ITMI20092116A1 - Bruciatore industriale e relativo processo di combustione per forni di trattamento termico - Google Patents

Description

“BRUCIATORE INDUSTRIALE E RELATIVO PROCESSO DI COMBUSTIONE PER FORNI DI TRATTAMENTO TERMICOâ€

Campo dell'invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un bruciatore ad alta velocità con fiamma tesa e compatta in grado di ottenere emissioni di NOx molto basse mantenendo stabile la fiamma a qualsiasi temperatura di camera. Il bruciatore adotta tecniche di combustione quali la suddivisione della combustione principale in tre stadi (air and fuel staging), il ricircolo dei fumi e l’ulteriore diluizione dei reagenti.

Stato della tecnica

Negli ultimi anni la richiesta del mercato riguardo la diminuzione dei consumi di gas ha spinto i costruttori di forni industriali a sviluppare i propri prodotti sfruttando il calore dei fumi di combustione per riscaldare l'aria di combustione attraverso degli scambiatori. Si à ̈ generata pertanto l’esigenza di sviluppare dei bruciatori che funzionassero con l’aria comburente preriscaldata a temperature di circa 400-550°C. Al tempo stesso le leggi sulle emissioni di monossido e biossido di azoto hanno imposto limiti sempre più restrittivi e hanno obbligato i costruttori a realizzare dei bruciatori in grado di rientrare nei limiti imposti.

È noto, però, che la formazione degli NOx aumenta in funzione anche della temperatura dell’aria di combustione. Più la temperatura dell’aria à ̈ alta più la temperatura di fiamma aumenta generando la formazione degli NOx termici. Per mantenere basse le emissioni, i bruciatori a basso NOx utilizzano tecniche per diminuire la temperatura della fiamma quali la stadiazione della fiamma, la diluizione dei fumi e la combustione flameless.

I bruciatori che utilizzano la tecnica della stadiazione dell’aria (air staging) funzionano iniettando l’aria in due zone differenti a distanze diverse dal bruciatore e creano due combustioni, una in rapporto sottostechiometrico e l’altra in rapporto sovrastechiometrico e che completa la combustione principale.

La stadiazione del combustibile (fuel staging) funziona, invece, iniettando il gas in due zone differenti a diversa distanza dal bruciatore generando due combustioni con rapporti sovra e sottostechiometrico. Lo scopo di entrambe le tecniche à ̈ quello di diminuire la temperatura di fiamma quando la percentuale di ossigeno presente nella combustione à ̈ alta.

L’inconveniente dei bruciatori che utilizzano queste tecniche à ̈, però, l’instabilità a freddo, cioà ̈ al di sotto della temperatura di autoignizione, in quanto le due combustioni sono alimentate da reagenti sbilanciati, una in eccesso di aria e l’altra in eccesso di gas. Il modo per stabilizzare la fiamma a freddo à ̈ quello di aumentare l’eccesso d’aria della combustione principale in modo da non avere la combustione primaria in eccesso di gas con il conseguente aumento degli NOx (non c’à ̈ più combustione sottostechiometrica) e del consumo di gas. Una volta superata la temperatura di autoignizione del combustibile in camera il bruciatore non necessita più l’eccesso d’aria e funziona in rapporto stechiometrico con basse emissioni di NOx.

I bruciatori che utilizzano la combustione flameless hanno emissioni di NOx notevolmente basse ma hanno il grosso limite di non poter funzionare in modalità flameless al di sotto della temperatura di autoignizione del combustibile. Pertanto, per effettuare anche il riscaldo della camera con lo stesso bruciatore, questi bruciatori devono poter funzionare in modalità tradizionale (non flameless), e conseguentemente devono essere attrezzati con delle valvole per modulare l’ingresso del gas o deH’aria in funzione del tipo di funzionamento.

I bruciatori che funzionano con le citate tecniche di combustione hanno dei grossi vantaggi quando la temperatura di camera à ̈ alta ma hanno dei grossi limiti quando la temperatura à ̈ al di sotto o intorno alla temperatura di autoignizione del combustibile.

In particolari tipologie di processo, come nei forni per trattamenti termici della carica, le temperature di zona sono relativamente basse e variano considerevolmente in funzione del tipo di trattamento. In queste condizioni i bruciatori con combustione a stadi ed i bruciatori con combustione flameless non riescono a lavorare costantemente in modalità “low NOx†ma devono variare rispettivamente il proprio eccesso d’aria oppure la modalità di funzionamento (flameless - non flameless) in funzione della temperatura di camera. Ne consegue che durante la marcia del forno le valvole di regolazione di zona e le valvole che modulano l’iniezione del combustibile (per i bruciatori flameless) funzionano continuamente.

I forni per trattamento termico scaldano la carica in atmosfera libera per convezione attraverso l’alta velocità dei fumi che la lambiscono e non per irraggiamento come avviene per i forni di riscaldo. In questo tipo di applicazione sono necessari, pertanto, dei bruciatori in grado di sviluppare una fiamma ad alta velocità, tesa e compatta e non una fiamma diffusiva o con combustione di volume.

E’ sentita, pertanto, l’esigenza di realizzare un bruciatore ed un relativo processo di combustione che consenta di superare i suddetti inconvenienti.

Sommario dell’invenzione

Scopo primario della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un bruciatore che consenta di ottenere emissioni di NOx molto basse sia nella fase di accensione, ossia a freddo, che nel suo funzionamento a regime e che sia in grado, inoltre, di ottenere una combustione compatibile con il processo dei forni per trattamento termico della carica in atmosfera libera.

Un altro scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare un relativo processo di combustione per forni di trattamento termico in atmosfera libera che consenta di ottenere sempre emissioni di NOx molto basse.

La presente invenzione, pertanto, si propone di raggiungere gli scopi sopra discussi realizzando un bruciatore industriale a basse emissioni di NOx che, conformemente alla rivendicazione 1 , comprende:

- un corpo cavo definente un asse longitudinale X,

- un elemento tubolare disposto all’interno di detto corpo cavo in corrispondenza di una sua estremità aperta;

- un diffusore disposto all’interno di detto elemento tubolare in corrispondenza di una sua prima estremità interna al corpo cavo, in modo da definire un volume all’interno di detto corpo cavo;

- un condotto per l’alimentazione di aria comburente in detto volume;

- una lancia di iniezione di gas combustibile, disposta all’interno di detto corpo cavo e connessa con detto diffusore;

in cui detto diffusore à ̈ provvisto di

- primi fori per l’iniezione di una prima porzione di gas combustibile, proveniente da detta lancia di iniezione, in una prima zona di combustione prevista all’interno di detto elemento tubolare ed adiacente a detto diffusore;

- secondi fori per l’iniezione di una prima porzione di aria comburente in detta prima zona di combustione;

- terzi fori per l’iniezione di una seconda porzione di aria comburente in una seconda zona di combustione, prevista all’interno di detto elemento tubolare a valle della prima zona di combustione e comunicante con quest’ultima, detta seconda porzione di aria comburente attraversando detta prima zona di combustione;

- un tubo per l’iniezione di una seconda porzione di gas combustibile, proveniente da detta lancia di iniezione, in una terza zona di combustione, esterna a detto elemento tubolare, prevista a valle della seconda zona di combustione e comunicante con quest’ultima, detta seconda porzione di gas combustibile attraversando detta seconda zona di combustione;

il bruciatore essendo inoltre provvisto di un passaggio longitudinale, definito tra profilo esterno di detto elemento tubolare e profilo interno di detta estremità aperta del corpo cavo, per l’iniezione di una terza porzione di aria comburente in detta terza zona di combustione.

Un secondo aspetto della presente invenzione prevede un processo di combustione a basse emissioni di NOx, realizzabile mediante il suddetto bruciatore ed un forno con il quale detto bruciatore agisce in cooperazione definendo una camera di combustione, il processo comprendente in serie le seguenti fasi di combustione, conformemente alla rivendicazione 11:

- una combustione primaria che avviene miscelando, nella prima zona di combustione, una prima porzione di aria comburente iniettata attraverso i secondi fori con una prima porzione di gas combustibile iniettata attraverso i primi fori in un primo rapporto aria/combustibile λι sostanzialmente stechiometrico, ottenendo prodotti di combustione primaria e gas primario incombusto;

- una combustione secondaria che avviene miscelando, nella seconda zona di combustione, una seconda porzione di aria comburente iniettata attraverso i terzi fori con detti prodotti di combustione primaria e detto gas primario incombusto, in eccesso di aria in modo da realizzare un secondo rapporto aria/combustibile λ2sovrastechiometrico, ottenendo prodotti di combustione secondaria e aria secondaria incombusta;

- una combustione terziaria che avviene miscelando, nella terza zona di combustione, una seconda porzione di gas combustibile iniettata attraverso il tubo con una terza porzione di aria comburente iniettata attraverso il passaggio longitudinale, con detti prodotti di combustione primaria e secondaria e detta aria secondaria incombusta, in eccesso di gas in modo da realizzare un terzo rapporto aria/combustibile λ3sottostechiometrico tale da completare la combustione totale all’interno della camera di combustione del forno.

Il bruciatore a basse emissioni di NOx, oggetto della presente invenzione, produce vantaggiosamente una fiamma ad alta velocità e compatta e basa i propri principi sulla combustione a stadi di aria e gas. La tecnica di combustione utilizzata à ̈ chiamata "fuel staging†in combinazione con un ricircolo dei fumi e una diluizione della fiamma.

L’aria di combustione o aria comburente e il gas combustibile sono iniettati in zone differenti della camera di combustione attraverso una testa di combustione o diffusore in modo da realizzare varie combustioni nelle quali si riesce a controllare e limitare la concomitanza dell’alta percentuale di ossigeno presente nella combustione e dell’alta temperatura di fiamma, causa della generazione degli NOx di origine termica.

Il bruciatore, vantaggiosamente, prevede tre combustioni principali in serie, denominate rispettivamente combustione primaria, combustione secondaria e combustione terziaria. Queste tre combustioni principali sono realizzate a rispettive differenti distanze dalla testa di combustione e con rispettivi differenti rapporti di combustione: la combustione primaria prevede un rapporto di combustione (aria/combustibile) vicino allo stechiometrico; la combustione secondaria à ̈ realizzata mediante un rapporto di combustione in forte eccesso di aria in modo da realizzarvi un rapporto aria/combustibile sovrastechiometrico; la combustione terziaria ha un rapporto di combustione in eccesso di gas, in modo da realizzarvi un rapporto aria/combustibile sottostechiometrico tale da completare la combustione totale.

Il bruciatore dell’invenzione prevede, inoltre, che la combustione primaria sia suddivisa in sub-combustioni primarie nelle quali viene mantenuto costante il rapporto di combustione ma per le quali il gas combustibile primario e l’aria comburente primaria vengono iniettati e miscelati a diverse distanze dalla testa di combustione. In questo modo, pur mantenendo inalterato il rapporto di combustione, la fiamma risulta ulteriormente diluita con effetti particolarmente vantaggiosi per la riduzione alla formazione degli NOx.

Grazie alla geometria della testa di combustione o diffusore e alla configurazione dei fori per l’iniezione dell’aria secondaria (comburente in parte nella combustione secondaria ed in parte nella combustione terziaria) e dell’aria terziaria (comburente nella combustione terziaria) la fiamma generata dal bruciatore risulta particolarmente tesa e compatta. I fori deH’aria secondaria sono vantaggiosamente configurati in modo da creare una fiamma “swirlata†e compatta.

Un particolare vantaggio per la tipologia di processo da realizzare à ̈ che il bruciatore non ha bisogno di differenziare la tecnica di combustione in funzione della temperatura della camera di combustione per ridurre le emissioni di NOx. Il bruciatore à ̈ realizzato, infatti, per operare a temperature nell'intorno della temperatura di autoignizione del combustibile, per cui à ̈ impossibile utilizzare tecniche di combustione che hanno come prerogativa principale una temperatura di camera sempre superiore a quella di autoignizione del combustibile (combustione flameless). Vantaggiosamente, per lo stesso motivo, il bruciatore dell’invenzione non necessita di un doppio ingresso per l’aria comburente o per il gas combustibile.

Come à ̈ noto, inoltre, la maggior parte dei bruciatori flameless in commercio necessitano di una pressione del gas combustibile superiore rispetto a quella dei bruciatori tradizionali mentre il bruciatore dell’invenzione riesce ad ottenere ottime prestazioni con le stesse pressioni di aria e gas di un bruciatore tradizionale.

Il combustibile e l'aria di combustione sono iniettati in camera di combustione ad una velocità tale per cui à ̈ ottenuto un forte ricircolo dei gas combusti. In particolare, le velocità deN’aria terziaria e del gas secondario (combustibile nella combustione terziaria) sono determinanti per ottenere una forte miscelazione con i gas combusti e conseguentemente diminuire la percentuale d’ossigeno presente nella combustione.

L’innovazione principale del bruciatore dell’invenzione concerne il fatto che, utilizzando contemporaneamente la stadiazione del combustibile o “fuel staging†, una forte diluizione della fiamma e ed un ricircolo dei fumi, le emissioni di NOx sono sempre molto basse a qualsiasi temperatura di camera e il bruciatore riesce ad entrare in un campo di funzionamento in cui si genera automaticamente la combustione fiameless.

Vantaggiosamente il bruciatore dell’invenzione, concepito per i forni di trattamento termico di carica in atmosfera libera, può funzionare sia in forte eccesso d’aria sia in rapporto stechiometrico a prescindere dalla temperatura di camera.

In particolare, quando la temperatura di camera à ̈ superiore agli 800°C, diminuendo l’eccesso d’aria fino ad un λ<1,1, il bruciatore entra automaticamente in un campo di funzionamento in cui il ricircolo dei fumi (Kv=4) e la bassa percentuale di ossigeno presente nella combustione à ̈ tale da rendere la combustione con fiamma invisibile (Fig. 6).

Per avere costantemente un elevato fattore di ricircolo dei fumi Kv, à ̈ preferibile controllare il bruciatore in modalità on/off e di conseguenza mantenere elevate le velocità di iniezione di aria e gas; cioà ̈ far funzionare il bruciatore, in funzione della richiesta di potenza del riscaldo del forno, al massimo della potenza oppure tenendolo spento. Il bruciatore à ̈ comunque in grado di funzionare correttamente anche quando à ̈ controllato proporzionalmente aumentando o abbassando la potenza in funzione della richiesta del processo.

Considerato che il bruciatore dell’invenzione funziona in un campo di temperature a cavallo della temperatura di autoaccensione del combustibile e con un controllo in modalità on/off, esso à ̈ provvisto di strumenti di accensione e rivelazione di fiamma per permettere di eseguire i cicli di accensione e spegnimento in piena sicurezza. In particolare, la testa di combustione à ̈ predisposta con due fori per l’alloggiamento rispettivamente di un dispositivo per l’accensione, quale un elettrodo di accensione o un bruciatore pilota, e di un dispositivo di rivelazione fiamma, quale una cella UV o un elettrodo di rivelazione fiamma.

Considerata l’importanza della stabilità del bruciatore al momento dell’accensione e nel momento dell’innesco della fiamma, mediante il dispositivo di accensione, la combustione primaria ha un rapporto di combustione tale per cui la fiamma ha una radice molto ancorata e ha uno spettro emissivo particolarmente forte, per essere rilevato dal dispositivo di rivelazione fiamma a qualsiasi temperatura di camera, e poco sensibile alla variazione del rapporto di combustione.

Vantaggiosamente il bruciatore dell’invenzione non richiede, a temperature di camera inferiori a quella di autoignizione del combustibile, come avviene per la maggior parte dei bruciatori che utilizzano la combustione a stadi, un forte eccesso di aria (rapporto di combustione λ>1 ,5), ma fin dal momento dell'accensione a freddo à ̈ in grado di funzionare con un rapporto di combustione vicino al rapporto stechiometrico, mantenendo basse le emissioni di NOx ed estremamente ridotte quelle di CO.

Riassumendo, il bruciatore a bassissime emissioni di NOx con fiamma compatta, tesa e ad alta velocità, oggetto della presente invenzione, riesce a funzionare a freddo senza necessitare di un forte eccesso di aria, mantiene bassissime le emissioni sia a freddo sia a caldo senza aver bisogno di cambiare il tipo di tecnica di combustione (da non flameless a flameless) e ha una buona stabilità di fiamma per qualsiasi temperatura di camera e per qualsiasi rapporto di combustione. La fiamma generata non à ̈ diffusa, ma à ̈ veloce, tesa, compatta e trasparente ed à ̈ particolarmente adatta ad applicazioni che richiedono un grosso contributo al riscaldo del materiale grazie alla convezione promossa in forno attraverso le elevate velocità dei fumi.

La flessibilità del bruciatore à ̈ data inoltre dalla possibilità di lavorare con rapporti di combustione con A=Ar/At variabile da 0,9 a 2 in funzione del tipo di riscaldo richiesto, dove Ar à ̈ il rapporto tra portata di aria reale e portata di combustibile ed At à ̈ il rapporto tra portata di aria teorica e portata di combustibile.

Il bruciatore dell’invenzione à ̈, infine, molto compatto ed à ̈ provvisto di unico ingresso per l’aria comburente ed un unico ingresso per il combustibile.

Le rivendicazioni dipendenti descrivono forme di realizzazione preferite dell’invenzione.

Breve descrizione delie figure

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, di un bruciatore, illustrato a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio delle unite tavole di disegno in cui:

la Fig. 1 rappresenta una prima vista prospettica di un bruciatore secondo l’invenzione;

la Fig. 2 rappresenta una seconda vista prospettica del bruciatore di Fig. 1;

la Fig. 3 rappresenta una vista frontale di un’estremità del bruciatore di Fig. 1; la Fig. 4 rappresenta una vista dall’alto in sezione trasversale schematica del bruciatore di Fig. 1;

la Fig. 5 rappresenta un ingrandimento di parte della vista di Fig. 5;

la Fig. 6 rappresenta un diagramma temperatura-fattore di ricircolo dei fumi Kv in cui sono individuate zone con differente configurazione di fiamma.

Descrizione in dettaglio di una forma di realizzazione preferita dell'invenzione Con riferimento alla Figure à ̈ rappresentata una forma di realizzazione preferita di un bruciatore, globalmente indicato con il riferimento numerico 1, atto a realizzare una combustione a bassissime emissione di NOx con fiamma ad alta velocità utilizzando la combinazione contemporanea delle tecniche del "fuel staging†, del ricircolo dei fumi e della diluizione della fiamma.

Il bruciatore 1, oggetto della presente invenzione, definisce un asse longitudinale X e comprende:

- un corpo cavo principale metallico, di forma sostanzialmente cilindrica, comprendente un primo elemento longitudinale cavo 2 connesso e comunicante con un secondo elemento longitudinale tubolare 5 o tubo guida fiamma ;

- un condotto per l’alimentazione dell’aria comburente 3;

- un condotto per l’alimentazione del gas combustibile 4;

- una flangia di attacco 6 del bruciatore al blindaggio del forno;

- una flangia di attacco 10 del primo elemento longitudinale cavo 2 sulla flangia di attacco 6;

- un elemento tubolare cilindrico 7, preferibilmente in carburo di silicio o altro idoneo materiale, alloggiato all’interno del tubo guida fiamma 5 in corrispondenza della sua estremità anteriore (Figure 4 e 5);

- una testa di combustione o diffusore 13, sostanzialmente di forma piatta e tonda, per il passaggio del gas combustibile e deH’aria comburente nella camera di combustione del forno, detto diffusore 13 essendo alloggiato all’interno di detto elemento tubolare cilindrico 7 in modo da definire sostanzialmente una tazza il cui fondo à ̈ il diffusore 13 (Fig. 5);

- una lancia di alimentazione 14 per il gas combustibile;

- un alloggiamento ricavato nel primo elemento longitudinale cavo 2 per il dispositivo di accensione 11 con elettrodo 16 o bruciatore pilota;

- un tubo guida 12 per l’alloggiamento di un dispositivo di rilevazione di fiamma. Il condotto per l’alimentazione dell’aria comburente 3 à ̈ in collegamento con le tubazioni dell’impianto d’alimentazione attraverso la flangia 8 che può avere forma circolare o quadrata. L’aria passante dal condotto 3 passa attraverso il volume 26 all’interno dell’elemento cavo 2 di forma cilindrica e, prima di essere iniettata nella camera di combustione, attraverso il volume 27 all’interno del tubo guida fiamma 5.

La testa di combustione o diffusore 13, ad esempio di forma cilindrica piatta, Ã ̈ munita di fori 18 per il passaggio di una prima porzione di aria comburente, denominata aria primaria, e fori 19 per il passaggio di una seconda porzione di aria comburente, denominata aria secondaria, nella camera del forno.

Il diffusore 13, preferibilmente ma non necessariamente in materiale metallico, à ̈ anche munito di fori 17 per il passaggio di una prima porzione di gas combustibile, denominato gas primario, e di un foro centrale per il passaggio di un tubo 15 per l’iniezione di una seconda porzione di gas combustibile, denominato gas secondario, nella camera del forno. Sia i fori 17 che il tubo 15 sono comunicanti con la lancia di alimentazione 14. Nella variante preferita di Figure 4 e 5 il tubo 15 à ̈ realizzato integralmente con il diffusore 13.

Il diffusore 13 à ̈, infine, provvisto di un ulteriore foro 16’ per l’alloggiamento del dispositivo di accensione con elettrodo 16 o con pilota e di un ulteriore foro 12’ per l’alloggiamento del dispositivo di rivelazione fiamma con elettrodo o con cella UV che attraversa il tubo 12.

Il tubo guida fiamma 5 presenta in corrispondenza di detta estremità anteriore un restringimento della sua sezione (Fig. 4) per cui viene definita tra elemento tubolare 7 e tubo 5 un passaggio a forma di corona circolare 25 per l’iniezione di una terza porzione di aria comburente, denominata aria terziaria, nella camera del forno. Detta aria terziaria fuoriesce anche da ulteriori fori 21 ricavati su un bordo 7’ della tazza, ossia su una sporgenza anulare dell’elemento tubolare 7 in corrispondenza della sua estremità anteriore. Il passaggio a forma di corona circolare 25 deve avere in corrispondenza del bordo 7’ una appropriata sezione minima per favorire il ricircolo dei fumi determinato daH’aria terziaria uscente dai fori 21.

La testa di combustione o diffusore 13 indirizza, come sarà spiegato approfonditamente di seguito, aria comburente in due diverse zone 22 e 23 della camera di combustione, entrambe dette zone 22 e 23 essendo all’interno della cosiddetta tazza (Fig. 5); mentre elemento tubolare 7 e tubo guida fiamma 5 indirizzano aria comburente in una terza zona 24 nella camera di combustione, a valle delle zone 22 e 23.

La parete posteriore dell’elemento cilindrico cavo 2 à ̈ forata per il passaggio della lancia di alimentazione 14 del gas combustibile e per gli alloggiamenti del dispositivo di accensione 11 e del dispositivo di rivelazione di fiamma.

Il condotto per l’alimentazione del gas combustibile 4 mette in comunicazione l'impianto di alimentazione, attraverso la flangia 9, e la lancia del combustibile 14. Il gas combustibile, come sarà spiegato approfonditamente di seguito, à ̈ indirizzato nella camera di combustione attraverso la testa di combustione 13 nella zona 22 e attraverso il tubo 15 nelle zone 23 e 24.

Le parti essenziali del bruciatore che determinano il corretto funzionamento del processo di combustione sono il tubo guida fiamma 5, la testa di combustione 13 e l’elemento tubolare 7.

Il tubo guida fiamma 5 ha la funzione di indirizzare una parte dell’aria di combustione passante dal volume 27 attraverso la testa di combustione 13 e l’altra parte attraverso la corona circolare 25 delimitata dal tubo guida fiamma 5 e dall’elemento tubolare 7.

La testa di combustione 13 à ̈ fondamentale per indirizzare l’aria e il combustibile a diverse distanze, velocità e angolazioni nella camera di combustione.

Le dimensioni dell’elemento tubolare 7 determinano la velocità della fiamma generata nella combustione primaria e secondaria e determinano la velocità di uscita dell’aria terziaria.

Vantaggiosamente la ripartizione di aria comburente e del gas combustibile viene effettuata attraverso il calcolo delle perdite di carico e del dimensionamento dei fori 17, 18, 19 della testa di combustione 13, della sezione di passaggio 20 del tubo 15, del passaggio a forma di corona circolare 25 tra elemento tubolare 7 e tubo guida fiamma 5, e dei fori 21 della sporgenza anulare T. Non sono necessari, pertanto, diversi ingressi di aria e di gas per effettuare la ripartizione o relative valvole di regolazione o valvole di blocco aggiuntive sulle linee di alimentazione. Come già descritto, l’aria comburente passa attraverso diverse serie di fori previsti sulla testa di combustione o diffusore 13; l’aria primaria viene iniettata in camera attraverso i fori 18 mentre l’aria secondaria viene iniettata attraverso i fori 19. Un’ultima parte di aria comburente, l’aria terziaria, viene deviata dall’elemento tubolare 7 verso l’esterno del bruciatore e iniettata nella camera attraverso il passaggio a forma di corona circolare 25 e attraverso i fori 21 sul bordo o sporgenza anulare 7’ dell’elemento tubolare 7.

II gas combustibile passa nel volume 28 all’interno della lancia del gas 14 ed à ̈ iniettato nella camera di combustione attraverso la testa di combustione 13 e il tubo 15. In particolare una prima parte di gas, denominata gas primario, à ̈ iniettata mediante i fori 17 della testa di combustione 13 mentre una seconda parte di gas, denominata gas secondario, à ̈ iniettata mediante il tubo 15 passante attraverso detta testa di combustione 13.

Vantaggiosamente, l’aria comburente e il gas combustibile si miscelano in tre diverse zone principali e sviluppano tre combustioni in serie caratterizzate da tre diversi rapporti di combustione in modo che la fiamma risulti stabile evitando la concomitanza dell’alta percentuale di ossigeno e l’alta temperatura di fiamma. Questa soluzione, grazie anche al forte ricircolo dei fumi di combustione, riduce le emissioni inquinanti di NOx.

L’aria primaria uscente dai fori 18, adeguatamente dimensionati e inclinati rispetto all’asse longitudinale X del bruciatore, à ̈ indirizzata ad una predeterminata distanza dalla testa di combustione 13 in corrispondenza della zona primaria 22. Il numero dei fori 18 à ̈ preferibilmente compreso tra quattro e otto. In Fig. 3 sono previsti otto fori 18.

Il gas combustibile primario uscente dai fori 17, adeguatamente dimensionati e inclinati rispetto all’asse longitudinale X del bruciatore, à ̈ indirizzato ad una predeterminata distanza dalla testa di combustione 13 in corrispondenza della zona primaria 22. Il numero dei fori 17 à ̈ compreso tra due e quattro. In Fig. 3 sono previsti quattro fori 17.

La combustione primaria avviene miscelando, all'interno della zona primaria 22, aria comburente primaria e gas combustibile primario in rapporto sostanzialmente stechiometrico ed ottenendo prodotti di combustione primaria e gas incombusto. Preferibilmente, per ottenere un’ulteriore diluizione della fiamma e una notevole riduzione degli NOx, l'inclinazione di parte dei fori 18 à ̈ differenziata rispetto ai rimanenti fori 18 per iniettare l’aria primaria in almeno due diverse sub-zone di combustione primaria all'interno della stessa zona primaria 22. Analogamente, l’inclinazione di parte dei fori 17 à ̈ differenziata rispetto ai rimanenti fori 17 per iniettare il gas combustibile primario in almeno due diverse sub zone di combustione primaria all’interno della stessa zona primaria 22.

Pertanto all’interno della combustione primaria, in funzione dell’inclinazione, numero e posizionamento dei fori 17 e 18, à ̈ possibile avere sub-combustioni primarie di numero compreso tra due e quattro, la radice di ciascuna subcombustione essendo ad una distanza dalla testa di combustione 13 differente rispetto alle altre sub-combustioni.

Le sub-combustioni primarie derivanti dalla diversa inclinazione dei fori 18 e 17 hanno lo stesso rapporto di combustione e si differenziano solamente per la diversa distanza dalla testa 13 dalla quale vengono originate. Il rapporto di combustione à ̈ tale da determinare una buona stabilità di fiamma del bruciatore, la corretta accensione e la rivelazione della fiamma. Vantaggiosamente, avendo una combustione primaria in rapporto sostanzialmente stechiometrico il bruciatore à ̈ stabile, la fiamma ancorata e il segnale di rivelazione fiamma à ̈ alto.

L’aria secondaria viene iniettata ad una predeterminata velocità nella camera di combustione attraverso i fori 19, passa attraverso la zona primaria 22 e raggiunge la zona secondaria 23 dove viene coinvolta nella combustione secondaria. I fori 19 hanno un’angolazione tale per cui la forma della fiamma uscente dal tubo guida fiamma 5 à ̈ compatta e tesa e preferibilmente sono swirlati, ossia vorticosi, per avere la fiamma di lunghezza ridotta e ulteriormente compatta. La combustione secondaria avviene miscelando, nella zona secondaria 23, solo una prima porzione di detta aria secondaria con i prodotti di combustione derivanti dalla combustione primaria e con il gas incombusto proveniente anch’esso dalia combustione primaria. La combustione secondaria ha vantaggiosamente un rapporto di combustione caratterizzato da un forte eccesso di aria.

Le combustioni primaria e secondaria sono entrambe originate all'interno dell’elemento tubolare 7, rispettivamente nelle zone 22 e 23, e pertanto il dimensionamento dell' elemento tubolare 7 à ̈ un fattore importante per determinare la velocità di propagazione fiamma, preferibilmente compresa tra 30 e 40 m/s. Vantaggiosamente il rapporto tra la lunghezza dell'elemento tubolare 7 ed il diametro interno dell’elemento tubolare 7 comprende i valori nel range da 0,95 a 1,05.

L’aria terziaria, infine, viene iniettata ad una predeterminata velocità nella camera di combustione attraverso il passaggio a forma di corona circolare 25, previsto tra il tubo guida fiamma 5 e l’elemento tubolare 7, e attraverso i fori 21 della sporgenza anulare T dell’elemento tubolare 7 nella cosiddetta zona terziaria 24, a valle della zona secondaria 23, dove viene coinvolta nella combustione terziaria. Il gas combustibile secondario à ̈ iniettato ad una predeterminata velocità nella camera di combustione attraverso il tubo 15, attraversa la zona secondaria 23 e raggiunge la zona terziaria 24 dove viene coinvolto nella combustione terziaria. La combustione terziaria avviene miscelando, nella zona terziaria 24, tutto il gas secondario uscente dal tubo 15 con i prodotti di combustione derivanti dalle combustioni primaria e secondaria, con la seconda porzione dell’aria secondaria uscente dai fori 19, ossia con l’aria incombusta proveniente dalla combustione secondaria, e con tutta l’aria terziaria in modo da risultare in forte eccesso di gas. L’aria terziaria permette di completare la combustione totale all’interno della camera di combustione.

Vantaggiosamente le velocità di iniezione dell’aria terziaria e del gas secondario e la geometria dei fori 21 sono tali da creare dei vortici in grado di risucchiare i gas combusti della camera (ossia creare il cosiddetto ricircolo dei fumi) e ridurre la percentuale di ossigeno nella combustione, e conseguentemente abbattere gli NOx.

Vantaggiosamente il bruciatore non necessita di pressioni di aria e gas superiori a quelle utilizzate per i bruciatori tradizionali (500-700 daPa) come avviene per i bruciatori flameless.

L’iniezione deH’arìa e l’iniezione del gas differenziata rispettivamente in tre zone 22, 23, 24 e due zone 22 e 24, l'ulteriore diluizione della combustione primaria in almeno due sub-combustioni, e la velocità di iniezione dell’aria terziaria e del gas secondario creanti un forte ricircolo dei fumi, permettono la generazione di una combustione con fiamma particolarmente diluita e con una produzione di NOx particolarmente bassa. Inoltre, in particolari situazioni, quali temperatura di camera superiore a 800°C e rapporto di combustione con λ<1 ,1 , il ricircolo dei fumi à ̈ tale da rendere invisibile la fiamma e permette di entrare in un campo di funzionamento caratteristico dei bruciatori flameless con un fattore di ricircolo Kv-[mesausto/(mCombustibiie<+>mcomburente)] 3 circa 4, dove m à ̈ la portata in massa. Il vantaggio principale del bruciatore secondo la presente invenzione à ̈ dato dal fatto che il bruciatore riesce a funzionare con basse emissioni di NOx dal momento dell’accensione a freddo fino alla temperatura massima di utilizzo senza necessitare, quando la temperatura di camera à ̈ bassa, di un forte eccesso di aria per aumentare la stabilità di fiamma come avviene per la maggior parte dei bruciatori che utilizzano la tecnica della combustione a stadi. La stabilità di fiamma a freddo à ̈ garantita dal fatto che la combustione primaria lavora pressoché in rapporto stechiometrico.

La lunghezza di fiamma varia in funzione della geometria e dell’angolazione e inclinazione dei fori 19 e 21 ; più i fori 19 sono angolati e "swirlati†più la fiamma à ̈ corta.

Le accensioni del bruciatore sono realizzate con l’elettrodo 16 ovvero con il pilota per il quale à ̈ realizzato un foro 16’ dedicato sulla testa di combustione 13. La rivelazione di fiamma à ̈ realizzata con la cella UV o con lo stesso elettrodo 16 di accensione o con un ulteriore elettrodo. La cella UV à ̈ collegata al tubo 12 ed à ̈ in comunicazione con la fiamma attraverso un foro 12’ dedicato sulla testa di combustione 13.

Di seguito vengono riportati alcuni parametri del processo di combustione, che garantiscono una combustione efficace, ed alcuni dati progettuali del bruciatore secondo la presente invenzione:

- la velocità media di iniezione dell’aria comburente primaria attraverso i fori 18 può variare tra 70÷120 m/s con aria preriscaldata a 400°C, preferibilmente tra 100÷120 m/s;

- la velocità media di iniezione deH’aria comburente secondaria attraverso i fori 19 può variare tra 70÷120 m/s con aria preriscaldata a 400°C, preferibilmente tra 80÷100 m/s;

- la velocità media di iniezione dell’aria comburente terziaria attraverso i fori 21 e il passaggio a forma di corona circolare 25 può variare tra 70÷120 m/s con aria preriscaldata a 400°C, preferibilmente tra 110÷120 m/s;

- la ripartizione dell’aria nei diversi stadi della combustione à ̈: 5÷40% per l’aria primaria, 5÷60% per l’aria secondaria, 5÷60% per l’aria terziaria, preferibilmente la ripartizione ottimale à ̈ 15÷20% per l’aria primaria, 30÷35% per l’aria secondaria, 50÷55% per l’aria terziaria;

- la pressione dell’aria comburente in ingresso nel condotto 3 può variare tra 45÷70 mbar in funzione delle velocità di iniezione dell’aria e delle geometrie dei fori;

- la velocità media di iniezione del gas combustibile primario attraverso i fori 17 può variare tra 60÷110 m/s con gas a temperatura ambiente, preferibilmente tra 80÷100 m/s;

- la velocità media di iniezione del gas combustibile secondario attraverso il tubo 15, nella sezione di passaggio 20, può variare tra 60÷110 m/s con gas a temperatura ambiente, preferibilmente tra 90÷110 m/s;

- il rapporto di combustione λι della combustione primaria o delle sub-combustioni primarie (generato dalla portata di aria primaria e dalla portata di gas primario) può variare tra 0,85÷1 ,05;

- il rapporto di combustione h2della combustione secondaria (generato dalla portata di aria secondaria e dalla portata di gas incombusto primario) può variare tra 2,5÷2,7, quindi in eccesso di aria;

- il rapporto di combustione λ3 della combustione terziaria (generato dalla portata di aria terziaria e dalla portata di gas secondario) può variare tra 0,55÷0,7, quindi in eccesso di gas;

- la pressione del gas combustibile in ingresso nel condotto 4 può variare tra 45÷70 mbar in funzione delle velocità di iniezione del gas e delle geometrie dei fori;

- i fori 18 dell’aria primaria, di sezione circolare, possono variare tra 4÷8;

- i fori 19 dell’aria secondaria, di sezione preferibilmente rettangolare, e ricavati sul bordo della testa dì combustione 13 possono variare tra 10÷14, preferibilmente in numero di 12 come in Fig. 3;

- i fori 21 dell’aria terziaria possono variare tra 2÷4 e possono avere una forma circolare o rettangolare, oppure una forma di parte di sezione circolare o semiellittica nel caso siano ricavati su un bordo di detta sporgenza anulare 7’ dell’elemento tubolare 7;

- i fori 17 del gas primario, di sezione circolare, possono variare tra 2÷4;

- il tubo 15 del gas secondario ha una lunghezza variabile tra 50÷80 mm, preferibilmente la lunghezza à ̈ 60÷70 mm. Il rapporto tra la lunghezza del tubo 15 e la lunghezza della elemento tubolare 7 à ̈ pari a circa 2/3;

- i fori 18 sono disposti sostanzialmente lungo una circonferenza di diametro pari a circa 2/3 del diametro esterno della testa di combustione o diffusore 13;

- l’inclinazione rispetto all’asse X del bruciatore dei fori 18 deH’aria primaria può variare tra 10° e 30°, detti fori 18 essendo convergenti rispetto all’asse X del bruciatore; preferibilmente la metà dei fori 18 ha un’inclinazione diversa rispetto all’altra metà. I fori 18 adiacenti ai fori 16’ e 12’ (Figura 3), rispettivamente per l'alloggiamento dell’elettrodo e della cella UV, hanno un’inclinazione preferita di 25°; i rimanenti fori 18 hanno preferibilmente un’inclinazione di 15°;

- i fori 17 sono disposti sostanzialmente lungo una circonferenza di diametro pari a circa 1/3 del diametro esterno della testa di combustione 13;

- l'inclinazione rispetto all’asse X del bruciatore dei fori 17 del gas primario può variare tra 0° e -15°; preferibilmente la metà dei fori 17 ha un’inclinazione diversa rispetto all’altra metà. Preferibilmente metà dei fori 17 ha un’inclinazione di 0°, cioà ̈ sono paralleli all’asse longitudinale X del bruciatore; l’altra metà dei fori 17 ha un’inclinazione di -10°, cioà ̈ sono divergenti da detto asse X. Ancor più preferibilmente il numero dei fori 17 à ̈ pari a quattro (Fig. 3); due fori 17 tra loro contrapposti rispetto al tubo 15 hanno un’inclinazione di 0° rispetto all’asse X mentre gli altri due fori 17 tra loro contrapposti rispetto al tubo 15 hanno un’inclinazione di -10° rispetto all’asse X. Le sezioni di uscita dei fori 17 di uguale inclinazione rispetto all’asse X sono disposte preferibilmente lungo una retta che definisce un angolo di 45° rispetto all’asse Y immaginario che unisce le sezioni di uscita dei fori 16’ e 12’;

- vantaggiosamente le inclinazioni dei fori 17 e 18 rispetto all’asse X e la disposizione dei fori 17 del gas primario rispetto all’asse Y producono una serie di sub-combustioni primarie comprese tra due e quattro: in una variante preferita l’aria primaria uscente dai fori 18 inclinati a 25° si miscela con il gas primario uscente dai fori 17 inclinati a -10° in un’area interna alla zona primaria 22 ad una distanza dalla testa di combustione 13 pari a circa 1/3 della lunghezza del tubo 15; l’aria primaria uscente dai fori 18 inclinati a 25° si miscela con il gas primario uscente dai fori 17 inclinati a 0° in un’area interna alla zona primaria 22 ad una distanza dalla testa di combustione 13 pari a circa 2/5 della lunghezza del tubo 15; l’aria primaria uscente dai fori 18 inclinati a 15° si miscela con il gas primario uscente dai fori 17 inclinati a -10° in un’area interna alla zona primaria 22 ad una distanza dalla testa di combustione 13 pari a circa 3/5 della lunghezza del tubo 15; l’aria primaria uscente dai fori 18 inclinati a 15° si miscela con il gas primario uscente dai fori 17 inclinati a 0° in un’area al limite della zona primaria 22, ad una distanza dalla testa di combustione 13 pari a circa la lunghezza del tubo 15;

- i fori 19 sono disposti sostanzialmente lungo una circonferenza di diametro pari al diametro esterno della testa di combustione 13;

- i fori 19 dell’aria secondaria hanno un’angolazione destrorsa in modo da ottenere un flusso swirlato o vorticoso; preferibilmente l’angolazione di swirl può essere compresa tra 10° e 15° e l’inclinazÃŒone rispetto all’asse X del bruciatore à ̈ compresa tra 0° e 5°;

- i fori 21 sono disposti sostanzialmente lungo una circonferenza di diametro pari al diametro esterno dell’elemento tubolare 7;

- i fori 21 dell’aria terziaria hanno un’inclinazione rispetto all’asse X del bruciatore che può essere compresa tra -5° e 5°; preferibilmente, per ottenere una fiamma tesa e compatta l’inclinazione à ̈ pari a 0°;

- il rapporto tra il diametro interno dell’elemento tubolare 7 e la lunghezza dell’ elemento tubolare à ̈ pari a circa 1 ;

- il rapporto tra il diametro esterno e diametro interno dell’elemento tubolare 7 può essere compreso tra 1 ,2 e 1 ,4;

- il materiale dell'elemento tubolare 7 Ã ̈ preferibilmente in carburo di silicio o altro materiale adatto per applicazioni ad alta temperatura;

- il tubo guida fiamma 5 ha una sezione che si riduce verso l’estremità finale in modo da definire il passaggio a forma di corona circolare 25 insieme al profilo esterno dell’elemento tubolare 7;

- il materiale del tubo guida fiamma 5 Ã ̈ preferibilmente in carburo di silicio o altro materiale adatto per applicazioni ad alta temperatura;

- vantaggiosamente la combustione primaria, suddivisa in sub-combustioni, avviene in modo diluito all’interno dell’elemento tubolare 7 nella zona primaria 22; - vantaggiosamente la combustione secondaria avviene all’interno dell’elemento tubolare 7 nella zona secondaria 23;

- vantaggiosamente la combustione terziaria ha inizio e si completa all’esterno dell'elemento tubolare 7 e del tubo guida fiamma 5, , in una zona terziaria 24, in modo da ricircolare facilmente i prodotti delle combustioni precedenti.

Il processo secondo l’invenzione consente di minimizzare le emissioni inquinanti in qualsiasi range di funzionamento, sia in termini di potenza del bruciatore, che di temperatura di esercizio del forno, che di temperatura deH’aria comburente, che di eccesso di ossigeno nella camera, ecc.

Per eseguire il processo secondo l'invenzione possono essere previsti mezzi di elaborazione e controllo del processo, integrati con il bruciatore sopra descritto. Detto bruciatore, ad elevata flessibilità in qualsiasi condizione di utilizzo, presenta vantaggiosamente bassi costi di realizzazione, à ̈ caratterizzato da livelli emissivi particolarmente bassi fin dal primo istante del suo funzionamento permettendo pertanto risultati industriali particolarmente interessanti in tutti i range di funzionamento di un tipico forno di trattamento termico. Il bruciatore dell’invenzione garantisce, pertanto, emissioni basse anche quando nel forno le temperature di esercizio, per un certo periodo, oscillano in prossimità della temperatura di autoignizione del gas combustibile.

I modi particolari di realizzazione qui descritti non limitano il contenuto di questa domanda che copre tutte le varianti dell’invenzione definite dalle rivendicazioni.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Bruciatore industriale (1) a basse emissioni di NOx comprendente: - un corpo cavo (2, 5) definente un asse longitudinale (X), - un elemento tubolare (7) disposto all’interno di detto corpo cavo in corrispondenza di una sua estremità aperta; - un diffusore (13) disposto all’interno di detto elemento tubolare (7) in corrispondenza di una sua prima estremità interna al corpo cavo, in modo da definire un volume (26, 27) all’interno di detto corpo cavo (2, 5); - un condotto (3) per l’alimentazione di aria comburente in detto volume (26, 27); - una lancia di iniezione (14) di gas combustibile, disposta all’interno di detto corpo cavo (2, 5) e connessa con detto diffusore (13); in cui detto diffusore (13) à ̈ provvisto di - primi fori (17) per l’iniezione di una prima porzione di gas combustibile, proveniente da detta lancia di iniezione (14), in una prima zona di combustione (22) prevista all’interno di detto elemento tubolare (7) ed adiacente a detto diffusore (13); - secondi fori (18) per l’iniezione di una prima porzione di aria comburente in detta prima zona di combustione (22); - terzi fori (19) per l’iniezione di una seconda porzione di aria comburente in una seconda zona di combustione (23), prevista all’interno di detto elemento tubolare (7) a valle della prima zona di combustione (22) e comunicante con quest’ultima, detta seconda porzione di aria comburente attraversando detta prima zona di combustione (22); - un tubo (15) per l'iniezione di una seconda porzione di gas combustibile, proveniente da detta lancia di iniezione (14), in una terza zona di combustione (24), esterna a detto elemento tubolare (7), prevista a valle della seconda zona di combustione (23) e comunicante con quest’ultima, detta seconda porzione di gas combustibile attraversando detta seconda zona di combustione (23); il bruciatore essendo inoltre provvisto di un passaggio longitudinale (25), definito tra profilo esterno di detto elemento tubolare (7) e profilo interno di detta estremità aperta del corpo cavo (2, 5), per l’iniezione di una terza porzione di aria comburente in detta terza zona di combustione (24).
2. 2. Bruciatore secondo la rivendicazione 1, in cui detto passaggio longitudinale (25) ha in sezione trasversale una forma di corona circolare.
3. 3. Bruciatore secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto elemento tubolare (7) à ̈ provvisto, in corrispondenza di una sua seconda estremità, di una sporgenza anulare (7’) che occupa parte di detto passaggio longitudinale (25), detta sporgenza anulare (T) essendo provvista di quarti fori (21) per l’iniezione di una parte di detta terza porzione di aria comburente.
4. 4. Bruciatore secondo la rivendicazione 3, in cui detti quarti fori (21) sono disposti sostanzialmente lungo una circonferenza di diametro pari al diametro esterno dell’elemento tubolare (7) ed hanno un’inclinazione rispetto all’asse longitudinale (X) compresa tra -5° e 5°.
5. 5. Bruciatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui una parte dei secondi fori (18) ha una differente inclinazione rispetto alla parte rimanente di detti secondi fori (18) per iniettare la prima porzione di aria comburente in almeno due sub-zone di combustione primaria all’interno della stessa prima zona di combustione (22).
6. 6. Bruciatore secondo la rivendicazione 5, in cui una parte dei primi fori (17) ha una differente inclinazione rispetto alla parte rimanente di detti primi fori (17) per iniettare la prima porzione di gas combustibile in almeno due sub-zone di combustione primaria all’interno della stessa prima zona di combustione (22).
7. 7. Bruciatore secondo la rivendicazione 6, in cui i secondi fori (18) sono disposti sostanzialmente lungo una circonferenza di diametro pari a circa 2/3 dei diametro esterno del diffusore (13) e hanno un’inclinazione rispetto all’asse longitudinale (X) tra 10° e 30°, detti secondi fori (18) essendo convergenti rispetto a detto asse; ed in cui i primi fori (17) sono disposti sostanzialmente lungo una circonferenza di diametro pari a circa 1/3 del diametro esterno del diffusore (13) ed hanno un'inclinazione rispetto all’asse longitudinale (X) tra 0° e -15°.
8. 8. Bruciatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il rapporto tra la lunghezza ed il diametro interno dell’elemento tubolare (7) comprende i valori nel range da 0,95 a 1 ,05.
9. 9. Bruciatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i terzi fori (19) sono disposti sostanzialmente lungo una circonferenza di diametro pari al diametro esterno del diffusore (13) ed hanno un’angolazione destrorsa in modo da ottenere un flusso vorticoso.
10. 10. Bruciatore secondo la rivendicazione 9, in cui detti terzi fori (19) hanno una angolazione di swirl compresa tra 10° e 15° e un’inclinazione rispetto all’asse longitudinale (X) compresa tra 0° e 5°.
11. 11. Processo di combustione a basse emissioni di NOx, realizzabile mediante il bruciatore secondo la rivendicazione 1 ed un forno con il quale detto bruciatore agisce in cooperazione definendo una camera di combustione, il processo comprendente in serie le seguenti fasi di combustione: - una combustione primaria che avviene miscelando, nella prima zona di combustione (22), una prima porzione di aria comburente iniettata attraverso i secondi fori (18) con una prima porzione di gas combustibile iniettata attraverso i primi fori (17) in un primo rapporto aria/combustibile (λι) sostanzialmente stechiometrico, ottenendo prodotti di combustione primaria e gas primario incombusto; - una combustione secondaria che avviene miscelando, nella seconda zona di combustione (23), una seconda porzione di aria comburente iniettata attraverso i terzi fori (19) con detti prodotti di combustione primaria e detto gas primario incombusto, in eccesso di aria in modo da realizzare un secondo rapporto aria/combustibile (λ2) sovrastechiometrico, ottenendo prodotti di combustione secondaria e aria secondaria incombusta; - una combustione terziaria che avviene miscelando, nella terza zona di combustione (24), una seconda porzione di gas combustibile iniettata attraverso il tubo (15) con una terza porzione di aria comburente iniettata attraverso il passaggio longitudinale (25), con detti prodotti di combustione primaria e secondaria e detta aria secondaria incombusta, in eccesso di gas in modo da realizzare un terzo rapporto aria/combustibile (λ3) sottostechiometrico tale da completare la combustione totale all’interno della camera di combustione del forno.
12. 12. Processo secondo la rivendicazione 11, in cui la combustione primaria comprende sub-combustioni primarie di numero compreso tra due e quattro, la radice di ciascuna sub-combustione primaria essendo ad una distanza dal diffusore (13) differente rispetto alle altre sub-combustioni primarie.
13. 13. Processo secondo la rivendicazione 12, in cui dette sub-combustioni primarie hanno uno stesso rapporto di combustione sostanzialmente stechiometrico.
14. 14. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 11 a 13, in cui il primo rapporto aria/combustibile (λ-ι) della combustione primaria o delle sub-combustioni primarie può variare tra 0,85÷1 ,05; il secondo rapporto aria/combustibile (λ2) della combustione secondaria può variare tra 2,5÷2,7; il terzo rapporto aria/combustibile (λ3) della combustione terziaria può variare tra 0,55÷0,7.
15. 15. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 11 a 14, in cui la velocità media di iniezione della terza porzione di aria comburente può variare tra 70÷120 m/s con aria preriscaldata a 400°C, ed in cui la velocità media di iniezione della seconda porzione di gas combustibile può variare tra 60÷110 m/s con gas a temperatura ambiente.