4.690.635 (Coppin) revela um dispositivo de queimador de alta temperatura possuindo um corpo de bocal contendo oxigênio que possui um inserto de conduto de gás disposto no interior do mesmo. O inserto de conduto de gás inclui uma ponta de inserto de conduto de gás com uma face de ponta externa substancialmente plana com uma proeminência com formato de tronco de cone disposta sobre a mesma e protuberante da face da ponta. A ponta de inserto de conduto de gás inclui um conduto de gás de disposição central que termina na extremidade proximal da proeminência com formato de tronco de cone formando uma borda de faca. Um orifício para expelir oxigênio é disposto concentricamente em torno da proeminência com forma de tronco de cone para enviar oxigênio a partir do orifício para o mesmo se misturar com o combustível gasoso para combustão no interior de um bloco de queimador refratário.

[0008] Apesar dos avanços observados nas diversas construções de queimadores da técnica anterior, ainda existem muitos problemas, incluindo sem limitação:

Ausência de uniformidade de fluxo de reagente causando uma ausência de uniformidade das propriedades da chama;

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4/33 elevados níveis de turbulência nas correntes de reagente causando taxas de mistura e combustão mais elevadas do que seria desejável;

acumulação e deposição de carbono sólido na ponteira do bocal de combustível causando distorções de chama.

[0009]

Estes problemas relacionados com desempenho causam freqüentemente problemas relacionados com o queimador e o processo, tais como:

Chamas mais quentes e mais curtas com uma resultante má distribuição de transferência térmica e temperatura no interior da fornalha de processo.

Esses efeitos contribuem geralmente para reduzir o tempo de vida útil dos materiais refratários da fornalha e reduzem a produtividade.

Limitações da porcentagem de oxidante que pode ser desviada (para formação de estágios) da mistura primária de combustível/oxidante. Esta limitação ocorre em queimadores que descarregam uma parte do combustível e oxidante para o interior de um bloco de queimador refratário (algumas vezes referido como um pré-combustor) que separa o dispositivo de queimador da fornalha de processo. As principais conseqüências desta limitação consistem em taxas mais reduzidas de transferência térmica de irradiação, menor eficiência de utilização de combustível e emissões mais substanciais de NOx.

Avaria prematura de alta temperatura dos componentes do queimador.

Faixa limitada de taxa de queima do queimador (taxa de fluxo de combustível).

[00010] Devido a estes e muitos outros problemas pertinentes

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5/33 aos queimadores e métodos de combustão da técnica anterior, é desejado obter um queimador e um método de combustão que permitam superar as dificuldades, problemas, limitações, desvantagens, e deficiências da técnica anterior, para provisão de resultados melhores e mais vantajosos.

[00011] É adicionalmente desejado obter um queimador e um método de combustão mais eficientes para combustão de um combustível com um oxidante.

[00012] É ainda adicionalmente desejado reduzir a ausência de uniformidade de velocidades de correntes de combustível e oxidante no ponto inicial de mistura dos mesmos.

[00013] É ainda adicionalmente desejado minimizar a acumulação de carbono nos bocais de combustível.

[00014] É ainda adicionalmente desejado obter um fluxo otimizado com um elevado grau de uniformidade de velocidade e baixos níveis de turbulência.

[00015] É ainda adicionalmente desejado minimizar o diferencial médio de velocidade entre a corrente de combustível e a corrente de oxidante no ponto de mistura inicial.

[00016] É ainda adicionalmente desejado reduzir a ausência de uniformidade de distribuição de fluxo de reagente no bocal do queimador, simultaneamente reduzindo também a pressão de gás na admissão do queimador e a turbulência.

[00017] É ainda adicionalmente desejado aperfeiçoar o desempenho da fornalha mediante operação de queimadores com o momento inercial mais elevado e provisão de mais estágios, para obtenção de benefícios tais como chamas ricas em combustível mais estáveis e mais longas com menores emissões de óxido de nitrogênio (NO_x).

[00018] É ainda adicionalmente desejado aperfeiçoar o desempenho da fornalha com chamas mais estáveis e mais longas fornecendo taxas gerais mais elevadas de transferência térmica

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6/33 para cargas no interior da fornalha.

[00019] É ainda adicionalmente desejado aperfeiçoar adicionalmente o desempenho de fornalhas de vidro para provisão de taxas mais elevadas de transferência térmica da chama para o vidro, dessa forma aumentando as temperaturas de fundo do vidro, aperfeiçoando a recirculação de vidro do equipamento refinador para o tanque, e reduzindo os defeitos do vidro (aumento de maleabilidade).

[00020] É igualmente desejado aumentar a faixa de taxas de queima dos queimadores.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO [00021] A presente invenção consiste em um queimador e um método para combustão de um combustível com um oxidante. Existem múltiplas configurações do queimador e do método, bem como múltiplas variações dessas configurações.

[00022] Existem múltiplos elementos em uma primeira configuração do queimador para combustão de um combustível. O primeiro elemento é um conduto de combustível possuindo uma pluralidade de seções de combustível, em que cada seção de combustível se encontram em comunicação fluida com cada outra seção de combustível e é adaptada para transmitir uma corrente do combustível. Um segundo elemento é um primeiro conduto de oxidante possuindo uma pluralidade de seções de oxidante, cada seção de oxidante encontrando-se em comunicação fluida com cada outra seção de oxidante e sendo adaptada para transmitir uma corrente de um oxidante.

[00023] O conduto de combustível da primeira configuração do queimador inclui uma seção de admissão de combustível, uma seção de transição de combustível, e uma seção de descarga de combustível. A seção de admissão de combustível possui uma primeira parte de admissão de combustível e uma primeira parte

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7/33 de descarga de combustível espaçada em afastamento relativamente à primeira parte de admissão de combustível, em que a seção de admissão de combustível possui uma área de fluxo com uma primeira seção transversal e é adaptada para transmitir a corrente do combustível que ingressa na primeira parte de admissão de combustível e que sai da primeira parte de descarga de combustível. A seção de transição de combustível possui uma parte de admissão de combustível e uma parte de descarga de combustível espaçada em afastamento com relação à parte de admissão de combustível, em que a seção de transição de combustível é adaptada para transmitir pelo menos uma parte da corrente do combustível que ingressa na parte de admissão de combustível e sai da parte de descarga de combustível, e possuindo uma área de fluxo com uma segunda seção transversal, em que a área de fluxo com a segunda seção transversal varia entre uma área de fluxo de seção transversal inicial na parte de admissão de combustível para uma área de fluxo de seção transversal diferente na parte de descarga de combustível. A seção de descarga de combustível possui uma segunda parte de admissão de combustível e uma segunda parte de descarga de combustível espaçada em afastamento com relação à segunda parte de admissão de combustível, em que a seção de descarga de combustível é adaptada para transmitir pelo menos uma parte da corrente do combustível que ingressa na segunda parte de admissão de combustível e sai da segunda parte de descarga de combustível, e possuindo uma área de fluxo com uma terceira seção transversal, a área de fluxo com a terceira seção transversal sendo substancialmente uniforme de princípio a fim da seção de descarga de combustível.

[00024] O primeiro conduto de oxidante da primeira configuração do queimador inclui uma seção de admissão de oxidante e uma seção de descarga de oxidante. A seção de

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8/33 admissão de oxidante possui uma primeira parte de admissão de oxidante e uma primeira parte de descarga de oxidante espaçada com um afastamento com relação à primeira parte de admissão de oxidante, a seção de admissão de oxidante sendo adaptada para transmitir uma corrente do oxidante que ingressa na primeira parte de admissão de oxidante e sai da primeira parte de descarga de oxidante, e possuindo uma área de fluxo com uma quarta seção transversal, pelo menos uma parte da seção de admissão de oxidante sendo espaçada em torno de substancialmente a totalidade de pelo menos uma parte de pelo menos uma das seção de admissão de combustível, seção de transição de combustível, e seção de descarga de combustível. A seção de descarga de combustível tem uma entrada de admissão de oxidante e uma saída de descarga de oxidante afastada relativamente à entrada de admissão de oxidante, e a seção de descarga de oxidante é adaptada para transmitir pelo menos uma parte da corrente de oxidante que ingressa na parte de admissão de oxidante e sai da parte de descarga de oxidante, e possuindo uma área de fluxo com uma quinta seção transversal, a área de fluxo com a referida quinta seção transversal sendo menor que ou igual à área de fluxo com a quarta seção transversal e sendo substancialmente uniforme através da totalidade da seção de descarga de oxidante, em que pelo menos uma parte da seção de descarga de oxidante fica espaçada em torno de substancialmente a totalidade de pelo menos uma parte da seção de descarga de combustível.

[00025] Existem muitas variações da primeira configuração do queimador. Em uma variação, uma razão entre a área de fluxo com a quinta seção transversal da seção de descarga de oxidante com relação à área de fluxo e a terceira seção transversal da seção de descarga é menor que uma razão molar entre o oxidante e o combustível necessária para uma combustão estequiométrica.

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9/33 [00026] Uma segunda configuração do queimador é semelhante à primeira configuração porém inclui um conduto de admissão de oxidante em forma de Y em comunicação fluida com a seção de admissão de oxidante e adaptado para alimentar a corrente do oxidante para a primeira parte de admissão de oxidante da seção de admissão de oxidante.

[00027] Uma terceira configuração do queimador é semelhante à primeira configuração, mas inclui pelo menos uma palheta de guia disposta na seção de transição de combustível, em que a área de fluxo de seção transversal inicial na parte de admissão de combustível da seção de transição de combustível é menor que a área de fluxo de seção transversal diferente na parte de descarga de combustível da seção de transição de combustível.

[00028] Uma quarta configuração do queimador é semelhante à primeira configuração mas inclui um segundo conduto de oxidante adjacente ao primeiro conduto de oxidante, o segundo conduto de oxidante possuindo uma segunda parte de admissão de oxidante e uma segunda parte de descarga de oxidante espaçada com um afastamento relativamente à segunda parte de admissão de

oxidante,	o segundo	conduto	de	oxidante	sendo	adaptado para
transmitir	uma outra	corrente	do	oxidante	ou uma	corrente de	um
outro oxidante que	ingressa	na	segunda	parte	de admissão	de

oxidante e sai da segunda parte de descarga de oxidante. Em uma variação desta configuração, a outra corrente do oxidante ou a corrente de um outro oxidante que sai da segunda parte de descarga de oxidante do segundo conduto de oxidante encontra-se em uma localização subjacente a uma chama formada pela combustão da pelo menos uma parte da corrente do combustível que sai da segunda parte de descarga de combustível da seção de descarga de combustível e a pelo menos uma parte da corrente do oxidante que sai da saída de descarga de oxidante da seção de descarga de oxidante.

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10/33 [00029] Em uma quinta configuração do queimador para combustão de um combustível, o queimador tem um eixo geométrico longitudinal e inclui uma ponteira de queimador possuindo uma primeira borda alongada adjacente a um fluxo do combustível, e uma segunda borda alongada adjacente a um fluxo de um oxidante e formando um ângulo de ponteira primário (a) de menos de cerca de 15° relativamente a uma linha paralela ao eixo geométrico longitudinal e intersectando uma superfície a montante com uma disposição paralela ao eixo geométrico longitudinal. Nesta configuração, a primeira borda alongada e a segunda borda alongada formam um ângulo de ponteira secundário (β) maior que o ângulo de ponteira primário (a) e com menos de cerca de 90° de uma linha tangente a e estendendo-se a partir da primeira borda alongada na direção do fluxo do combustível. Em uma variação desta configuração, a segunda borda alongada inclui uma seção afilada inicial formando o ângulo de ponteira primário (a), e uma seção curva que termina na primeira borda alongada.

[00030] Um outro aspecto da invenção consiste em uma fornalha para fusão de vidro, em que a fornalha possui pelo menos um queimador de acordo com qualquer uma das configurações ou variações discutidas acima.

[00031] Existem múltiplas etapas em uma primeira configuração do método para combustão de um combustível com um oxidante. A primeira etapa consiste na provisão de uma fonte do combustível. A segunda etapa consiste na provisão de uma fonte de pelo menos um oxidante. A terceira etapa consiste na provisão de um queimador, tal como a primeira configuração do queimador discutida acima. A quarta etapa consiste na transmissão da corrente do combustível para a primeira parte de admissão de combustível, em que dessa forma pelo menos uma

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11/33 parte da corrente do combustível é transmitida da primeira parte de admissão de combustível para a segunda parte de descarga de combustível. A quinta etapa consiste na transmissão da corrente do oxidante para a primeira parte de admissão de oxidante, em que dessa forma pelo menos uma parte da corrente do oxidante é transmitida da primeira parte de admissão de oxidante para a saída de descarga de oxidante. A sexta etapa consiste na combustão de pelo menos uma parte do combustível que sai da segunda parte de descarga de combustível com pelo menos uma parte do oxidante que sai da saída de descarga de oxidante.

[00032] Existem muitas variações da primeira configuração do método para combustão de um combustível com um oxidante. Em uma variação, uma razão entre a área de fluxo com a quinta seção transversal da seção de descarga de oxidante e a área de fluxo com a terceira seção transversal da seção de descarga de combustível é menor que uma razão molar entre o oxidante e o combustível que é requerida para combustão estequiométrica.

[00033] Uma segunda configuração do método é semelhante à primeira configuração do método, porém inclui duas etapas adicionais. A primeira etapa adicional consiste na provisão de um conduto de admissão de oxidante em forma de Y em comunicação fluida com a seção de admissão de oxidante e adaptado para alimentar a corrente do oxidante para a primeira parte de admissão de oxidante da seção de admissão de oxidante. A segunda etapa adicional consiste na alimentação de pelo menos uma parte do oxidante para o conduto de admissão de oxidante em forma de Y.

[00034] Uma terceira configuração do método é semelhante à primeira configuração do método, porém inclui a etapa adicional de provisão de pelo menos uma palheta de guia disposta na seção de transição de combustível, em que a área de fluxo de seção

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12/33 transversal inicial da parte de admissão de combustível da seção de transição de combustível é menor que a área de fluxo de seção transversal diferente na parte de descarga de combustível da seção de transição de combustível.

[00035]

Uma quarta configuração do método é semelhante à primeira configuração do método mas inclui três etapas adicionais. A primeira etapa adicional consiste na provisão de um segundo conduto de oxidante adjacente ao primeiro conduto de oxidante, em que o segundo conduto de oxidante possui uma segunda parte de admissão de oxidante e uma segunda parte de descarga de oxidante espaçada em afastamento relativamente à segunda parte de admissão de oxidante, o segundo conduto de oxidante sendo adaptado para transmitir uma outra corrente do oxidante ou uma corrente de um outro oxidante que ingressa na segunda parte de admissão de oxidante e sai da segunda parte de descarga de oxidante. A segunda etapa adicional consiste na transmissão da outra corrente do oxidante ou da corrente do outro oxidante para a segunda parte de admissão de oxidante, em que dessa forma pelo menos uma parte da outra corrente do oxidante ou pelo menos uma parte do outro oxidante é transmitida da segunda parte de admissão de oxidante para a segunda parte de descarga de oxidante. A terceira etapa adicional consiste na combustão de pelo menos uma outra parte do combustível que sai da segunda parte de descarga de combustível com pelo menos uma parte da outra corrente do oxidante ou pelo menos uma parte do outro oxidante que sai da segunda parte de descarga de oxidante. Em uma variação desta configuração, a outra corrente do oxidante ou a corrente do outro oxidante que sai da segunda parte de descarga de oxidante do segundo conduto de oxidante encontra-se em uma localização abaixo de uma chama formada pela combustão de pelo menos uma parte da corrente do combustível que sai da segunda parte de

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13/33 descarga de combustível da seção de descarga de combustível e a pelo menos uma parte da corrente do oxidante que sai da saída de descarga da seção de descarga de oxidante.

[00036] Uma outra configuração do método para combustão de um combustível com um oxidante inclui uma multiplicidade de etapas. A primeira etapa consiste na provisão de uma fonte do combustível. A segunda etapa consiste na provisão de uma fonte do oxidante. A terceira etapa consiste na provisão de um queimador para combustão do combustível com o oxidante, tal como o queimador da quinta configuração de queimador discutida acima. A quarta etapa consiste na combustão de pelo menos uma parte do combustível com pelo menos uma parte do oxidante em uma localização adjacente à ponteira do queimador. Em uma variação desta configuração do método, a segunda borda alongada inclui uma seção afilada inicial que forma o ângulo de ponteira primário (a) e uma seção curva que termina na primeira borda alongada.

[00037] Um outro aspecto da invenção consiste em um processo para fusão de vidro, em que o processo inclui um método para combustão de um combustível com um oxidante de acordo com qualquer uma das configurações e variações discutidas acima.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [00038] A invenção será agora descrita a título de exemplo com referência aos desenhos em anexo, nos quais:

A Figura 1 é um diagrama esquemático de uma vista lateral de uma configuração da invenção;

a Figura 2 é um diagrama esquemático de uma vista lateral de uma ponteira de queimador para uma configuração da invenção;

a Figura 3 é um diagrama esquemático de uma vista frontal de uma ponteira de queimador para uma configuração da

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14/33 invenção;

a Figura 4 é um diagrama esquemático de uma vista de extremidade de um queimador para uma configuração da invenção ilustrando uma entrada de admissão de oxidante em forma de Y;

a Figura 5 é um diagrama esquemático de uma vista de plano de uma parte do bocal de combustível para uma configuração da invenção ilustrando a utilização de palhetas de guia na seção de transição do bocal de combustível;

	a	Figura 6 é um diagrama	esquemático	de	uma vista
lateral	de	uma parte do queimador	para uma confi	guração da
invenção	i	lustrando um formato preferencial	da	câmara de
armazenagem	temporária (plenum) de	oxidante;
	a	Figura 7 é um diagrama	esquemático	de	uma vista
lateral	de	uma outra configuração	da invenção	ilustrando um
formato	alternativo da câmara de armazenagem	temporária
(plenum		de oxidante;

a Figura 8 é um diagrama esquemático de uma vista de corte transversal de uma configuração do queimador da presente invenção utilizado em combinação com um bloco de queimador refratário;

a Figura 9 é um gráfico de comparação da radiância de chama relativa de um queimador da presente invenção com relação a um queimador da técnica anterior em diferentes comprimentos de onda;

a Figura 10 é um diagrama esquemático ilustrativo de mecanismos de transferência térmica por irradiação de uma chama gerada no interior de uma fornalha de processamento de vidro por um queimador e um método de acordo com a presente invenção;

a Figura 11 é um gráfico ilustrativo da radiância de chama normalizada conforme medida acima e abaixo de uma chama gerada por um queimador e um método de acordo com a presente invenção;

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15/33 a Figura 12 é um diagrama esquemático que ilustra uma construção de ponteira de queimador de extremidade quadrangular;

a Figura 13 é um diagrama esquemático que ilustra uma construção de ponteira de queimador de extremidade redonda;

a Figura 14 é um diagrama esquemático que ilustra uma construção de ponteira de queimador do tipo de borda de faca, de fluxo separado, de ângulo único;

a Figura 15 é um diagrama esquemático que ilustra uma construção de ponteira de queimador do tipo de borda de faca, de fluxo acoplado, de ângulo único;

a Figura 16 é um diagrama esquemático ilustrativo de uma configuração de uma ponteira de bocal de acordo com a presente invenção;

a Figura 17 é um diagrama esquemático que ilustra padrões de fluxo de reagentes para uma configuração de uma ponteira de bocal de acordo com a presente invenção;

a Figura 18 é uma fotografia ilustrativa da acumulação de carbono na ponteira de um queimador da técnica anterior; e a Figura 19 é um diagrama esquemático que ilustra uma configuração física (layout) de uma fornalha de processamento de vidro.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [00039] A invenção consiste em um queimador e um método para combustão de um combustível com um oxidante. Muito embora a invenção seja aqui discutida no contexto de um queimador de oxigênio/gás (óxi/gás) para aplicações de fusão de vidro, a mesma não se encontra limitada a tais queimadores e aplicações. As pessoas versadas na técnica poderão reconhecer que o queimador e o método podem ser utilizados em muitas outras

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16/33 aplicações de processos de aquecimento com fogo, incluindo sem limitação fornos de calcinação de cimento, fornalhas de fusão de metais ferrosos/não ferrosos, e geradores de vapor.

[00040] Quando é utilizado em aplicações de fusão de vidro, o queimador de óxi/gás produz uma flama ampla de alta temperatura com uma razão de enfraquecimento aumentada e uma capacidade de configuração de estágios (isto é, retardo de introdução de) uma elevada percentagem de oxigênio abaixo da chama para aumento de irradiação, redução de NOx, e maior controle da extensão e do momento da chama do que o controle que era possível obter com os queimadores da técnica anterior. Este desempenho aperfeiçoado é resultante da nova construção e configuração dos componentes do queimador. Em aplicações de fusão de vidro, o queimador é geralmente utilizado em combinação com um bloco de queimador refratário posicionado entre o queimador e o espaço de combustão da fornalha.

[00041] Conforme é aqui utilizado, o termo combustível refere-se a qualquer combustível gasoso adequado para propósitos de combustão. Muito embora um combustível preferencial seja o gás natural, podem ser utilizados diferentes gases combustíveis, tais como hidrogênio, etano, propano, butano, acetileno, e outros combustíveis gasosos e combinações dos mesmos.

[00042] Conforme é aqui utilizado, o termo oxidante referese a oxigênio, ar enriquecido com oxigênio, ou qualquer outro oxidante adequado com uma concentração de oxigênio superior a cerca de 21% por volume. Um oxidante preferencial é o oxigênio puro comercial gerado por uma planta de separação de ar por processo criogênico ou por um processo de adsorção. A concentração de oxigênio de um tal oxidante é tipicamente superior a 90% do volume. A combinação de oxigênio puro comercial e gás natural é freqüentemente utilizada em fornalhas

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17/33 de alta temperatura, tais como fornalhas de fusão de vidro.

[00043] A Figura 1 ilustra uma vista lateral de uma configuração do queimador 10 de acordo com a presente invenção. Um combustível 12, tal como um gás natural, ingressa na parte de admissão de combustível 14 da seção de admissão de combustível 16. O combustível flui através da seção de admissão de combustível, da seção de transição de combustível 18, e da seção de descarga de combustível 20, e sai através da parte de descarga de combustível 22. A configuração ilustrada na Figura 1, a seção de admissão de combustível consiste em um tubo de seção redonda, a seção de transição de combustível consiste em uma seção de transição de formato redondo para formato plano, e a seção de descarga de combustível consiste em uma peça de seção transversal plana. Preferencialmente, as três seções constituem um dispositivo de peça única de bocal de combustível formado por três seções previamente soldadas.

[00044] Fazendo ainda referência à Figura 1, um oxidante 24, tal como oxigênio, é alimentado para um coletor de admissão de oxidante 26, tal como o parte de admissão de oxidante otimizado em forma de Y ilustrado na Figura 4. Eventualmente o oxidante

flui para uma câmara de	armazenagem	temporária (	plenum)	de
oxidante 28	e é transmitido para uma seção	de	descarga	de
oxidante 30	. Uma placa	32 entre	a câmara	de	armazenagem
temporária (	(plenum) de	oxidante e	a seção	de	descarga	de

oxidante possui uma abertura 34 através da qual ocorre o fluxo de oxidante, conforme se encontra ilustrado na Figura 2. A

Figura 6 ilustra adicionalmente esta configuração. As pessoas versadas na técnica poderão reconhecer a possibilidade de configurações alternativas, tal como a configuração alternativa ilustrada na Figura 7.

[00045] Conforme se encontra ilustrado na Figura 1, pinos de localização otimizados 36 proporcionam um meio de suporte entre

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18/33 a seção de descarga de combustível 20 e a seção de descarga de oxidante 30. Um difusor de oxidante 33 pode ser provido a montante da câmara de armazenagem temporária (plenum) de oxidante 28. O propósito deste difusor consiste em auxiliar a distribuição do fluxo de oxidante que ingressa na câmara de armazenagem temporária (plenum) de oxidante. Fazendo ainda referência à Figura 1, um outro conduto de oxidante 40 (câmara de armazenagem temporária (plenum) de configuração de estágios de oxigênio) adjacente à câmara de armazenagem temporária (plenum) de oxidante 28 proporciona a capacidade de configuração de estágios. O fluxo de oxidante da câmara de armazenagem temporária (plenum) de oxidante para a câmara de armazenagem temporária (plenum) de configuração de estágios de oxidante ou conduto de oxidante pode ser regulado por uma válvula 42 de configuração de estágios ou outros meios de regulagem.

[00046] A Figura 2 ilustra a seção de descarga do queimador formada pela seção de descarga de combustível 20 e pela seção de descarga de oxidante 30. A Figura 3 ilustra uma vista frontal da seção de descarga do queimador para uma configuração do queimador. Entretanto, as pessoas versadas na técnica poderão reconhecer que a seção de descarga do queimador pode ter um formato ou formatos diverso(s) daquele que se encontra ilustrado na Figura 3.

[00047] A Figura 8 ilustra uma vista esquemática de corte transversal do queimador 10 da presente invenção acoplado a um bloco de queimador refratário 150. Uma chama de alta temperatura 151 é formada no interior da câmara de topo 152 do bloco de queimador. O oxidante 153 que descarga de oxidante 30 do queimador emana da seção de envolve a chama, simultaneamente alimentando oxidante para a chama e provendo refrigeração de convecção da superfície refratária 154

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19/33 adjacente à chama. O oxidante 155 de formação de estágios passa através da câmara inferior 156 do bloco de queimador.

[00048] Os resultados aperfeiçoados da presente invenção com relação à técnica anterior são devidos à singularidade da construção e estrutura dos diversos componentes do queimador 10. Alguns dos aspectos mais importantes da estrutura e construção são discutidos abaixo.

[00049] Por exemplo, conforme se encontra ilustrado nas Figuras 1 e 2, a área de fluxo de seção transversal da seção de descarga de oxidante 30 deverá ser menor que ou igual à área de fluxo de seção transversal do câmara de armazenagem temporária (plenum) 28 de oxidante e é substancialmente uniforme ao longo de toda a seção de descarga de oxidante. (Os pinos de localização otimizados 36 reduzem de fato a área de fluxo de seção transversal da seção de descarga de oxidante em cerca de 3% localmente, porém são projetados para não gerarem vórtices de turbulência nem alterarem significativamente a distribuição de velocidade do oxidante na saída de descarga da seção de descarga.) O propósito do decréscimo da seção transversal da área de fluxo consiste em permitir que a pressão estática do fluxo de oxidante diminua na direção do fluxo, na medida em que um gradiente de pressão favorável ajuda a eliminar problemas de uniformidade de velocidade.

[00050] A área de fluxo de seção transversal da seção de transição de combustível 18 varia entre uma seção transversal inicial de área de fluxo na entrada de admissão de combustível da seção de transição de combustível e uma seção transversal diferente de área de fluxo na saída de descarga de combustível da seção de transição de combustível. A seção transversal da área de fluxo da seção de descarga de combustível 20 é substancialmente uniforme de princípio a fim. Em uma configuração, a seção transversal da área de fluxo na entrada

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20/33 de admissão da seção de transição de combustível é maior que ou igual à seção transversal de área de fluxo na saída de descarga da seção de transição de combustível visto que é desta forma criado um gradiente de pressão favorável, com os benefícios decorrentes do mesmo conforme observados anteriormente. (O caso de áreas de admissão e de descarga idênticas cria um gradiente de pressão neutro que não afeta negativamente a distribuição de velocidade de fluxo.) [00051] Em uma outra configuração, a seção transversal da área de fluxo na entrada de admissão da seção de transição de combustível 18 é menor que a seção transversal da área de fluxo na saída de descarga da seção de transição de combustível. Uma tal configuração favorece a geração de um gradiente de pressão adverso (com a pressão aumentando na direção do fluxo) o qual, na ausência de intervenção, causaria acréscimos de nãouniformidade de velocidade e causaria potencialmente a formação de regiões de fluxo revertido e elevados níveis de turbulência. Para prevenção destas conseqüências prejudiciais, esta configuração requer a inserção de uma ou mais palhetas de guia 50 conforme a ilustração apresentada na Figura 5.

[00052] Em uma configuração, a seção transversal da área de fluxo na saída de descarga de combustível da seção de transição de combustível 18 é substancialmente não circular, e a seção transversal da área de fluxo da seção de descarga de combustível 20 é substancialmente não circular. Em uma outra configuração, a seção de descarga de combustível possui uma razão de aspecto (largura: altura) superior a cerca de 2:1 na parte de descarga de combustível 22, e a seção de transição de combustível possui uma razão de aspecto superior a cerca de 2:1 na saída de descarga de combustível. Em uma outra configuração ainda, uma razão da seção transversal da área de fluxo na saída de descarga da seção de descarga de oxidante 30 para a seção

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21/33 transversal de área de fluxo da parte de descarga de combustível da seção de descarga de combustível 20 é inferior a uma razão molar entre o oxidante e o combustível requerida para uma combustão estequiométrica. (Uma combustão estequiométrica consiste em uma combustão teoricamente completa do combustível sem oxidante excedente. Para a combustão de metano com oxigênio, a razão de área mencionada anteriormente seria portanto inferior a 2:1 nesta configuração.) [00053] Este aspecto da invenção estabelece uma razão de velocidades médias de fluxo na seção de descarga de combustível 20 e na seção de descarga de oxidante 30 que é igual a 1.0 somente quando existe menos que uma quantidade estequiométrica de oxidante fluindo através da seção de descarga de oxidante. O efeito assim obtido minimiza a diferença entre as velocidades médias de fluxo das correntes de combustível e oxidante, e minimiza portanto os esforços de cisalhamento e a taxa de mistura entre as correntes de reagentes, quando ocorre um fluxo de oxidante inferior a um fluxo estequiométrico através da seção de descarga de oxidante. O benefício conseqüente consiste na possibilidade de obtenção de elevadas percentagens de formação de estágios de oxidante sem riscos de dano causados por alta temperatura ao queimador 10 ou ao bloco de queimador refratário 150. Níveis mais elevados de configuração de estágios permitem a obtenção de chamas mais longas e mais luminosas com produção de uma maior eficiência energética e uma redução de emissões de NOx.

[00054] Os resultados aperfeiçoados obtidos por aspectos da invenção descritos até agora foram verificados em testes de campo e de laboratório com uma comparação do desempenho do queimador da presente invenção com o queimador da técnica anterior ensinado na patente norte-americana n° 5.611.682 (Slavejkov e outros). Alguns dos resultados destes testes e das

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22/33 comparações são discutidos abaixo.

[00055] Foram realizadas medições das distribuições de velocidade nas saídas de descarga de combustível e de oxidante dos dois queimadores. A não uniformidade de velocidade foi quantificada mediante utilização de um parâmetro único que representa o desvio padrão da velocidade local relativamente à velocidade média em uma seção transversal de fluxo específica. Os resultados das medições e dos cálculos subseqüentes indicam que a ausência de uniformidade de velocidade do queimador da presente invenção corresponde, em média, a um terço da magnitude do problema verificado no queimador da técnica anterior. A distribuição de fluxo de bocal obtida com o queimador da presente invenção permite um melhor controle dos processos de mistura entre o oxigênio e o gás natural. Especificamente, uma melhor uniformidade significa menores taxas de cisalhamento e menores probabilidades de esgotamento localizado de oxigênio. Conseqüentemente, existe uma maior capacidade de configuração de estágios e um menor risco de sobreaquecimento no interior do pré-combustor ou bloco de queimador. Adicionalmente, uma melhor uniformidade de fluxo de reagente tem como resultado uma melhor uniformidade das propriedades da chama, e especificamente, uma redução das temperaturas de pico de chama que causam sobreaquecimento do material refratário da fornalha e emissões mais elevadas de NOx.

[00056] Uma comparação dos requisitos de pressão estática na entrada de admissão de combustível dos dois queimadores demonstrou uma redução substancial do requisito de pressão na entrada de admissão de combustível com relação ao mesmo requisito no caso do queimador da técnica anterior. Em particular, as medições demonstraram uma redução de mais de 80% de pressão de admissão de combustível no queimador de acordo

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23/33 com a presente invenção. A redução de pressão é principalmente devida ao requisito de que a seção transversal da área de fluxo da seção de descarga de combustível 20 seja substancialmente uniforme de princípio a fim. Desta forma, não existem dispositivos de mistura estáticos (tais como placas defletoras) na seção de descarga. Estes dispositivos estáticos de mistura são convencionalmente utilizados para aperfeiçoamento da uniformidade de velocidade mediante criação de uma grande queda de pressão (que dissipa a energia na forma de vórtices de turbulência) e mediante promoção de uma mistura turbulenta. O queimador da presente invenção evita a necessidade de dispositivos estáticos de mistura e dessa forma realiza a uniformização do perfil de velocidade no interior da seção de transição de combustível 18 com uma queda de pressão mínima e uma geração insignificante de turbulência.

[00057] As medições demonstram que a pressão de admissão de combustível do queimador 10 de acordo com a presente invenção tem seu valor mais baixo para a configuração que utiliza palhetas de guia 50 na seção de transição de combustível 18, na medida em que as palhetas de guia convertem de forma eficaz uma parte da energia cinética na entrada de admissão para a seção de transição em energia de pressão na saída de descarga da seção de transição, simultaneamente permitindo a obtenção da uniformização requerida de velocidade.

[00058] O queimador 10 de acordo com a presente invenção também requer uma pressão substancialmente menor na entrada de admissão de oxigênio em comparação com o queimador da técnica anterior para dois modos de operação: 1) com a válvula 42 de formação de estágios fechada, e 2) com a válvula de formação de estágios totalmente aberta. De forma semelhante ao caso da pressão de admissão de combustível, a razão principal para este efeito consiste no fato de a seção transversal da área de fluxo

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24/33 da seção de descarga de oxidante 30 ser substancialmente uniforme através de toda a seção de descarga de oxidante, e portanto estar livre de efeitos de perturbação de fluxo e geração de turbulência causados por dispositivos estáticos de mistura. A uniformização da distribuição de velocidade de oxigênio ocorre entre a câmara de armazenagem temporária (plenum) de oxigênio 28 e a entrada de admissão para a seção de descarga de oxidante 30 mediante a redução de seção transversal de área de fluxo que ocorre entre estas duas seções.

[00059] Na medida em que a maioria das instalações de queimador possuem pressões de fornecimento limitadas de oxigênio e/ou combustível, uma vantagem principal das reduções substanciais de requisitos de pressão de combustível e oxigênio obtidas com a presente invenção consiste na possibilidade de operar queimadores com um rendimento mais elevado. Em alguns casos as pressões mais baixas podem também produzir como resultado um menor consumo de energia de uma planta de separação de ar que fornece oxigênio como oxidante.

Adicionalmente, o nível de turbulência menor gerado no queimador de acordo com a presente invenção proporciona uma possibilidade de operação do queimador com um elevado rendimento e um risco menor de sobreaquecimento do queimador ou má distribuição de temperatura na fornalha causada pela geração de uma chama curta e excessivamente turbulenta.

[00060] Foram igualmente realizadas medições de espectro de irradiação nas chamas dos dois ao ar livre. Uma comparação das 15 MMBtu/hr de taxa de queima, estágios de oxidante ajustados máximos de projeto, encontra-se queimadores durante uma queima emissões espectrais da chama a com níveis de conformação de para seus respectivos níveis ilustrada na Figura 9. O nível de conformação de estágios de projeto máximo para estes

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25/33 queimadores é determinado pela capacidade que o oxidante que sai da seção de descarga de oxidante 30 tiver para proporcionar uma refrigeração adequada ao pré-combustor ao longo da faixa inteira de taxas de queima do queimador.

nível máximo de estágio de oxigênio que é possível obter na prática para o queimador da presente invenção é de pelo menos

70% da combustão total de oxigênio, ao passo que um nível de estágio máximo para o queimador da técnica anterior situa-se na generalidade na faixa de 40%, dependendo da taxa de queima.

[00061]

Os limites de conformação de estágios para queimador da presente invenção são ampliados relativamente técnica anterior na medida em que o aperfeiçoamento de distribuição de fluxo no bocal e os níveis mais baixos de turbulência reduzem a taxa de mistura entre as correntes de combustível e oxigênio no interior do pré-combustor e também minimizam ocorrência de deficiências locais de fluxo de oxigênio.

Estas características de fluxo aperfeiçoadas asseguram uma refrigeração adequada do pré-combustor para o queimador da presente invenção, mesmo durante operação com níveis de estágio extremamente elevados e taxas de queima elevadas.

00062]

Conforme é ilustrado, ocorre uma emissão de irradiação substancialmente mais elevada do queimador de acordo com a presente invenção (com um acréscimo geral superior a

25%). O principal aperfeiçoamento de irradiação ocorre na banda de comprimento de onda inferior a 1800 nm, significando um acréscimo de emissão corpos sem radiação (corpos negros blackbodies), causado pela chama primária mais rica em combustível para o queimador (devida a níveis mais elevados de estágio de oxigênio) e, conseqüentemente, uma formação de acumulação mais abundantes de partículas de fuligem. A transferência térmica por irradiação através desta faixa do

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26/33 espectro eletromagnético é ideal em tanques de fusão de vidro devido ao fato de a faixa de espectro ficar situada na região de transmissividade ótica mais elevada do vidro fundido. Desta forma, a energia transferida da chama é capaz de penetrar profundamente no vidro fundido, proporcionando um aquecimento mais uniforme e uma utilização eficiente da energia disponível do combustível.

[00063] A Figura 10 ilustra uma vista lateral da operação do queimador de acordo com a presente invenção em uma fornalha de vidro típica 80. O combustível 82 e o oxigênio 84 são queimados no queimador criando uma chama primária 86 rica em combustível sob a qual é transmitido o oxidante 88 de formação de estágios. A chama primária rica em combustível apresenta uma elevada concentração de fuligem. A radiação ascendente 90 é transmitida na direção do topo 92 da fornalha. A reação do oxidante de formação de estágios cria uma chama estequiométrica relativamente quente 94 no lado mais inferior da chama primária da qual é transmitida uma radiação descendente 96 para a matéria prima 98 ou a carga. Um principal efeito da conformação de estágios sob a chama consiste no fato de ser produzida uma irradiação de corpos negros (blackbodies) que é preferencialmente orientada no sentido descendente na direção da matéria prima 98 ou carga. Os mecanismos primários que produzem este efeito são a maior formação de fuligem da chama primária 86 rica em combustível acoplada ao lado inferior de alta temperatura e alta luminosidade da chama 94 criada pela reação entre o oxidante 88 de formação de estágios e a chama primária. Muito embora a radiação 96 que emana do lado inferior da chama tenha um percurso descendente essencialmente livre de obstruções na direção da matéria prima (por exemplo, vidro em fusão), a chama primária opaca, opticamente espessa, obstrui parcialmente a transmissão ascendente de radiação. O efeito de

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27/33 tendência desta forma produzido é claramente benéfico para o processo de fusão de vidro visto maximizar o aquecimento da superfície de vidro pela chama e simultaneamente minimizar o aquecimento direto por irradiação do topo 92 da fornalha.

[00064] Fazendo referência à Figura 11, foram realizadas medições em laboratório quanto à radiação térmica que emana no sentido descendente e no sentido ascendente do queimador da presente invenção, na largura de banda de 600 até 1800 nm. Os resultados são apresentados na forma de uma razão de equivalência de chama primária versus radiância de chama normalizada. A radiância de chama normalizada é a radiância da chama, integrada através da largura de banda mencionada, dividida pela radiância de chama integrada a uma razão de equivalência de chama primária de 1.0 (correspondente à combustão estequiométrica sem conformação em estágios). A razão de equivalência de chama primária é a razão real de combustível para oxidante (primário) dividida pela razão de combustível para oxidante para combustão estequiométrica. Desta forma, razões de equivalência mais elevadas correspondem a chamas primárias mais ricas em combustível. Os resultados indicam claramente uma diferença (tendência) de acréscimo progressivo em termos de radiação direcional com uma crescente razão de equivalência. Quanto mais rica em combustível for a chama primária, mais elevada será a percentagem de radiação total de corpos negros (blackbodies) na direção descendente. Assim, a capacidade de operação em níveis de estágio mais elevados de oxidante proporcionada pelo queimador da presente invenção produz não somente uma chama mais radiante, mas também direciona uma maior porcentagem dessa radiação para a matéria prima 98, simultaneamente protegendo o topo 92 de uma radiação excessiva.

[00065] As Figuras 12-17 e a discussão abaixo dizem respeito

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28/33 à ponteira de bocal avançada do queimador da presente invenção que proporciona o aperfeiçoamento de durabilidade do queimador e a redução de requisito de manutenção do queimador. A construção da ponteira, conforme utilizada neste contexto, refere-se ao perfil da superfície que separa as correntes de oxidante e de combustível imediatamente a montante do ponto em que os reagentes são descarregados do bocal do queimador.

Quatro variações comuns das construções de ponteira da técnica anterior ilustradas nas

Figuras 12-15 são as seguintes:

Figura

Borda quadrangular

Figura

Borda redonda

Figura

Formato de borda de faca, fluxo separado, ângulo único

Figura 15

Formato de borda de faca, fluxo acoplado, ângulo único

00066] Cada uma destas construções da técnica anterior tem pelo menos uma deficiência inerente, conforme é discutido abaixo.

[00067] A ponteira

100 de queimador de extremidade quadrangular ilustrada na Figura proporciona como resultado um fluxo separado do oxidante

102 do combustível 104 na ponteira. Dependendo da razão entre as velocidades de oxidante e de combustível, isto pode produzir em escala relativamente grande a ocorrência de vórtices de recirculação dos quais alguns segmentos podem ser ricos em que promoverá a acumulação de carbono sólido na simétricos 106, combustível, o ponteira.

[00068] A ponteira 110 de queimador de extremidade redonda ilustrada na Figura 13 também produz como resultado uma separação de fluxos do oxidante 112 e do combustível 114 na ponteira. Dependendo da razão entre as velocidades de oxidante e de combustível, isto também poderá produzir vórtices de recirculação simétricos 116 de menores dimensões (em comparação

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29/33 com a extremidade quadrada) porém ainda substanciais, dos quais alguns segmentos podem ser ricos em combustível, promovendo uma acumulação de carbono sólido na ponteira.

[00069] A ponteira 120 de queimador do tipo de borda de faca, de fluxo separado, de ângulo único, ilustrada na Figura 14, também produz como resultado uma separação dos fluxos do oxidante 122 e o combustível 124 na ponteira. Dependendo da razão entre as velocidades do oxidante e do combustível, isto também poderá produzir dois vórtices de recirculação simétricos 126 de escala relativamente grande, dos quais alguns segmentos podem ser ricos em combustível, causando uma acumulação de carbono sólido na ponteira. A borda afiada 128 na parte direita do fundo da ponteira do bocal pode igualmente restringir a condução de calor em afastamento da ponteira, produzindo como resultado uma distorção induzida termicamente da ponteira. O ângulo crítico (a_crit) para separação de fluxo é nominalmente inferior a 15 graus.

[00070] A ponteira 130 de queimador do tipo de borda de faca, de fluxo acoplado e ângulo único ilustrada na Figura 15 constitui um aperfeiçoamento com relação às construções das Figuras 12-14. Devido ao fato de o ângulo de divergência da superfície de oxidante ser inferior ao ângulo crítico (a_crit) para separação de fluxo, os fluxos de oxidante 132 e combustível 134 permanecem acoplados à ponteira do bocal, sendo impedida a acumulação de carbono na ponteira. Entretanto, a borda afiada e fina 138 é mecanicamente instável e é ainda mais passível de deformações de ponteira induzidas termicamente que a construção do tipo de borda de faca de fluxo separado e ângulo único. Quando tiver ocorrido uma deformação, o desempenho do queimador será adversamente afetado.

[00071] Conforme foi ilustrado, cada uma das construções de

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30/33 ponteira das Figuras 12-15 tem pelo menos uma deficiência inerente - - seja um fluxo separado de um ou mais dos reagentes, ou uma robustez mecânica inadequada. É conhecido que estas deficiências causam problemas de operação e manutenção relacionados com acumulação de carbono e distorção das ponteiras, precursores de problemas de distorção de chama e mau desempenho do queimador e/ou avarias prematuras.

[00072] A ponteira de bocal avançada 140 de acordo com a presente invenção inclui três parâmetros de construção ilustrados na Figura 16 referente a primeira borda alonfada 149(ao longo da qual o combustível flui) e uma segunda borda alongada (ao longo da qual o oxidante flui). O ângulo de ponteira primário (a) de uma seção retilínea afilada 147 da borda secundária alongada é suficientemente reduzido para assegurar que uma curvatura inicial das linhas de corrente de oxidante ocorra sem induzir separação de fluxo. O raio geométrico (R) facilita uma transição suave da corrente de oxidante entre a seção retilínea afilada 147 e a parte frontal 148. Este raio geométrico, em comparação com um ponto afiado, retarda substancialmente a separação de fluxo nesta região de transição. Finalmente, o ângulo secundário agudo (β) proporciona uma terminação do bocal que restringe substancialmente a migração do gás combustível em retorno para o lado de oxidante do bocal.

[00073] A Figura 17 ilustra os benefícios operacionais proporcionados pela ponteira de bocal avançada 140 de acordo com a presente invenção. A parte frontal ampla 148 impede uma deformação térmica mediante provisão de uma via de percurso suficientemente ampla para dissipação de calor por condução em afastamento da ponteira, o ângulo de ponteira agudo (β) restringe a recirculação de gás combustível, e dependendo da

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31/33 razão entre as velocidades de oxidante de combustível, ocorre somente uma separação mínima ou não ocorre separação dos fluxos de oxidante ou combustível na ponteira. A acumulação de carbono na ponteira é assim prevenida.

[00074] Em uma configuração da invenção, as faixas dos parâmetros de construção da ponteira são os seguintes:

- ângulo primário de ponteira, a: 0 < a < 15°

- raio geométrico de giro, R: não absolutamente essencial, porém recomendado R > 1/64 de polegada (0,396 mm).

- ângulo secundário, β: β < 90° [00075] Como exemplo do aperfeiçoamento proporcionado pela construção aperfeiçoada de ponteira de queimador, a Figura 18 ilustra a quantidade de acumulação de carbono 160 que ocorre em uma ponteira de construção semelhante àquela que se encontra ilustrada na Figura 13 ao longo de um período de operação de aproximadamente duas semanas em uma fornalha industrial de processamento de vidro. A construção aperfeiçoada de ponteira de queimador de acordo com a presente invenção não apresentou níveis de acumulação de carbono passíveis de detecção na mesma posição de queimador com os mesmos parâmetros de operação de queimador durante um período de tempo substancialmente superior a duas semanas.

[00076] A Figura 19 ilustra o layout de uma fornalha típica 60 de processamento de vidro possuindo um lado esquerdo 62 e um lado direito 64. Queimadores, tais como aqueles divulgados na presente invenção, são posicionados em ambos os lados e geram chamas 66 de alta temperatura no interior da fornalha. Os gases de exaustão da combustão do combustível e do oxidante saem através de chaminés 68 ilustradas nos lados esquerdo e direito da fornalha. Cargas de lote 70 ingressam na fornalha e são

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32/33 fundidas pelo calor gerado pelas chamas de alta temperatura. O produto fundido 72 é removido da fornalha e é transportado por meios transportadores (não ilustrados) para um equipamento de refino (não ilustrado).

[00077] O desempenho da fornalha é aperfeiçoado de várias formas como resultado do aperfeiçoamento de desempenho do queimador e do método da presente invenção. A capacidade de operação dos queimadores com um momento mais elevado e com uma maior distribuição de estágios (em comparação com os queimadores da técnica anterior) proporciona chamas ricas em combustível mais longas e mais estáveis com menores emissões de NOx. As chamas mais longas e mais estáveis fornecem taxas gerais mais elevadas de transferência térmica para a carga. Além disso, a combinação de uma melhor uniformidade de propriedades da chama e uma operação altamente dividida em estágios minimiza a irradiação/temperatura de pico de chama, dessa forma auxiliando a reduzir a formação de espuma. As taxas mais elevadas de transferência térmica da chama para o vidro aumentam as temperaturas do fundo do vidro, aperfeiçoando a recirculação do vidro do equipamento de refino para o tanque, reduzindo dessa forma os defeitos do vidro (aumento de maleabilidade). Finalmente, a eliminação de acumulações de carbono nas ponteiras dos queimadores impede a distorção das chamas, aperfeiçoa a durabilidade do queimador e reduz os requisitos de manutenção do queimador.

[00078] Os resultados dos benefícios obtidos para o desempenho da fornalha derivados da utilização do queimador de acordo com a presente invenção foram validados mediante a realização de um teste completo da fornalha, em que nesse teste foram utilizados queimadores de acordo com a presente invenção em substituição de queimadores da técnica anterior conforme ensinados na patente norte-americana n° 5.611.682 (Slavejkov e

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33/33 outros). A fornalha industrial utilizada para este teste é semelhante àquela que se encontra ilustrada na Figura 8, possuindo quatro posições de queima (pares esquerdo e direito de queimadores) e quatro chaminés. A composição de matéria prima, a tiragem (pull rate) da fornalha (taxa de remoção de produto da fornalha), e os fluxos de gás natural e oxigênio do queimador permanecem essencialmente inalterados anteriormente e após a instalação dos queimadores de acordo com a presente invenção. Os dados principais de parâmetros de operação e resultados do teste completo da fornalha são apresentados na Tabela 1.

Tabela 1

Parâmetro	Alteração do Parâmetro Durante o Teste Completo de Fornalha dos Queimadores da Presente Invenção
Momento de Chama Médio (calculado)	Aumento de 100%
Nível de Estágio de Oxigênio Médio (% de fluxo total de oxigênio)	Aumento de 5% a 70%
Temperatura Média do Fundo da Fornalha	Aumento de 16° F (8,9° C)
Rendimento de Produto	Aumento de 5% (absoluto)
Emissões de NOx	Decréscimo de 14%

[00079] Muito embora tenha sido aqui ilustrada e descrita com referência a determinadas configurações específicas, a presente invenção não pretende ser limitada aos detalhes apresentados. Ao invés disso, podem ser feitas diversas modificações nos detalhes no âmbito do escopo e faixa de equivalência das reivindicações e sem afastamento do espírito da invenção.

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Claims (20)

1. - REIVINDICAÇÕES 1. QUEIMADOR PARA COMBUSTÃO DE UM COMBUSTÍVEL, caracterizado por compreender:

   um conduto de combustível possuindo uma pluralidade de seções de combustível, cada seção de combustível encontrando-se em comunicação fluida com cada outra seção de combustível e sendo adaptada para transmitir uma corrente de combustível(12), incluindo

   uma seção de admissão de combustível( 16) possuindo uma primeira parte de admissão de combustível( (14) e uma primeira parte de descarga de combustível espaçada com um afastamento relativamente à primeira parte de admissão de combustível( 14) , a seção de admissão de combustível( (16) possuindo uma primeira seção transversal de área de fluxo e sendo adaptada para transmitir a corrente de combustível(12) que ingressa na primeira parte de admissão de combustível( 14) e sai da primeira parte de descarga de combustível,

   uma seção de transição de combustível(18) possuindo uma entrada de admissão de combustível e uma saída de descarga de combustível espaçada com um afastamento relativamente à entrada de admissão de combustível, a seção de transição de combustível(18) sendo adaptada para transmitir pelo menos uma parte da corrente do combustível(12) que ingressa na entrada de admissão de combustível e sai da saída de descarga de combustível, e possuindo uma segunda seção transversal de área de

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2. 2/20 fluxo, a segunda seção transversal de área de fluxo variando desde uma seção transversal inicial de área de fluxo na entrada de admissão de combustível para uma seção transversal diferente de área de fluxo na saída de descarga de combustível, e uma seção de descarga de combustível(20) possuindo uma segunda parte de admissão de combustível e uma segunda parte de descarga de combustível(22) espaçada com um afastamento relativamente à segunda parte de admissão de combustível, a seção de descarga de combustível(20) sendo adaptada para transmitir pelo menos uma parte da corrente do combustível(12) que ingressa na segunda parte de admissão de combustível e sai da segunda parte de descarga de combustível(22), e possuindo uma terceira seção transversal de área de fluxo, a terceira seção transversal de área de fluxo sendo substancialmente uniforme através de toda a seção de descarga de combustível(20); e um primeiro conduto de oxidante possuindo uma pluralidade de seções de oxidante, cada seção de oxidante encontrando-se em comunicação fluida com cada outra seção de oxidante e sendo adaptada para transmitir uma corrente de um oxidante(24), incluindo uma seção de admissão de oxidante possuindo uma primeira parte de admissão de oxidante e uma primeira parte de descarga de oxidante espaçada com um afastamento relativamente à primeira parte de admissão de oxidante, a seção de admissão de

   Petição 870180005481, de 22/01/2018, pág. 39/59
3. 3/20 oxidante sendo adaptada para transmitir uma corrente do oxidante que ingressa na primeira parte de admissão de oxidante e sai da primeira parte de descarga de oxidante, e possuindo uma quarta seção transversal de área de fluxo, pelo menos uma parte da seção de admissão de oxidante sendo espaçada em torno de substancialmente a totalidade de pelo menos uma parte de pelo menos uma das, seção de admissão de combustível(16), seção de transição de combustível(18), e seção de descarga de combustível(20), e uma seção de descarga de oxidante(30) possuindo uma entrada de admissão de oxidante e uma saída de descarga de oxidante espaçada com um afastamento relativamente à entrada de admissão de oxidante, a seção de descarga de oxidante(30) sendo adaptada para transmitir pelo menos uma parte da corrente do oxidante que ingressa na entrada de admissão de oxidante e sai da saída de descarga de oxidante, e possuindo uma quinta seção transversal de área de fluxo, a referida quinta seção transversal de área de fluxo sendo menor que ou igual à quarta seção transversal de área de fluxo e sendo substancialmente uniforme através de toda a seção de descarga de oxidante(30), pelo menos uma parte da seção de descarga de oxidante(30) sendo espaçada

   em torno de substancialmente a totalidade de pelo menos uma parte da seção de descarga de combustível( 20). 2. Queimador, de acordo com a reivindicação 1,

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4. 4/20 caracterizado por compreender adicionalmente:

   um segundo conduto de oxidante(40) adjacente ao primeiro conduto de oxidante, o segundo conduto de oxidante(40) possuindo uma segunda parte de admissão de oxidante e uma segunda parte de descarga de oxidante espaçada com um afastamento relativamente à segunda parte de admissão de oxidante, o segundo conduto de oxidante(40) sendo adaptado para transmitir uma outra corrente do oxidante ou uma corrente de um outro oxidante que ingressa na segunda parte de admissão de oxidante e sai da segunda parte de descarga de oxidante.

   3. Queimador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente um conduto de admissão de oxidante em forma de Y em comunicação fluida com a seção de admissão de oxidante e adaptado para alimentar a corrente do oxidante para a primeira parte de admissão de oxidante da seção de admissão de oxidante.

   4. Queimador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente pelo menos uma palheta de guia(50) disposta na seção de transição de combustível(18), em que a seção transversal inicial da área de fluxo na parte de admissão de combustível da seção de transição de combustível(18) é menor que a seção transversal diferente de área de fluxo na parte de descarga de combustível da seção de transição de combustível(18).
5. 5. Queimador, de acordo com a reivindicação1, caracterizado por uma razão entre a quinta seção transversal de área de fluxo da seção de descarga de oxidante(30) ea terceira seção transversal de área de fluxo da seçãode descarga de combustível(20) ser menor que uma razão molar do oxidante para o combustível requerida para combustão

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   5/20 estequiométrica.
6. 6. Queimador, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a outra corrente do oxidante ou a corrente do outro oxidante que sai da segunda parte de descarga de oxidante do segundo conduto de oxidante(40) ficar situada em uma localização abaixo de uma chama formada pela combustão da pelo menos uma parte da corrente do combustível(12) que sai da

   segunda parte de descarga de combustível(22) da seção de descarga de combustível(20) e a pelo menos uma parte da corrente do oxidante que sai da saída de descarga de oxidante da seção de descarga de oxidante( (30) . 7. QUEIMADOR PARA COMBUSTÃO DE UM COMBUSTÍVEL,

   caracterizado por compreender:

   um conduto de combustível possuindo uma pluralidade de seções de combustível, cada seção de combustível encontrando-se em comunicação fluida com cada outra seção de combustível e sendo adaptada para transmitir uma corrente do combustível(12), incluindo

   uma seção de admissão de combustível( 16) possuindo uma primeira parte de admissão de combustível( 14) e uma primeira parte de descarga de combustível espaçada com um afastamento relativamente à primeira parte de admissão de combustível( 14) , a seção de admissão de combustível( 16) possuindo uma primeira seção transversal de área de fluxo e sendo adaptada para transmitir a corrente de combustível(12) que ingressa na primeira parte de admissão de combustível( 14) e sai da primeira parte de descarga de combustível,

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   6/20 uma seção de transição de combustível(18) possuindo uma entrada de admissão de combustível e uma saída de descarga de combustível espaçada com um afastamento relativamente à entrada de admissão de combustível, a seção de transição de combustível(18) sendo adaptada para transmitir pelo menos uma parte da corrente do combustível(12) que ingressa na entrada de admissão de combustível e sai da saída de descarga de combustível, e possuindo uma segunda seção transversal de área de fluxo, a segunda seção transversal de área de fluxo variando desde uma seção transversal inicial de área de fluxo na entrada de admissão de combustível para uma seção transversal diferente de área de fluxo na saída de descarga de combustível, e uma seção de descarga de combustível(20) possuindo uma segunda parte de admissão de combustível e uma segunda parte de descarga de combustível(22) espaçada com um afastamento relativamente à segunda parte de admissão de combustível, a seção de descarga de combustível(20) sendo adaptada para transmitir pelo menos uma parte da corrente do combustível(12) que ingressa na segunda parte de admissão de combustível e sai da segunda parte de descarga de combustível(22), e possuindo uma terceira seção transversal de área de fluxo, a terceira seção transversal de área de fluxo sendo substancialmente uniforme através de toda a seção de descarga de combustível(20);

   um primeiro conduto de oxidante possuindo uma

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7. 7/20 pluralidade de seções de oxidante, cada seção de oxidante encontrando-se em comunicação fluida com cada outra seção de oxidante e sendo adaptada para transmitir uma corrente de um oxidante(24), incluindo uma seção de admissão de oxidante possuindo uma primeira parte de admissão de oxidante e uma primeira parte de descarga de oxidante espaçada com um afastamento relativamente à primeira parte de admissão de oxidante, a seção de admissão de oxidante sendo adaptada para transmitir uma corrente do oxidante que ingressa na primeira parte de admissão de oxidante e sai da primeira parte de descarga de oxidante, e possuindo uma quarta seção transversal de área de fluxo, pelo menos uma parte da seção de admissão de oxidante sendo espaçada em torno de substancialmente a totalidade de pelo menos uma parte de pelo menos uma das, seção de admissão de combustível(16), seção de transição de combustível(18), e seção de descarga de combustível(20), e uma seção de descarga de oxidante(30) possuindo uma entrada de admissão de oxidante e uma saída de descarga de oxidante espaçada com um afastamento relativamente à entrada de admissão de oxidante, a seção de descarga de oxidante(30) sendo adaptada para transmitir pelo menos uma parte da corrente do oxidante que ingressa na entrada de admissão de oxidante e sai da saída de descarga de oxidante, e possuindo uma quinta seção transversal de área de fluxo, a referida quinta seção transversal de área

   Petição 870180005481, de 22/01/2018, pág. 44/59
8. 8/20 de fluxo sendo menor que ou igual à quarta seção transversal de área de fluxo e sendo substancialmente uniforme através de toda a seção de descarga de oxidante(30), pelo menos uma parte da seção de descarga de oxidante(30) sendo espaçada em torno de substancialmente a totalidade de pelo menos uma parte da seção de descarga de combustível(20); e um segundo conduto de oxidante(40) adjacente ao primeiro conduto de oxidante, o segundo conduto de oxidante(40) possuindo uma segunda parte de admissão de oxidante e uma segunda parte de descarga de oxidante espaçada com um afastamento relativamente à segunda parte de admissão de oxidante, o segundo conduto de oxidante(40) sendo adaptado para transmitir uma outra corrente do oxidante ou uma corrente de um outro oxidante que ingressa na segunda parte de admissão

   de oxidante e sai da segunda parte de descarga de oxidante, em que a outra corrente do oxidante ou a corrente do outro oxidante que sai da segunda parte de descarga de oxidante do segundo conduto de oxidante(40) fica situada em

   uma localização abaixo de uma chama formada pela combustão da pelo menos uma parte da corrente do combustível(12) que sai da

   segunda parte de descarga de combustível(22) da seção de descarga de combustível(20) e a pelo menos uma parte da corrente do oxidante que sai da parte de descarga de oxidante da seção de descarga de oxidante( 30). 8. QUEIMADOR PARA COMBUSTÃO DE UM COMBUSTÍVEL, o

   queimador sendo caracterizado por possuir um eixo geométrico longitudinal e incluir uma ponteira de queimador(140) possuindo

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9. 9/20 uma primeira borda alongada(149) adjacente a um fluxo do combustível, e uma segunda borda alongada adjacente a um fluxo de um oxidante e formando um ângulo primário de ponteira (a) de menos de cerca de 15° relativamente a uma linha paralela ao eixo geométrico longitudinal e intersectando uma superfície a montante paralelamente ao eixo geométrico longitudinal, a primeira borda alongada(149) e a segunda borda alongada formando um ângulo secundário de ponteira (β) maior que o ângulo primário de ponteira (a) e menor que cerca de 90° relativamente a uma linha tangencial à primeira borda alongada(149) e estendendo-se da primeira borda alongada(149) na direção do fluxo do combustível.

   9. Queimador, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a segunda borda alongada compreender uma seção afilada inicial(147) formando o ângulo primário de ponteira (a), e uma seção curva(148) que termina na primeira borda alongada(149).
10. 10. FORNALHA PARA FUSÃO DE VIDRO, a fornalha sendo caracterizada por possuir pelo menos um queimador de acordo com a reivindicação 1.
11. 11. MÉTODO PARA COMBUSTÃO DE UM COMBUSTÍVEL COM UM OXIDANTE, caracterizado por compreender as etapas de provisão de uma fonte do combustível;

    provisão de uma fonte de pelo menos um oxidante;

    provisão de um queimador, compreendendo um conduto de combustível possuindo uma pluralidade de seções de combustível, cada seção de combustível

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    10/20 encontrando-se em comunicação fluida com cada outra seção de combustível e sendo adaptada para transmitir uma corrente do combustível(12), incluindo

    uma seção de admissão de combustível( 16) possuindo uma primeira parte de admissão de combustível( (14) e uma primeira parte de descarga de combustível espaçada com um afastamento relativamente à primeira parte de admissão de combustível( 14) , a seção de admissão de combustível( (16) possuindo uma primeira seção transversal de área de fluxo e sendo adaptada para transmitir a corrente de combustível(12) que ingressa na primeira parte de admissão de combustível( 14) e sai da primeira parte de descarga de combustível,

    uma seção de transição de combustível(18) possuindo uma entrada de admissão de combustível e uma saída de descarga de combustível espaçada com um afastamento relativamente à entrada de admissão de combustível, a seção de transição de combustível(18) sendo adaptada para transmitir pelo menos uma parte da corrente do combustível(12) que ingressa na entrada de admissão de combustível e sai da saída de descarga de combustível, e possuindo uma segunda seção transversal de área de fluxo, a segunda seção transversal de área de fluxo variando desde uma seção transversal inicial de área de fluxo na entrada de admissão de combustível para uma seção transversal diferente de área de fluxo na saída de descarga de combustível, e

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    11/20 uma seção de descarga de combustível(20) possuindo uma segunda parte de admissão de combustível e uma segunda parte de descarga de combustível(22) espaçada com um afastamento relativamente à segunda parte de admissão de combustível, a seção de descarga de combustível(20) sendo adaptada para transmitir pelo menos uma parte da corrente do combustível(12) que ingressa na segunda parte de admissão de combustível e sai da segunda parte de descarga de combustível(22), e possuindo uma terceira seção transversal de área de fluxo, a terceira seção transversal de área de fluxo sendo substancialmente uniforme através de toda a seção de descarga de combustível(20); e um primeiro conduto de oxidante possuindo uma pluralidade de seções de oxidante, cada seção de oxidante encontrando-se em comunicação fluida com cada outra seção de oxidante e sendo adaptada para transmitir uma corrente de um oxidante(24), incluindo uma seção de admissão de oxidante possuindo uma primeira parte de admissão de oxidante e uma primeira parte de descarga de oxidante espaçada com um afastamento relativamente à primeira parte de admissão de oxidante, a seção de admissão de oxidante sendo adaptada para transmitir uma corrente do oxidante que ingressa na primeira parte de admissão de oxidante e sai da primeira parte de descarga de oxidante, e possuindo uma quarta seção transversal de área de fluxo, pelo menos uma parte da seção de admissão de oxidante sendo espaçada em

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12. 12/20 torno de substancialmente a totalidade de pelo menos uma parte de pelo menos uma das, seção de admissão de combustível(16), seção de transição de combustível(18), e seção de descarga de combustível(20), e uma seção de descarga de oxidante(30) possuindo uma entrada de admissão de oxidante e uma saída de descarga de oxidante espaçada com um afastamento relativamente à entrada de admissão de oxidante, a seção de descarga de oxidante(30) sendo adaptada para transmitir pelo menos uma parte da corrente do oxidante que ingressa na entrada de admissão de oxidante e sai da saída de descarga de oxidante, e possuindo uma quinta seção transversal de área de fluxo, a referida quinta seção transversal de área de fluxo sendo menor que ou igual à quarta seção transversal de área de fluxo e sendo substancialmente uniforme através de toda a seção de descarga de oxidante(30), pelo menos uma parte da seção de descarga de oxidante(30) sendo espaçada em torno de substancialmente a totalidade de pelo menos uma parte da seção de descarga de combustível(20);

    transmissão da corrente do combustível(12) para a primeira parte de admissão de combustível(14), em que dessa forma pelo menos uma parte da corrente do combustível(12) é transmitida da primeira parte de admissão de combustível(14) para a segunda parte de descarga de combustível(22);

    transmissão da corrente do oxidante para a primeira parte de admissão de oxidante, em que dessa forma pelo menos uma parte da corrente do oxidante é transmitida da primeira parte de admissão de oxidante para a saída de descarga de oxidante; e

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13. 13/20 combustão de pelo menos uma parte do combustível que sai da segunda parte de descarga de combustível(22) com pelo menos uma parte do oxidante que sai da saída de descarga de oxidante.

    12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender as etapas adicionais de:

    provisão de um segundo conduto de oxidante(40) adjacente ao primeiro conduto de oxidante, o segundo conduto de oxidante(40) possuindo uma segunda parte de admissão de oxidante e uma segunda parte de descarga de oxidante espaçada com um afastamento relativamente à segunda parte de admissão de oxidante, o segundo conduto de oxidante(40) sendo adaptado para transmitir uma outra corrente do oxidante ou uma corrente de um outro oxidante que ingressa na segunda parte de admissão de oxidante e sai da segunda parte de descarga de oxidante;

    transmissão da outra corrente do oxidante ou da corrente do outro oxidante para a segunda parte de admissão de oxidante, em que dessa forma pelo menos uma parte da outra corrente do oxidante ou pelo menos uma parte do outro oxidante é transmitida da segunda parte de admissão de oxidante para a segunda parte de descarga de oxidante; e combustão de pelo menos uma outra parte do combustível que sai da segunda parte de descarga de combustível(22) com pelo menos uma parte da outra corrente do oxidante ou pelo menos uma parte do outro oxidante que sai da segunda parte de descarga de oxidante.

    13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender as etapas adicionais de:

    provisão de um conduto de admissão de oxidante em forma de Y em comunicação fluida com a seção de admissão de

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14. 14/20 oxidante e adaptado para alimentar a corrente do oxidante para a primeira parte de admissão de oxidante da seção de admissão de oxidante; e alimentação de pelo menos uma parte do oxidante para o conduto de admissão de oxidante em forma de Y.

    14. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender a etapa adicional de provisão de pelo menos uma palheta de guia(50) disposta na seção de transição de combustível(18), em que a seção transversal inicial de área de fluxo na parte de admissão de combustível da seção de transição de combustível(18) é menor que a seção transversal diferente de área de fluxo na saída de descarga de combustível da seção de transição de combustível(18).
15. 15. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por uma razão entre a quinta seção transversal de área de fluxo da seção de descarga de oxidante(30) e a terceira seção transversal de área de fluxo da seção de descarga de combustível(20) ser menor que uma razão molar do oxidante para o combustível conforme requerida para combustão estequiométrica.
16. 16. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por a outra corrente do oxidante ou a corrente do outro oxidante que sai da segunda parte de descarga de oxidante do segundo conduto de oxidante(40) ficar situada em uma localização abaixo de uma chama formada pela combustão da pelo menos uma parte da corrente do combustível(12) que sai da segunda parte de descarga de combustível(22) da seção de descarga de combustível(20) e a pelo menos uma parte da corrente do oxidante que sai da saída de descarga de oxidante da seção de descarga de oxidante(30).

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    15/20
17. 17. MÉTODO PARA COMBUSTÃO DE UM COMBUSTÍVEL COM UM OXIDANTE, caracterizado por compreender as etapas de:

    provisão de uma fonte do combustível; provisão de uma fonte de pelo menos um oxidante; provisão de um queimador(10), compreendendo um conduto de combustível possuindo uma pluralidade de seções de combustível, cada seção de combustível encontrando-se em comunicação fluida com cada outra seção de combustível e sendo adaptada para transmitir uma corrente do

    combustível(12) uma seção , incluindo de admissão de combustível( 16) possuindo uma primeira parte de admissão de combustível( (14) e uma primeira parte de descarga de combustível espaçada com um afastamento relativamente à primeira parte de admissão de combustível( 14) , a seção de admissão de combustível( (16) possuindo uma primeira seção transversal de área de fluxo e sendo adaptada para transmitir a corrente de combustível(12) que ingressa na primeira parte de admissão de combustível( 14) e sai da primeira parte de descarga de combustível,

    uma seção de transição de combustível(18) possuindo uma entrada de admissão de combustível e uma saída de descarga de combustível espaçada com um afastamento relativamente à entrada de admissão de combustível, a seção de transição de combustível(18) sendo adaptada para transmitir pelo menos uma parte da corrente do combustível(12) que

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    16/20 ingressa na entrada de admissão de combustível e sai da saída de descarga de combustível, e possuindo uma segunda seção transversal de área de fluxo, a segunda seção transversal de área de fluxo variando desde uma seção transversal inicial de área de fluxo na entrada de admissão de combustível para uma seção transversal diferente de área de fluxo na saída de descarga de combustível, e uma seção de descarga de combustível(20) possuindo uma segunda parte de admissão de combustível e uma segunda parte de descarga de combustível(22) espaçada com um afastamento relativamente à segunda parte de admissão de combustível, a seção de descarga de combustível(20) sendo adaptada para transmitir pelo menos uma parte da corrente do combustível(12) que ingressa na segunda parte de admissão de combustível e sai da segunda parte de descarga de combustível(22), e possuindo uma terceira seção transversal de área de fluxo, a terceira seção transversal de área de fluxo sendo substancialmente uniforme através de toda a seção de descarga de combustível(20); e um primeiro conduto de oxidante possuindo uma pluralidade de seções de oxidante, cada seção de oxidante encontrando-se em comunicação fluida com cada outra seção de oxidante e sendo adaptada para transmitir uma corrente de um oxidante(24), incluindo uma seção de admissão de oxidante possuindo uma primeira parte de admissão de oxidante e uma

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    17/20 primeira parte de descarga de oxidante espaçada com um afastamento relativamente à primeira parte de admissão de oxidante, a seção de admissão de oxidante sendo adaptada para transmitir uma corrente do oxidante que ingressa na primeira parte de admissão de oxidante e sai da primeira parte de descarga de oxidante, e possuindo uma quarta seção transversal de área de fluxo, pelo menos uma parte da seção de admissão de oxidante sendo espaçada em torno de substancialmente a totalidade de pelo menos uma parte de pelo menos uma das, seção de admissão de combustível(16), seção de transição de combustível(18), e seção de descarga de combustível(20), e uma seção de descarga de oxidante(30) possuindo uma entrada de admissão de oxidante e uma saída de descarga de oxidante espaçada com um afastamento relativamente à entrada de admissão de oxidante, a seção de descarga de oxidante(30) sendo adaptada para transmitir pelo menos uma parte da corrente do oxidante que ingressa na entrada de admissão de oxidante e sai da saída de descarga de oxidante, e possuindo uma quinta seção transversal de área de fluxo, a referida quinta seção transversal de área de fluxo sendo menor que ou igual à quarta seção transversal de área de fluxo e sendo substancialmente uniforme através de toda a seção de descarga de oxidante(30), pelo menos uma parte da seção de descarga de oxidante(30) sendo espaçada em torno de substancialmente a totalidade de pelo

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18. 18/20 menos uma parte da seção de descarga de combustível(20);

    transmissão da corrente do combustível(12) para a primeira parte de admissão de combustível(14), em que dessa forma pelo menos uma parte da corrente do combustível(12) é transmitida da primeira parte de admissão de combustível(14) para a segunda parte de descarga de combustível(22);

    transmissão da corrente do oxidante para a primeira parte de admissão de oxidante, em que dessa forma pelo menos uma parte da corrente do oxidante é transmitida da primeira parte de admissão de oxidante para a saída de descarga de oxidante;

    combustão de pelo menos uma parte do combustível que sai da segunda parte de descarga de combustível(22) com pelo menos uma parte do oxidante que sai da saída de descarga de oxidante;

    provisão de um segundo conduto de oxidante(40) adjacente ao primeiro conduto de oxidante, o segundo conduto de oxidante(40) possuindo uma segunda parte de admissão de oxidante e uma segunda parte de descarga de oxidante espaçada com um afastamento relativamente à segunda parte de admissão de oxidante, o segundo conduto de oxidante(40) sendo adaptado para transmitir uma outra corrente do oxidante ou uma corrente de um outro oxidante que ingressa na segunda parte de admissão de oxidante e sai da segunda parte de descarga de oxidante;

    transmissão da outra corrente do oxidante ou da corrente do outro oxidante para a segunda parte de admissão de oxidante, em que dessa forma pelo menos uma parte da outra corrente do oxidante ou pelo menos uma parte do outro oxidante é transmitida da segunda parte de admissão de oxidante para a

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19. 19/20 segunda parte de descarga de oxidante; e combustão de pelo menos uma outra parte do combustível que sai da segunda parte de descarga de combustível(22) com pelo menos uma parte da outra corrente do oxidante ou pelo menos uma parte do outro oxidante que sai da segunda parte de descarga de oxidante, em que a outra corrente do oxidante ou a corrente do outro oxidante que sai da segunda parte de descarga de oxidante do segundo conduto de oxidante(40) ficar situada em uma localização abaixo de uma chama formada pela combustão da pelo menos uma parte da corrente do combustível(12) que sai da segunda parte de descarga de combustível(22) da seção de descarga de combustível(20) e a pelo menos uma parte da corrente do oxidante que sai da saída de descarga de oxidante da seção de descarga de oxidante(30).

    18. MÉTODO PARA COMBUSTÃO DE UM COMBUSTÍVEL COM UM

    OXIDANTE, caracterizado por compreender as etapas de provisão de uma fonte do combustível;

    provisão de uma fonte do oxidante;

    provisão de um queimador(10) para combustão do combustível com o oxidante , o queimador possuindo um eixo geométrico longitudinal e incluindo uma ponteira de queimador(140 ) possuindo uma primeira borda alongada( 149) adjacente a um

    fluxo do combustível, e uma segunda borda alongada(147,

    148) adjacente a um fluxo de um oxidante e formando um ângulo primário de ponteira (a) de menos de cerca de 15° relativamente a uma linha paralela ao eixo geométrico longitudinal e intersectando uma

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20. 20/20 superfície a montante paralelamente ao eixo geométrico longitudinal, a primeira borda alongada(149) e a segunda borda alongada(147, 148) formando um ângulo secundário de ponteira (β) maior que o ângulo primário de ponteira (a) e menor que cerca de 90° relativamente a uma linha tangencial à primeira borda alongada(149) e estendendo-se da primeira

    borda alongada (149) na direção do fluxo do combustível(12); e combustão de pelo menos uma parte do combustível(12) com pelo menos uma parte do

    oxidante(24) em uma localização adjacente à ponteira do queimador(140).

    19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por a segunda borda alongada compreender uma seção afilada inicial(147) formando o ângulo primário de ponteira (a), e uma seção curva(148) que termina na primeira borda alongada(149).

    20. PROCESSO PARA FUSÃO DE VIDRO, o processo sendo caracterizado por incluir um método para combustão de um combustível com um oxidante de acordo com a reivindicação 11.

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