BRPI0709901A2 - aparelho de combustço, e, mÉtodo para reequipar um forno a ar - Google Patents

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Lee Jonathan Rosen
Michael F Riley
Curtis L Bermel
Hisashi Kobayashi
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Abstract

<B>APARELHO DE COMBUSTçO, E, MÉTODO PARA REEQUIPAR UM FORNO A AR<D>Um forno é aquecido por um queimador que pode ser operado seletivamente tanto por combustão de ar-combustível ou oxi-combustível. O queimador inclui um conduto para combustível, um conduto para ar, um conduto para oxidante, e meio de controle para regular fluxo pelos canais de ar e oxidante. Um forno a ar-combustível pode ser modificado por adição dos canais de oxidante e combustível e o meio de controle para regular fluxo por canais de ar e oxidante.

Description

KbLHO DE COMBUSTÃO, Ε, MÉTODO PARA REEQUIPAR UMFORNO A AR"Campo da Invenção
A presente invenção relaciona-se à combustão de combustívelem um forno, e especialmente em um forno usado para aquecer materiaissólidos e líquidos e/ou para fundir materiais sólidos, quando os materiaisestão retidos dentro ou passando pelo forno.Fundamento da Invenção
Muitos processos industriais requerem aquecer material atemperaturas elevadas, na ordem de 537°C ou mais alto. Exemplos sãonumerosos, mas incluem aquecer ou reaquecer aço antes de ser trabalhado emum laminador, e fundir materiais de fabricação de vidro para formar ummassa fundida de vidro do qual produtos de vidro são formados.
Em muitas destas aplicações, o calor é aplicado ao material emum forno no qual o material foi colocado, ou por qual o material é passado. Ocalor é obtido por combustão dentro do forno, a um ou mais queimadoresonde combustível é queimado para produzir calor de combustão.
Em muitos fornos, o queimador ou queimadores queimamcombustível com ar, que certamente contém o oxigênio precisado para acombustão. Tal combustão é chamada "combustão de ar-combustível" equeimadores aos quais combustão de ar-combustível ocorre são chamados"queimadores de ar-combustível". Em muitas outras aplicações, o queimadorou queimadores queimam combustível com um oxidante gasoso que contémoxigênio em uma concentração mais alta que aquela de ar, variando de 25 % por volume a 99 % por volume dependendo da aplicação e outrasconsiderações tal como (mas não limitado a) economia, a temperatura maisalta à qual a combustão (chamada "combustão de oxi-combustível") ocorre, ea oportunidade para gerar uma quantidade menor de óxidos de nitrogênio.Combustão de oxi-combustível requer freqüentemente o uso de queimadores(chamados "queimadores de oxi-combustível") que são adaptados paracombustão de oxi-combustível, em particular na sua habilidade para resistir àstemperaturas de combustão mais altas obtidas em combustão de oxi-combustível.
Algumas aplicações tentam usar ambas combustão de ar-combustível e combustão de oxi-combustível. Um exemplo ocorre em fornosde reaquecimento de aço nos quais uma peça (chapa, 'massa de ferro fundido'ou lingote) de aço é passado por um forno em que a peça é primeiro aquecidapelo calor provido de um ou mais queimadores de ar-combustível e então(quando continua sua passagem pelo forno) por calor provido de um ou maisqueimadores de oxi-combustível. Além disso, em alguns processos deaquecimento industriais, as vantagens de combustão de oxi-combustívelconduziram operadores a remover queimadores de ar-combustível e substituí-los com queimadores de oxi-combustível ou somar zonas adicionaiscompostas de queimadores de oxi-combustível.
Porém, permanece uma necessidade para ser capaz de obterseletivamente e alternativamente os benefícios de combustão de ar-combustível e combustão de oxi-combustível, sem ter que sofrer a despesa etempo perdido que seriam encontrados em remover repetidamentequeimadores de ar-combustível, substituindo-os com queimadores de oxi-combustível, e então substituindo os queimadores de oxi-combustível comqueimadores de ar-combustível, e continuando a repetir o ciclo.
BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO
A presente invenção, em um aspecto, é um aparelho decombustão incluindo:
(a) um forno encerrando uma zona de combustão e tendo pelomenos um queimador por uma parede do forno a qual ar é alimentado por umconduto de ar e combustível é alimentado por um conduto de combustível dequeimador de fora do forno a ser queimado no queimador dentro da zona decombustão;
(b) um conduto de oxidante pelo qual oxidante pode seralimentado no forno de fora do forno; e
(c) meio de controle que regula o fluxo de oxidante peloconduto de oxidante e o fluxo de ar pelo conduto de ar tal que a relação de
fluxo de ar para fluxo de oxidante possa ser controlada;
em que o conduto de oxidante e o conduto de combustível dequeimador sejam orientados com relação um ao outro de forma que o condutode oxidante alimente oxidante em um zona de mistura de oxidante na zona decombustão e o conduto de combustível de queimador alimente combustívelem uma zona de reação de combustível na zona de combustão que ésegregada da zona de mistura de oxidante.
Outro aspecto da presente invenção é um aparelho queimadorincluindo:
(a) um queimador ao qual ar é alimentado por um conduto dear e combustível é alimentado por um conduto de combustível de queimadorpara ser queimado no queimador;
(b) um conduto de oxidante pelo qual oxidante pode seralimentado ao queimador; e
(c) meio de controle que regula o fluxo de oxidante peloconduto de oxidante e o fluxo de ar pelo conduto de ar tal que a relação defluxo de ar para fluxo de oxidante possa ser controlada;
em que o conduto de oxidante e o conduto de combustível dequeimador são orientados com relação um ao outro de forma que o condutode oxidante alimente oxidante em uma zona de mistura de oxidante na zonade combustão e o conduto de combustível de queimador alimente combustívelem uma zona de reação de combustível na zona de combustão que ésegregada da zona de mistura de oxidante.
Outro aspecto da presente invenção é um método parareequipar um forno a ar, incluindo:
(a) prover um forno encerrando uma zona de combustão etendo pelo menos um queimador por uma parede do forno a qual ar éalimentado por um conduto de ar e combustível é alimentado por um condutode combustível de queimador de fora do forno para ser queimado noqueimador dentro da zona de combustão;
(b) prover um conduto de oxidante pelo qual oxidante pode seralimentado no forno de fora do forno;
(c) prover meio de controle que regula o fluxo de oxidantepelo conduto de oxidante e o fluxo de ar pelo conduto de ar tal que a relaçãode fluxo de ar para fluxo de oxidante possa ser controlada; e
(d) orientar o conduto de oxidante com relação ao conduto decombustível de queimador de forma que o conduto de oxidante alimenteoxidante em uma zona de mistura de oxidante na zona de combustão e oconduto de combustível de queimador alimente combustível em uma zona dereação de combustível na zona de combustão que é segregada da zona demistura de oxidante.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Figura 1 é uma vista de seção transversal de um queimadorcom o qual a presente invenção pode ser praticada.
Figura 2 é uma vista de seção transversal de umaconcretização da presente invenção.
Figura 3 é uma vista de cima de uma parede de um fornomostrando a concretização da invenção que é mostrada na Figura 2.
Figura 4 é uma vista de cima de uma parede de um fornomostrando outra concretização da presente invenção.
Figura 5 é uma vista de cima de uma parede de um forno aindamostrando outra concretização da presente invenção.
Figura 6 é uma vista de cima de uma parede de um fornomostrando outra concretização da presente invenção.
Figura 7 é uma representação esquemática de combustão emuma concretização da invenção.
Figura 8 é uma representação esquemática de combustão emoutra concretização da invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
A invenção pode ser praticada em qualquer forno de projetoconvencional, que tipicamente incluirá um invólucro dentro de qualcombustão a alta temperatura acontece. O invólucro é tipicamente forradocom material tal como tijolo de forno refratário ou o equivalente que poderesistir a temperaturas de vários milhares de graus que são geradas dentro doinvólucro de forno. Preferivelmente, o chão, todos os lados, e o teto do fornoestão todos forrados com tal material. Exemplos de fornos com os quais estainvenção pode ser praticada incluem fornos de reaquecimento de aço e outrosfornos pelos quais material sólido é passado para ser aquecido, como tambémfornos de fusão de vidro e outros fornos nos quais material alimentado aoforno é para ser fundido ou ser mantido em um estado fundido.
A alta temperatura desejada é estabelecida dentro do forno porcombustão efetuada a um ou mais queimadores. Figura 1 descreve umqueimador típico empregado atualmente para queimar combustível e ar paraestabelecer a alta temperatura dentro de um forno. Queimador 1 estálocalizado de forma que se abra por parede 2 do forno para zona decombustão 3. Queimador 1 inclui passagem de combustível 4 e passagens dear 5 . Combustível é alimentado por passagem de combustível 4 em zona decombustão 3 dentro do forno e queima com o oxigênio contido em ar que éalimentado por passagens de ar 5, por esse meio estabelecendo uma chama eprovendo calor de combustão à zona de combustão 3 e ao longo do interior doforno.
Combustíveis adequados para esta combustão de ar-combustível incluem hidrocarbonetos gasosos, tais como gás natural emetano, gases de subproduto produzidos em usinas siderúrgicas, tais comogás de forno de coque e gás de forno de sopro, misturas destes combustíveisgasosos, como também combustíveis líquidos tal como óleo combustível vaporizado, e combustíveis sólidos tal como hulha pulverizada. Ocombustível e o ar são providos por suas passagens respectivas 4 e 5 por meioadequado conectado a fontes disso, tudo por tecnologia convencional bastantefamiliar àqueles de habilidade ordinária neste campo.
Aparelho, indicado esquematicamente como 13 nas Figuras 1 e 2, regula a taxa de fluxo de combustível na e por passagem de combustível 4,e regula se combustível é permitido fluir na e por passagem de combustível 4.Outro aparelho, indicado esquematicamente como 16 nas Figuras 1 e 2, regulaa taxa de fluxo de ar de combustão na e por passagens de ar 5.
A presente invenção pode adicionar a queimadores quequeimam combustível em um modo de ar-combustível de combustão acapacidade para queimar seletivamente combustível em um modo de oxi-combustível de combustão. Esta capacidade pode ser adicionada, entre outrascoisas, provendo um modo para alimentar oxidante tendo um teor de oxigêniomais alto do que o teor de oxigênio de ar na zona de combustão 3.Preferivelmente, o oxigênio tem uma concentração de oxigênio de pelo menos25 % por volume, e mais preferivelmente pelo menos 90 % por volume. Umamaneira preferida de efetuar esta alimentação é mostrada na Figura 2, quedescreve lança de oxidante 14 que foi situada em um passagem de ar 5. Lançade oxidante 14 é alimentada por aparelho adequado, indicado esquematicamente como 15 na Figura 2, que provê o oxidante e pode regularcontrolavelmente a taxa de fluxo de oxidante na e por lança 14 e tambémpode regular controlavelmente se ou não oxidante é até mesmo permitido fluirna e por lança de oxidante 14.
A presente invenção pode ser operada de forma que no modode combustão de oxi-combustível o combustível que é queimado seja igual aocombustível que é queimado no modo de combustão de ar-combustível. Emtais casos, o combustível pode ser provido por passagem de combustível 4.Alternativamente, tal como quando o combustível que é queimado no modode combustão de oxi-combustível é diferente do combustível que é queimadono modo de combustão de ar-combustível, ou quando o combustívelalimentado no modo de combustão de oxi-combustível deve ser alimentado auma taxa de fluxo mais alta, o combustível para combustão de oxi-combustível é alimentado por um segundo conduto de combustível. Um talsegundo conduto de combustível é mostrado na Figura 2 como lança decombustível 11, que está situado dentro de passagem de combustível 4 deforma que o orifício de lança 11 esteja suficientemente perto da abertura depassagem de combustível 4 que uma chama formada na combustão decombustível que é alimentado da ponta de lança de combustível 11 é bemsuportada e se estende em zona de combustão 3. Combustível é alimentadoem lança de combustível 11 de uma fonte, indicada esquematicamente como12 na Figura 2, que também controla a taxa de fluxo de combustível na e porlança de combustível lie controla se ou não combustível pode fluir na e porlança de combustível 11 como também a relação de fluxo de combustível porlança de combustível lie por passagem de combustível 4.
Como é descrito ademais abaixo, no modo de combustão deoxi-combustível, o impulso relativo do fluxo de combustível e o fluxo deoxidante precisa ser administrado. Na maioria dos casos onde o conduto deoxidante está dentro do queimador, o segundo conduto de combustível serárequerido que é capaz de alimentar o combustível na zona de combustão 3 àvelocidade mais alta requerida. Se formação de NOx de combustão no fornonão for de interesse, então o conduto de combustível existente pode serempregado com o conduto de oxidante descrito aqui. Se formação de NOx forde interesse, então o segundo conduto de combustível poderia ser integradono queimador de ar-combustível por seu conduto de combustível se fordimensionado apropriadamente, ou por um furo conduzindo no conduto de arde combustão, ou fora do queimador por um furo na parede do forno comomostrado na Figura 5.
Figura 3 é uma vista da frente do queimador descrito na Figura2 vista de dentro do invólucro de forno. Pode ser visto que lança decombustível 11 está localizada dentro de passagem de combustível 4, e lançade oxidante 14 está localizada dentro de passagem de ar 5.
Outras concretizações que realizam os mesmos objetivos dainvenção também podem ser empregadas. Realmente, dependendo daconfiguração do queimador de ar-combustível, e dependendo do espaçodisponível na área imediata fora do queimador, outras configurações podemser preferíveis para facilidade de construção e operação.
Figura 4 descreve uma tal concretização alternativa, em que oqueimador e a lança de combustível 11 servindo como o segundo conduto decombustível são como descrito com relação às Figuras 2 e 3, mas o oxidante éprovido por lança 14 que descarrega oxidante em zona de combustão 3 dentrodo forno de um ponto adjacente ao queimador, mas fora do queimador (nãosignificando dentro do espaço limitado pela superfície externa do queimadoronde se abre para zona de combustão 3).
Figura 5 descreve outra concretização alternativa, em que ooxidante é provido à zona de combustão por lança 14 que está localizada emconduto de ar 5, e lança de combustível 11 servindo como o segundo condutode combustível descarrega combustível em zona de combustão 3 dentro doforno de um ponto adjacente ao queimador, mas fora do queimador.
Figura 6 descreve outra concretização alternativa, em queambos a lança de oxidante 14 e a lança 11 servindo como o segundo condutode combustível estão localizadas em conduto de ar 5.
A lança ou outro aparelho pelo qual combustível é para seralimentado em zona de combustão 3 no modo de oxi-combustível deoperação, e a lança ou outro dispositivo pelo qual oxidante é alimentado nazona de combustão 3 ou o modo de oxi-combustível de operação, deve serorientado com relação um ao outro de forma que a zona de mistura deoxidante, na qual o oxidante é alimentado como descrito em seguida, e a zonade reação de combustível, na qual o combustível é para ser alimentado, sejamsegregadas (isto é, fisicamente distintas entre si) dentro de zona de combustão3. A alimentação do oxigênio e combustível, e a operação do queimadoracordo com a descrição contida na Patente US N0 5.076.779, o teor inteiro dequal está por este meio incorporado aqui por referência. Em particular, ooxidante é injetado em zona de combustão 3 com velocidade suficiente paraarrastar ou misturar gases de forno que estão em zona de combustão 3 com ooxidante injetado. Os gases de forno incluem gases ambientes que infiltram nazona de combustão, e gases da mistura de oxidante e mistura de reação decombustível. Geralmente, a velocidade do oxidante será pelo menos 61 m porsegundo e preferivelmente está dentro da gama de 76 à velocidade sônica(326 m por segundo a 21°C). A velocidade do oxidante é tal que gases deforno suficientes se misturem com o oxidante injetado para diluir aconcentração de oxigênio do oxidante injetado de forma que uma mistura deoxidante seja produzida dentro da zona de mistura de oxidante tendo umaconcentração de oxigênio de não mais de 10 % por volume e preferivelmentenão mais de 5 % por volume. Quando oxigênio puro ou ar enriquecido comoxigênio é usado como o oxidante, arrasto mais alto do gás de forno érequerido para reduzir a concentração de oxigênio aos níveis mais baixosdesejados. Nenhuma reação de combustão acontece nesta zona porque aatmosfera de forno arrastada no jato de oxidante está substancialmente livrede combustível.
Os gases de forno se misturam com ou são arrastados nooxidante devido à turbulência ou o efeito de aspiração causado pela altavelocidade do fluxo de oxidante sendo alimentado na zona de mistura deoxidante. A mistura de oxidante resultante, encerrando uma concentraçãosignificativamente mais baixa de oxigênio que estava presente no oxidanteinjetado, flui fora da zona de mistura de oxidante e serve para formar parte daatmosfera dentro de zona de combustão 3. Quer dizer, a mistura de oxidanteprovê gases de forno adicionais para zona de combustão 3.
Quando combustível é injetado em zona de combustão 3durante o modo de oxi-combustível de operação da invenção, gases de fornoda atmosfera dentro de zona de combustão 3 fluem para e se misturam com ofluxo de combustível devido à turbulência causada pela injeção de fluxo decombustível, e o oxigênio dentro dos gases de forno queima com ocombustível na zona de reação de combustível. Dependendo da quantidade dear entregue por conduto de ar 5 e o local relativo de lança de combustível 11,uma quantidade pequena de combustível pode reagir com o ar provido porconduto de ar 5 em uma zona de combustão do forno antes da zona decombustão principal 3.
A temperatura dentro da zona de combustão 3 deveria exceder760°C como temperaturas abaixo de 760°C podem resultar em instabilidadesde chama. O combustível reage com moléculas de oxigênio nos gases deforno espontaneamente, como a temperatura do gás de forno está acima datemperatura de auto-ignição do combustível e oxigênio. Porém, desde que aconcentração de oxigênio é relativamente baixa, a temperatura de chama émantida relativamente baixa devido à presença de grandes quantidades demoléculas não reagentes tal como dióxido de carbono, vapor de água, enitrogênio molecular na zona de reação de combustível. A combustão sobestas condições na zona de reação de combustível produz calor de combustãoe produtos de reação de combustão tais como dióxido de carbono e vapor deágua, mas produz muito poucos óxidos de nitrogênio. A quantidade atual deóxidos de nitrogênio produzidos varia com cada situação particular edependerá de fatores tais como a temperatura de gás de forno, concentraçãode nitrogênio na zona de combustão e o tempo de residência.
A mistura de combustível resultante incluindo os produtos dereação de combustão flui fora da mistura de reação de combustível e servepara formar parte da atmosfera dentro de zona de combustão 3, assimprovendo gases de forno adicionais à zona de combustão. Dentro da zona dereação de combustível, o combustível sofre combustão substancialmentecompleta de forma que não haja nenhuma quantidade significante decombustível não queimado ou queimado incompletamente na zona decombustão fora da zona de reação de combustível.
É importante na prática do modo de combustão de oxi-combustível desta invenção que a zona de mistura de oxidante e a zona dereação de combustível sejam mantidas separadas uma da outra (ou "segregadas") dentro de zona de combustão 3. Deste modo, combustão érestringida principalmente à zona de reação de combustível e sob condiçõesque amortecem a formação de óxidos de nitrogênio ("NOx"). Embora váriasetapas deste modo de combustão sejam descritas em seqüência, aquelesqualificados na arte apreciarão que as etapas deste método são conduzidassimultaneamente e continuamente.
A zona de mistura de oxidante e a zona de reação decombustível podem ser mantidas segregadas como desejado, posicionando ospontos de injeção (quer dizer, as pontas de lanças 11 e 14, por exemplo) eorientando as direções de injeção, do combustível e oxidante assim para evitar integração e sobreposição disso antes da diluição requerida do oxidante dentroda zona de mistura de oxidante e a combustão substancialmente completarequerida do combustível dentro da zona de reação de combustível.
O combustível e o oxidante são alimentados na zona decombustão 3 de uma maneira para alcançar mistura suficiente dentro de zonade combustão 3 de forma que a atmosfera de zona de combustão fora da zonade mistura de oxidante e da zona de reação de combustível sejasubstancialmente homogênea. Em uma concretização particularmentepreferida, o combustível e o oxidante são injetados em zona de combustão 3de uma maneira para promover um padrão de recirculação de gases de fornodentro de zona de combustão 3. Este padrão de recirculação contribui paradistribuição de temperatura melhorada e homogeneidade de gás dentro dazona de combustão 3 e melhora a mistura dentro da zona de mistura deoxidante e dentro da zona de reação de combustível, resultando em combustãomais suave e retardando a formação de NOx. Com recirculação de gás deforno ótima dentro de zona de combustão 3, a composição do gás de cano deforno tirado da zona de combustão é substancialmente a mesma como acomposição da atmosfera a pontos dentro de zona de combustão 3 fora dazona de mistura de oxidante e zona de reação de combustível. Este padrão derecirculação também promove o arrasto dos gases de forno a jusante da zonade reação de combustível no fluxo de oxidante e o arrasto dos gases de fornoa jusante da zona de mistura de oxidante no fluxo de combustível.
É particularmente preferido alimentar o fluxo de oxidante e ofluxo de combustível, no modo de combustão de oxi-combustível de operaçãoda invenção, a velocidades altas e longe um do outro de forma que a zona demistura de oxidante e a zona de reação de combustível não se sobreponham.Preferivelmente, a relação do fluxo de impulso de combustível para o fluxo deimpulso de oxidante deveria estar dentro de 1:5 a 5:1 quando injetado deproximidade relativamente perto, tal como nas concretizações descritas nasFiguras 3-6.
Figuras 7 e 8 ilustram duas concretizações do modo de oxi-combustível de combustão que podem ser praticadas. A letra "O" designa umazona de mistura de oxidante e a letra "F" designa a zona de mistura decombustível. As setas apontadas para zona de mistura de oxidante "O"descrevem gases de forno sendo tirados para e na zona de mistura deoxidante, e as setas apontadas para zona de reação de combustível "F"descrevem gases de forno fluindo para e na zona de reação de combustível.
A adaptação de um queimador de ar-combustível em umqueimador que é capaz de efetuar seletivamente combustão de ar-combustívele combustão de oxi-combustível é ajudada provendo controles adequados deforma que o operador possa trocar controlavelmente entre um modo decombustão de ar-combustível e um modo de combustão de oxi-combustívelno mesmo queimador. Prover esta capacidade requer controles que podemminimizar controlavelmente ou no limite, interromper ou ativar o fluxo de arpelas passagens de ar, e que podem controlavelmente interromper ou ativar ofluxo de oxidante pela lança de oxidante ou outra unidade pela qual oxidanteé alimentado à zona de combustão 3. Preferivelmente, os controles tambémpermitem regulação das taxas de fluxo do ar de combustão, e a taxa de fluxode oxidante, por seus canais respectivos. Em seu modo mais simples, omecanismo de controle pode incluir simplesmente uma válvula reguladoracontrolando o fluxo de oxidante para zona de combustão 3 e uma válvulareguladora controlando o fluxo de ar para as passagens de ar do queimador.Na maioria das concretizações, alguém desejará interromper um tal fluxocompletamente quando o outro tal fluxo é para ser ativado. Equipamento deprovisão de oxigênio comercialmente disponível tipicamente tem válvulas debloco duplo (para segurança), dispositivos de medição de fluxo, chaves depressão e outra instrumentação com a qual este nível de controle pode serfacilitado.
Além disso, nessas concretizações nas quais o mesmocombustível é usado se a combustão for ar-combustível ou oxi-combustível,nenhum controle adicional precisa ser provido contanto que controles jáestivessem presentes para regular a taxa de fluxo de combustível peloqueimador em zona de combustão 3. Porém, nessas concretizações em queum combustível diferente, ou um conduto de alimentação de combustíveldiferente, é provido dependendo de se a combustão é ar-combustível ou oxi-combustível, então controles deveriam ser providos que permitem ao operadorinterromper o fluxo de combustível associado com a combustão de ar- combustível quando o modo de combustão de oxi-combustível é para seroperado, e interromper o fluxo de combustível associado com a combustão deoxi-combustível quando o modo de combustão de ar-combustível é para seroperado. Porém, até mesmo quando o mesmo combustível é queimado nosmodos de ar-combustível e oxi-combustível, o modo de oxi-combustível normalmente requer uma taxa de fluxo de combustível de velocidade maisalta. Por conseguinte, o combustível provido da entrega de combustível esistema de medição que está no lugar para prover combustível ao conduto decombustível para alimentar combustível ao queimador de ar-combustível paracombustão de ar-combustível (por exemplo, tipicamente, provisão de combustível de baixa velocidade) é trocado ao segundo conduto decombustível que é usado para alimentar combustível para combustão de oxi-combustível (isto é, ao queimador, ou a um conduto 11, ou a uma aberturaseparada 11 como mostrado por exemplo na Figura 5). Isto provê o benefícioque a provisão de combustível existente e sistema de medição são mantidos etrocados simplesmente entre canais.
Os controles preferivelmente permitem um fluxo básico de arpelo conduto de ar, até mesmo no modo de combustão de oxi-combustível emque o oxidante está sendo alimentado e queimado. Os controles dão aooperador a habilidade para gradualmente aumentar controlavelmente a relação da taxa de fluxo de oxidante à taxa de fluxo de ar até que as condições decombustão desejadas sejam estabelecidas.
Quando o queimador de ar-combustível foi provido comodescrito aqui, para prover a capacidade para efetuar controlavelmentecombustão de oxi-combustível e combustão de ar-combustível no mesmoqueimador, e para alternar controlavelmente como desejado entre combustãode ar-combustível e combustão de oxi-combustível no mesmo queimador, oaparelho resultante e sua capacidade provêem várias vantagens significantesao operador. Uma tal vantagem é que eficiência de energia pode sermelhorada. Quer dizer, combustível consumido para uma dada quantidade desaída de forno é melhorado, e os custos de combustível podem ser reduzidosaté mesmo levando em conta o custo do oxigênio no oxidante que éconsumido. Outra vantagem é que produtividade, no senso da quantidade deprodução de forno (tal como a quantidade de aço que é reaquecido) em uma dada unidade de tempo, é melhorada. Dependendo das características do fornoantes de reequipar como descrito aqui, esta melhoria pode ser atribuída aofato que combustão com oxidante tendo um teor de oxigênio elevado relativoa ar pode superar as limitações do forno na quantidade de ar de combustãoque poderia ser alimentado no modo de combustão de ar-combustível, e/ou para a redução no volume de gás de cano de forno que deve ser descarregadopelo cano de forno (desde que este gás de cano de forno conterá menosnitrogênio do que gás de cano de forno gerado em combustão de ar-combustível).

Claims (30)

1. Aparelho de combustão, caracterizado pelo fato decompreender:(a) um forno encerrando uma zona de combustão e tendo pelomenos um queimador por uma parede do forno à qual ar é alimentado por umconduto de ar e combustível é alimentado por um conduto de combustível dequeimador de fora do forno a ser queimado no queimador dentro da zona decombustão;(b) um conduto de oxidante pelo qual oxidante pode seralimentado no forno de fora do forno; e(c) meio de controle que regula o fluxo de oxidante peloconduto de oxidante e o fluxo de ar pelo conduto de ar tal que a relação defluxo de ar para fluxo de oxidante possa ser controlada;em que o conduto de oxidante e o conduto de combustível dequeimador são orientados com relação um ao outro de forma que o condutode oxidante alimente oxidante em uma zona de mistura de oxidante na zonade combustão e o conduto de queimador de combustível alimente combustívelem uma zona de reação de combustível na zona de combustão que ésegregada da zona de mistura de oxidante.
2. Aparelho de combustão de acordo com reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o conduto de oxidante alimenta oxidante noforno de dentro do queimador.
3. Aparelho de combustão de acordo com reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o conduto de oxidante alimenta oxidante noforno de uma abertura que não está dentro de um queimador.
4. Aparelho de combustão de acordo com reivindicação 1,caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um segundo condutode combustível pelo qual combustível é alimentado de fora do forno para serqueimado dentro da zona de combustão.
5. Aparelho de combustão de acordo com reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que o conduto de oxidante alimenta oxidante noforno de dentro do queimador.
6. Aparelho de combustão de acordo com reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que o segundo conduto de combustível alimentacombustível no forno de dentro do queimador.
7. Aparelho de combustão de acordo com reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que o segundo conduto de combustível alimentacombustível no forno de uma abertura que não está dentro de um queimador.
8. Aparelho de combustão de acordo com reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que o conduto de oxidante alimenta oxidante noforno de uma abertura que não está dentro de um queimador.
9. Aparelho de combustão de acordo com reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que o segundo conduto de combustível alimentacombustível no forno de dentro do queimador.
10. Aparelho de combustão de acordo com reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que o segundo conduto de combustível alimentacombustível no forno de uma abertura que não está dentro de um queimador.
11. Aparelho queimador, caracterizado pelo fato de compreender:(a) um queimador ao qual ar é alimentado por um conduto dear e combustível é alimentado por um conduto de combustível de queimadorpara ser queimado em uma zona de combustão no queimador;(b) um conduto de oxidante pelo qual oxidante pode seralimentado ao queimador; e(c) meio de controle que regula o fluxo de oxidante peloconduto de oxidante e o fluxo de ar pelo conduto de ar tal que a relação defluxo de ar para fluxo de oxidante possa ser controlada;em que o conduto de oxidante e o conduto de combustível dequeimador são orientados com relação um ao outro de forma que o condutode oxidante alimente oxidante em uma zona de mistura de oxidante na zonade combustão e o conduto de combustível de queimador alimente combustívelem uma zona de reação de combustível na zona de combustão que ésegregada da zona de mistura de oxidante.
12. Aparelho queimador de acordo com reivindicação 11,caracterizado pelo fato de que o conduto de oxidante alimenta oxidante noforno de dentro do queimador.
13. Aparelho queimador de acordo com reivindicação 11,caracterizado pelo fato de que o conduto de oxidante alimenta oxidante noforno de uma abertura que não está dentro de um queimador.
14. Aparelho queimador de acordo com reivindicação 11,caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um segundo condutode combustível pelo qual combustível é alimentado para ser queimado noqueimador.
15. Aparelho queimador de acordo com reivindicação 14,caracterizado pelo fato de que o conduto de oxidante alimenta oxidante noforno de dentro do queimador.
16. Aparelho queimador de acordo com reivindicação 15,caracterizado pelo fato de que o segundo conduto de combustível alimentacombustível no forno de dentro do queimador.
17. Aparelho queimador de acordo com reivindicação 15,caracterizado pelo fato de que o segundo conduto de combustível alimentacombustível no forno de uma abertura que não está dentro de um queimador.
18. Aparelho queimador de acordo com reivindicação 14,caracterizado pelo fato de que o conduto de oxidante alimenta oxidante noforno de uma abertura que não está dentro de um queimador.
19. Aparelho queimador de acordo com reivindicação 18,caracterizado pelo fato de que o segundo conduto de combustível alimentacombustível no forno de dentro do queimador.
20. Aparelho queimador de acordo com reivindicação 18,caracterizado pelo fato de que o segundo conduto de combustível alimentacombustível no forno de uma abertura que não está dentro de um queimador.
21. Método para reequipar um forno a ar, caracterizado pelofato de compreender:(a) prover um forno encerrando uma zona de combustão etendo pelo menos um queimador por uma parede do forno a qual ar éalimentado por um conduto de ar e combustível é alimentado por um condutode combustível de queimador de fora do forno para ser queimado noqueimador dentro da zona de combustão;(b) prover um conduto de oxidante pelo qual oxidante pode seralimentado no forno de fora do forno;(c) prover meio de controle que regula o fluxo de oxidantepelo conduto de oxidante e o fluxo de ar pelo conduto de ar tal que a relaçãode fluxo de ar para fluxo de oxidante possa ser controlada; e(d) orientar o conduto de oxidante com relação ao conduto decombustível de queimador de forma que o conduto de oxidante alimenteoxidante em uma zona de mistura de oxidante na zona de combustão e oconduto de combustível de queimador alimente combustível em uma zona dereação de combustível na zona de combustão que é segregada da zona demistura de oxidante.
22. Método de acordo com reivindicação 21, caracterizadopelo fato de que o conduto de oxidante alimenta oxidante no forno de dentrodo queimador.
23. Método de acordo com reivindicação 21, caracterizadopelo fato de que o conduto de oxidante alimenta oxidante no forno de umaabertura que não está dentro de um queimador.
24. Método para reequipar um forno a ar, caracterizado pelofato de compreender:(a) prover um forno encerrando uma zona de combustão etendo pelo menos um queimador por uma parede do forno a qual ar éalimentado por um conduto de ar e combustível é alimentado por um condutode combustível de queimador de fora do forno para ser queimado noqueimador dentro da zona de combustão;(b) prover um conduto de oxidante pelo qual oxidante pode seralimentado no forno de fora do forno;(c) prover meio de controle que regula o fluxo de oxidantepelo conduto de oxidante e o fluxo de ar pelo conduto de ar tal que a relaçãode fluxo de ar para fluxo de oxidante possa ser controlada;(d) prover um segundo conduto de combustível pelo qualcombustível é alimentado de fora do forno para ser queimado dentro da zonade combustão; e(e) orientar o conduto de oxidante com relação a pelo menosum do conduto de combustível de queimador e o segundo conduto decombustível de forma que o conduto de oxidante alimente oxidante em umazona de mistura de oxidante na zona de combustão e dito conduto decombustível alimente combustível em uma zona de reação de combustível nazona de combustão que é segregada da zona de mistura de oxidante.
25. Método de acordo com reivindicação 24, caracterizadopelo fato de que o conduto de oxidante alimenta oxidante de no forno dentrodo queimador.
26. Método de acordo com reivindicação 25, caracterizadopelo fato de que o segundo conduto de combustível alimenta combustível noforno de dentro do queimador.
27. Método de acordo com reivindicação 25, caracterizadopelo fato de que o segundo conduto de combustível alimenta combustível noforno de uma abertura que não está dentro de um queimador.
28. Método de acordo com reivindicação 24, caracterizadopelo fato de que o conduto de oxidante alimenta oxidante no forno de umaabertura que não está dentro de um queimador.
29. Método de acordo com reivindicação 28, caracterizadopelo fato de que o segundo conduto de combustível alimenta combustível noforno de dentro do queimador.
30. Método de acordo com reivindicação 28, caracterizadopelo fato de que o segundo conduto de combustível alimenta combustível noforno de uma abertura que não está dentro de um queimador.
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