MX2014006491A - Quemadores de liberacion rapida de energia y metodos para usar los mismos. - Google Patents

Abstract

Un quemador que tiene una boquilla de factor de forma alta que incluye una abertura de la boquilla que tiene un factor de forma de aproximadamente 10 a aproximadamente 75, el factor de forma que se define como el cuadrado del perímetro de la boquilla dividido por dos veces el área de sección transversal de la boquilla, y una boquilla anular que circunda la boquilla de factor de forma alta, en donde la boquilla de factor de forma alta se configura para ser suministrada con uno de un gas combustible y un gas oxidante, y la boquilla anular se configura para ser suministrada con el otro de un gas combustible y un gas oxidante. Un método de combustión de liberación rápida de energía, que incluye suministrar un gas combustible y un gas oxidante a un quemador que tiene una boquilla de factor de forma alta y una boquilla anular que circunda la boquilla de factor de forma alta.

Description

QUEMADORES DE LIBERACIÓN RÁPIDA DE ENERGÍA Y MÉTODOS PARA USAR LOS MISMOS ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El contenido de esta invención se relaciona a un quemador de oxi-combustible que permite la liberación rápida de energía de combustión.

Los quemadores de oxi-combustible se usan en una amplia gama de aplicaciones. En una aplicación, los quemadores de oxi-combustible se emplean para fundir la escoria dentro de un horno (por ejemplo, en conexión con el reciclaje de aluminio). En algunas aplicaciones, la práctica de carga para introducir escoria en el horno provoca que el metal se situé relativamente cercano a la cara del quemador. Cuando se usan tecnologías de quemador de oxi-combustibles convencionales, la llama puede formar una cavidad a través de la escoria, dando por resultado una transferencia de calor ineficiente a la escoria y temperaturas de gas de combustión altas. En otra aplicación, los quemadores de oxi-combustible se usan en hornos de un solo paso donde cualquier calor no transferido rápidamente se puede perder en la chimenea. En todavía otra aplicación, los quemadores de oxi-combustible se encienden a lo largo del ancho de un horno que tiene una proporción dimensional grande (es decir, longitud mucho más grande que el ancho) , tal como hornos de pozo y cúpulas, donde la transferencia rápida del calor de combustión mejoraría significativamente la eficiencia del horno.

Los quemadores de oxi-combustible convencionales y métodos para usar los quemadores para arrastrar gas de horno en la zona de combustión se describen en la Patente de los Estados Unidos No. 6,866,503 B2 y Publicación de los Estados Unidos No. 2007/0254251 Al, que se incorporan en la presente a manera de referencia en su totalidad. Otro quemador convencional conocido como un quemador de "tubo en el tubo" se describe en la Figura 21.4 de la sección 21.4.1 de Industrial Burners Handbook, CRC Press 2004. Existe la necesidad en esta técnica por un quemador y método que tenga una velocidad mejorada de liberación de calor uniforme para mejorar la eficiencia de la transferencia de calor al horno y reducir las temperaturas de gas de combustión.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un quemador de liberación rápida de energía descrito en la presente resuelve los problemas asociados con los quemadores convencionales y los métodos al incluir una boquilla de factor de forma alta circundada por una boquilla anular para mejorar el mezclado entre las corrientes de combustible y oxidante. La combinación de boquillas del quemador también puede evitar la dilución de la zona de combustión, permitiendo de esta manera la liberación rápida de energía de combustión.

En un aspecto, el quemador emplea una boquilla central rebajada. En otro aspecto de la invención, el quemador produce una llama que es relativamente voluminosa en comparación con las llamas convencionales. Como resultado, el quemador puede calentar uniformemente una carga dentro de un horno y proporcionar un flujo de calor pico relativamente cercano a la cara del quemador.

Un aspecto de la invención se relaciona a un quemador que comprende por lo menos una boquilla que tiene un factor de forma de mayor que aproximadamente 10 y una boquilla anular que circunda la por lo menos una boquilla. En un aspecto el quemador comprende una pluralidad de boquillas de factor de forma alta que son circundadas por la boquilla anular .

En una modalidad, se proporciona un quemador que incluye una boquilla de factor de forma alta y una boquilla anular. La boquilla de factor de forma alta incluye un cuerpo de boquilla y una abertura de la boquilla que tiene un factor de forma aproximadamente 10 a aproximadamente 75, el factor de forma que se define como el cuadrado del perímetro de la boquilla dividido por dos veces el área de la sección transversal de la boquilla. La boquilla anular circunda la boquilla de factor de forma alta. La boquilla de factor de forma alta se configura para ser suministrada con uno de un gas combustible y un gas oxidante, y la boquilla anular se configura para ser suministrada con el otro de un gas de combustible y un gas oxidante.

En un aspecto, la boquilla de factor de forma alta se puede ahusar más reducida hacia la abertura de la boquilla. Las dos caras ahusadas, colocadas simétricamente en el cuerpo de la boquilla, ahusadas hacia adentro, cada una en un ángulo de aproximadamente 15° a aproximadamente 30° con respecto a un eje del quemador. La boquilla de factor de forma alta tiene un área de sección transversal y un área de salida con un área de aproximadamente 35% a aproximadamente 70% del área de la sección transversal.

En otro aspecto, la boquilla anular tiene un extremo de descarga, y la boquilla de factor de forma alta se puede desplazar axialmente del extremo de descarga por una distancia de desplazamiento. La boquilla de factor de forma alta tiene un diámetro, y en un aspecto, la abertura de la boquilla de la boquilla de factor de forma alta se rebaja del extremo de descarga por menor que o igual a aproximadamente un diámetro de la boquilla de factor de forma alta.

En otro aspecto, una abertura de la boquilla anular se forma entre la boquilla anular y la boquilla de factor de forma alta, y la abertura de la boquilla de factor de forma alta y la abertura de la boquilla anular se dimensionan para proporcionar una relación de velocidad de una corriente de gas que fluye a través de la boquilla anular a una corriente de gas que fluye a través de la abertura de la boquilla de factor de forma alta, ANNULAR/ HSFÍ de menor que aproximadamente 1.

El factor de forma alta se puede colocar céntricamente dentro de la abertura de la boquilla anular, o se puede desplazar de una posición central. Más de una boquilla de factor de forma alta se puede colocar dentro de la abertura de la boquilla anular.

En otra modalidad, se proporciona un quemador que tiene una boquilla de factor de forma alta y una boquilla anular. La boquilla de factor de forma alta incluye un cuerpo de boquilla, una cara de salida, y una abertura de la boquilla en la cara de salida que tiene un factor de forma de aproximadamente 10 a aproximadamente 75, el factor de forma que se define como el cuadrado del perímetro de la boquilla dividido por dos veces el área de sección transversal de la boquilla. La boquilla anular circunda la boquilla de factor de forma alta y tiene un extremo de descarga. La boquilla de factor de forma alta se configura para ser suministrada con un gas combustible y un gas oxidante, y la boquilla anular se configura para ser suministrada con el otro de un gas combustible y un gas oxidante.

En otra modalidad, se proporciona un método de combustión de liberación rápida de energía. El método incluye suministrar un gas combustible y un gas oxidante un quemador que tiene una boquilla de factor de forma alta y una boquilla anular que circunda la boquilla de factor de forma alta, dirigir uno del gas combustible y el gas oxidante a través de la boquilla de factor de forma alta, y dirigir el otro del gas combustible y el gas oxidante a través de la boquilla anular. La boquilla de factor de forma alta incluye la abertura de la boquilla que tiene un factor de forma de aproximadamente 10 a aproximadamente 75, el factor de forma que se define como el cuadrado del perímetro de la boquilla dividido por dos veces el área de sección transversal de la boquilla.

En un aspecto, el método incluye además provocar que la relación de la velocidad del gas que fluye a través de la abertura de la boquilla anular a la velocidad del gas que fluye a través de la abertura de la boquilla de factor de forma alta, VANNULAR/VHSF sea menor que aproximadamente 1.

Otro aspecto de la invención se relaciona a un método para liberación rápida de energía para calentamiento de por lo menos uno de aluminio, hierro, acero, cobre, plomo y zinc que comprende usar el quemador inventivo.

Los diversos aspectos de la invención descritos en la presente se pueden usar solos o en combinaciones entre sí.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS DIVERSAS VISTAS DE LOS DIBUJOS La Fig. 1 es una vista en perspectiva de un quemador de liberación rápida de energía que incluye una boquilla de factor de forma alta circundada por una boquilla anular.

La Fig. 2 es una vista de extremo de un quemador como en la Fig . 1.

La Fig. 3A es una vista de sección transversal de un quemador como en la Fig. 1, tomada en una dirección vertical como la boquilla se presenta en la Fig. 2.

La Fig. 3B es una vista de sección transversal de un quemador como en la Fig. 1, tomada en la sección horizontal como la boquilla se presenta en la Fig. 2.

Las Figs. 4A y 4B son fotografías que comparan la llama de un quemador convencional (Fig. 4A) a la llama formada por un quemador que incluye una boquilla de factor de forma alta circundada por una boquilla anular como se describe en la presente (Fig. 4B) .

La Fig. 5A es una gráfica del flujo de calor contra la longitud del horno en un horno de prueba, que compara el perfil de liberación del calor de un quemador de liberación rápida de energía a un quemador de oxi-combustible de tubo en el tubo convencional.

La Fig. 5B es una gráfica, superpuesta con una gráfica de un horno giratorio ejemplar en el cual se instala un quemador, que ilustra el flujo de calor contra la longitud de un quemador convencional en comparación con un quemador de liberación rápida de energía que incluye una boquilla de factor de forma alta circundada por una boquilla anular.

La Fig. 6 es una vista en planta de un horno ejemplar, tal como un horno de pozo o cúpula, que tiene una relación grande de longitud ancho y múltiples quemadores que se encienden lateralmente a lo largo del ancho del horno con el espacio de combustión limitado.

Las Figs. 7? y 7B son fotografías que comparan una llama producida por una boquilla de factor de forma alta con una punta de cuerpo romo a una llama producida por una boquilla de factor de forma alta con una punta ahusada.

La Fig. 8 es una vista en perspectiva de un ensamblaje de boquilla de factor de forma alta para el uso en un quemador de liberación rápida de energía.

La Fig. 9 es una vista en perspectiva de sección transversal de la sección axial I-I de la boquilla de la Fig. 8.

La Fig. 10A es una vista frontal del cuerpo de la boquilla de la Fig. 8 que muestra el extremo de descarga o boquilla del cuerpo de boquilla.

La Fig. 10B es una vista de sección transversal de la sección II-II de la Fig. 10A.

La Fig. 10C es una vista de sección transversal de la sección III-III de la Fig. 10A.

La Fig. 10D es una vista trasera del cuerpo de la boquilla de la Fig. 8 que muestra el extremo de entrada del cuerpo de la boquilla.

La Fig. 11 es una vista en perspectiva de un ensamblaje de boquilla de factor de forma alta alternativo para el uso en un quemador de liberación rápida de energía.

La Fig. 12A es una vista frontal del cuerpo de la boquilla de la Fig. 11 que muestra el extremo de descarga o la boquilla del cuerpo de la boquilla.

La Fig. 12B es una vista de sección transversal de la sección IV-IV de la Fig. 12A.

La Fig. 12C es una vista de sección transversal de la sección V-V de la Fig. 12A.

La Fig. 13 presenta definiciones de varios parámetros de diseño geométricos del cuerpo de la boquilla de las Figs. 12A, 12B y 12C.

La Fig. 14 presenta definiciones de varios parámetros de diseño geométricos del cuerpo de la boquilla de las Figs. 10A, 10B y 10C.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Se describe un quemador de oxi-combustible que puede facilitar la liberación rápida de energía de combustión en el horno. Esto se logra por configuraciones geométricas especiales de boquillas de combustible y oxidante, dando por resultado una llama relativamente voluminosa que es capaz de calentar una carga de horno más uniformemente.

Como se usa en la presente, los términos "agente oxidante" y "oxidante" se usan intercambiablemente para proponer un gas que tiene por lo menos aproximadamente 20.9% en volumen de 02/ y puede tener por lo menos aproximadamente 23% en volumen de 02, o por lo menos aproximadamente 30% en volumen de 02, o por lo menos aproximadamente 60% en volumen de 02, o por lo menos aproximadamente 85% en volumen de 02 o aproximadamente 100% en volumen de 02. Como se usa en la presente, gas combustible" puede incluir cualquier combustible gaseoso capaz de quemarse en un agente oxidante u oxidante .

Las Figs . 1-3B muestran un quemador ejemplar 10 que tiene un conducto de salida 12 y un conducto de entrada 14. El conducto de salida 12 termina en una boquilla anular 20 que tiene un extremo de descarga 22, y el conducto interior 14 termina en una boquilla de factor de forma alta (HSF) 30. La boquilla HSF 30 incluye una cara de salida 32 y un cuerpo de boquilla 34 conectado al conducto interior 14. Una boquilla de abertura 38 se forma en la cara de salida 32 de la boquilla 30. Una abertura de la boquilla anular 28 se forma entre la boquilla anular 20 y la boquilla HSF 30.

Un encendedor opcional 40, como se muestra en las figuras, se puede proporcionar para la ignición del quemador 10. Los espaciadores 42 se pueden proporcionar para colocar la boquilla HSF 30 dentro de la boquilla anular 20. Adicionalmente, un pasaje de enfriamiento 44 se puede proporcionar en la boquilla exterior 12 para permitir el flujo de un refrigerante liquido para remover el calor de la boquilla anular 20.

Durante la operación del quemador 10, la boquilla HSF 30 se suministra con una corriente interior de ya sea gas combustible o gas oxidante por el conducto interior 14, y la boquilla anular 20 se suministra con una corriente exterior de ya sea gas combustible o gas oxidante por el conducto exterior 12. Uno del gas combustible y el gas oxidante se suministran a la boquilla HSF 30, y los otros de gas combustible y gas oxidante se suministran a la boquilla anular 20. En la salida de la boquilla HSF 30, la corriente interior forma un chorro interior de gas que arrastra la corriente exterior de gas. En una modalidad, el gas o combustible se suministra como la corriente interior a la boquilla HSF 30 mientras que el gas oxidante se suministra como la corriente exterior a la boquilla anular 20.

Como se muestra en las Figs. 1-3B, la boquilla anular 20 circunda completamente la boquilla de factor de forma alta 30. En una modalidad, la boquilla de factor de forma alta 30 se coloca céntricamente dentro de la boquilla anular 20 de modo que la abertura de la boquilla anular 28 es simétrica alrededor de la boquilla de factor de forma alta 30. En otra modalidad, una pluralidad de boquillas de factor de forma alta 30 se colocan dentro de la boquilla anular y son circundadas por la abertura de la boquilla anular 28.

La abertura de descarga de la boquilla de factor de forma alta 38 tiene una geometría que ayuda a que la corriente interior de salida produzca un alto grado de arrastre de fluido de la corriente exterior. En la modalidad representada, la boquilla 30 se puede describir como "ranurada" o "con cremallera" en forma. La abertura de la boquilla 38 se caracteriza por un factor de forma, o, que es por lo menos aproximadamente 10, en donde o es un parámetro sin dimensión definido como O = P2/2A donde P es el perímetro de la abertura de descarga y A es el área de flujo de la abertura de descarga. La dimensión del perímetro es la dimensión de los bordes humedecidos de la abertura de descarga como es medido en el plano de la cara de la boquilla donde la boquilla se descarga en la zona de combustión .

El factor de forma determina el grado de interacción entre el chorro interior y la corriente que circunda el exterior. Varias geometrías se pueden usar para lograr el factor de forma deseada o, que incluye aquellas mostradas en la presente y en la Patente de los ESTADOS UNIDOS No. 6,866,503, incorporada en la presente a manera de referencia. Como un ejemplo, la boquilla 30 mostrada en la modalidad de las Figs. 1-3, con una ranura central y cuatro ranuras cruzadas, tiene un factor de forma de 41.6. Una boquilla similar con una ranura central y tres ranuras cruzadas tienen un factor de forma de aproximadamente 32.9. En comparación, el factor de forma de una boquilla circular convencional es de aproximadamente 6.28 (es decir, 2n) . El factor de forma para las boquilla HSF 30 en un quemador de liberación rápida de energía 10 como se describe en la presente puede variar por lo menos aproximadamente 10 a tan grande como aproximadamente 75, y es preferiblemente mayor o igual a aproximadamente 10 más preferiblemente mayor que o igual a aproximadamente 25, mucho más preferiblemente mayor que o igual a aproximadamente 35. De esta manera, el factor de forma para las boquillas HSF puede ser de aproximadamente 1.5 a aproximadamente 12 veces que de una boquilla circular convencional, y en las modalidades ejemplares representadas en las Figs. 1-3, el factor de forma de la boquilla es de aproximadamente 6.6 veces que de una boquilla circular convencional. Tales factores de forma se han mostrado en simulaciones y prueba para ser capaces de obtener un perfil de flujo de calor de liberación rápida, como se plantea posteriormente con detalle adicional con respecto a las Figs. 5A y 5B.

La boquilla de factor de forma alta 30 crea áreas de baja presión o bolsas alrededor del perímetro de la abertura de la boquilla 38, y en particular entre las ranuras, lo que ayuda a arrastras los gases circundantes. El chorro de corriente interior (por ejemplo, gas combustible) que sale de la abertura de la boquilla de factor de forma alta 38 actúa para arrastrar la corriente exterior (por ejemplo, gas oxidante) que sale de la abertura de la boquilla anular 28. La forma de la abertura de la boquilla 38 provoca que el chorro de corriente interior crea turbulencia, mezclando de esta manera rápidamente las corrientes interiores y exteriores, y dando por resultado una llama de liberación de energía espesamente alta. Sin que se desee ser limitado por ninguna teoría o explicación, en general mientras es más alto el factor de forma, es más rápido el mezclado entre las corrientes de combustible y oxidante y por consiguiente va hacer probablemente más voluminosa la llama.

La liberación rápida de energía se puede lograr por mezclado mejorado de los flujos de combustible y oxidante. Varios factores, en combinación con el uso de boquillas de factor de forma alta, se pueden emplear para lograr un perfil de flujo de calor rápido. En un aspecto, la boquilla HSF 30 se puede circundar completamente por la boquilla anular 20. Esto maximiza la interacción entre las corrientes de gas combustible y gas oxidante para promover el mezclado rápido.

En otro aspecto, la boquilla HSF 30 puede tener una forma ahusada, como se muestra en la Fig. 3 con el cuerpo de boquilla 34 de la boquilla 30 que tiene caras ahusadas 36 que se angulan hacia adentro hacia cara exterior 32. El ángulo del ahusamiento, ?, puede ser de aproximadamente 15° a aproximadamente 45°, preferiblemente de aproximadamente 15° a aproximadamente 30°, y más preferiblemente de aproximadamente 20°. Las caras ahusadas 36 reducen el sobrecalentamiento del aboquilla 30 al minimizar la recirculación de la corriente exterior en la cara de salida 32. Las caras ahusadas 36 también ayudan a racionalizar la corriente exterior que fluye de la abertura de la boquilla anular 28 en la corriente interior o chorro que sale de la abertura HSF 38. En un aspecto, la boquilla HSF 30 tiene un plano central definido por la abertura de la boquilla 38, y las caras ahusadas 36 están en lados opuestos del cuerpo de la boquilla 34 y el ahusamiento hacia adentro del plano central, tal que las proyecciones de las caras opuestas y el plano central y se interceptarían en una linea en la zona de combustión más allá de la cara de salida 32 de la boquilla 30.

Las caras ahusadas 36 se pueden definir adicionalmente por la relación de área de la cara de salida de la boquilla HSF 32 (AF) al área de sección transversal de la boquilla HSF 30 (AN) . Como se muestra en las 15 Figs. 2 y 3A, la boquilla HSF 30 tiene un diámetro DHSr y la cara exterior 32 tiene una altura XF que es menor que el diámetro DHSF- Desde la vista de extremo de la Fig. 2, se puede observar que la diferencia de área entre AN y AF es dos veces el área proyectada de los segmentos de círculos que representan las caras ahusadas 36, cada uno de aquellos segmentos de circulo gue se definen como subsumir un ángulo T. Específicamente, en el área de boquilla HSF AN se puede calcular como: mientras que el área de la cara exterior de la boquilla HSF AF se puede calcular como: D2 donde T = 2· arceos (XF/DHSF) · La relación del área AF/AN puede ser de aproximadamente 35% a aproximadamente 70%, que corresponde aproximadamente a un intervalo XF/DHSF de aproximadamente 28% a aproximadamente 59% y un intervalo de ángulo subsumido T de aproximadamente 108° a aproximadamente 147°. En la modalidad representada en las Figs. 1-3B, en ángulo subsumido T es de aproximadamente 132° y la relación XF/DHSF es de aproximadamente 41%, dando por resultado una relación de área AF/AN de aproximadamente 51%.

La forma ahusada de la boquilla HSF 30 ayuda a reducir significativamente la temperatura superficial de la cara de salida 32, que no está provista con ningún refrigerante externo en las modalidades descritas. Sin que se desee ser limitado por la teoría, se cree que una boquilla HSF que no tiene caras ahusadas crea zonas de recirculación de la corriente anular de gas conforme pasa sobre el extremo del cuerpo romo de la boquilla HSF. Esto da por resultado un mezclado rápido del gas combustible y oxidante, asi como arrastre de los gases de horno, en la cara de salida de la boquilla HSF, lo cual provoca que la llama se una esencialmente de esta manera a la cara de la boquilla en cualquier lado de la abertura de la boquilla de cremallera. En contraste, una boquilla HSF 30 que tiene caras ahusadas 36 y una relación de área AF/AN como se describe en la presente permite que la corriente de gas anular se racione radialmente hacia adentro para ser arrastrada en la corriente interior del gas, creando una llama que emana esencialmente de la abertura de la boquilla 38. Esto da por resultado menos que se imparta menos calor a la cara de salida 32.

Las Figs. 7A y 7B comparan las características de llama de dos quemadores, el quemador en la Fig. 7A que tiene una boquilla HSF con un cuerpo romo y sin caras ahusadas (es decir, AF/AN = 1) y el quemador en la Fig. 7B que tiene una boquilla HSF 30 como se describe en la presente, con caras ahusadas 36 y una relación de área AF/AN de aproximadamente 51%. En ambos casos, el gas combustible se hizo fluir a través de la boquilla HSF 30 mientras que el oxidante se hizo fluir a través de la boquilla anular 20. El quemador de la Fig. 7A muestra dos llamas distintas, una en cada lado de la abertura de la boquilla HSF 38. La fotografía de la Fig. 7A también muestra que la cara de salida de la Boquilla HSF está siendo calentada al punto donde brilla. En contraste, el quemador de la Fig. 7B muestra una llama que emana de la abertura de la boquilla 38, y la cara de salida 32 de la boquilla HSF 30 es mucho más fria y no brilla.

En todavía otro aspecto, la cara de salida 32 de la boquilla HSF 30 se puede desplazar axxalmente del extremo de descarga 22 del a boquilla anular 20 por una distancia de desplazamiento, XR. La distancia XR puede ser tan grande como aproximadamente ± 1 diámetro, DHSF, de la boquilla 30. Es decir, la cara de salida 32 de la boquilla HSF 30 se puede rebajar por tanto como aproximadamente un diámetro DHSF con respecto al extremo de descarga 22, como se indica en la Fig. 3A. El rebajado de la boquilla HSF 30 ayuda a asegurar que el chorro de gas interior (combustible o oxidante) que sale de la abertura de la boquilla 38 se circunde completamente por la corriente de gas anular que se arrastra (oxidante o combustible, respectivamente) y se puede evitar la dilución de la raíz de la llama por los gases de horno, sin sobrecalentar la boquilla anular externa 20. El rebajado de la boquilla HSF 30 también permite que el combustible y oxidante fluyan para mezclarse antes de arrastrar los gases de horno, minimizando de esta manera la dilución del mezclado de los flujos de combustible y oxidante por los gases de horno en la boquilla HSF 30. De otra manera, particularmente cuando el gas combustible y/u oxidante tienen momentos bajos, la dilución podría dar por resultado el mezclado retardado de los flujos de combustible y oxidante.

Alternativamente, la cara de salida 32 de la boquilla HSF 30 puede sobresalir por tanto como aproximadamente un diámetro DHSF más allá del extremo de descarga 22, particularmente para una configuración en la cual el gas combustible y/u oxidante tienen momentos altos. Aun alternativamente, la cara de salida 32 de la boquilla HSF 30 puede estar aproximadamente al ras o alinear con el extremo de descarga 22.

En aun otro aspecto, el volumen de llama se puede controlar por la velocidad de la boquilla HSF y por la relación de la velocidad de la corriente anular a la velocidad del chorro interior. Específicamente, el volumen de la llama se puede mejorar al controlar la relación de la velocidad de la corriente exterior o anular (VANNULAR) a la velocidad de la corriente interior que sales de la boquilla HSF (VHSF) que es menor de aproximadamente 3. En una modalidad, la velocidad de la corriente anular se controla para ser menor que la velocidad de la corriente interior que sale de la boquilla HSF, es decir, VANNULAR / HSF < 1· Preferiblemente, la relación de velocidad entre el flujo anular y el chorro interior (VANNOLAR / HsF) es de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 1. Más preferiblemente, la relación de velocidad V¾NNULAR / VHSF es de aproximadamente 0.3. Es decir, la velocidad del chorro interior es típicamente alrededor de 30% de la velocidad de flujo anular de modo que el chorro interior arrastra el flujo de gas anular circundante para crear un buen mezclado y, a su vez, una llama relativamente voluminosa. En un ejemplo, la velocidad del chorro interior puede ser menor que o igual a aproximadamente 600 ft/s (por ejemplo, aproximadamente 100 ft/s a aproximadamente 300 ft/s), y la velocidad de flujo anular puede ser correspondientemente menor que o igual a aproximadamente 600 ft/s, y preferiblemente menor que o igual a aproximadamente 180 ft/s (por ejemplo, aproximadamente 30 20 ft/s a aproximadamente 90 ft/s) .

En un aspecto adicional, las ranuras de la boquilla HSF 30 pueden tener un ángulo de expansión (descrito a continuación con más detalle con referencia a las Figs. 9 y 11) , a fin de mezclarse efectivamente con la corriente anular y para generar una llama "espesa" para permitir la cobertura radial de la llama.

Las formas y diseños de las boquillas adecuadas en las modalidades descritas en lo anterior se describen en la Patente de los ESTADOS UNIDOS 6,866,503 B2, que se incorpora en la presente a manera de referencia. Uno de estos diseños de boquillas se ilustra en la Fig. 8. Un ensamblaje de boquilla 601 comprende un cuerpo de boquilla 602 que tiene caras ahusadas 603 y una cara de salida 617, el cuerpo de boquilla 602 que se une¦ al conducto o tubo de entrada de boquilla 605. El ensamblaje de boquilla 601 es análogo a la boquilla HSF 30 descrita con referencia a las Figs. 1-3B. Una ranura central 607, ilustrado en este punto como verticalmente orientada, es interceptada por las ranuras cruzadas 609,611, 613, y 615. Como se describe a detalle a continuación, la dirección longitudinal de la ranura central 607 (es decir, el eje mayor) define un plano central que se extiende perpendicularmente hacia afuera de la cara de salida 617. Las ranuras se colocan entre la cara de salida 617 y una cara de entrada (no mostrada) en la conexión entre el cuerpo de boquilla 603 y el tubo de entrada de boquilla 605. Un primer gas (uno de combustible y oxígeno) 619 fluye a través del tubo de entrada de boquilla 605 y a través de las ranuras 607,609, 611,613, y 615, y luego se mezcla con un segundo gas (el otro de combustible y oxigeno) que fluye en la corriente anular que circunda las salidas de la ranura. La abertura formada por las ranuras 607, 609, 611, 613, y 615 forma en la boquilla HSF 30 como se describe en lo anterior.

Además del patrón de ranura mostrada en la Fig. 8, otros patrones de ranura son posibles como se describe posteriormente. También, el ensamblaje de boquilla 601 se puede usar en cualquier orientación y no se limita a la orientación generalmente horizontal mostrada. En la modalidad ejemplar representada, cuando se observa en una dirección perpendicular a la cara de salida 617, las ranuras ejemplares 609, 611, 613, y 615 interceptan la ranura 607 en ángulos rectos. Otros ángulos de intersección son posibles entre las ranuras ejemplares 609,611, 613, y 615 y la ranura 607. Similarmente, cuando se observa en una dirección perpendicular a la cara de salida 617, las ranuras ejemplares 609, 611, 613, y 615 están paralelas entre si; sin embargo, otras modalidades son posibles en las cuales una o más de estas ranuras no están paralelas a las ranuras restantes .

El término "ranura" como se usa en la presente se define como una abertura a través de un cuerpo de boquilla u otro material sólido en donde cualquier sección transversal de ranura (es decir, una sección perpendicular al eje de flujo de entrada definido posteriormente) no es circular y se caracteriza por un eje mayor y un eje menor. El eje mayor es más largo que el eje menor y los dos ejes están generalmente perpendiculares. Por ejemplo, el eje de sección transversal mayor de cualquier ranura en la Fig. 8 se extiende entre los dos extremos de la sección transversal de la ranura; el eje de sección transversal menor es perpendicular al eje mayor y se extiende entre los lados de la sección transversal de la ranura. La ranura puede tener una sección transversal de cualquier forma no circular y cada sección transversal se puede caracterizar por un punto central o centroide, donde el centroide tiene la definición geométrica usual.

Una ranura se puede caracterizar opcionalmente por un eje de ranura definido como una linea recta que conecta a los centroides de todas las secciones transversales de la ranura. Además, una ranura se puede caracterizar o definir por un plano central que intercepta los ejes de sección transversal mayores de todas las secciones transversales de la ranura. Cada sección transversal de la ranura puede tener una simetría perpendicular en cada lado de este plano central. El plano central se extiende más allá de ya sea el extremo de la ranura y se puede usar para definir la orientación de la ranura relativa con el eje de flujo de entrada del cuerpo de la boquilla como se describe a continuación .

La sección axial I-I de la boquilla 601 de la Fig. 8 se da en la Fig. 9. Un eje de flujo de entrada 701 pasa a través del centro del tubo de entrada de la boquilla 605, la cara de entrada 703, y la cara de salida 617. En esta modalidad, los planos centrales de las ranuras 609, 611, 613, y 615 se sitúan en ángulos al eje de flujo interior 701 tal que el gas fluye de las ranuras en la cara de salida 617 en direcciones divergentes del eje de flujo de entrada 701. El plano central de la ranura 607 (solamente una porción de esta ranura se observa en la Fig. 9) también se sitúa en un ángulo al eje del flujo interior 701. Como se observará posteriormente, esta característica ejemplar puede dirigir la corriente gaseosa interior de la cara de salida de la boquilla 617 en otra dirección divergente del eje de flujo de entrada 701. En esta modalidad ejemplar, cuando se observa en una dirección perpendicular la sección axial de la Fig. 9, las ranuras 609 y 611 se interceptan en la cara interior 703 para formar el borde agudo 705, las ranuras 611 y 613 se interceptan para formar el borde agudo 707, y las ranuras 613 y 615 se interceptan para formar el borde agudo 709. Estos bordes agudos proporcionan una separación de flujo aerodinámica a las ranuras y reducen el exceso de presión asociado con los cuerpos romos. Alternativamente, estas ranuras pueden interceptarse en una ubicación axial entre la cara interior 703 y la cara exterior 617, y los bordes agudos se formarían dentro del cuero de boquilla 603. Alternativamente, estas ranuras no se pueden interceptar cuando se observan en una dirección perpendicular a la sección axial de la Fig. 9, y no se formarían bordes agudos.

El término "eje de flujo de entrada" como se usa en la presente es un eje definido por la dirección de flujo del fluido que entra a la boquilla HSF en la cara de entrada, en donde este eje pasa a través de las caras de entrada y salida. Típicamente, pero no en todos los casos, el eje de flujo de entrada es perpendicular al centro de la cara de entrada de la boquilla 703 y/o la cara de la boquilla de salida 617, y se acopla con las caras perpendiculares. Cuando el tubo de entrada de boquilla 605 es un conducto cilindrico típico como se muestra, el eje de flujo de entrada puede estar paralelo a o coincidente con el eje de conducto.

La longitud de la ranura axial se define como la longitud de una ranura entre la cara de entrada de boquilla y la cara de salida de boquilla, por ejemplo, entre la cara de entrada 703 y la cara de salida 617 de la Fig. 9. La altura de la ranura se define como la distancia perpendicular entre las paredes de la ranura en el eje de sección transversal menor. La relación de la longitud de la ranura axial a la altura de la ranura puede ser entre aproximadamente 1 a aproximadamente 20.

Las múltiples ranuras en un cuerpo de boquilla pueden interceptarse en un plano perpendicular al eje de flujo de entrada. Como se muestra en la Fig. 8, por ejemplo, las ranuras cruzadas 609, 611, 613, y 615 se interceptan en la ranura central 607 en ángulos rectos. Si se desea, estas ranuras se pueden interceptar en un plano perpendicular al eje de flujo de entrada en los ángulos diferentes a los ángulos rectos. Las ranuras adyacentes también pueden interceptarse cuando se observan en un plano paralelo al eje de flujo de entrada, es decir, el plano de sección de la Fig. 9. Como se muestra en la Fig. 9 por ejemplo, las ranuras 609 y 611 se interceptan en la cara de entrada 703 para formar el borde agudo 705 como se describe en lo anterior. Las relaciones anguladas entre los planos centrales de las ranuras, y también entre el plano central de cada ranura y el eje de flujo de entrada, se pueden variar como se desee. Esto permite que la corriente de gas interior se descargue de la boquilla en cualquier dirección seleccionada relativa con el eje de la boquilla.

Las vistas adicionales de un cuerpo de boquilla ejemplar 603 se dan en las Figs . 10A a 10D. La Fig. 10A es una vista en perspectiva frontal del cuerpo de boquilla; la Fig. 10B es una vista de sección II-II de la Fig. 10A e ilustra los ángulos formados entre los planos centrales de las ranuras y el eje de flujo de entrada. El ángulo i se forma entre el plano central de la ranura 615 y el eje de flujo de entrada 701 y un ángulo OÍ2 se forma entre el plano central de la ranura 609 y el eje de flujo de entrada 701. Los ángulos ??? y OÍ2 pueden ser los mismos o diferentes, y pueden estar en el intervalo de 0 o aproximadamente 30 grados. El ángulo a3 se forma entre el ángulo central de la ranura 611 y el eje de flujo de entrada 701 y el ángulo a4 se forma entre el plano central de la ranura 613 y el eje de flujo de entrada 701. Los ángulos a3 y a4 pueden ser los mismos o diferentes, y pueden estar en el intervalo de 0 a aproximadamente 30 grados. Los planos centrales de cualquiera de otras dos ranuras adyacentes pueden interceptarse en un ángulo incluido entre 0 y aproximadamente 15 grados.

La Fig. 10C es una vista de la sección III-III de la Fig. 10A que ilustra el ángulo ß? formado entre el plano central entre la ranura 607 y el flujo de entrada 701. El ángulo ß? puede estar entre el intervalo de 0 a aproximadamente 30 grados. Los bordes exteriores de la ranura 611 (asi como las ranuras 609, 613, y 615) pueden estar paralelos al plano central de la ranura 607.

La Fig. 10D es un dibujo en perspectiva trasera del cuerpo de las boquillas de. las Figs . 7 y 8 que da otra lista de los bordes agudos 705, 707, y 709 formados por las intersecciones de las ranuras 609, 611, 613, y 615.

Otro tipo de boquilla se ilustra en la Fig. 11 en la cual las ranuras en el cuerpo de boquilla 901 se colocan en la forma de dos cruces 903 y 905. Una vista en perspectiva frontal en el cuerpo de boquilla se muestra en la Fig. 12A en la cual el cruce 913 formada por las ranuras 1007 y 1009 y el cruce 905 se forman por las ranuras 1001 y 1013. Una vista de sección IV-IV de la Fig. 12A mostrada en la Fig. 12B muestra los planos centrales de las ranuras 1009 y 1011 que divergen del eje de flujo de entrada 1015 por los ángulos 5 y a6· Los ángulos a5 y OÍ6 pueden ser los mismos o diferentes y pueden estar en el intervalo de 0 a aproximadamente 30 grados. Los bordes exteriores de las ranuras 1007 pueden estar paralelos al plano central de la ranura 1009 y los bordes exteriores de la ranura 1013 pueden estar paralelos al plano central de la ranura 1011. En esta modalidad, las ranuras 1007 y 1011 se interceptan para formar el borde agudo 1012.

Una vista de sección V-V de la Fig. 12A se muestra en la Fig. 12C, que ilustra como el plano central de la ranura 1013 diverge del eje de flujo de entrada 1015 por el ángulo incluido ß2, gue puede estar en el intervalo de 0 a aproximadamente 30 grados. Los bordes exteriores de la ranura 1011 pueden estar paralelos al plano central de la ranura 1013.

Como se describe en lo anterior, las ranuras pueden interceptar otras ranuras en cualquiera o ambas de las dos configuraciones. Primero, las ranuras pueden interceptarse cuando se observan en una vista perpendicular a la cara de salida del cuerpo de boquilla (ver, por ejemplo, Figs. 10A o 12A) o cuando se observan en una sección transversal de la ranura (es decir, una sección perpendicular al eje de flujo de entrada entre la cara de entrada y la cara de salida) . Segundo, las ranuras adyacentes se pueden interceptar cuando se observan en una dirección tomada paralela al eje de flujo de entrada (ver, por ejemplo, Figs. 9, 10B, y 12B) . Una intersección de las dos ranuras se presenta por definición cuando un plano tangente a una pared de una ranura intercepta un plano tangente a una pared de una ranura adyacente tal que la intersección de los dos planos se sitúa entre la cara de entrada de la boquilla y la cara de salida, en la cara de entrada Y/o en la cara de salida. Por ejemplo, en la Fig . 9, un plano tangente a la pared de la ranura 609 intercepta un plano tangente a una pared de la ranura 607 y la intersección de los dos planos se sitúa entre la cara de entrada 703 y la cara de salida 617. Un plano tangente a la pared superior de la ranura 609 y un plano tangente a la pared superior de la ranura 611 se interceptan en un borde 705 en la cara de entrada 703. En otro ejemplo, en la Fig. 12B, un plano tangente a la pared superior de la ranura 1013 y un plano tangente a la pared inferior de la ranura 1007 se interceptan en un borde 1012 entre las dos caras de la boquilla.

Cada una de las ranuras en las modalidades ejemplares descritas en lo anterior tiene generalmente paredes internas planas y paralelas. Otras modalidades son posibles en las cuales las paredes planas de una ranura pueden converger o divergir relativas entre si en la dirección del flujo del fluido. En otras modalidades, las paredes de la ranura pueden ser curvadas antes que planas. Cada una de las ranuras en las modalidades ejemplares descritas en lo anterior tiene una sección transversal generalmente rectangular con lados rectos y extremos curvados .

Las boquillas tanto de forma cruzada como de cremallera descritas en lo anterior proporcionan un desempeño mejorado comparado con las boquillas circulares tradicionales en términos de mezclado rápido; esta mejora se relaciona directamente a la liberación de energía mejorada al horno como resultado del uso de estas geometrías de boquilla ejemplares. La Tabla 2 da intervalos típicos de los parámetros de diseño geométricos para estas boquillas que son útiles para llevar a cabo el mezclado significativo de las corrientes de combustible y oxidante, lo que permite la rapidez de la liberación de energía de combustión. Estos parámetros de diseño de definen en las Figs. 13 y 14.

Tabla 2 Intervalos Típicos para los Parámetros de Diseño de la Boquilla Los beneficios de un quemador de liberación rápida se pueden llevar a cabo particularmente cuando el tiempo de combustión o espacio se limita, por ejemplo en los hornos de un solo paso (Fig. 5B) , en procesos donde la escoria se sitúa muy cercana a la salida del quemador, y en los hornos con proporciones dimensionales grandes, donde los hornos se encienden a lo largo del ancho del horno, tales como hornos de pozo y cúpulas (Fig. 6).

Un quemador de liberación rápida de energía ejemplar, como se muestra en las Figs. 1-3B, se operó en un horno de prueba para obtener una comparación entre el quemador de liberación rápida de energía y un quemador de oxi-combustible, de tipo tubo en el tubo convencional mostrado en la Figure 21.4 de Industrial Burners Handbook previamente identificado. Una comparación fotográfica de la forma de la llama del quemador convencional (Fig. 4A) y el quemador de liberación rápida de energía (Fig. 4B) se condujo a través de las fotografías tomadas a través de una ventana circular situada cerca de la salida del quemador. En este caso, el combustible (gas natural) se proporcionó a la boquilla HSF y el oxidante (oxígeno) se proporcionó a la boquilla anular. Las direcciones del flujo de combustible (gas natural) y flujo de oxidante (oxigeno) , y de esta manera la orientación de la llama, se indican en las figuras. La Fig. 4B muestra claramente una llama mucho más espesa y voluminosa cerca de la salida del quemador como es comparada con la Fig. 4A. Sin que se desee ser limitado por cualquier teoría o explicación, es evidente que el mezclado rápido del gas natural y (en este caso) el oxígeno justo fuera de la salida del quemador da por resultado que la llama que es relativamente voluminosa en comparación con aquella obtenida por el quemador de oxígeno-combustible convencional.

Debido al mezclado eficaz inducido por el arreglo de boquilla de liberación rápida de energía, el perfil de liberación de energía a lo largo de la longitud del horno es más concentrado y se puede controlar para lograr un flujo de calor deseado. La Fig. 5A muestra una comparación entre los perfiles de flujo de calor obtenidos de los quemadores de liberación rápida de energía y oxi-combustible convencionales en el horno de prueba. La Fig. 5A ilustra que el quemador de liberación rápida de energía puede lograr un perfil de flujo de calor que se proporciona como un flujo de calor pico cercano a la salida del quemador que un horno convencional, y que proporciona un flujo de calor integrado más grande dentro de los primeros seis pies de la salida del quemador que un quemador convencional. También, la liberación más rápida de energía puede permitir el acortamiento del horno, puede dar por resultado temperaturas de gas combustibles más bajas, y puede permitir velocidades de encendido más bajas (y de esta manera proporcionan ahorros de combustible) para lograr el mismo flujo de calor neto.

Un quemador de liberación rápida ejemplar, como se muestra en las Figs. 1-3B, también se puede instalar en dos hornos de tipo giratorio de un solo paso para fundir una carga de metal, que se representa esquemáticamente en la porción superior de la Fig. 5B. Cuando estos hornos se operan con un quemador de oxi-combustible diferente (convencional), el conducto de gas combustible refractario requirió reparación frecuente, un problema que se atribuyó a la combustión incompleta dentro de los confines del horno y sobrecalentamiento del conducto de gas combustible. Pero cuando los mismos hornos se operaron con un quemador de liberación rápida de energía, el conducto de gas combustible operado a temperaturas más bajas y el metal se sangró en temperaturas más altas usando las mismas velocidades del encendido del quemador como con el quemador convencional. Una gráfica representativa de flujo de calor se proporciona en la Fig. 5B, que muestra un flujo de calor integrado más alto dentro del horno y un flujo de calor más bajo por el tiempo de los gases de combustión que alcanzan el conducto de gas combustible. En otras palabras, el quemador de liberación rápida de energía fue capaz de liberar más energía de combustión dentro de los confines del horno como resultado del mezclado rápido que el sistema de quemador convencional en el cual los gases combustibles y oxidantes continuaron quemándose y liberando energía en el conducto de gas combustible. Por lo tanto, no solo fue el quemador de liberación rápida de energía capaz de reducir el daño al conducto refractario de gas combustible, sino el uso del combustible fue capaz de ser reducido por aproximadamente 10%, y el uso de oxígeno por aproximadamente 10% a aproximadamente 15%, mientras que aun se logra el mismo flujo de calor neto al metal dentro del horno.

Se ha determinado que un perfil de flujo de calor predeterminado se puede lograr al usar el quemador de liberación rápida de energía al variar las formas y arreglos de boquillas de factor de forma alta, y al controlar la velocidad de la boquilla y las relaciones de velocidad. De esta manera, el volumen de la llama y la liberación de energías se pueden adaptar a aplicaciones y hornos particulares .

Cabe destacar que en las modalidades ejemplares descritas en lo anterior, el combustible se proporcionó en la boquilla HSF y el oxidante se proporcionó en la boquilla anular. Sin embargo, si se desea, el flujo del combustible y el oxidante se pueden invertir, y se esperan resultados benéficos similares.

El quemador de liberación rápida de energía se puede usar en una amplia gama de aplicaciones en donde se desee tener una llama voluminosa, y flujo de calor definido y liberación de energía. Por ejemplo, el quemador que incluye una boquilla HSF circundada por una boquilla anular se puede usar en todas las aplicaciones relacionadas con la fusión y recalentamiento de metales (por ejemplo aluminio, hierro y acero, cobre, plomo, zinc, entre otros materiales) incluyendo calentamiento en los hornos giratorios, hornos de reverbero, pozos de remojo, y hornos de pozo, así como otros hornos. En un aspecto, el quemador de liberación rápida de energía se puede emplear en aplicaciones que implican carga no uniforme (o desequilibradas) de escoria o partes de metal (tales como lingotes y lupias) en el horno.

La presente invención no se va a limitar en alcance por los aspectos o modalidades específicas descritas en los ejemplos que se proponen como ilustraciones de unos pocos aspectos de la invención y cualquiera de las modalidades que sean funcionalmente equivalentes están dentro del alcance de esta invención. Varias modificaciones de la invención además de aquellas mostradas y descritas en la presente serán evidentes para aquellas personas expertas en la técnica y se proponen para estar dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (23)

REIVINDICACIONES

1. Un quemador, caracterizado porque comprende: una boquilla de factor de forma alta que incluye un cuerpo de boquilla y una abertura de la boquilla que tiene un factor de forma de aproximadamente 10 .a aproximadamente 75, el factor de forma que se define como el cuadrado del perímetro de la boquilla dividido por dos veces del área de sección trasversal de la boquilla; y una boquilla anular que circunda la boquilla de factor de forma alta; en donde la boquilla de factor de forma alta se configura para ser suministrada con uno de un gas combustible y un gas oxidante, y la boquilla anular se configura para ser suministrada con el otro de un gas combustible y un gas oxidante .

2. El quemador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo de boquilla de factor de forma alta se ahúsa más reducido hacia la abertura de la boquilla, el cuerpo de boquilla que tiene dos caras ahusadas que en un ángulo de aproximadamente 15° a aproximadamente 30° con respecto a un eje del quemador.

3. El quemador de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la boquilla de factor de forma alta tiene un área de sección transversal y una cara de salida con un área de aproximadamente 35% a aproximadamente 70% del área de sección transversal.

4. El quemador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la boquilla anular tiene un externo de descarga, y en donde la abertura de la boquilla de la boquilla de factor de forma alta esta axialmente desplazada del extremo de descarga.

5. El quemador de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la boquilla de factor de forma alta tiene un diámetro, y en donde la abertura de la boquilla de la boquilla de factor de forma alta esta rebajada del extremo de descarga por menor que o igual a aproximadamente un diámetro de boquilla de factor de forma alta .

6. El quemador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque una abertura de la boquilla anular se forma entre la boquilla anular y la boquilla de factor de forma alta; y en donde la abertura de la boquilla de factor de forma alta y la abertura de la boquilla anular se dimensionan para proporcionar una relación de velocidad de una corriente de gas que fluye a través de la boquilla anular a una corriente de gas que fluye a través de la abertura de la boquilla de factor de forma alta, VANNULAR / VHSF, de menor que aproximadamente 1.

7. El quemador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la boquilla de factor de forma alta se coloca céntricamente dentro de la abertura de la boquilla anular.

8. El quemador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la boquilla de factor de forma alta esta desplazada de una posición central dentro de la abertura de la abertura de la boquilla anular.

9. El quemador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende una pluralidad de boquillas de factor de forma alta colocadas dentro de la abertura de la boquilla anular.

10. Un quemador, caracterizado porque comprende: una boquilla de factor de forma alta que incluye un cuerpo de boquilla, una cara de salida, y una abertura de la boquilla en la cara de salida que tiene un factor de aproximadamente 10 a aproximadamente 75, el factor de forma que se define como el cuadrado del perímetro de la boquilla dividido por dos veces el área de sección transversal de la boquilla; y una boquilla anular que circunda la boquilla de factor de forma alta y que tiene un extremo de descarga; en donde la boquilla de factor de forma alta se configura para ser suministrada con uno de un gas combustible y un gas oxidante, y la boquilla anular se configura para ser suministrada con el otro de un gas combustible y un gas oxidante; y en donde la cara de salida de la boquilla de factor de forma alta está desplazada por una distancia de desplazamiento con respecto al extremo de descarga de la boquilla anular.

11. El quemador de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el cuerpo de boquilla de la boquilla de factor de forma alta se ahúsa hacia adentro hacia la cara de salida.

12. El quemador de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la boquilla de factor de forma alta tiene un plano central que se extiende hacia afuera de la cara de salida; y en donde la pared de salida del cuerpo de boquilla de factor de forma alta tiene dos caras opuestas que se ahúsan hacia adentro hacia el plano central, tal que las proyecciones de las caras opuestas si el plano central se interceptarían en una línea más allá de la cara de salida de la boquilla de factor de forma alta.

13. El quemador de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el ángulo de ahusamiento es de aproximadamente 15° a aproximadamente 30°.

14. El quemador de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la boquilla de factor de forma alta tiene un área de sección transversal y una cara de salida con un área de aproximadamente 35% a aproximadamente 70% del área de sección transversal.

15. El quemador de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la boquilla de factor de forma alta tiene un diámetro, y en donde la abertura de la boquilla de la boquilla de factor de forma alta se rebaja del extremo de descarga por menor que o igual a aproximadamente un diámetro de boquilla de factor de forma alta.

16. El quemador de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el área de sección transversal de la boquilla de factor de forma alta al área de sección transversal de la boquilla anular se dimensión para proporcionar una relación de velocidad de una corriente gas que fluye a través de la abertura de la boquilla anular a una corriente de gas que fluye a través de la abertura de la boquilla de factor de forma alta, V¾NNULAR/VHSF, de menor que aproximadamente 1.

17. El quemador de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque la relación de las áreas de sección transversal se dimensiona para proporcionar una relación de velocidad VANNOLAR/VHSF de aproximadamente 0.3.

18. Un método de combustión de liberación rápida de energía, caracterizado porque comprende: suministrar un gas combustible y un gas oxidante a un quemador que tiene una boquilla de factor de forma alta y una boquilla anular que circunda la boquilla de factor de forma alta; dirigir uno del gas combustible y el gas oxidante a través de la boquilla de factor de forma alta; y dirigir el otro del gas combustible y el gas oxidante a través de la boquilla anular; en donde la boquilla de factor de forma alta incluye la abertura de la boquilla que tiene un factor dé forma de aproximadamente 10 a aproximadamente 75, el factor de forma que se define como el cuadrado del perímetro de la boquilla dividido por dos veces el área de sección transversal de la boquilla.

19. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque además comprende: provocar que la relación de la velocidad del gas que fluye a través de la abertura de la boquilla anular a la velocidad que fluye a través de la abertura de la boquilla de forma alta, V¾NNULAR/VHSF/ sea menor que aproximadamente 1.

20. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque la relación de las velocidades, VANNÜLA /VHSF es de aproximadamente 0.3.

21. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la boquilla anular tiene un extremo de descarga, en donde la boquilla de factor de forma alta tiene un diámetro, y en donde la abertura de la boquilla de la boquilla de factor de forma alta esta rebajada del extremo de descarga por menor que o igual a aproximadamente un diámetro de boquilla de factor de forma alta.

22. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la boquilla de factor de forma alta se ahúsa más reducida hacia la abertura de la boquilla, el cuerpo de boquilla que tiene dos caras ahusadas que en un ángulo de aproximadamente 15° a aproximadamente 30° con respecto a un eje del quemador, y en donde la boquilla de factor de forma alta tiene un área de sección transversal y una cara de salida con un área de aproximadamente 35% a aproximadamente 70% del área de sección transversal.

23. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el gas combustible y el gas oxidante se combinan para crear una llama voluminosa para fundir por lo menos uno de un aluminio, hierro, acero, cobre, y zinc en un horno.