BRPI0705249B1

BRPI0705249B1 - bocal de queimador, aparelho queimador de gás e método de queimar uma mistura de ar, gás combustível e gás de combustão

Info

Publication number: BRPI0705249B1
Application number: BRPI0705249A
Authority: BR
Inventors: Wilkins James; g claxton Michael; L Poe Roger
Original assignee: John Zink Co Llc
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2007-06-14
Publication date: 2019-09-10
Also published as: CN101135442B; CN101852430A; EP1867923B1; US8568134B2; CN101135442A; US20120183914A1; US8337197B2; US20110117506A1; US7878798B2; JP2012181011A; AU2007202730A1; US20120189967A1; US20120270161A1; TW200809142A; EP2309184A2; CA2725825A1; AU2007202730B2; KR20130042516A; KR20130041849A; CA2725714A1

Abstract

aparelho e métodos de bico de gás coanda. trata-se de um aparelho de bico de gás para descarregar uma mistura de gás combustível, ar e gás de combustão em um espaço de forno de um forno, onde a mistura é queimada e, onde se forma o gás de combustão que possui um baixo teor de óxidos nitrosos e de monóxido de carbono. a telha para queimador inclui ao menos uma porta para circulação de gás que se estende através da parede da telha. a superfície interna da parede da telha inclui uma superfície coanda. o gás combustível e/ou o gás de combustão conduzidos através da porta para circulação de gás seguem a trajetória da superfície coanda, permitindo que mais gás de combustão seja introduzido no vapor. a superfície externa da parede da telha também inclui uma superfície coanda para facilitar a criação de uma zona de combustão gradual. também proporcionam-se telhas para queimador aperfeiçoadas, pontas a gás aperfeiçoadas e métodos de combustão de uma mistura de ar, gás combustível e gás de combustão em um espaço de forno.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para BOCAL DE QUEIMADOR, APARELHO QUEIMADOR DE GÁS E MÉTODO DE QUEIMAR UMA MISTURA DE AR, GÁS COMBUSTÍVEL E GÁS DE COMBUSTÃO.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a aparelho queimador de gás e métodos de queimar gás combustível na presença de ar e gás de combustão de forno para criar uma chama estável enquanto suprime a formação de óxidos nitrosos (NOx) e monóxido de carbono (CO).

Diversos tipos de queimadores de gás foram desenvolvidos e utilizados com êxito com uma combinação, tanto de capacidades de difusão, como de capacidades de pré-mistura. Uma pré-mistura aborda, tanto o ar, como o gás combustível em uma mistura homogênea antes da combustão dentro das fronteiras do forno. A abordagem de difusão injeta o gás combustível dentro de um fluxo de ar onde ocorre a mistura sem um Venturi. A chama é estabilizada próxima ao ponto de saída, criando, tanto óxidos nitrosos térmicos e imediatos. Ambas as abordagens são rotineiramente utilizadas para inflamar e queimar um dado combustível para gerar calor dentro de um queimador processual.

Tanto em queimadores do tipo pré-mistura, quanto do tipo difusão, uma abordagem ótima pode ser definida para reduzir, tanto a formação de óxido nitroso térmico quanto imediato. A emissão de gases de óxido nitroso e monóxido de carbono através dos queimadores processuais, assim como outro equipamento de combustão, são rigorosamente regulados pelo governo. O governo exige constantemente uma metodologia melhor para reduzir adicionalmente as emissões provenientes do equipamento de combustão atual.

A fim de reduzir a produção de óxidos nitrosos e outros gases potencialmente poluentes, diversos aparelhos de queimador de gás aperfeiçoados estão sendo desenvolvidos. Em uma abordagem, todo o ar junto o combustível primário é queimado em uma primeira zona e o combustível restante é queimado em uma segunda zona. Nesta abordagem de gás comPetição 870180040002, de 14/05/2018, pág. 17/18 bustível gradual, o gás gradual torna-se diluído com o gás de combustão do forno que abranda uma parte substancial do fluxo de gás durante a combustão reduzindo, deste modo, as funções de ar e de temperatura de combustão dos gases. O nitrogênio no ar e no gás de combustão funciona como um dissipador de calor, já que este absorve o calor da chama. O gás de combustão procede da chaminé do forno (gás de combustão externo) ou do próprio forno (gás de combustão interno). Reduzir a temperatura de combustão dos gases reduz a formação de óxidos nitrosos nos gases de combustão produzidos. Os exemplos de queimadores para ΝΟχ inferiores e métodos associados são mostrados pelas patentes U.S. Números 5.275.552 (lançada por John Zink Company em 4, de Janeiro de 1994) e 6.729.874 B2 (lançada por John Zink Company em 4, de Maio de 2004), que são incorporadas à guisa de referência no presente documento.

A combustão e a diluição do gás combustível em etapas criam preocupações adicionais que precisam ser direcionadas, que incluem a nãocombustibilidade e a instabilidade da chama. Uma quantidade apreciável de ar ou de gás de combustão é necessária para abrandar a chama o bastante para alcançar uma redução suficiente na formação de óxido nitroso. Entretanto, se o gás combustível for excessivamente diluído, pode ser difícil inflamar ou a chama inflamada pode se tornar instável. As instabilidades da chama podem criar instabilidades adicionais capazes de desestabilizar todo o forno.

As superfícies Coanda foram utilizadas em chamas onde as taxas de fluxo significativas em pressões elevadas são uma realidade. Uma superfície Coanda é meramente uma superfície curvada projetada para a aderência de um fluido. Os fluxos de fluido injetados sobre ou adjacentes a uma Superfície Coanda tendem a se aderir e a seguir o caminho da superfície. A pressão negativa e as forças viscosas puxam o fluido contra a superfície. O fluxo de fluido espalhado dentro de um filme ou folha relativamente fina, que permite que os fluidos próximos sejam misturados com o fluxo de fluido de uma maneira muito eficiente. A área de superfície adicional conferida ao gás aumenta de forma significativa a mistura. Em uma chama, por e xemplo, que pode emitir dezenas de milhares de libras de gás de combustão por hora, a mistura rápida é desejável. Como um resultado, as superfícies Coanda e o efeito Coanda são comumente usados no aparelho de chama, à medida que eliminam a necessidade de vapor, sopradores e equipamentos relacionados.

Entretanto, as superfícies Coanda não foram incorporadas no aparelho queimador processual com baixo nível de NO_X. Os componentes de queimador são pequenos e exigem fluxos de gás muito mais baixos do que os componentes de chama. Como um resultado, a tecnologia não foi ativamente aplicada aos queimadores processuais. Da mesma forma, muitos operadores de refinaria não trocaram os fornos devido ao custo envolvido. Como um resultado, as montagens de queimador de substituição precisam frequentemente se encaixar nas caixas de forno existentes que definem o critério de desempenho que o queimador deve encontrar (por exemplo, o comprimento e o diâmetro da chama).

Através da presente invenção, diversos meios de utilizar as superfícies Coanda foram descobertos nos queimadores de gás combustível gradual de ΝΟχ inferiores para aperfeiçoar muito a eficiência dos queimadores enquanto evitam problemas, tais como, não-combustibilidade e instabilidade de chama.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo com a presente invenção, são proporcionados um aparelho queimador de gás e métodos que satisfazem as necessidades descritas acima e superam as deficiências da técnica anterior. Descobriu-se que a superfície Coanda pode ser acoplada com um fluxo de fluido livre para misturar o gás combustível com o ar e um diluente (gás de combustão do forno, neste caso) enquanto mantém as capacidades de modulação prolongada e a estabilidade aumentada. A superfície Coanda aumenta muito a mistura do gás de combustão com outros fluidos no fluxo. Ademais, através do uso de diversas superfícies Coanda, a quantidade de gás de combustão que pode ser incorporado dentro de uma zona de mistura e inflamar-se, pode ser muito aumentada. Deste modo, a capacidade de reduzir as emissões de óxido nitroso e de monóxido de carbono provenientes do queimador podem ser muito aumentadas enquanto aperfeiçoando a qualidade da chama e a distribuição de fluxo de calor no forno. As superfícies Coanda e o modo que as superfícies ficam posicionadas sobre o interior e o exterior do bocal para queimador permite que o gás de combustão seja transmitido a diversas zonas de combustão associadas com o queimador sem diluir o gás combustível sobre a camada de limite interna até um ponto onde este se torna nãocombustível ou resulta em uma chama instável. As superfícies Coanda também permitem que o formato da chama precisamente controlado sem a necessidade de outras estruturas, tais como, retentores de chama, cones, asas, placas de choque e assim por diante. Estas e outras vantagens da invenção são descritas em detalhes abaixo.

De acordo com um aspecto da invenção, um aparelho queimador de gás é proporcionado para descarregar uma mistura de gás combustível e ar dentro de um forno onde a mistura é queimada na presença de gás de combustão enquanto produz um baixo teor de óxidos nitrosos e monóxido de carbono. O aparelho queimador de gás compreende uma câmara, um bocal para queimador, meios de injeção de gás combustível primário, e meios de injeção de gás combustível secundário. Um meio primário de prémistura de injeção também pode ser incluído no aparelho.

A câmara inclui um alojamento para conexão ao forno. O alojamento inclui uma extremidade superior conectada ao forno, sendo que a extremidade superior possui uma saída de ar disposta na mesma, uma extremidade inferior oposta à extremidade superior, e uma parede lateral que conecta a extremidade superior e a extremidade inferior uma na outra. Pelo menos uma parede lateral e uma extremidade inferior possui uma entrada de ar disposta nestas.

O bocal para queimador possui uma abertura central na mesma, para receber ar proveniente da saída de ar do alojamento. O bocal para queimador inclui uma extremidade inferior conectada à extremidade superior do alojamento através da saída de ar, uma extremidade superior oposta à extremidade inferior, sendo que a extremidade superior inclui uma saída de descarga, e uma parede que conecta a extremidade inferior à extremidade superior e que cerca a abertura central. A parede se estende dentro do forno e possui uma superfície interna, uma superfície externa e pelo menos uma porta para circulação de gás que se estende através da parede, sendo que a superfície interna da parede inclui uma superfície interna Coanda que se projeta para dentro da abertura central. A superfície interna Coanda fica posicionada sobre a superfície interna da parede adjacente (de preferência através) à porta para circulação de gás.

Os meios de injeção de gás combustível primário ficam conectados em uma fonte de gás combustível e associado, de forma operacional, com o aparelho queimador de gás para injetar gás combustível primário dentro da abertura central do bocal para queimador. Os meios de injeção de gás combustível primário inclui um condutor de gás conectado à fonte de gás combustível, sendo que o condutor de gás externo possui um bocal de descarga de gás combustível primário externo conectado a este e posicionado fora da parede do bocal para queimador para injetar gás combustível primário através da porta para circulação de gás dentro da abertura central do bocal. O meio de injeção de gás combustível primário também pode incluir diversos outros componentes.

Em uma modalidade, o meio de injeção de gás combustível primário inclui uma unidade de pré-mistura. A unidade de pré-mistura combina uma membrana de pré-mistura e um misturador Venturi. A membrana de pré-mistura se estende ao redor da superfície interna da parede do bocal para queimador abaixo da porta para circulação de gás desta e possui uma pluralidade de orifícios de descarga de gás de pré-mistura (portas) na parte superior desta. O misturador Venturi inclui um condutor de gás interno conectado à fonte de gás combustível e possui um bocal de descarga de gás combustível primário interno conectado a este, e um alojamento Venturi associado, de forma operável, com o condutor de gás interno e com o bocal de descarga de gás combustível primário, o alojamento Venturi é conectado à membrana de pré-mistura para alimentar uma mistura de gás combustível primário e ar dentro da membrana de pré-mistura. A unidade de pré-mistura é capaz de distribuir uma faixa de misturas pobres de gás combustível primário e ar dentro da abertura central do bocal para queimador.

O meio de injeção de gás combustível secundário é conectado a uma fonte de gás combustível e associado, de forma operável, com aparelho queimador de gás para injetar gás combustível de estágio secundário proveniente da parte externa do bocal para queimador até um ponto adjacente à saída de descarga do bocal para queimador (de preferência sobre ou adjacente à superfície externa do bocal para queimador). O meio de injeção de gás combustível secundário inclui um condutor de gás externo conectado à fonte de gás combustível e possui um bocal de descarga de gás combustível secundário conectado a este para injetar gás combustível secundário sobre ou adjacente à superfície externa da parede do bocal para queimador. Em uma configuração, o meio de injeção de gás combustível primário e o meio de injeção de gás combustível secundário utilizam o mesmo condutor de gás externo e bocal de descarga de gás combustível. O bocal de descarga de gás combustível serve, tanto como o bocal de descarga de gás combustível primário, como o bocal de descarga de gás combustível secundário. O bocal inclui uma ou mais portas para injetar gás combustível através da porta para circulação de gás que se estende através da parede do bocal para queimador e uma ou mais portas para injetar gás combustível sobre ou adjacente à superfície externa da parede do bocal para queimador.

A superfície externa da parede do bocal para queimador, de preferência, também inclui uma superfície externa Coanda que se projeta para fora a partir da superfície externa. O condutor de gás externo e o bocal de descarga de gás combustível secundário injetam gás combustível de estágio secundário sobre ou adjacente à superfície externa Coanda. A superfície externa Coanda, de preferência, se estende completamente ao redor da superfície externa da parede do bocal para queimador; entretanto, esta também pode se estender intermitentemente ao redor da superfície externa da parede do bocal para queimador. As superfícies Coanda externas intermitentes são, de preferência, espaçadas por superfícies planares externas que podem ser verticais ou inclinadas para dentro em direção à abertura central do bocal.

Em outra modalidade, o queimador de gás inclui uma câmara, um bocal para queimador, meio de injeção de gás combustível primário e meio de injeção de gás combustível secundário. A câmara inclui a alojamento para conexão ao forno. O alojamento inclui uma extremidade superior conectada ao forno, a extremidade superior possui uma saída de ar disposta nesta, uma extremidade inferior oposta à extremidade superior, e a parede lateral que conecta a extremidade superior e a extremidade inferior uma na outra. Pelo menos uma das paredes laterais e a extremidade inferior possuem uma entrada de ar disposta nesta.

O bocal para queimador possui uma abertura central nesta para receber o ar proveniente de uma saída de ar do alojamento. O bocal para queimador inclui uma parte inferior conectada à extremidade superior do alojamento através da saída de ar, uma extremidade superior oposta à extremidade inferior, a extremidade superior que inclui uma saída de descarga, e a parede que conecta a extremidade inferior à extremidade superior e que cerca a abertura central. A parede se estende para dentro do espaço de forno e possui uma superfície interna e uma superfície externa, sendo que a superfície externa da parede inclui uma superfície externa Coanda que se estende para fora a partir da superfície externa.

O meio de injeção de gás combustível primário é conectado a uma fonte de gás combustível e associado, de forma operável, com o aparelho queimador de gás para injetar gás combustível primário dentro da abertura central do bocal para queimador. O meio de injeção de gás combustível secundário também é conectado a uma fonte de gás combustível e associado, de forma operável, com o aparelho queimador de gás para injetar gás combustível de estágio secundário proveniente de fora do bocal para queimador em um ponto adjacente à saída de descarga do bocal para queimador. O meio de injeção de gás combustível secundário inclui um condutor de gás externo conectado à fonte of gás combustível e que possui um bocal de descarga de gás combustível secundário conectado a este para injetar gás combustível de estágio secundário sobre ou adjacente à superfície externa

Coanda.

Em outro aspecto, a presente invenção inclui bocais para queimador para uso em associação com uma câmara para queimador para formar um aparelho queimador de gás para descarregar uma mistura de gás combustível e ar dentro de um forno, onde a mistura é queimada na presença de gás de combustão enquanto produz um baixo teor de óxidos nitrosos e monóxido de carbono. Os bocais para queimador da presente invenção são os bocais para queimador descritos acima em associação com o aparelho queimador de gás inventivo. Os bocais para queimador de acordo com a presente invenção podem ser usados em aplicações de renovação.

Em outro aspecto, a invenção inclui o bico para gás para uso em associação com um aparelho queimador de gás. O bico para gás compreende um barril de gás para conexão em uma fonte de gás combustível, um defletor de gás conectado ao barril de gás, e uma saída de gás combustível disposta entre o barril de gás e o defletor de gás. O defletor de gás possui uma superfície externa que inclui a superfície Coanda posicionada com relação à saída de gás combustível, de modo que o gás combustível descarregado a partir da saída de gás combustível segue o caminho da superfície Coanda. O defletor de gás, de preferência, possui um formato de tulipa. O bico para gás inventiva pode ser usada, por exemplo, como o bocal de descarga de gás combustível de estágio secundário do aparelho queimador de gás, como o bico de um piloto para o aparelho queimador de gás inventivo ou como um bocal de descarga interno de gás combustível primário conectado a um condutor de gás interno central (por exemplo, uma pistola de gás central). O bico para gás inventiva também pode ser usada em conexão com uma série de bocais de gás que servem como bicos para gás primárias ao redor do perímetro interno do bocal.

Em outro aspecto, a invenção proporciona um método de queimar uma mistura de ar e gás combustível na presença de gás de combustão em um forno para gerar calor no forno, onde um aparelho queimador de gás que possui uma zona de mistura para misturar o ar, o gás combustível e o gás de combustão antes da combustão destes, é utilizado. O método com9 preende as seguintes etapas:

(a) proporcionar uma superfície Coanda na zona de mistura;

(b) injetar gás combustível sobre ou adjacente à superfície Coanda, de um modo que, carregue gás de combustão proveniente de fora da zona de mistura para dentro da zona de mistura e leve o gás de combustão a se misturar com o ar e o gás combustível na zona de mistura;

(c) descarregar a mistura de ar de combustão, gás combustível e gás de combustão provenientes da zona de mistura dentro do forno; e (d) queimar a mistura de ar de combustão, gás combustível e gás de combustão descarregado a partir da dita zona de mistura no forno.

Em uma modalidade, a zona de mistura é cercada por uma parede e a mistura de ar, gás combustível e gás de combustão é descarregada a partir da zona de mistura dentro de uma zona de reação primária no forno. Nesta modalidade, o método compreende adicionalmente as etapas de:

(e) proporconar uma superfície Coanda externa sobre a superfície exterior da parede; e (f) injetar um fluxo de gás combustível de estágio secundário sobre ou adjacente à superfície externa Coanda, de um modo que, carregue o gás de combustão para dentro do fluxo para criar uma mistura de gás combustível secundário/gás de combustão e leve a mistura de gás combustível secundário/gás de combustão a queimar em uma zona de reação secundária no forno.

Em outra modalidade, o método inventivo compreende as etapas de:

(a) proporcionar uma superfície Coanda sobre a superfície externa da parede do aparelho queimador de gás;

(b) injetar gás combustível primário dentro da zona de mistura, de um modo que, leve o gás combustível a se misturar com o ar na zona de mistura;

(c) descarregar a mistura de ar e gás combustível proveniente da zona de mistura; e (d) queimar a mistura de ar e gás combustível descarregada a partir da zona de mistura em uma zona de reação primária no forno;

(e) injetar um fluxo de gás combustível de estágio secundário sobre ou adjacente à superfície externa Coanda, de um modo que, carregue gás de combustão para dentro do fluxo para criar uma mistura de gás combustível secundário/gás de combustão e fazer com que a mistura de gás combustível secundário/gás de combustão queime em uma zona de reação secundária no forno.

A superfície interna da parede do aparelho queimador de gás, de preferência, também inclui uma superfície interna Coanda. O gás combustível injetado dentro da zona de mistura é injetado sobre ou adjacente à superfície interna Coanda, de um modo que, carregue o gás de combustão proveniente de fora da zona de mistura para dentro da zona de mistura e leve o gás de combustão a se misturar com o ar e o gás combustível na zona de mistura.

Os objetivos, características e vantagens da presente invenção tornar-se-ão prontamente aparentes para aqueles versados na técnica mediante uma leitura da descrição das modalidades preferidas que se seguem, quando tomadas em conjunto com os desenhos em anexo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é uma vista seccional do aparelho queimador de gás da presente invenção conectado a um piso do forno.

A figura 2 é uma vista em perspectiva do bocal para queimador do aparelho queimador de gás da presente invenção.

A figura 3 é uma vista seccional do bocal para queimador do aparelho queimador de gás da presente invenção.

A figura 3A é uma vista seccional similar à figura 3 e que adicionalmente ilustra uma obstrução de circulação de gás que pode ser incorporada dentro do bocal para queimador inventivo.

A figura 4 é uma vista em detalhes aumentada de uma parte do bocal para queimador ilustrado pela figura 3 que ilustra o fluxo de gás em associação com o bocal para queimador.

A figura 4A é uma vista em detalhes aumentada de uma parte do bocal para queimador da figura 3A que ilustra o fluxo de gás em associação com o bocal para queimador.

A figura 4B é uma vista em detalhes aumentada de outra parte do bocal para queimador mostrado na figura 4.

A figura 5 é uma vista seccional tomada ao longo da linha 5-5 da figura 2.

A figura 6 é uma vista seccional tomada ao longo da linha 6-6 da figura 2.

A figura 7 é outra vista em detalhes de uma parte do bocal para queimador mostrado na figura 3 que ilustra uma parte da unidade de prémistura.

A figura 8 é uma vista seccional similar à figura 1, mas que ilustra o uso de um misturador Venturi central em vez da pistola de gás mostrada pela figura 1.

A figura 9 é uma vista seccional similar às figuras 1 e 8, mas que ilustra o uso de uma pluralidade de condutores de gás internos, em vez da unidade de pré-mistura. A figura 9 também ilustra o uso de um piloto convencional em associação com o aparelho queimador de gás inventivo.

A figura 10 é uma vista seccional do bocal para queimador ilustrada pela figura 3, mas que ilustra uma configuração de condutor de gás externo diferente.

A figura 11 é uma vista seccionat que ilustra uma modalidade alternativa do bocal para queimador inventivo.

A figura 11A é uma vista seccional tomada ao longo da linha 11A-11A da figura 12 e que ilustra uma variação dos cortes de parede planares (inclinados) do bocal para queimador da figura 11.

A figura 11B é uma vista seccional tomada ao longo da linha 11B-11B da figura 12 e que ilustra outra variação dos cortes de parede planares (retos/verticais) do bocal para queimador da figura 11.

A figura 12 é uma vista seccional tomada ao longo da linha 1212 da figura 11.

A figura 13 é uma vista seccional que ilustra ainda outra modali12 dade do bocal para queimador de acordo com a invenção.

A figura 14 é uma vista em detalhes aumentada de uma parte do bocal para queimador mostrada pela figura 13.

A figura 15 a vista seccional tomada ao longo da linha 15-15 da figura 13.

A figura 16 é uma vista seccional que ilustra ainda outra modalidade do bocal para queimador da invenção.

A figura 17 é uma vista em detalhes aumentada de uma parte do bocal para queimador da figura 16.

A figura 18 é uma vista seccional tomada ao longo da linha 18- da figura 16.

A figura 19 é uma vista seccional tomada ao longo da linha 19- da figura 16.

A figura 20 é uma vista seccional que ilustra ainda outra modalidade do bocal para queimador da invenção.

A figura 21 é uma vista seccional tomada ao longo da linha 2121 da figura 20.

A figura 22 é uma vista seccional parcial que ilustra o bico para gás inventiva conforme configurada para uso como um piloto.

A figura 23 é uma vista em detalhes aumentada de uma parte do bico para gás ilustrada pela figura 22.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES PREFERIDAS

Referindo-se agora aos desenhos, e particularmente à figura 1, o aparelho queimador de gás da presente invenção é ilustrado e, em geral, designado pela referência numérica 10. Conforme mostrado pela figura 1, o aparelho queimador de gás 10 é conectado, de forma vedável, a uma parede do forno 12 (de preferência, o piso ou parede inferior) de um espaço de forno 14 de um forno 16 (o total não é mostrado) através de uma abertura 18 na parede. Embora os aparelhos de queimador de gás serem comumente montados, de forma vertical, e queimados para cima conforme mostrado na figura 1, deve ser entendido que o aparelho queimador de gás 10 também pode ser montado de outras maneiras. Por exemplo, o aparelho queimador de gás pode ser montado, de forma horizontal, e queimado horizontal ou verticalmente, ou pode ser montado no sentido vertical e disparado par abaixo (disparado descendentemente). De preferência, o aparelho queimador de gás 10 é montado, de forma vertical, com relação ao piso do espaço de forno 14 e disparado ascendentemente conforme mostrado nos desenhos.

O aparelho queimador de gás 10 descarrega uma mistura de gás combustível e ar dentro do espaço de forno 14 do forno 16, onde a mistura é queimada na presença de gás de combustão enquanto produz um baixo teor de óxidos nitrosos e monóxido de carbono. O aparelho queimador de gás 10 compreende uma câmara 20 que inclui um alojamento 22 para conexão com o forno. O alojamento inclui uma extremidade superior 24, uma extremidade inferior 26 oposta à extremidade superior e uma parede lateral 28 que conecta a extremidade superior e a extremidade inferior uma na outra. A extremidade superior 24 do alojamento 22 possui uma saída de ar 30 disposta nesta. Conforme mostrada pela figura 1, a extremidade superior 24 do alojamento 22 é conectada à parede do forno 12, de modo que a saída de ar 30 fique posicionada embaixo da abertura 18 na parede do forno. Pelo menos uma das paredes laterais 28 e a extremidade inferior 26 do alojamento 22 possuem uma entrada de ar 32 disposta nesta. De preferência, e como mostrada pela figura 1, a entrada de ar 32 fica disposta na parede lateral 28 do alojamento 22.

Como ilustrado pela figura 1, o alojamento 22 fica conectado à parede ou piso inferior 12 do forno 16 por meio de um flange 34 e uma pluralidade de parafusos 36 que se estendem através de aberturas complementares 38 no flange e na parede inferior do forno. A parede do forno 12 inclui uma camada interna de material isolante 40 conectada a esta. Um registro ou amortecedor de fluxo de ar 42 para regular a taxa de fluxo de ar através da entrada de ar 32 fica conectado à entrada de ar. O amortecedor 42 inclui uma pluralidade de aletas ajustáveis 44 que podem ser giradas de vertical a horizontal para abrir ou fechar o amortecedor. Um silencioso 46 para reduzir, tanto o jato, como o ruído da combustão, também fica conectado à entrada de ar 32. Conforme entendido por aqueles versados na técnica, o aparelho queimador de gás 10 pode ser um queimador de circulação natural (isto é, o ar requerido para combustão é naturalmente circulado para dentro do alojamento 22), um queimador de circulação forçada (por exemplo, um soprador é usado para soprar o ar de combustão para dentro do alojamento), um queimador de circulação equilibrada (por exemplo, os sopradores são usados para soprar, tanto o para dentro, como o ar para fora do queimador para alcançar um equilíbrio apropriado de ar de combustão) ou variações destes. Uma variedade de diferentes tipos de gases combustíveis pode ser queimada pelo aparelho queimador de gás 10, incluindo o gás natural, hidrogênio, propano, etano ou outros combustíveis típicos do tipo proveniente de refinarias.

O aparelho queimador de gás 10 compreende adicionalmente um bocal para queimador 50 que possui uma abertura central 52 nesta, para receber o ar proveniente da saída de ar 30 do alojamento 22. O bocal para queimador 50 inclui a extremidade inferior 54, uma extremidade superior 56 oposta à extremidade inferior e a parede 58 que conecta a extremidade inferior à extremidade superior e que cerca a abertura central 52. A extremidade inferior 54 do bocal para queimador 50 fica conectada à extremidade superior 24 do alojamento 22 através da saída de ar 30 do alojamento. A extremidade superior 56 do bocal para queimador 50 inclui uma saída de descarga 60 nesta.

Referindo-se agora às figuras 1-6, a parede 58 do bocal para queimador 50 se entende para dentro do espaço de forno 14 e possui uma parte superior 62, uma parte inferior 64, uma superfície interna 66 e uma superfície externa 68. A parede 58 inclui adicionalmente uma pluralidade de portas para circulação de gás 70 que se estende através da parede. A superfície interna 66 da parede 58 inclui uma pluralidade de superfícies internas Coanda 80 posicionada adjacente ou sobre (sobre como mostrado) as portas para circulação de gás 70, cada superfície interna Coanda se estende para dentro da abertura central 52 do bocal para queimador 50. Cada superfície interna Coanda 80 e a porta para circulação de gás 70 ficam posicionadas em uma seção recortada 82 na superfície interna 66 da parede 58. Cada seção recortada 82 inclui paredes laterais opostas 84 e 86 que se estendem a partir da superfície interna 80 da parede 58 para dentro da abertura central

52. Como mais bem mostrado pela figura 4B, as paredes laterais 84 e 86 se estendem mais para dentro da abertura central 52 do que a superfície interna Coanda 80 que fica posicionada na seção recortada correspondente 82 que se estende para dentro da abertura central. Por outro lado, as superfícies internas Coanda 80 são inseridas dentro do da superfície interna 66 da parede 58. As superfícies internas Coanda 80 são, de preferência, inseridas na superfície interna 66 da parede 58 em uma distância na faixa de cerca de 0,63 cm (0,25 polegada) a cerca de 1,9 cm (0,75 polegada). Conforme descrito adicionalmente abaixo, o espaço entre as superfícies internas Coanda 80 e a superfície interna 66 da parte da parede restante 58 previne que o gás combustível e/ou o gás de combustão seja eliminado das superfícies internas Coanda através do fluxo de gás combustível e/ou ar através da abertura central 52 do bocal para queimador 50.

A fim de atingir um efeito Coanda significativo, as superfícies das superfícies internas Coanda 80 devem ser substancialmente lisas e possuírem um raio exato ou arco uniforme. Também, é importante que cada superfície interna Coanda possua curvatura o bastante para atrair suficientemente o fluxo de gás em emissão. Se a superfície Coanda não precisa ter bastante área de curvatura ou superfície, a superfície pode não ter uma área suficiente para iniciar o efeito Coanda devido ao momento do gás (isto é, o fluxo de gás não pode ser extraído até a superfície). A fim de assegurar um efeito Coanda suficiente, a proporção do diâmetro da porta de descarga de combustível que injeta gás combustível dentro e através da porta para circulação de gás 70 sobre ou adjacente à superfície interna Coanda submetida 80 ou diâmetro de porta médio se múltiplas portas de descarga forem usadas (o diâmetro de porta primário) ao raio da superfície interna Coanda (o raio Coanda interno) precisar se de pelo menos 7:1. Por exemplo, o diâmetro da porta (ou diâmetro médio de múltiplas portas estiverem envolvidas) do bocal de descarga de gás combustível primário 166 até o raio Coanda interno precisa ser de pelo menos 7:1. De preferência, o diâmetro de porta primário pa ra a proporção de raio Coanda interno é de pelo menos 10:1, mais preferencialmente, pelo menos 12:1. Então, por exemplo, com um diâmetro de porta primário de 0,1587 cm (0,0625 polegada) e um raio Coanda interno de 1,9 cm (0,75 polegada), o diâmetro de porta primário até a proporção Coanda interna é de 12:1.

Supondo que a superfície Coanda possui curvatura ou área de superfície suficiente, o fluxo de gás ou jato é alinhado para ficar tangente com a curvatura da superfície Coanda para iniciar um efeito Coanda apropriado, mesmo quando lida com portas de gás pequenas. Isto pode variar, de forma significativa, com superfícies Coanda amplas usadas em chamas, por exemplo, onde os fluxos de massa mais altos em conjunção com um cenário de injeção por abertura são utilizados.

Com exceção dos parâmetros acima, o tamanho e o formato particular das superfícies internas Coanda 80 pode variar dependendo do tamanho e do formato da portas para circulação de gás, do tamanho e do formato do bocal para queimador e outros fatores que se referem à aplicação particular. A orientação das superfícies internas Coanda 80 (por exemplo, vertical, horizontal, etc.) sobre a superfície interna 66 também pode variar dependendo dos fatores acima.

As superfícies internas Coanda 80 são um componente muito importante do queimador de gás inventivo 10. Elas permitem que uma grande quantidade de gás de combustão seja carregada sem diluir excessivamente o gás combustível e prevenir a combustão ou causar a instabilidade da chama. Isto ocorre pelo menos em parte devido à camada de limite interno que permanece rica em combustível. O fluxo de gás combustível primário e ar injetado através das portas para circulação de gás 70 é puxado e mantido contra as superfícies Coanda 80. O fluxo de gás combustível é separado e expandido dentro de um filme que contém uma área de superfície muito mais ampla. O centro do núcleo de gás fica exposto. Como um resultado, a distância e o temperatura necessário para misturar o gás de combustão com o gás combustível (e quaisquer outros fluidos envolvidos na aplicação particular, por exemplo, ar e/ou vapor) é substancialmente diminuída. De forma significativa, mais gás de combustão e ar (e outros fluidos se desejado) podem ser misturados com o jato de gás combustível. Como um resultado, uma chama mais estável é criada, o conteúdo de óxidos nitrosos no gás de combustão gerado pelo queimador é reduzido e a chama pode ser mais facilmente conformada.

Como mostrado pelas figuras 3A e 4A, em uma configuração o bocal para queimador 50 inclui adicionalmente um meio de obstrução de circulação 87 posicionado nas portas para circulação de gás 70 para inibir o fluxo dentro da abertura central 52 do bocal para queimador 50 através das portas para circulação de gás para fora do bocal. O meio de obstrução de circulação 87 inclui uma blindagem 88 para cada porta para circulação de gás 70. As blindagens 88 são conectadas à parede 58 do bocal para queimador 50 e se estendem para cima, dentro da porta para circulação de gás correspondente 70. Como mostrado, as blindagens 88 podem ser uma parte integral do bocal para queimador refratário. O meio de obstrução de circulação 87 é usado em aplicações onde é necessário diminuir o fluxo de fluidos provenientes de dentro do bocal através das portas para circulação de gás 70 até fora do bocal. O fluxo de fluido de saída pode ocorrer, por exemplo, quando um fluxo de jato de difusão não for injetado através das portas de gás de circulação 70. A eliminação do fluxo de ar através das portas 70 auxilia na redução de emissões e adiciona capacidades de formato de chama ao projeto (quando os jatos de difusão não forem injetados através das portas 70 para manter uma vedação de fluido entre os dois regimes de fluxo de fluido). O meio de obstrução de circulação 87 previne que o ar ligue o bocal em curto circuito e, deste modo, aumente as emissões de óxido nitroso, e mantenha a chama longe da superfície externa da parede do bocal para queimador. O meio de obstrução de circulação 87 também interrompe qualquer interação prematura entre o gás pré-misturado e o gás de difusão na abertura central 52. Em alguns casos, sem a blindagem 88 no lugar, o momento da difusão primária irá puxar a chama de pré-mistura para dentro da porta de circulação 70, onde esta então transporta ar, de forma prematura, até a base do jato de difusão de ar.

Todo o bocal para queimador 50 incluindo a blindagem 88 (quando a blindagem é utilizada) é feito de um material refratário resistente ao calor e a chama, ou seja, um material que possui a capacidade de reter seu formato físico e identidade química mesmo quando submetido a altas temperaturas. Os exemplos de materiais refratários que podem ser usados incluem carbeto de silício, misturas de alumina e materiais de fibra de cerâmica.

Referindo-se agora especificamente às figuras 4, 4A e 4B, as portas para circulação de gás 70 são ilustradas em detalhes. Cada porta para circulação de gás 70 inclui uma saliência 90, uma superfície superior 92 (que é uma parte da superfície interna Coanda 80) e um par de paredes laterais opostas 94 e 96 que interconecta a saliência e a superfície uma na outra. Quando o bocal para queimador não inclui o meio de obstrução de circulação 87, conforme mostrado pela figura 4, as saliências 90 são, tanto planas, ou seja, substancialmente co-planares com as superfícies superiores 92 da portas 70, como inclinadas para baixo a partir da superfície interna 66 em direção à superfície externa 68 da parede 58. De preferência, as saliências 90 são inclinadas para baixo a partir da superfície interna 66 em direção à superfície externa 68 da parede 58 em um ângulo na faixa de 15° a -60°. Por exemplo, quando o condutor de gás externo (discutidos abaixo) não se estender substancialmente através da parede 12 do forno, as saliências 90 são inclinadas para baixo em um ângulo maior. Em configurações nas quais os condutores de gás externos se estendem substancialmente acima da parede inferior 12 do forno, as saliências 90 são inclinadas para baixo em um ângulo, por exemplo, na faixa de cerca de 10° a cerca de 60°. De preferência, as saliências 90 são inclinadas para baixo a partir da superfície interna 66 em direção à superfície externa 68 da parede 58 em um ângulo na faixa de 15° a 25°. Quando o bocal para queimador 50 inclui o meio de obstrução de circulação 87, como mostrado pela figura 4A, as saliências 90 se inclinam para baixo a partir da superfície interna 66 em direção à superfície externa 68 da parede 58 em um ângulo muito mais severo devido à presença da blindagem 88 na porta para circulação de gás 70. A inclinação para baixo das saliências funciona para evitar que o ar de dentro da abertura central 52 saia, de forma radial, da abertura central 52 através das portas 70. Seja o meio de obstrução de circulação 87 e o ângulo no qual a saliência 90 se inclina usado ou não, os mesmo irão depender da aplicação particular.

A superfície interna 66 da parte superior 62 da parede 58 inclui adicionalmente um corpo de um corpo primário bojudo 100 que possui uma superfície plana 102 que faz face para cima, ou seja, que faz face com a saída de descarga 60 do bocal para queimador. O corpo primário bojudo 100 se estende completamente ao redor da superfície interna 66 da parede 58. Cada uma das superfícies Coanda internas 80 inclui uma extremidade inferior 104, uma extremidade superior 106 e uma parte de saliência 108 que conecta a extremidade inferior e a extremidade superior uma na outra. As extremidades inferiores 104 das superfícies Coanda internas 80 se estende através da parte superior das portas para circulação de gás 70. As extremidades superiores 106 das superfícies Coanda internas 80 terminam na superfície plana 102 do corpo primário bojudo 100. A extremidade superior 56 do bocal para queimador 50 inclui um corpo secundário bojudo 110 que possui uma superfície plana 112 que faz face para cima, ou seja, que faz face com o espaço de forno 14. O corpo secundário bojudo 110 que se estende completamente ao redor da superfície interna 66 da parede 58. O corpo primário bojudo 100 cria uma zona de baixa pressão e proporciona uma zona de mistura na parte superior da abertura central 52. Um corpo secundário bojudo 110 funciona para estabilizar o gás na saída de descarga 60 do bocal 50. O combustível gradual possui a capacidade de enriquecer o combustível estabilizado na extremidade superior 56 do bocal 50 no caso deste se tornar muito pobre ou difuso.

A superfície externa 68 da parede 58 do bocal para queimador 50 inclui a pluralidade de seções de porta 116 (que incluem uma porta para circulação de gás 70) e uma pluralidade de seções sem porta 118 (que não incluem uma porta para circulação de gás 70). A parte superior 62 de superfície externa 68 da parede 58 do bocal para queimador 50 também inclui uma superfície Coanda externa 130 que se estende para fora a partir da su20 perfície externa 68.

Em uma modalidade, conforme mostrado pela figuras 1-10, a superfície externa Coanda 130 se estende completamente ao redor da superfície externa 68 da parede 58. Este cenário permite que todos os combustíveis graduais sejam conformados por uma superfície Coanda.

Em outra modalidade, conforme mostrado pelas figuras 11-12, a parte superior 62 de superfície externa 68 da parede 58 do bocal para queimador 50 inclui uma pluralidade de superfícies externas Coanda 130, sendo que se estende para fora a partir da superfície externa 68. Na modalidade mostrada pelas Figuras 11-12, as superfícies Coanda externas 130 são separadas por superfícies planares externas 132. Conforme mostrado pelas Figuras 11A e 11B, as superfícies planares externas 132 podem ser, tanto inclinadas em direção à abertura central 52 do bocal para queimador (figura 11 A), como retas ou verticais (substancialmente paralelas ao eixo geométrico longitudinal do bocal para queimador) (11B). Se forem inclinadas, as superfícies planares externas 132 se inclinam para dentro em um ângulo na faixa de 5^o a 25°. O uso de superfícies Coanda externas e superfícies planares (planas) (inclinadas ou retas) proporciona mais controle com relação ao formato da chama. O combustível gradual pode ser mais agressivamente conformado para manter uma chama estreita. Isto é especialmente importante onde os efeitos da parede 58 precisam ser superados. Uma parte do gás combustível pode ser injetada em ângulos agressivos para realçar adicionalmente o formato da chama, ou permitir um movimento oblíquo mais agressivo do combustível gradual.

Ainda em outra modalidade, conforme mostrado pelas figuras 13-15, a parte superior 62 da superfície externa 68 da parede 58 do bocal para queimador 50 inclui uma superfície planar externa 134 que se estende completamente ao redor da superfície externa 68 da parede 58. A superfície planar externa 134 se inclina para dentro em um ângulo na faixa de 5^o a 25°. Esta também pode ser substancialmente reta ou vertical (não inclinada para dentro). Esta modalidade permite que as perfurações graduais sejam muito mais agressivas para permitir que capacidade significativas sejam realizadas dentro do formato da chama.

Deste modo, as diversas configurações da parte superior 62 da superfície externa 68 do bocal para queimador 50 permitem que o tamanho e o formato da chama sejam controlados, de forma precisa, dependendo da aplicação. As vantagens adicionais também são atingidas.

A fim de alcançar um efeito Coanda significante, as superfícies das superfícies externas Coanda 130 deveríam ser substancialmente lisas e possuir um arco com raio substancialmente verdadeiro ou uniforme. Da mesma forma, é importante que cada superfície externa Coanda possua curvatura suficiente para atrair suficientemente o fluxo de gás em desacordo. Se a superfície Coanda não possuir curvatura ou área de superfície suficiente, a superfície pode não possuir uma área suficiente para iniciar o efeito Coanda por causa do impulso do gás (ou seja, o fluxo de gás pode não ser atraído até a superfície). A fim de assegurar um efeito Coanda suficiente, a razão do diâmetro da porta para descarga de combustível que injeta gás combustível sobre, ou adjacente, a superfície externa Coanda 130 submetida (ou diâmetro médio da porta se as múltiplas portas de descarga de combustível forem usadas) (o diâmetro da porta secundária) com relação ao raio da superfície externa Coanda (o raio Coanda externo) deve ser de pelo menos 7:1. Por exemplo, o diâmetro da porta (ou diâmetro médio se as portas múltiplas forem envolvidas) do bocal de descarga de gás combustível secundário 166 com relação ao raio Coanda externo precisa ser de pelo menos 7:1. De preferência, a razão do diâmetro da porta secundária com relação do raio Coanda externo é de pelo menos 10:1, de forma mais preferencial, pelo menos 12:1.

Com exceção dos parâmetros acima, o tamanho e formato particulares das superfícies externas Coanda 130 podem variar dependendo do tamanho e formato do bocal para queimador e outros fatores com relação à aplicação particular. A orientação das superfícies externas Coanda 130 (por exemplo, vertical, horizontal, etc.) da superfície externa 68 também pode variar dependendo dos fatores anteriores.

A(s) superfície(s) externa(s) Coanda 130 é um componente mui to importante do aparelho queimador de gás 10 inventivo. A(s) superfície (s) 130 tem a função de carregar mais gás de combustão no fluxo de gás combustível gradual e aprimora consideravelmente o processo de mistura. Uma vez combinada com as superfícies externas planas mais convencionais 132 ou com a superfície 134, a(s) superfície(s) externa(s) Coanda permite uma grande quantidade de precisão e flexibilidade na execução do tipo e grau de combustão gradual necessários para a aplicação. A(s) superfície(s) externais) Coanda 132 aumenta a diluição do jato de gás combustível, enquanto mantém um chama estável. Se desejado, a(s) superfície(s) externa(s) Coanda 132 pode ser usada em conjunto com o bocal para queimador 50 de acordo com a invenção, quando o bocal não possuir portas para circulação de gás 70.

Ainda em outra modalidade, conforme mostrado pelas Figuras 16-19, o bocal para queimador 50 adicionalmente compreende uma borda 140 que se estende de forma transversal a partir da superfície interna 66 da parede 58 até a abertura central 52 do bocal para queimador. A borda 140 fica presa à parede 58 adjacente à extremidade superior 56 do bocal para queimador 50, e se estende em torno da superfície interna 66 da parede. A borda 140 inclui uma extremidade inferior 142, uma extremidade superior 144 e um corpo 146 que se conecta mutuamente à extremidade inferior e à extremidade superior. O corpo 146 inclui uma pluralidade de protrusões 150 que se estendem na dita abertura central 52 do bocal para queimador. As protrusões 150 incluem diversos formatos em corte transversal (por exemplo, elíptico, quadrado e triangular), e são separadas por ranhuras 152. Conforme mais bem mostrado pela figura 19, a extremidade inferior 142 é curva, que facilita o fluxo de fluidos abaixo da borda 140. A borda total 140 tem a função de girar o fluxo de fluido em 90°. O fluido se torna muito diluído com ar; a velocidade da chama se torna lenta. As protrusões 150 e as ranhuras 152 induzem que o gás estabilize e ajude a manter a chama no evento, a estabilização é necessária devido à diluição excessiva de combustível. As projeções radiais atuam como um corpo rombudo para capturar uma mistura pobre e estabilizá-la sobre o bico da superfície do bocal. Esta geometria também pode funcionar com a pistola de gás central 170 ou com o misturador central Venturi 176 para proporcionar um mecanismo de extinção aprimorado para a chama.

Dependendo da aplicação, o aparelho queimador de gás 10 pode incluir tanto as superfícies internas Coanda 80 quanto a(s) superfície(s) externa(s) Coanda 130. De preferência, o aparelho queimador de gás 10 inclui tanto as superfícies internas Coanda 80 quanto a(s) superfície(s) externais) Coanda 130.

O aparelho queimador de gás 10 adicionalmente compreende meios de injeção de gás combustível primário 160 e meios de injeção de gás combustível secundário 162. Os meios de injeção de gás combustível primário 160 são conectados a uma fonte de gás combustível (não-mostrada) e, operativamente associada ao aparelho queimador de gás 10 para injetar gás combustível primário na abertura central 52 do bocal para queimador 50. Os meios de injeção de gás combustível secundário 162 são conectados a uma fonte de gás combustível (não-mostrada), e operativamente associada ao aparelho queimador de gás 10 para injetar gás combustível de estágio secundário a partir da parte externa da abertura central 52 e do bocal para queimador 50 até um ponto adjacente à saída de descarga 60 do bocal para queimador. Conforme o uso em questão e nas reivindicações em anexo, o gás combustível primário simplesmente significa o gás combustível injetado na abertura central 52 do bocal para queimador (ou seja, qualquer gás injetado na zona de combustão formada pelos limites do bocal para queimador 50). O gás combustível de estágio secundário simplesmente significa o gás combustível injetado sobre a parte externa, ou sobre, a parede 58 do bocal para queimador 50.

Os meios de injeção de gás combustível primário podem incluir uma variedade de componentes que podem ser usados separada, ou mutuamente, dependendo da aplicação particular.

Como um primeiro componente, os meios de injeção de gás combustível primário 160 incluem a pluralidade de condutores externos de gás 164 conectados a uma fonte de gás combustível. Cada condutor externo de gás 164 possui um bocal de descarga externo de gás combustível primário (difusão) 166 (que inclui uma ou mais portas de gás) conectada a este, que fica posicionada fora da dita parede 58 do dito bocal para queimador para injetar gás combustível primário através de uma porta para circulação de gás 70 sobre, ou adjacente, às superfícies internas Coanda 80. O gás combustível primário é, de preferência, injetado diretamente sobre as superfícies internas Coanda 80. Conforme o uso em questão e nas reivindicações em anexo, um bocal, por exemplo, um bocal de descarga de gás combustível, é qualquer tipo de bico para gás (tipicamente conectada a um condutor de gás) que inclui uma ou mais aberturas para descarga de gás (por exemplo, portas ou fendas) nesta, para descarregar ou injetar um fluxo ou jato a partir do bocal. Conforme o uso em questão e nas reivindicações em anexo, a injeção de um fluido (gás combustível neste caso) sobre, ou adjacente, a uma superfície significa a injeção do fluido diretamente sobre a superfície, ou em proximidade suficientemente íntima à superfície, para a superfície possuir um efeito (por exemplo, um efeito Coanda) sobre esta. Por exemplo, isto é o bastante, se o fluxo ou jato de gás combustível for injetado proximidade suficientemente íntima à curvatura da superfície Coanda para que o efeito Coanda seja iniciado pela pressão do fluxo ou jato em conjunto com a área de superfície da superfície curva. Nas aplicações onde a temperatura associada ao aparelho queimador de gás 10 for muito alta (por exemplo, 1903,33 °C (2000°F) e acima), os condutores externos de gás 164 não se estendem substancialmente acima da parede 12 do forno a fim de prevenir danos a este. Em outras aplicações, tanto os condutores 164 quanto os bocais 166 se estendem através e acima da parede 12.

Como outro componente, os meios de injeção de gás combustível primário 160 também podem incluir um ou mais condutores internos de gás 167, sendo que cada condutor interno de gás é conectado a uma fonte de gás combustível e fica posicionado dentro do alojamento do queimador 22. Cada condutor interno de gás possui um bocal interno de descarga de gás combustível primário 168 (que inclui uma ou mais portas de gás) conectado a este para injetar gás combustível de estágio primário diretamente dentro da abertura central 52 do bocal para queimador. O uso de uma pluralidade de condutores internos de gás 167 e bocais de descarga internos de gás combustível primário 168 para injetar gás combustível diretamente dentro da abertura central 52 do bocal para queimador 50 é ilustrado pela figura

9. Conforme mostrado, um ou mais condutores 167 e bocais correspondentes 168 podem ficar posicionados em cada porta para circulação de gás 70 com a finalidade de injetar uma fração do gás combustível primário diretamente sobre, ou adjacente, a uma superfície interna Coanda 80, para ajudar a estabilizar a chama.

Conforme mostrado pelas Figuras 1, 3 e 3A, um condutor interno de gás 167 e o bocal de descarga interno de gás combustível 168 correspondente podem ser usados para formar uma pistola de gás central 170. Um condutor interno de gás 167 é conectado a uma fonte de gás combustível, e se estende para o centro da abertura central 52 do bocal para queimador 50. Um bocal de descarga interno de gás combustível 168 na forma de um bico do tipo nariz de touro (que inclui uma pluralidade de portas para gás dentro deste) fica conectado ao condutor interno de gás 167. Um cone de dispersão de gás 172 é preso ao condutor central e se estende em torno do bico do tipo nariz de touro 168 para dispensar o gás descarregado pelo bico. A pistola de gás central 170 pode ser usada para injetar um jato livre de gás combustível primário diretamente para dentro do bocal para queimador 50. O impulso do jato livre de gás combustível primário juntamente com o impulso do ar leva gás de combustão para a abertura central 52 do bocal para queimador 50 que auxilia na redução de emissões nocivas.

Conforme mostrado pela figura 8, um condutor interno de gás 167 e o bocal de descarga interno de gás combustível 168 correspondente também podem ser usados para formar um misturador Venturi central 176. Um condutor interno de gás 167 é conectado a uma fonte de gás combustível, e fica posicionado dentro do alojamento do queimador 22. Um bocal de descarga interno de gás combustível 168 na forma de uma perfuração para gás (que inclui uma ou mais portas para gás) é conectado ao condutor interno de gás 167. Um alojamento Venturi 178 é operativamente associado ao condutor 167 e ao bocal 168. O alojamento Venturi 178 fica preso ao condutor interno de gás 167, e posicionado acima da perfuração 168 para receber o gás combustível descarregado a partir da perfuração. O alojamento Venturi 178 inclui uma entrada 180, uma saída 182 e um corpo Venturi 184 que possui uma parte estreita 186. O corpo Venturi 184 cria uma zona de baixa pressão que carrega ar dentro do alojamento 178. Forma-se uma mistura de gás combustível e ar no alojamento 178. O misturador Venturi central pode ser usado para injetar um fluxo de pré-mistura de gás combustível primário e ar diretamente dentro do bocal para queimador 50. Isto cria uma zona de prémistura pobre ou, até mesmo, ultrapobre para reduzir o comprimento da chama, e adicionalmente, reduzir as emissões de óxido nitroso. Podem-se utilizar, se desejado, múltiplos misturadores Venturi 176.

Conforme mostrado pelas Figuras 1, 3, 3A, 7 e 8, os meios de injeção de gás combustível primário 160 também podem incluir uma unidade de pré-mistura 190 que se estende para dentro da abertura central 52 do bocal para queimador 50. Conforme mais bem mostrado pela figura 7, a unidade de pré-mistura 190 inclui uma membrana de pré-mistura 192 que se estende em torno, e de certa forma inserida, (para estabilidade ótima) na superfície interna 66 da parede 58 do bocal para queimador 50 abaixo das portas para circulação de gás 70 na parede. Uma pluralidade de portas de gás de pré-mistura 194 fica disposta ma parte superior da membrana 192. Um par de misturadores Venturi 196 alimenta os fluxos de pré-mistura de gás combustível e ar dentro da membrana 192. Cada misturador Venturi 196 inclui um condutor interno de gás 198 conectado a uma fonte de gás combustível, e possui um bocal interno de descarga de gás combustível primário 200 na forma de uma perfuração para gás (que inclui uma ou mais portas para gás) conectado a este. Um alojamento Venturi 202 é operativamente associado ao condutor 198 e ao bocal 200. O alojamento Venturi 202 fica preso ao condutor 198 e posicionado para receber gás combustível descarregado a partir do bocal 200. O alojamento Venturi 202 inclui uma entrada 204, uma saída 206 e um corpo Venturi 208, de preferência, que possua uma parte estreita 210. Em algumas aplicações, a parte estreita 210 não é necessária. O corpo Venturi 208 cria uma zona de baixa pressão que carrega ar para dentro do alojamento 202. Uma mistura de gás combustível e ar é formada dentro do alojamento 202 e conduzida para dentro da membrana de pré-mistura 192. A unidade de pré-mistura 190 pode ser usada para injetar um fluxo de pré-mistura de gás combustível de estágio primário e ar ao redor do perímetro da superfície interna 66 da parede 58 do bocal para queimador 50.

A unidade de pré-mistura 190 pode servir como uma pré-mistura total primária ou como uma pré-mistura parcial com o restante de acordo com o gás combustível primário de difusão. A pré-mistura pode ser do tipo liberação pré-determinada de calor ou liberação modulada de calor como o restante do queimador. A unidade de pré-mistura 190 distribui o combustível simetricamente em torno do perímetro interno da parede 58 do bocal 50 para modulação e estabilidade aprimoradas. Isto também auxilia na redução de emissões de óxido nitroso por causa da distribuição homogênea de ar e gás combustível, que reduz a temperatura de núcleo basal que, tipicamente, seria observada junto a um jato livre tipo difusão. Quando a unidade de prémistura 190 for utilizada em conjunto com uma abordagem de difusão, os jatos de difusão podem ser administrados muito mais diluídos e/ou neutros, como a chama de difusão se tornará então uma chama estabilizada pela chama de pré-mistura, que é pobre. Visto que os jatos de difusão são chamas estabilizadas, as portas para circulação de gás 70 podem ser aumentadas em área de fluxo até um ponto mais que seis (6) vezes, o que normalmente seria alcançável sem comprimir, de forma negativa, a estabilizada da chama (a chama é estabilizada pela chama de pré-mistura flame a partir da unidade de pré-mistura). A unidade de pré-mistura pode ser mantida a uma liberação constante de calor. Isto permite que esta zona seja projetada, de modo que a faixa de retrocesso de corrente não seja um problema superior à faixa de combustíveis. Isto permite não somente a modulação aprimorada devido à estabilização da chama, porém, também garante que uma zona primária inferior seja alcançada enquanto mantém o dimensionamento de porta aceitável. Isto significa que uma liberação de calor da zona primária pode ser alcançada com menos de um por cento (1%) de todo combustível na zona primária. Devido a portas para circulação de gás maiores, as emissões de monóxido de carbono (CO) podem ser minimizadas durante situações iniciais frias. As portas para circulação de gás apreciavelmente maiores levam gases de combustão significantes para dentro do queimador onde o CO é requeimado para reduzir as frações de CO observadas na caixa do forno.

A unidade de pré-mistura 190 também fornece uma fonte de inflamação para as zonas de combustão do queimador remanescentes. Estas podem assumir muitos formatos e quantidades de portas conforme a necessidade para a aplicação específica. Podem ser ajustadas pelo projeto para gerar uma mistura de gás combustível e ar que é tão pobre quanto necessário para reduzir adicionalmente as emissões de óxido nitroso. A unidade de pré-mistura 190 serve como a liberação mínima de calor para o queimador de modo que um ciclo descoqueificante com baixo nível de liberação de calor possa ser realizado se necessário sem afetar a estabilidade da chama, os componentes principais de distribuição de gás podem ser desligados com a exceção da unidade de pré-mistura. Isto então serve para distribuir uma liberação de calor muito pequena enquanto se mantém a estabilidade. Quando a porta principal do queimador é reacendida, a unidade de pré-mistura pode, então, retornar automaticamente a pressões muito baixas, muito mais baixas que seriam tipicamente possíveis.

Os meios de injeção de gás combustível secundário 162 incluem uma pluralidade de condutores externos de gás, cada um conectado a uma fonte de gás combustível, e dotados de um bocal de descarga de gás combustível secundário (que inclui uma ou mais portas) conectado a estes. Os meios de injeção de gás combustível secundário servem para injetar gás combustível de estágio secundário sobre, ou adjacente, à superfície externa 68 (por exemplo, a(s) superfície(s) externa(s) Coanda 130) da parede 58 do bocal para queimador 50. O gás combustível de estágio secundário é, de preferência, injetado diretamente sobre a superfície externa 68 (por exemplo, a(s) superfície(s) externa(s) Coanda 130). Podem-se utilizar diversas confi gurações de condutores e bocais. Por exemplo, conforme mostrado pelas Figuras 1, 4 e 4A, os condutores externos de gás e os bocais de descarga de gás combustível secundários dos meios de injeção de gás combustível secundário também são os condutores externos de gás 164 e os bocais 166 dos meios de injeção de gás combustível primário. Os bocais 166 incluem tanto portas primárias que injetam gás combustível primário dentro das portas para circulação de gás 70, quanto as portas secundárias que injetam gás combustível de estágio secundário sobre, ou adjacente, à superfície externa 68 (por exemplo, a(s) superfície(s) externa(s) Coanda 130) da parede 58 do bocal para queimador 50. Em outra configuração, cada condutor externo de gás 164 inclui bocais de descarga de gás combustível primários separados e bocais de descarga de gás combustível secundários. Ainda em outra configuração, conforme mostrado pela figura 10, os meios de injeção de gás combustível primário e os meios de injeção de gás combustível secundário utilizam condutores externos de gás separados. Uma pluralidade de condutores externos de gás 164, cada um conectado a uma fonte de gás combustível, e dotados de um bocal externo de descarga de gás combustível primário 166 (que inclui uma ou mais portas para gás) conectado a ele, é usada para injetar gás combustível primário através das portas para circulação de gás 70 dentro da abertura central 52 do bocal para queimador 50. Os condutores externos de gás separados 214, cada um conectado a uma fonte de gás combustível e dotados de um bocal de descarga de gás combustível secundário 216 (que inclui uma ou mais portas para gás) conectado a ele, são usados para injetar gás combustível de estágio secundário sobre, ou adjacente, à superfície externa 68 (por exemplo, a(s) superfície(s) externa(s) Coanda 130) da parede 58 do bocal para queimador 50. A configuração de condutor particular utilizada dependerá da quantidade de gás gradual e do formato requerido da chama.

O alojamento do queimador 22 e o bocal para queimador 50, de preferência, possuem formatos circulares ou em corte transversal arredondado conforme mostrado nos desenhos. Entretanto, o alojamento 22 e o bocal para queimador 50 também podem possuir outros formatos. Por exem pio, o alojamento 22 e o bocal para queimador 50 podem ter um formato elíptico, quadrado ou em corte transversal retangular. O formato pode ser simétrico ou assimétrico desde que a(s) superfície(s) Coanda sejam empregadas corretamente. O formato do alojamento 22 não precisa ter o mesmo formato do bocal para queimador 50. As Figuras 20 e 21 ilustram um bocal para queimador 50 que possui um formato em corte transversal retangular. O bocal para queimador 50 retangular pode ser usada para gerar uma chama horizontal e, é útil, por exemplo, nas aplicações do tipo parede queimada.

Conforme mostrado pela figura 1, exceto para a unidade de prémistura 190, os diversos componentes dos meios de injeção de gás combustível primário 160 e os meios de injeção de gás combustível secundário 162 são conectados a um coletor de gás do queimador 217, que é, sucessivamente, conectado a uma fonte de gás combustível (por exemplo, o coletor do forno completo). O coletor de gás do queimador 217 inclui uma entrada do coletor 218 e uma pluralidade de saídas do coletor 219 e válvulas do coletor associadas 220. A unidade de pré-mistura 190, especificamente, os condutores internos de gás 198 desta são, de preferência, diretamente conectados a uma fonte separada de gás combustível (por exemplo, a partir do coletor de gás do forno completo). Os condutores 198 são, tipicamente, interconectados por um conduto 220 que é conectado à fonte separada de gás combustível. O conduto 220 possui uma válvula 222 disposta dentro do mesmo para controlar a taxa de fluxo de gás combustível através do conduto. A conexão da unidade de pré-mistura 190 a uma fonte independente de combustível permite que a unidade de pré-mistura 190 seja operada a uma pressão predeterminada enquanto serve como zona primária do queimador. Isto também permite que a taxa de fluxo da mistura de gás combustível e ar da unidade de pré-mistura seja aumentada até um ponto, de modo que não seja necessário injetar gás combustível primário através das portas para circulação de gás 70, se tal configuração for necessária. Se desejado, a unidade de pré-mistura também pode ser conectada ao coletor de gás do queimador 218 simplesmente com um conector separado.

Conforme mostrado pela figura 9, o aparelho queimador de gás 10 também pode compreender meios piloto convencionais 223 para a inflamação do gás combustível primário no bocal para queimador 50. Os meios piloto 223 incluem um condutor interno de gás 226 preso a uma fonte de gás combustível, um misturador Venturi 228 preso ao condutor interno de gás e um bico para gás 230 (que inclui uma ou mais portas) presa ao misturador Venturi. O bico para gás 230 se estende dentro da abertura central 52 do bocal para queimador. Uma blindagem 232 fica posicionada em torno do bico para gás para estabilizar a chama piloto ao assegurar a estequiometria apropriada através da adição de ar e da proteção da chama. Conforme mostrado pelas setas na figura 9, o ar é atraído através das portas na blindagem 232. A chama é descarregada para fora da parte superior da blindagem.

Conforme determinado acima, a configuração particular do aparelho queimador de gás 10, que inclui a configuração do bocal para queimador 50, e as estruturas dos meios de injeção de gás combustível primário e secundário 160 e 162 podem variar dependendo da aplicação. Na maioria dos exemplos, tanto as superfícies internas Coanda 80 quanto a(s) superfície(s) externa(s) Coanda 130 serão utilizadas. Sem levar em consideração a configuração particular utilizada, o objetivo é misturar uma grande quantidade de gás de combustão com o gás combustível e ar sem impactar negativamente a estabilidade da chama. As superfícies Coanda permitem que uma nova ferramenta seja aplicada ao carregamento e mistura do gás de combustão, formato da chama e distribuição de gás. A mistura aprimorada fornecida pelas superfícies Coanda resulta em fluxo de calor aperfeiçoado, qualidade aprimorada da chama e distribuição de calor aprimorada para a parte inferior do forno (fluxo). O combustível gradual e a zona de combustão secundária servem para reduzir as emissões de óxidos nitrosos, e permitem que a chama seja formada. Um diâmetro estreito de gás pode agora ser aplicado fazendo uso de curvaturas de superfície apropriadas para distribuir o formato de chama requerido ou necessário. O mecanismo de estabilização das superfícies Coanda permite que o queimador seja aceso com êxito a taxas bem menores de fluxo de combustível. Este projeto também permite que os bicos primários de difusão fiquem localizados de certa forma mais profundos no forno para extensões de arraste expandidas. Os projetos anteriores não permitiam que uma extensão de arraste mais longa fosse utilizada sem a ocorrência de instabilidades. O uso das superfícies Coanda permite que a camada limítrofe interna permaneça rica o suficiente para permanecer inflamável. A adição do anel de pré-mistura pobre ou do coletor de distribuição permite que as zonas primárias de difusão sejam adicionalmente estabilizadas por chama através de uma chama homogênea com baixo teor de ΝΟχ. A chama de pré-mistura permite que a modulação do queimador seja estendida além dos projetos típicos sem a ocorrência de instabilidade. Isto permite que o queimador seja altamente estável quando outros queimadores foram observados para se tornarem instáveis. A combinação das geometrias acima permite que o projetista do queimador projete um queimador de NO_X, com baixo de teor de ΝΟχ, ou com teor muito baixo de ΝΟχ de faixa intermediária dentro da mesma configuração de queimador básica. A estabilidade do queimador é substancialmente superior com relação aos típicos queimadores por processo de circulação forçada ou circulação natural, permitindo que as superfícies Coanda adicionem gás de combustão na zona de chama primária. A modulação para o queimador pode agora se encontrar acima de 10 por 1 dependendo do combustível e dos parâmetros operacionais do queimador.

O tamanho total do aparelho queimador de gás que, em geral, inclui o tamanho do bocal para queimador 50 também pode variar dependendo de como o aparelho é usado. Da mesma forma, conforme discutido anteriormente, o formato, tamanho, comprimento, altura e orientação das superfícies internas e externas Coanda podem ser ajustadas conforme se faça necessário, desde que determinados outros parâmetros (por exemplo, uma curvatura suficiente) são mantidas para alcançar um efeito Coanda suficiente.

Em algumas aplicações, o bocal para queimador 50 pode ser retro ajustada aos espaços plenos do queimador existentes. Por exemplo, o bocal para queimador 50 pode ser retro ajustada ao aparelho queimador de gás de projeto de gás gradual. O bocal para queimador 50 pode ser adicionada com novos bicos e condutores para fazer uso da abordagem Coanda para emissões e estabilidade de chama decrescente. Os óxidos nitrosos podem diminuir em um forno quente, enquanto o monóxido de carbono pode diminuir em uma caixa fria durante a inicialização.

Conforme mostrado pelas Figuras 22 e 23, a presente invenção também inclui umo bico para gás Coanda. O bico pode ser usada, por exemplo, como um bocal de descarga de gás combustível primário 168 em conjunto com pistola de gás central 170 (como o bico do tipo nariz de touro) ou misturador Venturi central 176. Esta também pode ser usada como um bocal de descarga de gás combustível primário ou secundário, ou como umo bico para gás piloto 230. A figura 22 ilustra o uso do bico para gás Coanda como umo bico para gás piloto.

O bico para gás Coanda inventiva, em geral, projetada nas Figuras 22 e 23 pela referência numérica 240, inclui uma barril de gás 242 para conexão a uma fonte de gás combustível (um condutor de gás, por exemplo), um defletor de gás 244 preso ao barril de gás, e uma saída de gás combustível 246 disposta entre o barril de gás e o defletor de gás. O defletor de gás 244 é preso ao barril 242 por uma montagem internamente rosqueada 248 (também podem usar outras conexões mecânicas ou soldadas). O defletor de gás 244 possui uma superfície externa que inclui uma superfície Coanda 250 posicionada com relação à saída de gás combustível 246, de modo que o gás combustível descarregada a partir da saída de gás combustível siga a trajetória da superfície Coanda. O defletor de gás 244 do bico para gás Coanda 240, de preferência, possui um formato de tulipa que confere uma superfície Coanda anular 250 ao defletor.

A fim de alcançar um efeito Coanda significante, a superfície da superfície Coanda 250 deveria ser substancialmente lisa e possuir um arco com raio substancialmente verdadeiro ou uniforme. Da mesma forma, é importante que cada superfície externa Coanda 250 possua curvatura suficiente para atrair suficientemente o fluxo de gás em desacordo. Se a superfície Coanda não possuir curvatura ou área de superfície suficiente, a superfície pode não possuir uma área suficiente para iniciar o efeito Coanda por causa do impulso do gás (ou seja, o fluxo de gás pode não ser atraído até a superfície). A fim de assegurar um efeito Coanda suficiente, a razão do diâmetro das portas da saída de 246 (se portas forem usadas), ou a largura das ranhuras da saída de gás combustível 246 (se ranhuras forem usadas) (ou o diâmetro médio de portas ou largura da ranhura se múltiplas portas ou ranhuras forem usadas) (o diâmetro da abertura para descarga do bico) ao raio da superfície Coanda 250 (o raio Coanda do bico) precisa ser de pelo menos 7:1. De preferência, a razão do diâmetro da abertura para descarga do bico com o raio Coanda do bico é de pelo menos 10:1, de forma mais preferencial, de pelo menos 12:1. Assumindo que a superfície Coanda 250 possui curvatura ou área de superfície suficiente, o fluxo ou jato de gás fica alinhado com a curvatura da superfície Coanda para iniciar um efeito Coanda apropriado, mesmo quando se trata de pequenas portas de gás.

Em uma modalidade, a saída de gás combustível 246 compreende uma ranhura anular 252 que descarrega o gás combustível em um ângulo apropriado (por exemplo, 0 a 45°) a partir do barril 242, dependendo da aplicação particular. A saída de gás combustível 246 também pode compreender uma pluralidade de pequenas portas circulares (não-mostradas), tanto em vez da ranhura 252 quanto além dela. Conforme mostrado pela figura 22, em piloto ou em outras aplicações onde a estabilidade da chama é uma conseqüência, ou onde a mistura aprimorada requerida, uma blindagem 254 pode ser presa ao barril 242 para cercar o defletor 244 e a saída 246. A blindagem 254 inclui uma ou mais entradas de ar 260.

A superfície Coanda anular 250 do bico para gás Coanda 240 fica posicionada com relação à saída de gás combustível 246, de modo que o gás combustível descarregado a partir da saída de gás combustível siga a trajetória da superfície Coanda. A superfície Coanda espalha o gás combustível em uma película fina, permitindo que mais ar ou gás de combustão, ou ambos, sejam carregados no fluxo de gás combustível e criem uma pequena mistura de três fluidos rapidamente misturados com uma camada interna limítrofe de combustível rico para estabilidade. Esta aproximação permite que a chama de larga escala se aproxime a não-combustibilidade, enquanto mantém uma chama estável. A quantidade de gás de combustão que pode ser carregada dentro do fluxo de gás combustível pode ser apreciavelmente aumentada sem comprometer a estabilidade. O tamanho total do bico para gás Coanda 240, que inclui o comprimento e diâmetro do barril 242, e o tamanho do defletor 244 pode variar dependendo do tamanho do queimador total e de como o bico é usada. Por exemplo, quando o bico for usada como o bico do tipo nariz de touro 168 da pistola de gás central 170, esta é relativamente grande comparada ao seu tamanho quando for usada como o bico piloto 230. Um tamanho menor do bico é tipicamente usado quando se trata de liberações de calor de cerca de 0,05 a cerca de 1,5 MMBtuh. Uma escala maior pode ser usada para distribuir gás combustível de forma mais significativa, por exemplo, quando o bico for usada como o injetor principal na parte central do bocal (o bico da pistola de gás central 170). Neste caso, o bico pode distribuir, por exemplo, 3 a 10 milhões MMBtuh, ou mais, se requerido pela aplicação particular. O cone e outros componentes supérfluos tipicamente usados em uma pistola de gás não são necessários.

Reportando-se agora à figura 1, será descrita a operação do aparelho queimador de gás 10 inventivo. O aparelho 10 é inicialmente acendido por um piloto interno ou inflamado por uma tocha externa. Visto que a unidade primária de pré-mistura 190 é inflamada, erguida e executada, as diversas válvulas coletoras 220 são abertas para fornecer gás combustível aos componentes do queimador remanescentes. Introduz-se ar no alojamento do queimador 22 através da entrada de ar 32 do mesmo. O registro ou amortecedor de ar 42 regulam a taxa de fluxo do ar no alojamento 22. O ar é conduzido através do alojamento 22 e descarregado através da saída de ar 30 deste para dentro da abertura central 52 do bocal para queimador 50.

Introduz-se uma mistura de gás combustível primário e ar na abertura central 52 do bocal para queimador 50 pela unidade de pré-mistura 190. A mistura de gás combustível e ar é descarregada através de portas para gás de pré-mistura 194 em torno da superfície interna 66 da parede 58 do bocal para queimador. Também se injeta gás combustível primário na aber tura central 52 do bocal para queimador 50 pela pistola de gás central 170. O fluxo de gás combustível e ar de combustão é representado pelas setas nos desenhos. Simultaneamente, o gás combustível primário é conduzido através de condutores externos de gás 164 e descarregado através de bocais de descarga de gás combustível primário 166 dentro, e através, das portas para circulação de gás 70. A injeção de gás combustível a partir dos bocais de descarga de gás combustível primário 166 nas portas para circulação de gás 70 carrega gás de combustão a partir do forno para dentro da abertura central 52 do bocal para queimador 50. O gás combustível primário e o gás de combustão transportados através das portas 70 se deparam com as superfícies internas Coanda 80 e seguem a trajetória desta até a extremidade superior 56 do bocal para queimador. Conforme determinado anteriormente, as superfícies internas Coanda 80 fazem com que o gás combustível e o gás de combustão se misturem rapidamente um ao outro e mantenham a mistura próxima à superfície interna 66 da parede 58 do bocal para queimador 50, permitindo que uma grande quantidade de gás de combustão seja carregada dentro da abertura central para controlar a temperatura da chama e, desse modo, controlar a emissão de óxidos nitrosos e monóxido de carbono sem diluir excessivamente o gás combustível na abertura central 52 (por exemplo, até o ponto em não-combustibilidade). A mistura de gás combustível primário, ar e gás de combustão é inflamada pela unidade de prémistura 190 (ou outros meios piloto) na abertura central 52, descarregada através da saída de descarga 60 e queimada em uma zona de reação primária 270. A zona de reação primária 270 se encontra dentro da abertura central 52 do bocal para queimador 50, e fora do bocal para queimador adjacente à saída de descarga 60 da mesma.

Conduz-se, simultaneamente, o gás combustível de estágio secundário através de condutores externos de gás 164 e, descarregado através de bocais de descarga de gás combustível secundário 168 (que também podem ser os bocais de descarga de gás combustível primário) sobre, ou adjacente, à superfície externa Coanda contínua 130. O gás combustível de estágio secundário segue a trajetória da superfície externa Coanda 130 até a extremidade superior 56 do bocal para queimador, onde esta é inflamada pela chama na zona de combustão primária 170 e, é queimada em uma zona de combustão secundária 280 em torno, e sobre, a parte superior da zona de combustão primária. O fluxo de gás combustível e gás de combustão com relação às superfícies internas e externas Coanda 80 e 130 é mais bem mostrado pelas Figuras 4 e 4A. A figura 4A ilustra o fluxo de gás quando os meios de obstrução de circulação 87 são utilizados para diminuir a saída de fluidos através das portas para circulação de gás 70.

Conforme mostrado pela figura 8, o misturador Venturi central 176 pode ser substituído pela pistola de gás central 170 para servir como um mecanismo de extinção para emissões menores de óxido nitroso, e também criar uma chama menor. Conforme mostrado pela figura 9, uma pluralidade de condutores internos de gás 167 e os bocais de descarga de gás combustível 168 correspondentes podem ser usados ao invés da, ou em conjunto com, unidade de pré-mistura 190. Os meios de obstrução de circulação são, tipicamente, necessários quando os condutores internos de gás 167 e os bocais 168 forem postos adjacentes às portas para circulação de gás 70, e gás combustível de difusão não for injetado através das portas. Conforme mostrado pelas Figuras 11-16, diversas configurações de parede 58 e superfície externa 68 (por exemplo, uma pluralidade de superfícies externas Coanda 130 separada por superfícies planas externas inclinadas 132 ou por uma superfície externa contínua 132) podem ser utilizadas para alcançar uma chama com diâmetro menor e para auxiliar no controle da chama. Conforme mostrado pelas Figuras 16-19, a borda 140 pode ser incluída no bocal para queimador 50 para oferecer mistura adicional bem como estabilização de corpo bojudo. Finalmente, podem-se utilizar diferentes formatos do aparelho queimador de gás 10 para se adaptar à aplicação particular.

O gás combustível é queimado no espaço de forno 14 a uma taxa de fluxo que resulta na liberação de calor desejada. A taxa de ar é introduzida no alojamento 22 por meio da entrada de ar 32 e do registro ou amortecedor de ar 42, de modo que a mistura estequiométrica desejada de gás combustível e ar resulte no espaço de forno 14. Ou seja, uma taxa de fluxo de ar é introduzida no espaço de forno 14 com relação à taxa de fluxo total de gás combustível introduzida a este, que resulta em uma taxa de combustível-ar maior que a mistura estequiométrica. De preferência, a taxa de ar se encontra na faixa de cerca de 10% a cerca de 25% maior que a taxa estequiométrica. Os gases de combustão formados pela combustão do gás combustível no espaço de forno 14 possuem um conteúdo muito baixo de óxidos nitrosos. A parte do gás combustível que é usada como gás combustível primário se encontra, em geral, na faixa de cerca de 5% a cerca de 25% por volume do gás combustível total descarregado pelo aparelho queimador de gás 10 no espaço de forno 14. Ou seja, a taxa de fluxo de gás combustível primário descarregada no espaço de forno é de cerca de 5% a cerca de 25% da taxa de fluxo de gás combustível total distribuída ao aparelho queimador de gás 10, e a taxa de fluxo de gás combustível de estágio secundário descarregada é de cerca de 95% a cerca de 75% da taxa de fluxo de gás combustível total. O gás combustível primário é misturado com os gases de combustão em uma quantidade dentro da faixa de cerca de 1 volume a cerca de 30 volumes de gás de combustão por volume do gás combustível primário dependendo da pressão disponível, da extensão do arraste, e do tamanho das portas para circulação de gás 70. O gás gradual pode ser tender a quase todas as porcentagens entre as portas primárias e as portas adaptadas de ascensor adaptado para otimizar o fluxo de calor. A liberação de calor do queimador em questão ditará para a maioria das partes as fendas utilizadas entre os diferentes condutores.

Em uma modalidade preferida, tanto a as superfícies internas Coanda 80 quanto a(s) superfície(s) externa(s) Coanda 130 são utilizadas. Os meios de injeção de gás combustível primário incluem os condutores externos de gás 164 e a unidade de pré-mistura 190. Ou seja, o gás combustível primário é injetado no bocal para queimador 50 através de portas para circulação de gás 70 e acima da unidade de pré-mistura 190. Em outra modalidade preferida, tanto as superfícies internas Coanda 80 quanto a(s) superfície(s) externa(s) Coanda 130 são utilizadas. Entretanto, os meios de injeção de gás combustível primário poderíam consistem somente na unidade de pré-mistura 190. Ou seja, a única fonte de gás combustível primário é a unidade de pré-mistura 190. A descarga de gás combustível e ar da unidade de pré-mistura 190 e o fluxo de ar através da abertura central 52 ainda carregaria o gás de combustão nas portas para circulação de gás 80 na abertura central, mesmo se o gás combustível primário não for injetado através das portas para circulação de gás. O gás de combustão carregado pelo fluxo de ar através do queimador ainda fluirá através das portas recirculação no bocal depois que uma grande parte do gás de combustão seja aderida à superfície Coanda localizada na parte interna.

A invenção também proporciona um método de queimar uma mistura de ar e gás combustível na presença de gás de combustão em um forno para gerar calor dentro do forno. O método inclui as seguintes etapas:

Primeiramente, o aparelho queimador de gás inventivo é instalado através de uma parede do espaço de forno (de preferência, a parede inferior ou o piso do espaço de forno). Conforme descrito anteriormente, uma pluralidade de portas para circulação de gás 70 se estende através da parede 58 do bocal para queimador 50. A superfície interna 66 da parede 58 inclui uma pluralidade de superfícies internas Coanda 80, sendo que cada superfície interna Coanda fica posicionada adjacente à porta para circulação de gás 70. Dependendo da aplicação, o aparelho queimador de gás 10 também pode incluir um ou mais dos outro componentes descritos acima.

Injeta-se ar dentro da abertura central 52 do bocal para queimador 50. Injeta-se gás combustível primário através das portas para circulação de gás 70 sobre ou adjacente às superfícies internas Coanda 80 para carregar gás de combustão a partir da parte externa da parede 58 (por exemplo, a partir do espaço de forno) para dentro da abertura central 52 do bocal para queimador 50, e se forma uma mistura homogênea de ar, gás combustível e gás de combustão na abertura central. A mistura de ar, gás combustível e gás de combustão é descarregada a partir da saída de descarga 60 da extremidade superior 56 do bocal para queimador 50 no espaço de forno 14, e a mistura de ar e gás combustível é queimada no espaço de forno, enquanto é diluída de forma expressiva junto ao forno gás de combustão.

Em outra modalidade, o método de queima de uma mistura de ar e gás combustível na presença de gás de combustão em um forno para gerar calor no forno compreende as seguintes etapas:

O queimador de gás inventivo 10 é instalado através de uma parede do espaço de forno 14 (de preferência, uma parede inferior ou o piso do espaço de forno 14). A superfície externa 68 da parede 58 do bocal para queimador 50 inclui uma superfície externa Coanda 130 que se estende para fora a partir da superfície externa.

Injetam-se ar e gás combustível para dentro da abertura central 52 do bocal para queimador 50, pela qual a mistura de ar e gás combustível é formada na abertura central. A mistura de ar e gás combustível é então descarregada a partir da saída de descarga 60 do bocal para queimador 50 no espaço de forno 14, e a mistura é queimada em uma zona de reação primária 270 no espaço de forno. O gás combustível gradual também é injetado sobre ou adjacente à superfície externa Coanda 130 de forma que carregue gás de combustão a partir do espaço de forno 14 para criar uma mistura gradual de gás combustível/gás de combustão, e faça com que a mistura gradual de gás combustível/gás de combustão seja queimada em uma zona de reação secundária 280 no espaço de forno.

Se desejado, as etapas dos métodos descritos anteriormente podem ser combinadas em um único método.

A fim de ilustrar adicionalmente a invenção, proporciona-se o seguinte exemplo.

EXEMPLO

O aparelho queimador de gás inventivo 10 foi testado por desempenho. As superfícies internas Coanda 80 e uma superfície Coanda contínua 130 foram incluídas na parede 58 do bocal para queimador 50. Os meios de injeção de gás combustível primário na configuração particular de queimador testados incluíram os condutores externos de gás 164 e os bocais de descarga de gás combustível 166. Os bocais de descarga de gás combustível incluíram tanto as portas para injeção de gás combustível primário através das portas para circulação de gás 80, quanto as portas para injeção de gás combustível secundário sobre ou adjacente à superfície externa Coanda 130. A unidade de pré-mistura 190 também foram utilizadas para reduzir as emissões de óxido nitroso. A membrana de pré-mistura 192 incluiu 36 portas para gás de pré-mistura 194 que possuíam um diâmetro 0,663 centímetros (0,261 polegada). Estas portas foram espalhadas em torno da superfície superior da membrana de pré-mistura 192. Cada porta com 0,663 centímetros (0,261 polegada) possuía uma porta de 0,317 centímetros (0,125 polegada) localizada entre esta, que também foi escareada com uma porta com diâmetro de 0,317 centímetros (0,125 polegada) sobreposta sobre esta. O propósito das portas menores foi servir uma porta de inflamação que foi utilizada para interligar as portas maiores. Nem os condutores internos de gás 167, a pistola de gás central 170 nem o misturador Venturi central 176 foram utilizados. Em geral, o aparelho queimador de gás 10 testado foi configurado como o aparelho queimador de gás 10 mostrado nas figuras 1-7 exceto pelo fato de que a pistola de gás central 170 não foi incluída.

A unidade de pré-mistura foi manualmente inflamada seguida pela inflamação do resto do queimador. O amortecedor 42 foi deixado em sua forma aberta durante todos os pontos de teste. A unidade primária de pré-mistura foi habilmente acendida criando um conjunto uniforme de elementos de chama azuis em tomo do perímetro interno do bocal para queimador. A parte principal do queimador foi acesa a uma pressão de aproximadamente 0,6875 Kpa (0,1 psig). Aumentou-se a liberação de calor do queimador até aproximadamente 0,84 MMBtuh para iniciar o aquecimento do forno. A chama era compacta e pareceu nem estável. Os níveis de monóxido de carbono e óxido nitroso foram muito bons em todos os pontos de teste mantendo emissões registráveis menores que 26 ppmv (média) desde sem fogo até a saturação. Observou-se que o bocal para queimador 50 possuía uma incandescência vermelha durante todo o teste.

Geraram-se os seguintes dados de teste.

Dados de Teste

Liberação de Calor Pressão da Extremidade

0,85 MMBtuh

2,75 Kpa manométrico (0,4 psig)

Gás Combustível

Tamanho da Perfuração

Gás de Pré-Mistura

Emissões de ΝΟχ

Emissões de CO

Percentual de 02

Qualidade da Chama

Tipo de Misturador

Extremidade de Pré-mistura (portas grandes)

Extremidade de Pré-mistura (portas pequenas)

Temperatura de Piso de Forno

Temperatura de Forno * Gás natural de Tulsa

Liberação de Calor

Pressão da Extremidade

Gás Combustível

Tamanho da Perfuração

Gás de Pré-Mistura

Emissões de NOX

Emissões de CO

Percentual de 02

Qualidade da Chama

Tipo de Misturador

Extremidade de Pré-mistura (portas grandes)

Extremidade de Pré-mistura (portas pequenas)

Temperatura de Piso de Forno

Temperatura de Forno *Gás natural de Tulsa

Liberação de Calor

Pressão da Extremidade

Gás Combustível

100% TNG* #52 MTD

5,31 ppmv

34,80 ppmv

18,63%

Muito boa

Piloto Brnr. Padrão

0,66 cm (0,261)

0,32 cm (0,125)

168,89°C (336 °F)

195,56°C (384 °F)

2,07 MMBtuh

17,875 Kpa manométrico (2,6 psig)

100% TNG* #52 MTD

11,2 ppmv

9,04 ppmv

16,15

Muito boa

Piloto Brnr. Padrão

0,66 cm (0,261)

0,32 cm (0,125)

361,67°C (683 °F)

380,56°C (717 °F)

3,0 MMBtuh

37,125 Kpa manométrico (5,4 psig)

100% TNG*

Tamanho da Perfuração

Gás de Pré-Mistura

Emissões de NOX

Emissões de CO

Percentual de 02

Qualidade da Chama

Tipo de Misturador

Extremidade de Pré-mistura (portas grandes)

Extremidade de Pré-mistura (portas pequenas)

Temperatura de Piso de Forno Temperatura de Forno *Gás natural de Tulsa

Liberação de Calor

Pressão da Extremidade

Gás Combustível

Tamanho da Perfuração

Gás de Pré-Mistura

Emissões de NOX

Emissões de CO

Percentual de 02

Qualidade da Chama

Tipo de Misturador

Extremidade de Pré-mistura (portas grandes)

Extremidade de Pré-mistura (portas pequenas)

Temperatura de Piso de Forno Temperatura de Forno *Gás natural de Tulsa

Liberação de Calor

Pressão da Extremidade

Gás Combustível

Tamanho da Perfuração #52 MTD

12,42 ppmv

12,33 ppmv

14,38%

Muito boa

Piloto Brnr. Padrão

0,66 cm (0,261)

0,32 cm (0,125)

459,44°C (859 °F)

478,33°C (893 °F)

4,00 MMBtuh

64,625 Kpa manométrico (9,4 psig)

100% TNG* #52 MTD

10,19 ppmv

26,62 ppmv

12,56%

Muito boa

Piloto Brnr. Padrão

0,66 cm (0,261)

0,32 cm (0,125)

546,11°C (1015 °F)

557,78°C (1036 °F)

4,97 MMBtuh

105,18 Kpa manométrico (15,3 psig)

85% TNG* e 15% H2 #52 MTD

Gás de Pré-Mistura

Emissões de NOX

Emissões de CO

Percentual de 02

Qualidade da Chama

Tipo de Misturador

Extremidade de Pré-mistura (portas grandes)

Extremidade de Pré-mistura (portas pequenas)

Temperatura de Piso de Forno Temperatura de Forno *Gás natural de Tulsa

Liberação de Calor

Pressão da Extremidade

Gás Combustível

Tamanho da Perfuração

Gás de Pré-Mistura

Emissões de NOX

Emissões de CO

Percentual de 02

Qualidade da Chama

Tipo de Misturador

Extremidade de Pré-mistura (portas grandes)

Extremidade de Pré-mistura (portas pequenas)

Temperatura de Piso de Forno Temperatura de Forno *Gás natural de Tulsa

Liberação de Calor

Pressão da Extremidade

Gás Combustível

Tamanho da Perfuração

Gás de Pré-Mistura

9,95 ppmv

10,99 ppmv

10,22%

Muito boa

Piloto Brnr. Padrão

0,66 cm (0,261)

0,32 cm (0,125)

614,44°C (1138 °F)

627,22°C (1161 °F)

6,01 MMBtuh

143,68 Kpa manométrico (20,9 psig)

85% TNG* /15% H2 #52 MTD

10,74 ppmv

9,30 ppmv

8,12%

Muito boa

Piloto Brnr. Padrão

0,66 cm (0,261)

0,32 cm (0,125)

657,78°C (1216 °F)

680,00°C (1256 °F)

6,50 MMBtuh

162,25 Kpa manométrico (23,6 psig)

85% TNG*/15% H2 #52 MTD

Emissões de NOX

Emissões de CO

Percentual de 02

Qualidade da Chama

Tipo de Misturador

Extremidade de Pré-mistura (portas grandes)

Extremidade de Pré-mistura (portas pequenas)

Temperatura de Piso de Forno

Temperatura de Forno *Gás natural de Tulsa

Liberação de Calor

Pressão da Extremidade

Gás Combustível

Tamanho da Perfuração

Gás de Pré-Mistura

Emissões de NOX

Emissões de CO

Percentual de 02

Qualidade da Chama

Tipo de Misturador

Extremidade de Pré-mistura (portas grandes)

Extremidade de Pré-mistura (portas pequenas)

Temperatura de Piso de Forno

Temperatura de Forno *Gás natural de Tulsa

Liberação de Calor

Pressão da Extremidade

Gás Combustível

Tamanho da Perfuração

Gás de Pré-Mistura

Emissões de NOX

12,99 ppmv

1,10 ppmv

7,01%

Muito boa

Piloto Brnr. Padrão

0,66 cm (0,261)

0,32 cm (0,125)

672,22°C (1242 °F)

716,67°C (1322 °F)

7,04 MMBtuh

183,56 Kpa manométrico (26,7 psig)

85% TNG* /15% H2 #52 MTD

13,66 ppmv

0,00 ppmv

5,63%

Muito boa

Piloto Brnr. Padrão

0,66 cm (0,261)

0,32 cm (0,125)

6,88, 33 °C (1271°F)

741,67°C (1367 °F)

7,28 MMBtuh

193,18 Kpa manométrico (28,1 psig)

85% TNG*/15% H2 #52 MTD

13,37 ppmv

Emissões de CO

Percentual de 02

Qualidade da Chama

Tipo de Misturador

Extremidade de Pré-mistura (portas grandes)

Extremidade de Pré-mistura (portas pequenas)

Temperatura de Piso de Forno Temperatura de Forno *Gás natural de Tulsa

Liberação de Calor

Pressão da Extremidade

Gás Combustível

Tamanho da Perfuração

Gás de Pré-Mistura

Emissões de NOX

Emissões de CO

Percentual de 02

Qualidade da Chama

Tipo de Misturador

Extremidade de Pré-mistura (portas grandes)

Extremidade de Pré-mistura (portas pequenas)

Temperatura de Piso de Forno

Temperatura de Forno *Gás natural de Tulsa

Liberação de Calor

Pressão da Extremidade

Gás Combustível

Tamanho da Perfuração

Gás de Pré-Mistura

Emissões de NOX

Emissões de CO

0,00 ppmv

4,68%

Muito boa

Piloto Brnr. Padrão

0,66 cm (0,261)

0,32 cm (0,125)

695,00°C (1283 °F)

746,67°C (1376 °F)

7,98 MMBtuh

219,31 manométrico (31,9 psig)

85%TNG*/15% H2 #52 MTD

11,32 ppmv

0,00 ppmv

2,56%

Muito boa

Piloto Brnr. Padrão

0,66 cm (0,261)

0,32 cm (0,125)

701,11°C (1294 °F)

798,33°C (1469 °F)

8,10 MMBtuh

222,75 Kpa manométrico (32,4 psig)

85% TNG* / 15% H2 #52 MTD

10,82 ppmv

0,00 ppmv

Percentual de 02

Qualidade da Chama

Tipo de Misturador

Extremidade de Pré-mistura (portas grandes)

Extremidade de Pré-mistura (portas pequenas)

Temperatura de Piso de Forno

Temperatura de Forno *Gás natural de Tulsa

Liberação de Calor

Pressão da Extremidade

Gás Combustível

Tamanho da Perfuração

Gás de Pré-Mistura

Emissões de NOX

Emissões de CO

Percentual de 02

Qualidade da Chama

Tipo de Misturador

Extremidade de Pré-mistura (portas grandes)

Extremidade de Pré-mistura (portas pequenas)

Temperatura de Piso de Forno Temperatura de Forno *Gás natural de Tulsa

Liberação de Calor

Pressão da Extremidade

Gás Combustível

Tamanho da Perfuração

Gás de Pré-Mistura

Emissões de NOX

Emissões de CO

Percentual de 02

1,93%

Muito boa

Piloto Brnr. Padrão

0,66 cm (0,261)

0,32 cm (0,125)

696,67°C (1286 °F)

801,67°C (1475 °F)

8,33 MMBtuh

233,75 Kpa manométrico (34,0 psig)

85% TNG* / 15% H2 #52 MTD

10,24 ppmv

0,00 ppmv

2,08%

Muito boa

Piloto Brnr. Padrão

0,66 cm (0,261)

0,32 cm (0,125)

694,44°C (1282 °F)

815,00°C (1499 °F)

8,58 MMBtuh

241,31 Kpa manométrico (35,1 psig)

85% TNG*/15% H2 #52 MTD

10,34 ppmv

0,00 ppmv

0,67%

Qualidade da Chama

Tipo de Misturador

Extremidade de Pré-mistura (portas grandes)

Extremidade de Pré-mistura (portas pequenas)

Temperatura de Piso de Forno

Temperatura de Forno *Gás natural de Tulsa

Liberação de Calor

Pressão da Extremidade

Gás Combustível

Tamanho da Perfuração

Gás de Pré-Mistura

Emissões de NOX

Emissões de CO

Percentual de 02

Qualidade da Chama

Tipo de Misturador

Extremidade de Pré-mistura (portas grandes)

Extremidade de Pré-mistura (portas pequenas)

Temperatura de Piso de Forno

Temperatura de Forno *Gás natural de Tulsa

Liberação de Calor

Pressão da Extremidade

Gás Combustível

Tamanho da Perfuração

Gás de Pré-Mistura

Emissões de NOX

Emissões de CO

Percentual de 02

Qualidade da Chama

Muito boa

Piloto Brnr. Padrão

0,66 cm (0,261)

0,32 cm (0,125)

694,44°C (1282 °F)

833,33°C (1532 °F)

8,62 MMBtuh

242,68 Kpa manométrico (35,3 psig)

85%TNG*/15% H2 #52 MTD

9,71 ppmv

2,44 ppmv

0,37%

Muito boa

Piloto Brnr. Padrão

0,66 cm (0,261)

0,32 cm (0,125)

695,56°C (1284 °F)

836,11°C (1537 °F)

8,65 MMBtuh

242,68 Kpa manométrico (35,3 psig)

85%TNG*/15% H2 #52 MTD

9,22 ppmv

131,8 ppmv

0,15%

Boa

Tipo de Misturador Piloto Brnr. Padrão

Extremidade de Pré-mistura (portas 0,66 cm (0,261) grandes)

Extremidade de Pré-mistura (portas 0,32 cm (0,125) pequenas)

Temperatura de Piso de Forno

Temperatura de Forno

695,00°C (1283 °F)

816,11°C (1501 °F) *Gás natural de Tulsa

Desta maneira, o aparelho queimador de gás inventivo teve um desempenho muito bom. A unidade de pré-mistura 190 trabalhou bem. Inexistiu monóxido de carbono durante a maior parte do desligamento, aqueci5 mento e funcionamento estável. Observou-se também que as emissões de óxido nitroso foram bem baixas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Bocal de queimador (50), para uso em associação com uma câmara de queimador (20), para formar um aparelho queimador de gás que serve para descarregar uma mistura de gás combustível e ar dentro de um

5 forno, onde a mistura é queimada na presença de gás de combustão enquanto se produz um baixo teor de óxidos nitrosos, onde a câmara de queimador inclui um alojamento (22) para fixação ao forno que inclui uma extremidade superior (24) que possui uma saída de ar (30) disposta no mesmo, sendo que o dito bocal de queimador possui uma abertura central (52) para

10 receber ar a partir da saída de ar do alojamento da câmara e compreende: uma extremidade inferior (54) fixável à extremidade superior do alojamento da câmara sobre a saída de ar nele disposta;

uma extremidade superior (56) que se opõe à dita extremidade inferior, sendo que a dita extremidade superior inclui uma saída de descarga;

15 e uma parede (58) que conecta a dita extremidade inferior à dita extremidade superior e que cerca a dita abertura central, a dita parede sendo extensível para dentro do dito forno e possuindo uma superfície interna (66) e uma superfície externa (68),

20 o bocal de queimador sendo caracterizado pelo fato de que a dita superfície externa da dita parede inclui uma superfície externa Coanda (130) que se eleva para fora a partir da dita superfície exterior para melhorar a mistura de gás de combustão com gás de combustível secundário adjacente à mesma.

25
2. Bocal de queimador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita parede do dito bocal de queimador inclui ainda pelo menos uma porta para circulação de gás (70) se estendendo através da dita parede..
3. Bocal de queimador de acordo com a reivindicação 2, carac-

30 terizado pelo fato de que a dita superfície interna da dita parede inclui uma superfície interna Coanda (80) que se eleva para dentroda abertura central do dito bocal de queimador.

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4. Bocal de queimador de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a dita superfície interna Coanda (80) é posicionada na dita superfície interior (66) da dita parede (58) adjacente à dita porta de circulação de gás (70).
5. Bocal de queimador de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a dita superfície interior (66) da dita parede do dito bocal inclui uma seção rebaixada (82), e a dita porta para circulação de gás (70) e a dita superfície interna Coanda (80) ficam posicionadas na dita seção rebaixada.
6. Bocal de queimador de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a dita seção rebaixada (82) inclui paredes laterais de oposição (84, 86) que se estendem para fora a partir da dita superfície interior para dentro da dita abertura central do dito bocal, as ditas paredes laterais de oposição se estendem mais para dentro da dita abertura central do que a dita superfície interna Coanda (80) se estende para dentro da dita abertura central.
7. Bocal de queimador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita parede do dito bocal de queimador inclui uma pluralidade de portas para circulação de gás (70) que se estende através da dita parede.
8. Bocal de queimador de acordo com a reivindicação 1 ou 7, caracterizado pelo fato de que a dita superfície interior (60) da dita parede inclui uma pluralidade de superfícies internas Coanda (80), em que cada uma das ditas superfícies internas Coanda se eleva para dentro da dita abertura central (52) do dito bocal de queimador.
9. Bocal de queimador de acordo com a reivindicação 1, 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que a dita superfície interior da dita parede do dito bocal de queimador inclui uma pluralidade de seções rebaixadas (82), em que cada uma das ditas seções rebaixadas possui uma porta para circulação de gás e uma superfície interna Coanda posicionada nela.
10. Bocal de queimador de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que cada uma das ditas seções rebaixadas (82) inclui

Petição 870180040002, de 14/05/2018, pág. 7/18

3 paredes laterais de oposição que se estendem a partir da dita superfície interior para dentro da dita abertura central do dito bocal de queimador, as ditas paredes laterais de oposição se estendem mais para dentro da dita abertura central do que a superfície interna Coanda que fica posicionada na seção rebaixada se estende para dentro da dita abertura central.
11. Bocal de queimador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que dita superfície externa (68) da dita parede do dito bocal de queimador inclui uma pluralidade de superfícies externas Coanda (130), sendo que cada uma das ditas superfícies externas Coanda se elevam para fora a partir da dita superfície externa.
12. Bocal de queimador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que dita superfície externa Coanda (130) se estende completamente em torno da dita superfície externa (68) da dita parede do dito bocal de queimador.
13. Bocal de queimador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o dito bocal (50) possui um formato substancialmente circular em corte transversal.
14. Bocal de queimador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o dito bocal (50) possui uma borda (140) se estendendo transversalmente a partir da dita superfície interior da dita parede para dentro da dita abertura central, a dita borda sendo fixada à dita parede adjacente à dita extremidade superior do dito bocal de queimador e se estendendo em torno da dita superfície da dita parede do dito bocal de queimador.
15. Bocal de queimador de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a dita borda (140) inclui uma extremidade inferior, uma extremidade superior e um corpo conectando a dita extremidade inferior e a dita extremidade superior juntas, o dito corpo incluindo uma pluralidade de protrusões se estendendo para dentro da dita abertura central.
16. Aparelho queimador de gás (10) para descarregar uma mistura de gás combustível e ar dentro de um forno, onde a mistura é queimada na presença de gás de combustão enquanto produz um baixo conteúdo de

Petição 870180040002, de 14/05/2018, pág. 8/18 óxidos nitrosos caracterizado pelo fato de que compreende:

um alojamento (22) para conexão ao dito forno (16), sendo que o dito alojamento inclui:

uma extremidade superior (24) conectada ao dito forno, sendo

5 que a dita extremidade superior possui uma saída de ar disposta na mesma; uma extremidade inferior (26) que se opõe à dita extremidade superior; e uma parede lateral (28) que conecta a dita extremidade superior e a dita extremidade inferior uma na outra, onde pelo menos uma das ditas 10 paredes laterais e dita extremidade inferior possui uma entrada de ar disposta na mesma;

um bocal de queimador (50) conforme definido na reivindicação 1, em que a dita extremidade inferior (54) é fixada à dita extremidade superior (24) do dito alojamento sobre a dita saída de ar;

15 um meio de injeção de gás combustível primário (160) conectado a uma fonte de gás combustível e associado de forma operável com o dito aparelho queimador para injetar o gás combustível primário dentro da dita abertura central do dito bocal de queimador; e um meio de injeção de gás combustível secundário (162) conec20 tado a uma fonte de gás combustível e associado de forma operável com o dito aparelho queimador para injetar o gás combustível em estágio secundário proveniente da parte externa do dito bocal de queimador em ou adjacente à dita superfície externa Coanda.
17. Aparelho queimador de gás de acordo com a reivindicação

25 16, caracterizado pelo fato de que dita superfície externa (68) da dita parede do dito bocal de queimador inclui uma pluralidade de superfícies externas Coanda (130), sendo que cada uma das ditas superfícies externas Coanda se elevam para fora a partir da dita superfície externa, e o dito meio de injeção de gás combustível secundário inclui uma pluralidade de condutores de

30 gás externos (164), em que cada condutor de gás externo é conectado à dita fonte de gás combustível e possui um bocal de gás combustível secundário conectado nele para injetar gás combustível de estágio secundário na ou

Petição 870180040002, de 14/05/2018, pág. 9/18 adjacente a uma das ditas superfícies externas Coanda
18. Aparelho queimador de gás de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a dita superfície externa Coanda (130) se estende completamente em torno da dita superfície externa da dita parede do dito bocal de queimador, e o dito meio de injeção de gás combustível secundário inclui uma pluralidade de condutores de gás externos (164), em que cada condutor de gás externo é conectado à dita fonte de gás combustível e possui um bocal de gás combustível secundário conectado nele para injetar gás combustível de estágio secundário na ou adjacente à dita superfície externa Coanda.
19. Aparelho queimador de gás de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o dito meio de injeção de gás combustível secundário (162) inclui um condutor de gás externo (164) conectado à dita fonte de gás combustível e possui um bocal de gás combustível secundário conectado nele para injetar gás combustível de estágio secundário na ou adjacente à dita superfície externa Coanda.
20. Aparelho queimador de gás de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 19, caracterizado pelo fato de que a dita parede do dito bocal de queimador inclui pelo menos uma porta de circulação de gás (70) se estendendo através da dita parede.
21. Aparelho queimador de gás de acordo com a reivindicação

20, caracterizado pelo fato de que a dita superfície interior da dita parede inclui uma superfície interna Coanda (80) que se eleva para dentro da abertura central do dito bocal de queimador.
22. Aparelho queimador de gás de acordo com a reivindicação

21, caracterizado pelo fato de que a dita superfície interna Coanda (80) é posicionada na dita superfície interior da dita parede adjacente à dita porta de circulação de gás.
23. Aparelho queimador de gás de acordo com a reivindicação 21 ou 22, caracterizado pelo fato de que o dito meio de injeção de gás combustível primário (160) inclui um condutor de gás externo (164) conectado à dita fonte de gás combustível, o dito condutor de gás externo possuindo

Petição 870180040002, de 14/05/2018, pág. 10/18

6 um bocal de gás combustível primário externo conectado nele e posicionado do lado de fora da dita parede do dito bocal do queimador para injetar gás combustível primário através da dita porta de circulação de ar na ou adjacente à dita superfície interna Coanda.
24. Aparelho queimador de gás de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o dito meio de injeção de gás combustível secundário (162) inclui o dito um condutor de gás externo (164) do dito meio de injeção de gás combustível primário um bocal de descarga de gás combustível secundário conectado ao dito condutor para injetar gás combustível de estágio secundário na ou adjacente à dita superfície externa Coanda.
25. Aparelho queimador de gás de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 24, caracterizado pelo fato de que o dito bocal de queimador (50) inclui adicionalmente um meio de obstrução de circulação (87) posicionado na dita porta para circulação de gás para inibir o fluxo de fluidos a partir de dentro da dita abertura central do dito bocal através da dita porta para circulação de gás.
26. Aparelho queimador de gás de acordo com a reivindicação

25, caracterizado pelo fato de que o dito meio de obstrução de circulação (87) inclui uma blindagem (88) conectada à dita parede do dito bocal de queimador se estendendo para cima dentro da dita porta para circulação de gás.
27. Aparelho queimador de gás de acordo com a reivindicação

26, caracterizado pelo fato de que a dita blindagem (88) é fixada à dita parede do dito bocal de queimador abaixo da dita porta de circulação de gás (70).
28. Aparelho queimador de gás de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 27, caracterizado pelo fato de que a dita superfície interior da dita parede do dito bocal de queimador inclui uma seção rebaixada (82), e a dita porta de circulação de gás e a dita superfície interna Coanda são posicionadas na dita seção rebaixada.
29. Aparelho queimador de acordo com a reivindicação 28, caPetição 870180040002, de 14/05/2018, pág. 11/18 racterizado pelo fato de que a dita seção rebaixada (82) inclui paredes laterais de oposição (84, 86) que se estendem a partir da dita superfície interior para dentro da dita abertura central do dito bocal de queimador, as ditas paredes laterais de oposição se estendem mais para dentro da dita abertura

5 central do que a dita superfície interna Coanda (80) se estende para dentro da dita abertura central.
30. Aparelho queimador de gás de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 29, caracterizado pelo fato de que o dito meio de injeção de gás combustível primário (160) inclui uma unidade de pré-mistura

10 (190) que compreende:

uma membrana de pré-mistura (192) que se estende ao redor da superfície interior da dita parede do dito bocal de queimador abaixo da dita porta para circulação de gás nela e que possui uma pluralidade de portas de gás de pré-mistura na parte superior dela;

15 um misturador Venturi (196) que inclui:

um condutor de gás interno (198) conectado à dita fonte de gás combustível e que possui um bocal de descarga de gás combustível primário interno conectado nele; e um alojamento Venturi (202) associado de forma operável com o 20 dito condutor de gás interno e o bocal de descarga de gás combustível primário e conectado à membrana de pré-mistura para alimentar uma mistura de gás combustível primário e ar dentro da membrana de pré-mistura.
31. Aparelho queimador de gás de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 30, caracterizado pelo fato de que a dita entrada de

25 ar (32) é disposta na dita parede lateral (28) do dito alojamento (22).
32. Aparelho queimador de gás de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 31, caracterizado pelo fato de que o dito meio de injeção de gás combustível primário (160) inclui um condutor de gás interno (167) conectado à dita fonte de gás combustível e posicionado dentro do dito

30 alojamento, sendo que o dito condutor de gás interno (167) possui um bocal de descarga de gás combustível primário interno (168) conectado nele para injetar uma mistura gás combustível primário e ar dentro da dita abertura

Petição 870180040002, de 14/05/2018, pág. 12/18 central do dito bocal de queimador.
33. Aparelho queimador de gás de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 31, caracterizado pelo fato de que o dito meio de injeção de gás combustível primário (160) inclui um condutor de gás interno (167) conectado à dita fonte de gás combustível e posicionado dentro do dito alojamento, sendo que o dito condutor de gás interno (167) possui um bocal de descarga de gás combustível primário interno (168) conectado nele e um alojamento Venturi (178) associado de maneira operável com o mesmo para injetar uma mistura gás combustível primário e ar dentro da dita abertura central do dito bocal de queimador.
34. Aparelho queimador de gás de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 19, caracterizado pelo fato de que a dita parede do dito bocal de queimador inclui uma pluralidade de portas de circulação de gás (70) se estendendo através da dita parede.
35. Aparelho queimador de gás de acordo a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que a dita superfície interior inclui uma pluralidade de superfícies internas Coanda (80), cada uma das ditas superfícies internas Coanda se elevando para dentro da dita abertura central do dito bocal de queimador.
36. Aparelho queimador de gás de acordo com a reivindicação

35, caracterizado pelo fato de que a dita superfície interior da dita parede do dito bocal de queimador inclui uma pluralidade de seções rebaixadas (82), em que cada uma das ditas seções rebaixadas possui uma porta para circulação de gás e uma superfície interna Coanda posicionada nela.
37. Aparelho queimador de gás de acordo com a reivindicação

36, caracterizado pelo fato de que cada uma das ditas seções rebaixadas (82) inclui paredes laterais de oposição que se estendem a partir da dita superfície interior para dentro da dita abertura central do dito bocal de queimador, as ditas paredes laterais de oposição se estendem mais para dentro da dita abertura central do que a superfície interna Coanda que fica posicionada na seção rebaixada se estende para dentro da dita abertura central.
38. Aparelho queimador de gás de acordo com qualquer uma

Petição 870180040002, de 14/05/2018, pág. 13/18 das reivindicações 16 a 37, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente meios de piloto (223) para acender o dito queimador conectado a uma fonte de gás combustível e que se estende para dentro da dita abertura central do dito bocal.

5
39. Aparelho queimador de gás de acordo com a reivindicação

38, caracterizado pelo fato de que o dito meio de piloto (223) compreende um condutor de gás (226) e um bico de gás (230) que possui uma ou mais portas de gás nele.
40. Aparelho queimador de gás de acordo com a reivindicação

10 39, caracterizado pelo fato de que o dito bico de gás (230) inclui um barril de gás (242) conectado ao dito condutor, um defletor de gás (244) conectado ao dito barril de gás e uma saída de gás combustível (246) disposta entre o dito barril de gás e o dito defletor de gás, sendo que o dito defletor de gás possui uma superfície exterior que inclui uma superfície Coanda posicionada

15 com relação à dita saída de gás combustível, de modo que o gás combustível descarregado a partir da dita saída de gás combustível siga o percurso da dita superfície Coanda.
41. Aparelho queimador de gás de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 40, caracterizado pelo fato de que o dito bocal de

20 queimador (50) tem uma forma de seção transversal substancialmente redonda.
42. Aparelho queimador de gás de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 41, caracterizado pelo fato de que o dito bocal de queimador (50) compreende ainda uma borda (140) se estendendo transver-

25 salmente a partir da dita superfície interior da dita parede para dentro da dita abertura central, a dita borda sendo fixada à dita parede adjacente à dita extremidade superior do dito bocal de queimador e se estendendo em torno da dita superfície interior da dita parede do dito bocal de queimador.
43. Aparelho queimador de gás de acordo com a reivindicação

30 42, caracterizado pelo fato de que a dita borda (140) inclui uma extremidade inferior, uma extremidade superior e um corpo conectando a dita extremidade inferior e a dita extremidade superior juntas, o dito corpo incluindo uma

Petição 870180040002, de 14/05/2018, pág. 14/18 pluralidade de protrusões se estendendo para dentro da dita abertura central.
44. Aparelho queimador de gás de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 43, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma câmara incluindo o dito alojamento.
45. Método de queimar uma mistura de ar, gás combustível e gás de combustão em um espaço de forno (14) de um forno (16) para gerar calor no espaço de forno, onde se utiliza um aparelho queimador de gás incluindo uma parede cercando uma zona de mistura para misturar ar, gás combustível e gás de combustão antes da combustão dos mesmos, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

proporcionar uma superfície Coanda (130) se elevando para fora a partir da superfície exterior da parede do aparelho de queimador para melhorar a mistura do gás de combustão com gás de combustível adjacente nele;

injetar gás combustível primário na zona de mistura de modo a fazer com que que o gás combustível se misture com ar na zona de mistura;

descarregar a mistura de ar e gás combustível a partir da zona de mistura; e queimar a mistura de ar e gás combustível descarregada a partir da zona de mistura em uma zona de reação primária no espaço de forno, injetar um fluxo de gás combustível de estágio secundário na ou adjacente à superfície externa Coanda de modo a embarcar gás de combustão no fluxo para criar uma mistura secundária de gás de combustível/combustão e fazer com que a dita mistura secundária de gás de combustível/combustão queime em uma zona de reação secundária do espaço de forno.
46. Método de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de que a superfície interior (66) da parede do aparelho queimador inclui uma superfície interna Coanda (80), e o gás de combustível injetado na zona de mistura é injetado na ou adjacente à superfície interna Coanda de modo a embarcar gás de combustão a partir do lado de fora da zona de

Petição 870180040002, de 14/05/2018, pág. 15/18 mistura na zona de mistura e faz com que o gás de combustão se misture com o ar e o gás de combustível na zona de mistura.