ES2725024T3 - Horno regenerativo que comprende un sistema quemador de oxígeno-combustible selectivo de refuerzo y procedimiento para un horno regenerativo - Google Patents

Abstract

Horno regenerativo (100) que tiene un par de puertos regeneradores (110, 130) configurados para, alternativamente, producir combustión dentro del horno (100) y escape desde el mismo, comprendiendo dicho horno regenerativo (100) un quemador de refuerzo de oxígeno-combustible (10, 11), comprendiendo dicho quemador de refuerzo (10, 11): como mínimo, dos elementos quemadores (20) en los que, como mínimo, uno de los elementos quemadores (20) corresponde a cada uno de los puertos regeneradores (110, 130), de manera que un puerto regenerador (110, 130) y su, como mínimo, un elemento quemador (20) correspondiente están posicionados para generar combustión en regiones complementarias del horno (100), comprendiendo cada elemento quemador (20): una tobera de distribución selectiva (22) configurada para hacer fluir un primer reactivo; y una tobera de distribución proporcional (24) configurada para hacer fluir un segundo reactivo; y un controlador (105) programado: para identificar qué puerto regenerador (110, 130) está actualmente en combustión y qué puerto regenerador (110, 130) está actualmente en escape; para controlar que el segundo flujo de reactivo se distribuya de manera sustancialmente proporcional a las toberas de distribución proporcional (24); y para controlar independientemente el primer flujo de reactivo a cada tobera de distribución selectiva (22) de manera que el, como mínimo, un elemento quemador (20) correspondiente al puerto regenerador que está actualmente en combustión (110, 130) esté activo y que el, como mínimo, un elemento quemador (20) correspondiente al puerto regenerador actualmente en escape (110, 130) esté pasivo, en el que el primer flujo de reactivo en la tobera de distribución selectiva (22) de un elemento quemador activo es mayor que el flujo promedio de primer reactivo a las toberas de distribución selectiva (22) y el flujo del primer reactivo en la tobera de distribución selectiva (22) de un elemento quemador pasivo es menor que el flujo promedio del primer reactivo hacia las toberas de distribución selectiva (22); en el que el segundo reactivo se distribuye de manera sustancialmente proporcional a las toberas de distribución proporcional (24); y en el que el primer reactivo es uno de un combustible y un oxidante y en el que el segundo reactivo es el otro de un combustible y un oxidante.

Description

DESCRIPCIÓN

Horno regenerativo que comprende un sistema quemador de oxígeno-combustible selectivo de refuerzo y procedimiento para un horno regenerativo

ANTECEDENTES

La presente invención se refiere a un horno regenerativo y a procedimientos para operar un horno regenerativo, para proporcionar una mejor transferencia de calor mientras se mejora la uniformidad del calentamiento y se reduce la formación potencial de óxidos de nitrógeno (NOx).

En un sistema de horno regenerativo convencional, los quemadores de aire y combustible se utilizan en parejas de combustión alternativamente para recuperar la energía del gas de combustión del primero de los quemadores emparejados, precalentando el aire utilizado durante la operación del segundo de los quemadores emparejados. En particular, se utiliza un intercambiador de calor capacitivo (por ejemplo, material refractario) para absorber energía (como calor) del gas de combustión mientras el primer quemador está en combustión y, posteriormente, liberar esta energía (como calor) al flujo de aire al segundo quemador, y viceversa. Mientras cada quemador está en combustión, el paso de aire del otro quemador sirve como el conducto de gases de combustión, e incluye el intercambiador de calor capacitivo, y los quemadores se ciclan periódicamente entre producir la combustión como quemador y funcionar como conducto de gases de combustión.

En la figura 9 se muestra un ejemplo de la configuración de un horno regenerativo de puerto frontal. El horno opera típicamente de manera regenerativa utilizando dos puertos quemadores -110-, -130- que actúan alternativamente como quemador y chimenea. El horno está delimitado por una pared frontal -102-, una pared posterior -120-, y una primera pared lateral -114- y una segunda pared lateral -134- que se extienden cada una desde la pared frontal -102- hasta la pared posterior -120-, así como un techo (no mostrado). Una carga de material a fundir, tal como vidrio o metal, se carga y se coloca dentro del horno -100-.

En una configuración de puerto frontal, un primer puerto regenerador -110- y un segundo puerto regenerador -130- se montan en la pared frontal -102-. En un primer modo de operación, se suministran el combustible y el aire al primer puerto regenerador -110- y se produce combustión en el horno -100-, mientras que los productos de combustión calientes se evacúan como gases de combustión a través de la abertura de suministro de aire del segundo puerto regenerador -130-. Los gases de combustión viajan por un camino generalmente en forma de U en el horno -100-. En un segundo modo de operación, se suministra combustible y aire al segundo puerto de regeneración -130- y se quema en el horno -100-, mientras que los productos de combustión calientes escapan como gases de combustión a través de la abertura de suministro de aire del primer puerto regenerador -110-. Se puede colocar una chimenea (no mostrada) en el horno -100- para ayudar a crear una aspiración para mantener el patrón de flujo en forma de "U". La operación del horno se alterna entre el primer modo y el segundo modo, de modo que los puertos regeneradores -110-, -130- operan cíclicamente como puerto quemador y puerto de gases de escape, con una conmutación entre los dos modos que se produce en una escala de tiempo establecida, como cada -10- a -30- minutos. Un intercambiador de calor (también conocido como un regenerador) se coloca en cada puerto regenerador -110-, -130-, de modo que el aire que fluye hacia el interior a través del puerto regenerador y escapa fluyendo hacia el exterior a través del puerto regenerador pasa a través del intercambiador de calor, precalentando de este modo el aire entrante con calor recuperado del escape que sale.

Dada la configuración de combustión emparejada o alternativa de un horno regenerativo, a veces es difícil posicionar de manera óptima los quemadores emparejados en un proceso de fusión/calentamiento para obtener un calentamiento uniforme. Para garantizar que la mayoría de los gases de combustión salgan por el segundo puerto regenerador mientras se produce la combustión en el primer puerto regenerador, se introduce una corriente de aire, lo que puede provocar un cortocircuito del gas de combustión y posibles no uniformidades en la distribución de energía. Por ejemplo, pueden existir puntos fríos -122- en el horno -100- que dan como resultado tiempos de ciclo extendidos. Estos puntos fríos son comunes en la base de la trayectoria en forma de U, particularmente en un horno -100- que sea relativamente largo en comparación con su ancho y en comparación con las regiones alcanzadas por las llamas que emanan de los quemadores de puerto regenerador -110-, -130-.

Los quemadores de oxígeno-combustible ubicados estratégicamente pueden proporcionar un aumento de energía en el horno, dirigido a esos puntos fríos, para mejorar la uniformidad, la eficiencia y la productividad del calentamiento, sin aumentar significativamente el volumen de los gases de combustión. Al igual que con otras utilizaciones del enriquecimiento en oxígeno en un horno de aire y combustible, puede ser beneficioso aumentar la eficiencia de combustión y elevar la temperatura de la llama. Sin embargo, la introducción de quemadores de oxígeno-combustible en un horno de combustión de aire también puede aumentar perjudicialmente las emisiones de NOx. Véase "Oxygen-Enhanced Combustion", Charles E. Baukal, ed., CRC Press, 1998 (pág. 48, figura 2.1) que describe un máximo en NOx cerca del 45 a 50% de oxígeno en el oxidante, con una caída de NOx a más del 55% de oxígeno en el oxidante, como resultado de una menor concentración de nitrógeno en el oxidante. Los intentos anteriores de utilizar el enriquecimiento de oxígeno en hornos regenerativos alimentados con combustible de aire no han superado este problema.

El documento EP 2913586 A1 que se refiere a un quemador y a un procedimiento de calentamiento transitorio, es un documento bajo el art. 54(3) EPC. El quemador de calentamiento transitorio incluye, como mínimo, dos elementos quemadores, cada uno de los cuales tiene una tobera de distribución configurada para que fluya un combustible, y una tobera anular que rodea la tobera de distribución y está configurada para que fluya un primer oxidante, como mínimo, una tobera escalonada configurada para que fluya un segundo oxidante y un controlador programado para controlar de forma independiente el flujo de combustible hacia cada tobera de distribución de modo que, como mínimo, una de las toberas de distribución esté activa y, como mínimo, una de las toberas de distribución esté pasiva.

Se da a conocer en el documento US 2010/0242545 un horno regenerativo de puerto frontal. El horno incluye una carcasa; una cámara de combustión dentro de la carcasa; un primer y segundo regenerador, cada uno dispuesto para estar en comunicación con la cámara de combustión; y un primer y segundo conjunto de quemadores adaptados para operar de manera rica en combustible y pobre en combustible simultáneamente con el respectivo primer y segundo regenerador, el primer y segundo regeneradores construidos y dispuestos para alternar entre un modo de combustión y un modo de escape para los productos de combustión que circulan en la cámara de combustión.

Se da a conocer un quemador de combustible/oxígeno sólido en el documento US 2014/0305355. El quemador incluye un conducto central de oxígeno que se extiende hacia un extremo de la punta del quemador, un conducto de combustible exterior que rodea el conducto de oxígeno, un conducto de combustible interior colocado entre el conducto de oxígeno y el conducto de combustible exterior para formar un anillo interior junto con el conducto de oxígeno y un anillo exterior junto con el conducto de combustible exterior, teniendo el conducto de combustible interior un extremo de salida corriente arriba del extremo de la punta, un divisor cónico truncado dentro del conducto de combustible exterior que rodea el conducto de oxígeno corriente abajo del conducto de combustible interior, para dividir una corriente de combustible en el conducto de combustible exterior en un difusor cónico anular interior y una tobera convergente anular exterior y, como mínimo, tres aletas de guía radiales dentro del difusor, en el que el extremo de salida del conducto de combustible interior está separado de un extremo de entrada del divisor por una distancia, X.

CARACTERÍSTICAS

La presente invención da a conocer un horno regenerativo, según la reivindicación 1 y un procedimiento de operación de un horno regenerativo, según la reivindicación 14. Las realizaciones preferentes del horno regenerativo se describen en las reivindicaciones dependientes.

Se da a conocer un sistema quemador de refuerzo selectivo y un procedimiento para mejorar la cobertura de la llama y los factores de visión en un horno, y para permitir una reducción de los puntos fríos y, de este modo, un calentamiento más uniforme del horno. Tal como se define en la presente memoria descriptiva, un quemador de refuerzo de oxígeno-combustible puede proporcionar del 1% al 90% de la energía de combustión al horno, o en diversas realizaciones, como mínimo, el 5%, como mínimo, el 10%, como mínimo, el 20%, como mínimo, el 30% o, como mínimo, el 40%; o menos del 90%, menos del 80%, menos del 70%, menos del 60% o menos del 50%; o una combinación de los límites superior e inferior anteriores. La configuración del quemador permite una distribución óptima del flujo de calor tanto espacial como temporalmente para que se pueda conseguir y mantener una distribución uniforme de la temperatura en un horno. El flujo de calor uniforme se logra dirigiendo el flujo de calor a las ubicaciones apropiadas, por ejemplo, según se determina mediante un algoritmo, basado en la geometría del horno, o basado en la retroalimentación en tiempo real de uno o más sensores, durante ciertas cantidades de tiempo. El quemador y el procedimiento permiten llamas más largas y penetrantes de forma selectiva que pueden incidir en la carga de un horno para proporcionar una fusión mejorada, al tiempo que minimizan las pérdidas por fusión oxidativa. En particular, múltiples llamas de alto impulso se dirigen hacia el fundido de manera cíclica. Se evita el sobrecalentamiento y la energía se distribuye de manera más uniforme a lo largo del baño de fusión. El quemador tiene una pluralidad de elementos quemadores separados, ubicados en una carcasa o divididos entre más de una carcasa. Cada elemento quemador tiene su propia llama en un estado pasivo o activo que se puede modular en varios patrones y frecuencias para conseguir el perfil de flujo de calor deseado. Cada llama activa está asociada con una región de llama en el horno.

Tal como se describe en la presente memoria descriptiva, la combustión de oxígeno-combustible suministrada por el quemador de refuerzo selectivo se modula para imitar la operación cíclica de un horno regenerativo o sincronizarse con la misma. Esto se puede conseguir utilizando un solo quemador de refuerzo o una pluralidad de quemadores de refuerzo instalados estratégicamente en el horno en proporción con los quemadores regeneradores para proporcionar energía de acuerdo con las necesidades del horno, mientras se minimiza la interacción en el horno entre las llamas de refuerzo de oxígeno-combustible y las llamas del regenerador de aire-combustible.

Se describen a continuación otros aspectos de la presente invención

DESCRIPCIÓN BREVE DE LOS DIBUJOS

La figura 1A es una vista en perspectiva desde un extremo de una realización de un quemador de refuerzo selectivo con escalonamiento de oxidante.

La figura 1B es una vista en perspectiva desde un extremo de una realización de un quemador de refuerzo selectivo sin escalonamiento de oxidante.

La figura 2A es un esquema de control para una realización de un quemador de refuerzo selectivo con escalonamiento, tal como en la figura 1A.

La figura 2B es un esquema de control para una realización de un quemador de refuerzo selectivo sin escalonamiento, tal como en la figura 1B.

La figura 3 es un esquema de secuencia operacional para una realización de un quemador de refuerzo selectivo como en las figuras 1A y 1B.

La figura 4 es una vista desde un extremo esquemática que muestra las orientaciones de la tobera para dos realizaciones de un quemador de refuerzo selectivo.

Las figuras 5A(a) - 5A(e) son vistas desde un extremo de varias realizaciones de un quemador de refuerzo selectivo con escalonamiento. La figura 5A(a) muestra un quemador que tiene una tobera central escalonada rodeada por cuatro elementos quemadores orientados en ángulo radialmente hacia afuera; la figura 5A(b) muestra un quemador que tiene una tobera central escalonada rodeada por cuatro elementos quemadores orientados en ángulo tangencialmente a lo largo de un círculo circunscrito; la figura 5A(c) muestra un quemador que tiene una disposición colineal de elementos quemadores alternos y toberas escalonadas en la que todas, menos la tobera escalonada central, están en ángulo hacia afuera; la figura 5A(d) muestra un quemador que tiene cuatro elementos quemadores colineales adyacentes y sustancialmente paralelos al eje principal de una tobera escalonada ranurada; y la figura 5A(e) muestra un par de elementos quemadores de llama planos alineados y un par de toberas escalonadas colineales adyacentes y sustancialmente paralelas al eje principal de cada elemento quemador.

Las figuras 5B(a) - 5B(f) son vistas desde un extremo de varias realizaciones de un quemador de refuerzo selectivo sin escalonamiento. La figura 5B(a) muestra un quemador que tiene cuatro elementos quemadores orientados en ángulo radialmente hacia afuera; la figura 5B(b) muestra un quemador que tiene cuatro elementos quemadores orientados en ángulo tangencialmente a lo largo de un círculo circunscrito; la figura 5B(c) muestra un quemador que tiene dos elementos quemadores colineales, cada uno orientado en ángulo hacia afuera del otro quemador; la figura 5B(d) muestra un quemador que tiene cuatro elementos quemadores colineales orientados en ángulo hacia afuera en pares adyacentes respecto al otro par adyacente; y la figura 5B(e) muestra un par de elementos quemadores de llama planos alineados. La figura 5B(f) muestra un quemador que tiene varias filas de elementos quemadores colineales.

La figura 6 muestra varias geometrías posibles de una tobera de distribución selectiva dentro de cada elemento quemador.

La figura 7 es una vista en perspectiva de un tipo de horno que muestra dos posibles orientaciones de montaje de un quemador de refuerzo selectivo.

La figura 8 es un gráfico que compara en escala relativa los datos de producción de NOx de un quemador de oxígeno-combustible convencional, un quemador oxígeno-combustible escalonado convencional y un quemador de refuerzo selectivo, en un horno tal como el de la figura 7, operado tanto en modos luminosos como no luminosos. La figura 9 es una vista en planta esquemática de un horno regenerativo de puerto frontal de combustión airecombustible a modo de ejemplo.

La figura 10 es una vista esquemática en planta de un horno regenerativo de puerto frontal que muestra una configuración comparativa de los quemadores de refuerzo de oxígeno-combustible de combustión continua.

La figura 11 es una vista esquemática en planta de un horno regenerativo de puerto frontal que muestra el funcionamiento de un quemador de refuerzo selectivo montado en la pared frontal que tiene múltiples elementos quemadores contenidos en una única carcasa.

La figura 12 es una vista esquemática en planta de un horno regenerativo de puerto frontal, que muestra una configuración de un quemador de refuerzo selectivo montado en la pared frontal que tiene múltiples elementos quemadores divididos entre dos o más carcasas separadas.

La figura 13 es una vista en planta esquemática de un horno regenerativo de puerto lateral en ángulo que muestra una configuración de un quemador de refuerzo selectivo montado en pared posterior que tiene múltiples elementos quemadores contenidos en una única carcasa.

La figura 14 es una vista en planta esquemática de un horno regenerativo de puerto lateral en ángulo, que muestra una configuración de un quemador de refuerzo selectivo montado en la pared posterior que tiene múltiples elementos quemadores divididos entre dos o más carcasas separadas.

La figura 15 es una vista en planta esquemática de un horno regenerativo de puerto lateral en ángulo que muestra una configuración de un quemador de refuerzo selectivo montado en el techo.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

La figura 1A representa una realización de un quemador de refuerzo selectivo -10- que tiene escalonamiento de un reactivo (es decir, un "quemador escalonado"), mientras que la figura 1B representa una realización de un quemador de refuerzo selectivo -11- sin escalonamiento de ninguno de los reactivos (es decir, "quemador no escalonado"). Los quemadores -10- y -11- incluyen cada uno un cuerpo -12- que tiene una cara -14-, en la que cuando el quemador -10- u -11- se monta en un horno (por ejemplo, tal como en la figura 7 o en las figuras 11-15), la cara -14- está expuesta a la zona de combustión en el horno.

El quemador no escalonado -11- incluye una pluralidad de elementos quemadores -20- orientados para definir un círculo circunscrito (véase la figura 4), con los elementos quemadores -20- preferentemente, espaciados de igual manera alrededor del círculo circunscrito. El quemador escalonado -10- incluye además, como mínimo, una tobera escalonada -30- colocada dentro del círculo circunscrito. Con fines de referencia, se representa un chorro activo (A) y un chorro pasivo (P), para mostrar que el chorro activo tiene una llama más grande que el chorro pasivo.

Los quemadores -10- y -11- representados en las figuras 1A y 1B, respectivamente, tienen cada uno cuatro elementos quemadores -20- separados a intervalos de, aproximadamente, 90°. Sin embargo, se entiende que los quemadores -10- u -11- pueden incluir cualquier número n de elementos quemadores -20- iguales o mayores que dos. Por ejemplo, un quemador -10- u -11- puede tener dos elementos quemadores -20- espaciados para estar diametralmente opuestos (tal como se muestra en las figuras 5A(d) y 5B(d)) o, alternativamente tres elementos quemadores -20- espaciados a intervalos de, aproximadamente, 120°, o cinco o más elementos quemadores -20- separados a intervalos aproximadamente iguales. También se entiende que para algunas geometrías de horno, configuraciones o condiciones de operación, puede ser deseable tener un quemador -10- u -11- con una pluralidad de elementos quemadores -20- que estén separados de manera desigual alrededor del círculo circunscrito. En una alternativa adicional, el quemador -10- u -11- puede tener una pluralidad de elementos quemadores -20- que están posicionados para definir una forma geométrica distinta de un círculo, por ejemplo un polígono oval o irregular, dependiendo de la geometría y configuración del horno.

Además, el quemador -11- no escalonado puede incluir dos o más elementos quemadores -20- que se colocan en múltiples carcasas en diferentes ubicaciones en un horno, en lugar de que todos los elementos quemadores -20- estén en la misma carcasa, pero se operan de una manera selectiva coordinada, tal como se describe en la presente memoria descriptiva.

El quemador escalonado -10- de la figura 1A tiene una tobera escalonada -30- posicionada centralmente. Sin embargo, se entiende que se puede proporcionar una pluralidad de toberas escalonadas -30-, en las que las toberas escalonadas -30- pueden tener todas el mismo tamaño o diferentes tamaños. Además, dependiendo de la geometría del horno, las características de llama deseadas, la orientación de los elementos quemadores individuales -20- y otros factores, la tobera o las toberas escalonada(s) -30- puede(n) posicionarse fuera del centro dentro del círculo circunscrito definido por los elementos quemadores -20-. La tobera escalonada -30- puede tener cualquier forma. Tanto en el quemador escalonado -10- como en el quemador no escalonado -11-, cada elemento quemador -20- incluye una tobera de distribución selectiva -22- rodeada por una tobera de distribución proporcional anular -24-. Un reactivo distribuido selectivamente fluye a través de la tobera de distribución selectiva -22- mientras que un reactivo distribuido proporcionalmente fluye a través de la tobera de distribución proporcional anular -24-, en la que un reactivo es un combustible y el otro reactivo es un oxidante. En el quemador escalonado -10-, una parte del reactivo distribuido proporcionalmente también fluye a través de la tobera escalonada -30-. En una realización de los quemadores -10- u -11-, el combustible fluye a través de la tobera de distribución selectiva -22- como el reactivo distribuido selectivamente, mientras que el oxidante fluye a través de la tobera de distribución proporcional anular -24- como el reactivo distribuido proporcionalmente. En otra realización de los quemadores -10- u -11-, el oxidante es el reactivo distribuido selectivamente que fluye a través de la tobera de distribución selectiva -22- y el combustible es el reactivo distribuido proporcionalmente que fluye a través de la tobera de distribución proporcional anular -24-. Además, en realizaciones alternativas del elemento quemador -20-, la tobera de distribución proporcional -24- no necesita ser anular, sino que puede incluir una o más toberas colocadas cerca de la tobera de distribución selectiva -22-. Por ejemplo, una tobera de distribución proporcional -24- podría estar adyacente a la tobera de distribución selectiva -22-, o una pluralidad de toberas de distribución proporcional -24- podrían colocarse adyacentes y de manera circunferencial alrededor de la tobera de distribución selectiva -22-. En cualquier configuración, la tobera o las toberas de distribución proporcional -24- deben estar suficiente cerca de la tobera de distribución selectiva -22- para que el combustible y el oxidante interactúen y se quemen para formar una llama estable.

En el quemador escalonado -10-, la proporción de reactivo distribuido proporcionalmente introducido a través de las toberas de distribución proporcional anular -24- en comparación con la tobera escalonada -30- se puede ajustar para mantener el funcionamiento estable del quemador y/o para controlar las propiedades de la llama, tal como el perfil de liberación de calor. La expresión "proporción de escalonamiento" se refiere a la cantidad de flujo de reactivo distribuido proporcionalmente a través de la tobera escalonada -30- dividido por la cantidad total del flujo de reactivo distribuido proporcionalmente a través de la tobera escalonada -30- y las toberas de distribución proporcional anular -24- combinadas.

Tal como se utiliza en la presente memoria descriptiva, el término "combustible" se refiere a cualquier sustancia que contenga hidrocarburos que pueda utilizarse como combustible en una reacción de combustión. Preferentemente, el combustible es un combustible gaseoso, tal como gas natural, pero el combustible también puede ser un combustible líquido atomizado o un combustible sólido pulverizado en un gas portador. Tal como se utiliza en la presente memoria descriptiva, el término "oxidante" se refiere a cualquier sustancia que contenga oxígeno que pueda oxidar el combustible en una reacción de combustión. Un oxidante puede ser aire, aire viciado (es decir, gas con menos de, aproximadamente, el 20,9% de oxígeno), aire enriquecido con oxígeno (es decir, gas con más de, aproximadamente, el 20,9% de oxígeno), u oxígeno esencialmente puro (es decir, gas con, aproximadamente, el 100% de oxígeno). En diversas realizaciones, el oxidante es un aire enriquecido con oxígeno que tiene una concentración de oxígeno de, como mínimo, aproximadamente, el 23%, como mínimo, aproximadamente, el 26%, como mínimo, aproximadamente, el 40%, como mínimo, aproximadamente, el 70%, o, como mínimo, aproximadamente, el 98%.

La tobera de distribución selectiva -22- puede tener cualquier forma. En la figura 6 se muestra un subconjunto de posibles formas de ejemplo, entre las que se incluyen una tobera ranurada (figura 6a), una tobera de ranura única (figura 6b), una tobera circular (figura 6c) y una tobera de orificios múltiples (figura 6d). Una discusión más detallada de las posibles formas de las toberas se puede encontrar en el documento US 6.866.503.

Por ejemplo, para crear una llama luminosa con altas propiedades de transferencia radiativa, se puede utilizar una tobera de distribución selectiva -22- con un factor de forma menor que 10, mientras que para crear una llama no luminosa que puede tener menos NOx, se puede utilizar una tobera de distribución selectiva que tiene un factor de forma de 10 o mayor. El modo luminoso puede ser preferente para operaciones de fusión, mientras que el modo no luminoso puede ser preferente para operaciones de recalentamiento. Téngase en cuenta que una tobera de alto factor de forma puede incluir una tobera de orificios múltiples. Tal como se describe en detalle en el documento US 6.866.503, el factor de forma, o , se define como el cuadrado del perímetro, P, dividido por dos veces el área de la sección transversal, A, o en términos de ecuación:

o = P2 / 2A.

La figura 2A muestra un esquema de control simplificado para un quemador escalonado -10-, y la figura 2B muestra un esquema de control simplificado para un quemador no escalonado -11-, tal como se han descrito anteriormente. Se suministra un primer fluido F1 a las toberas de distribución selectiva -22- a un caudal total controlado por una válvula de control -23-. El flujo del primer fluido F1 a cada tobera de distribución selectiva -22- se controla por separado. En una realización, una válvula de control -26- aguas arriba de cada tobera de distribución selectiva -22- se modula entre una posición de flujo alto y de flujo bajo, que corresponde respectivamente a un estado activo y un estado pasivo para el elemento quemador -20- que contiene esta tobera de distribución selectiva -22-. En una realización alternativa, la válvula de control -26- se coloca en paralelo con un pasaje de derivación -27-. En esta realización, la válvula de control -26- se modula entre una posición abierta y una posición cerrada, correspondiendo de nuevo respectivamente a los estados activo y pasivo del elemento quemador -20-, mientras que el pasaje de derivación -27- permite que una cantidad relativamente pequeña de flujo evite la válvula de control -26-, de modo que parte del primer fluido F1 fluya siempre hacia la tobera de distribución selectiva -22-, incluso en estado pasivo. Los caudales a cada una de las toberas de distribución selectiva -22- se pueden configurar de modo que los caudales de estado activo del primer fluido F1 a cada tobera de distribución selectiva -22- puedan ser diferentes o iguales, y los caudales de estado pasivo del primer fluido F1 a cada tobera de distribución selectiva -22- puedan ser diferentes o iguales, dependiendo de los requisitos de un horno o aplicación en particular.

El efecto de cualquiera de las disposiciones es modular el flujo a través de la tobera de distribución selectiva -22- entre un caudal activo relativamente más elevado y un caudal pasivo relativamente más bajo. Por ejemplo, un caudal activo se puede definir como un caudal mayor que un caudal promedio a las toberas de distribución selectiva -22-, mientras que un caudal pasivo se puede definir como un caudal menor que el caudal promedio a las toberas de distribución selectiva -22-. El caudal promedio se determina dividiendo el caudal total del primer fluido F1 por el número total n de toberas de distribución selectiva -22-/elementos quemadores -20-. Se pueden utilizar otras relaciones entre el caudal activo y el caudal pasivo, siendo siempre el caudal activo mayor que el caudal pasivo.

Independientemente de cómo se determinen los caudales activos y pasivos, el caudal pasivo debe ser mayor que un caudal nulo. El caudal pasivo es suficiente para mantener la combustión en cada elemento quemador -20-, a fin de proporcionar un mecanismo para el encendido inmediato cuando un elemento quemador -20- pasa del estado pasivo al estado activo. El caudal pasivo no nulo también protege a la tobera de distribución selectiva -22- de la entrada de materiales extraños. En una realización, el caudal pasivo es menor o igual a la mitad del caudal activo. En otra realización, la proporción del caudal activo respecto al caudal pasivo es, como mínimo, aproximadamente, 5 y no mayor que, aproximadamente, 40. En otra realización adicional, la proporción del caudal activo respecto al caudal pasivo es, como mínimo, aproximadamente, 15 y no mayor que, aproximadamente, 25.

Se suministra un segundo fluido F2 a las toberas de distribución proporcional anular -24-. Una válvula de control -28- controla el caudal total del segundo fluido F2 a las toberas de distribución proporcional anular -24-, y un colector -29- distribuye el flujo de manera, aproximadamente, igual a través de las n toberas de distribución proporcional anulares -24-.

En el quemador escalonado -10-(figura 2A) pero no en el quemador no escalonado -11 -(figura 2b), se suministra un tercer fluido F3 a la tobera escalonada -30-, y el caudal del tercer fluido F3 se controla mediante una válvula de control -32-. La tobera escalonada -30- puede incluir una aleta de turbulencia u otro mecanismo (no mostrado) para proporcionar turbulencia al tercer fluido F3 que sale de la tobera escalonada -30-. La turbulencia que se proporciona al tercer fluido F3 dará como resultado la ruptura de ese chorro de fluido, que puede ayudar en el arrastre del tercer chorro fluido de F3 por el chorro o los chorros activo(s). Sin embargo, una turbulencia intensa no es deseable ya que podría dominar la estructura del flujo y alterar las formas de las llamas.

El segundo fluido F2 y el tercer fluido F3 contienen el mismo tipo de reactivo, ya sea combustible u oxidante. Por ejemplo, cuando el primer fluido F1 es combustible, el segundo fluido F2 y el tercer fluido F3 son cada uno oxidantes, y cuando el primer fluido F1 es oxidante, el segundo fluido F2 y el tercer fluido F3 son cada uno combustibles. En una realización, el segundo fluido F2 y el tercer fluido F3 son fluidos diferentes, es decir, cada uno tiene el mismo reactivo (combustible u oxidante) pero en diferentes concentraciones. En este caso, la válvula de control -28- y la válvula de control -32- deben ser válvulas separadas para controlar los dos fluidos F2 y F3. En una realización alternativa (no mostrada), cuando el segundo fluido F2 y el tercer fluido F3 son el mismo fluido que tiene la misma concentración del mismo reactivo, se puede utilizar una válvula escalonada en lugar de la válvula de control -28- y la válvula de control -32- para distribuir una parte del flujo, de manera, aproximadamente, equitativa a las n toberas de distribución proporcional anulares -24- y el resto del flujo a la tobera escalonada -30-.

En las realizaciones representadas de las figuras 2A y 2B, el caudal del segundo fluido F2 a cada una de las toberas de distribución proporcional anulares -24- no se controla independientemente. Como resultado, en cada tobera de distribución proporcional anular -24- siempre fluye, aproximadamente, un caudal promedio del segundo fluido F2 cuando la válvula de control -28- está abierta. El caudal promedio se determina dividiendo el caudal total del segundo fluido F2 por el número total n de toberas de distribución proporcional anulares -24-/elementos quemadores -20-. Alternativamente, el caudal del segundo fluido F2 a cada tobera de distribución proporcional anular -24- se puede controlar independientemente.

En las realizaciones representadas de las figuras 2A y 2B, debido a que el caudal del segundo fluido F2 a cada tobera de distribución proporcional anular -24- es aproximadamente el mismo, cada elemento quemador -20- opera en cualquiera de los lados de la estequiometría dependiendo de si este elemento quemador -20- está activo o pasivo en aquel momento. Cuando un elemento quemador -20- está en estado activo, este elemento quemador -20- opera fuera de la estequiometría, y a veces muy alejado de la estequiometría, en una dirección, y cuando el elemento quemador -20- está en estado pasivo, el elemento quemador -20- opera fuera de la estequiometría y, a veces, muy alejado de la estequiometría, en la dirección opuesta. Por ejemplo, cuando el primer fluido F1 es combustible y el segundo fluido F2 es oxidante, un elemento quemador -20- en estado activo operará rico en combustible y un elemento quemador en estado pasivo operará pobre en combustible.

Alternativamente, cuando el primer fluido F1 es oxidante y el segundo fluido F2 es combustible, un elemento quemador -20- en estado activo operará pobre en combustible y un elemento quemador en estado pasivo operará rico en combustible. Sin embargo, dado que el flujo total de combustible y oxidante está controlado por las válvulas de control -23- y -28-(y también por medio de una válvula de control escalonada -32-), la estequiometría general del quemador -10- sigue siendo la misma, independientemente de cuáles y cuántos elementos quemadores -20- estén en estado activo respecto a estado pasivo.

La estequiometría en la que opera cada elemento quemador -20- puede caracterizarse por una proporción de equivalencia. Para un caudal de combustible dado, la proporción de equivalencia se determina como la proporción del flujo de oxígeno estequiométrico teórico respecto al flujo de oxígeno real. Para un oxidante que es el 100% oxígeno, el flujo de oxígeno es igual al flujo de oxidante. Para un oxidante que es un porcentaje de oxígeno X inferior al 100%, el flujo de oxígeno en una corriente de oxidante se determina dividiendo el caudal de oxidante por el porcentaje de oxígeno X; por ejemplo, para cumplir con un requerimiento de oxígeno de 100 SCFH utilizando un oxidante que contiene el 40% de oxígeno, se requieren 250 SCFH del oxidante.

La siguiente discusión se refiere a las realizaciones en las que el primer fluido F1 es un combustible y el segundo fluido F2 es un oxidante (quemador no escalonado) y en el que el primer fluido F1 es un combustible y tanto el segundo fluido F2 como el tercer fluido F3 son oxidantes (quemador escalonado). Cuando un elemento quemador -20- está en estado pasivo, la proporción de equivalencia es menor que, aproximadamente, 1 y, preferentemente es de, como mínimo, 0,2, aproximadamente. Esto significa que un elemento quemador -20- pasivo opera pobre en combustible, con hasta cinco veces el oxígeno requerido para la combustión completa. En contraste, cuando un elemento quemador -20- está en estado activo, la proporción de equivalencia es mayor que aproximadamente, 1 y, preferentemente no es más que 10, aproximadamente. Esto significa que un elemento quemador -20- activo está operando rico en combustible, con tan poco como el 10% del oxígeno requerido para la combustión completa.

Una proporción de escalonamiento, en el caso de un quemador escalonado, se define como la proporción de la cantidad de reactivo que fluye a través de la tobera escalonada -30- respecto a la cantidad total de ese reactivo que fluye a través de las toberas de distribución proporcional anulares -24- y la tobera escalonada -30-. Por ejemplo, cuando el segundo fluido F2 y el tercer fluido F3 son oxidantes, la proporción de escalonamiento es la cantidad de oxígeno proporcionada por la tobera escalonada -30- dividida por la cantidad total de oxígeno proporcionada por la tobera escalonada -30- y las toberas de distribución proporcional anular -24- combinadas. Si el segundo fluido F2 y el tercer fluido F3 son los mismos fluidos (es decir, con la misma concentración de oxígeno), entonces la proporción de escalonamiento es simplemente el caudal de tercer fluido F3 dividido por la suma del caudal del segundo fluido F2 y el caudal de tercer fluido F3. Pero si el segundo fluido F2 y el tercer fluido F3 son fluidos diferentes (es decir, con diferentes concentraciones de oxígeno X2 y X3, respectivamente), entonces la proporción de escalonamiento se calcula teniendo en cuenta las diferencias de concentración, tal como XsFs/(X²F² + X³F³), tal como entenderá un técnico en la materia.

El quemador escalonado -10- se opera preferentemente con una proporción escalonada igual o inferior a, aproximadamente, el 75%. Por ejemplo, cuando el oxidante está escalonado, es decir, cuando el segundo fluido F2 y el tercer fluido F3 son oxidantes, como mínimo, aproximadamente, el 25% del oxígeno al quemador -10- fluye a través de las toberas de distribución proporcional anulares -24- y no más del 75%, aproximadamente, del oxígeno fluye a través de la tobera escalonada -30-. Más preferentemente, el quemador escalonado -10- se opera con proporción de escalonamiento igual o inferior al 40%, aproximadamente. Además, tal como se ha explicado anteriormente, debido al funcionamiento activo o pasivo de cada uno de los elementos quemadores -20-, el uno o más elementos quemadores -20- activos al mismo tiempo operan con un exceso del primer fluido F1 en comparación con el estequiométrico, y el uno o más elementos quemadores -20- que están pasivos al mismo tiempo operan con un exceso del segundo fluido F2 en comparación con el estequiométrico, proporcionando de este modo cierta cantidad de escalonamiento incluso sin tener en cuenta el tercer fluido F3 proporcionado por la tobera escalonada -30-.

Además, incluso el quemador -11- no estacionado opera con cierta cantidad de "escalonamiento”, ya que los elementos quemadores -20- activos operan ricos en el primer fluido F1 y los elementos quemadores pasivos operan pobres en el primer fluido F1, de modo que algo del primer fluido F1 desde los elementos quemadores -20- activos se quema de una manera más retardada y difusa con algo del segundo fluido F2 de los elementos quemadores -20- pasivos. Por ejemplo, cuando el primer fluido F1 es combustible y el segundo fluido F2 es oxidante, los elementos quemadores -20- activos son ricos en combustible y parte del exceso de combustible se quema con el exceso de oxidante de los elementos quemadores -20- pasivos, que son pobres en combustible.

El primer fluido F1 que sale de una tobera de distribución selectiva -22- activa tiene una velocidad de chorro activo determinada por el primer caudal de fluido F1 y el área de la sección transversal de la tobera de distribución selectiva -22-. El segundo fluido F2 que sale de una tobera de distribución proporcional anular -24- tiene una velocidad de chorro anular determinada por el caudal del segundo fluido F2 y el área de la sección transversal de la tobera de distribución proporcional anular -24-. En el quemador escalonado -10-, el tercer fluido F3 que sale de la tobera escalonada -30- tiene una velocidad de chorro escalonado determinada por el caudal del tercer fluido F3 y el área de la sección transversal de la tobera escalonada -30-. La velocidad del chorro activo es preferentemente mayor que la velocidad del chorro anular para el quemador escalonado -10- y el quemador no escalonado -11 -.

Además, para obtener un rendimiento óptimo del quemador escalonado -10-, la velocidad del chorro escalonado debe ser menor o igual que la velocidad del chorro activo, y mayor o igual a, aproximadamente, 0,05 veces la velocidad del chorro activo. En una realización, la proporción de la velocidad del chorro escalonado con respecto a la velocidad del chorro activo es menor o igual a 0,4, aproximadamente. En otra realización, la proporción entre la velocidad del chorro escalonado y la velocidad del chorro activo es mayor o igual a 0,1, aproximadamente.

En una realización de ejemplo probada en una disposición de combustión vertical (montada en el techo), la velocidad del chorro del primer fluido F1 a través de una tobera de distribución selectiva activa -22- fue de, como mínimo, aproximadamente, 250 pies/s y fue, preferentemente de, como mínimo, aproximadamente, 300 pies/s, y la velocidad a través de una tobera de distribución selectiva pasiva -22- fue, aproximadamente, el 20% de la velocidad del chorro activo. Para una disposición de combustión horizontal, la velocidad del chorro activo puede ser considerablemente más baja, ya que hay menos necesidad de combatir los efectos de flotabilidad para evitar el sobrecalentamiento del bloque del quemador.

Todas las válvulas de control -23-, -26-, -28- y -32- están conectadas y controladas por un controlador -105- que está específicamente programado o configurado para operar el quemador -10-. El controlador -105- puede incluir componentes electrónicos convencionales, tales como dispositivos CPU, RAM, ROM, de E/S y la programación o configuración del controlador -105- pueden realizarse mediante una combinación de uno o más de hardware, firmware, software y cualquier otro mecanismo conocido o desarrollado posteriormente para programar las instrucciones de funcionamiento en un controlador.

Tal como se ha descrito anteriormente, uno de los fluidos F1 y F2 debe ser o contener un combustible, y el otro de los fluidos F1 y F2 debe ser un oxidante o contener oxígeno. En un quemador escalonado -10-, el tercer fluido F3 debe ser del mismo tipo de fluido (combustible u oxidante) que el segundo fluido F2. El combustible puede ser un combustible gaseoso, un combustible líquido o un combustible sólido pulverizado en un portador gaseoso. En una realización de un quemador no escalonado -11 -, F1 es un combustible y F2 es un oxidante. En una realización de un quemador en etapas -10-, F1 es un combustible y F2 y F3 son oxidantes. En este caso, F2 y F3 pueden ser el mismo oxidante, o F2 y F3 pueden ser oxidantes diferentes. Por ejemplo, en una realización preferente, F1 es un combustible gaseoso, tal como gas natural, F2 es un oxidante que tiene una concentración de oxígeno igual o superior a, aproximadamente, el 70%, para un quemador escalonado -10- o un quemador no escalonado -11-. Para un quemador escalonado -10- en esta realización, F3 es un oxidante que tiene una concentración de oxígeno igual o superior a, aproximadamente, el 20,9%. En otra realización similar, F1 es un combustible gaseoso, tal como gas natural, F2 es un oxidante que tiene una concentración de oxígeno mayor que la del aire, y en la versión de quemador escalonado, F3 es aire.

En una realización alternativa, F1 es un oxidante y F2 (y F3 en el caso del escalonamiento) son combustibles. En este caso, F1 tiene una concentración de oxígeno igual o mayor que, aproximadamente, el 26%, preferentemente igual o mayor que, aproximadamente, el 40% y, más preferentemente igual o mayor que, aproximadamente, el 70%.

La figura 3 muestra una posible secuencia de operación para la realización de los quemadores -10- y -11- ilustrados en las figuras 1A y 1B. Para propósitos de discusión, los cuatro elementos quemadores -20- están etiquetados como a, b, c, y d. Tal como se muestra, solo un elemento quemador -20- está activo a la vez, mientras que los elementos quemadores -20- restantes están pasivos, y cada elemento quemador -20- se cambia sucesivamente al estado activo cuando el elemento quemador -20- anteriormente activo vuelve al estado pasivo.

En particular, en la realización representada, el elemento quemador -20a- está activo, mientras que los elementos quemadores -20b-, -20c- y -20d- están pasivos. En otras palabras, cada una de las toberas anulares -24- en cada elemento quemador -20- está recibiendo un flujo, aproximadamente, igual del segundo fluido F2, y solo la tobera de distribución selectiva -22- en el elemento quemador -20a- está recibiendo un mayor flujo activo del primer fluido F1, mientras que las toberas de distribución selectiva -22- en los otros elementos quemadores -20b-, -20c- y -20d- están recibiendo un flujo pasivo inferior del primer fluido F1. Esto da como resultado una llama relativamente larga y penetrante que emana del elemento quemador -20a- activo y llamas relativamente cortas (piloto) que emanan de los elementos quemadores -20b-, -20c- y -20d- pasivos. Tal como se muestra más adelante en la realización representada, cuando el elemento quemador -20b- se activa, el elemento quemador -20a- vuelve al estado pasivo y los elementos quemadores -20c- y -20d- permanecen pasivos. A continuación, cuando el elemento quemador -20c- se activa, el elemento quemador -20b- vuelve al estado pasivo y los elementos quemadores -20c- y -20a - permanecen pasivos. Finalmente, cuando el elemento quemador -20d- se activa, el elemento quemador -20d- vuelve al estado pasivo y los elementos quemadores -20a- y -20b- permanecen pasivos.

La secuencia mostrada en la figura 3 y descrita anteriormente es solo una de las variaciones esencialmente ilimitadas. En un ejemplo que no constituye limitación, un elemento quemador -20- está activo a la vez en una secuencia de repetición, tal como a-b-c-d o a-b-d-c o a-c-b-d o a-c-d-b. En otro ejemplo que no constituye limitación, un elemento quemador -20- está activo a la vez en una secuencia aleatoria. En otro ejemplo que no constituye limitación, un elemento quemador -20- está activo a la vez pero cada uno durante el mismo tiempo o por períodos de tiempo diferentes.

Además, en otros ejemplos, más de un elemento quemador -20- está activo a la vez. Por ejemplo, para un quemador -10- que tiene tres o más elementos quemadores -20-, dos elementos quemadores -20- pueden estar activos y el resto pasivos. En general, para un quemador -10- que tiene n elementos quemadores, cualquier número de elementos quemadores de 1 a n-1 puede estar activo y el resto pasivos.

Cada elemento quemador -20- puede cambiarse del estado pasivo al estado activo en función de una secuencia de tiempo programada con antelación, de acuerdo con un algoritmo predeterminado, de acuerdo con una secuencia aleatoria, según las condiciones del horno, o sincronizarse con otros eventos cíclicos o periódicos en el horno. Uno o más sensores -101- pueden colocarse en el horno para detectar cualquier parámetro que pueda ser relevante para determinar los lugares en los que se necesita más o menos calor de combustión. Por ejemplo, el sensor puede ser un sensor de temperatura, de manera que cuando el sensor de temperatura está por debajo de un umbral de ajuste, el elemento quemador -20- orientado para calentar el horno en la región de aquel sensor de temperatura puede activarse con mayor frecuencia o por períodos de tiempo más prolongados. O si un sensor de temperatura detecta que una parte del horno o la carga está recibiendo calor insuficiente, uno o más elementos quemadores -20- ubicados cerca de esa parte del horno o en ángulo hacia esa parte de la carga pueden cambiar al estado activo, mientras que los elementos quemadores -20- en partes del horno que reciben un exceso de calor pueden cambiarse al estado pasivo. Con respecto específico a un horno regenerativo, los sensores de temperatura, tal como los sensores ópticos, pueden detectar la temperatura de la carga en varias partes del horno y detectar regiones que necesitan calor adicional, como todas o partes del punto frío -122-, y los elementos quemadores -20- dirigidos a aquellas regiones pueden activarse durante períodos de tiempo más largos o con mayor frecuencia para aumentar la temperatura de esas regiones.

Los sensores de temperatura pueden incluir sensores de contacto tales como termopares o RTD ubicados en las paredes del horno, o sensores sin contacto tales como sensores infrarrojos, sensores de radiación, sensores ópticos, cámaras, sensores de color u otros sensores disponibles en la industria. También se pueden utilizar otros tipos de sensores para indicar el nivel de fusión o calentamiento en el horno, que incluyen, entre otros, sensores de proximidad (por ejemplo, para detectar la proximidad de la carga sólida que aún no se ha fundido) o sensores de conductividad (por ejemplo, para detectar la mayor conductividad de un líquido en comparación con los trozos de sólidos mal interconectados).

Se pueden conseguir varios beneficios al operar el quemador -10- o el quemador -11- tal como se describe en la presente memoria descriptiva. Debido a que el calor puede dirigirse preferentemente a ciertas ubicaciones y durante períodos de tiempo más largos o más cortos, se pueden identificar y eliminar los puntos fríos en el horno, lo que da como resultado un calentamiento y una fusión más uniformes. Particularmente para las disposiciones de combustión vertical (es decir, quemadores montados en el techo que apuntan hacia abajo) tal como en la figura 7 o la figura 15, operar el quemador con no todos los elementos quemadores -20- en modo activo reduce o elimina los peligros de llamas flotantes, evitando de este modo el sobrecalentamiento del bloque del quemador y el techo del horno. La combustión rica en combustible resultado de un elemento quemador activo -20-, en el que el oxígeno proporcionado a través de la tobera de distribución proporcional anular -24- es significativamente menor que el oxígeno estequiométrico requerido por el combustible proporcionado a través de la tobera de distribución selectiva -22-, crea una atmósfera no oxidante cerca del baño de fusión para ayudar a proteger la carga de la oxidación indeseable. Además, la activación de los elementos quemadores -20- en un patrón cíclico repetido puede ser utilizado para generar un patrón de calentamiento de vórtice que aumenta el tiempo de residencia de los gases de combustión, aumenta las velocidades de transferencia de calor y mejora la uniformidad del calentamiento, tal como se muestra, por ejemplo, en el documento US 2013/00954437. Además, la activación selectiva de los elementos quemadores -20- y la variación de la proporción de escalonamiento se pueden utilizar para ajustar la ubicación del flujo de calor máximo que emana de las reacciones de combustión y para ajustar la cobertura de la llama para adaptarse a diversas geometrías, condiciones y niveles de carga del horno.

Diversas configuraciones posibles del quemador escalonado -10- y del quemador no escalonado -11- incluyen las que se muestran en las figuras 5A y 5B. En una realización del tipo que se muestra en la figura 5A(a) y 5B(a), uno o más de los elementos quemadores -20- pueden estar orientados en ángulo radialmente hacia afuera en un ángulo a desde el círculo circunscrito por los elementos quemadores -20-, o desde un eje perpendicular al bloque del quemador -12- o a un eje definido por la tobera escalonada -30-. Aunque la realización representada muestra los cuatro elementos quemadores -20- en ángulo radialmente hacia afuera en el mismo ángulo a, se entiende que cada elemento quemador -20- puede estar en ángulo en un ángulo diferente an dependiendo de la geometría del horno y las características operativas deseadas del quemador -10-. El ángulo a puede ser igual o mayor que, aproximadamente, 0° y es, preferentemente, no nulo e igual o menor que, aproximadamente, 60°. Más preferentemente, el ángulo a es de, como mínimo, aproximadamente, 10° y no mayor que, aproximadamente, 40°.

En una realización del tipo que se muestra en la figura 5A(b) y 5B(b), uno o más de los elementos quemadores -20- pueden estar orientados en ángulo tangencial al círculo circunscrito en un ángulo p para crear una turbulencia. Aunque el modo de realización representado muestra los cuatro elementos quemadores -20- tangencialmente en ángulo con el mismo ángulo p, se entiende que cada elemento quemador -20- puede estar en ángulo en un ángulo diferente pn dependiendo de la geometría del horno y las características operativas deseadas del quemador -10-. El ángulo p puede ser igual o mayor que, aproximadamente, 0° y es, preferentemente, igual o menor que, aproximadamente, 60°. Más preferentemente, el ángulo p es de, como mínimo, aproximadamente, 10° y no mayor que, aproximadamente, 40°.

En una realización del tipo que se muestra en las figuras 5A(c) y 5B(d), una pluralidad de elementos quemadores -20- se colocan generalmente de manera colineal entre sí para definir una línea que tiene un punto medio y extremos. Aunque se muestran cuatro elementos quemadores -20-, esta realización es aplicable a una configuración con, como mínimo, dos elementos quemadores -20-(por ejemplo, tal como se muestra en la figura 5B(c) para un quemador no escalonado) y hasta tantos elementos quemadores -20- como puedan ser necesarios en un horno particular. En un quemador escalonado, una tobera escalonada -30- se coloca entre cada par adyacente de elementos quemadores -20-, de modo que se alternan los elementos quemadores -20- y las toberas escalonadas -30-. Por ejemplo, una disposición con dos elementos quemadores -20- tiene una tobera escalonada -30- colocada entre los dos elementos quemadores -20-, y una disposición con tres elementos quemadores -20- tiene dos toberas escalonadas -30-, cada una posicionada entre un par de elementos quemadores adyacentes -20-. Los elementos quemadores -20- pueden estar orientados perpendicularmente a la cara del quemador -14-, o algunos o todos los elementos quemadores -20- pueden estar orientados en ángulo hacia afuera en un ángulo ^y menor o igual a, aproximadamente, 45° desde el punto medio de la línea hacia uno de los extremos de la línea. De manera similar, las toberas escalonadas -30- pueden estar orientadas perpendicularmente a la cara del quemador -14-, o algunas o todas las toberas escalonadas -30- pueden estar orientadas en ángulo en una dirección u otra a lo largo de la línea. En la realización representada, una tobera central escalonada -30- está orientada perpendicularmente a la cara -14- del quemador, y una serie de tres elementos colineales - un elemento quemador -20-, una tobera escalonada -30- y otro elemento quemador -20- - están posicionados diametralmente a cada lado y en ángulo con respecto a la tobera central escalonada -30- y hacia sus respectivos extremos de la línea.

En una realización del tipo mostrado en la figura 5A(d) y 5B(d), una pluralidad de elementos quemadores -20- se colocan colinealmente entre sí para definir una línea que tiene un punto medio y extremos. Aunque se muestran cuatro elementos quemadores -20-, esta configuración se aplica a una configuración con, como mínimo, dos elementos quemadores -20- y hasta tantos elementos quemadores -20- como puedan ser necesarios en un horno en particular. En un quemador escalonado, una tobera escalonada -30- alargada o generalmente rectangular que tiene un eje principal, como mínimo, 1,5 veces más largo que un eje menor, está posicionada adyacente y separada por una distancia fija de los elementos quemadores -20-, con el eje principal sustancialmente paralelo a la línea definida por los elementos quemadores -20-. Los elementos quemadores -20- pueden estar orientados perpendicularmente a la cara del quemador -14-, o algunos o todos los elementos quemadores -20- pueden estar orientados en ángulo hacia afuera en un ángulo ^y menor o igual a, aproximadamente, 45° desde el punto medio de la línea hacia uno de los extremos de la línea.

En una realización del tipo mostrado en la figura 5A(e) y 5B(e), cada elemento quemador -20- tiene una configuración de llama plana, en la que tanto la tobera de distribución selectiva -22- como la tobera anular -24- tienen una configuración alargada o generalmente rectangular que tiene un eje principal, como mínimo, 1,5 veces más largo que un eje menor. Este tipo de quemador de llama plana se describe en detalle, por ejemplo, en el documento US 5.611.682. En el quemador escalonado, como mínimo, dos toberas escalonadas -30- están posicionadas adyacentes y separadas del elemento quemador -20-, y están orientadas generalmente en forma colineal para definir una línea que es sustancialmente paralela al eje principal del elemento quemador -20-. En esta configuración, como mínimo, se utilizan dos elementos quemadores -20-.

En cualquiera de las configuraciones descritas anteriormente en las figuras 5A y 5B, se puede implementar un esquema de operación selectiva similar al descrito anteriormente para la configuración de las figuras 1A y 1B. Específicamente, en cualquier momento dado, como mínimo, un elemento quemador -20- opera en un estado activo, en el que el flujo de fluido a través de una tobera de distribución selectiva -22- activa es mayor que el flujo de fluido promedio a través de todas las toberas de distribución selectiva -22-, mientras que, como mínimo, un quemador -20- opera en la etapa pasiva, en el que el flujo de fluido a través de una tobera de distribución selectiva -22- pasiva es menor que el flujo de fluido promedio a través de todas las toberas de distribución selectiva -22-.

Tal como se muestra en la figura 7 y la figura 15, uno o más quemadores -10- u -11- pueden montarse en el techo de un horno -200-(instalación vertical) o en una pared lateral de un horno -200-(instalación horizontal). En una instalación vertical, los elementos quemadores -20- están dispuestos preferentemente en una configuración tal como en la figura 5A(a) o la figura 5B(a) o la figura 5A(b) o la figura 5B(b), para proporcionar un flujo de calor óptimo a la carga mientras se evita el sobrecalentamiento del bloque quemador. Por ejemplo, tal como se ha discutido anteriormente, los elementos quemadores -20- pueden estar orientados en un ángulo radialmente hacia afuera del círculo circunscrito definido por los elementos quemadores -20-, y que encierra la tobera escalonada -30- en el quemador escalonado -10-(figura 5A(a)). Alternativamente, los elementos quemadores -20- pueden estar orientados en una configuración de vórtice (en ángulo tangencial al círculo circunscrito) (figura 5A(b) o figura 5B(b)). En una configuración horizontal, los elementos quemadores -20- pueden estar dispuestos en cualquier disposición, y en particular pueden estar dispuestos como en cualquiera de las figuras 5A(c) - 5A(e) o las figuras 5B(c) - 5B(e) dependiendo de la geometría del horno. Además, se pueden utilizar múltiples filas de elementos colineales, en particular en un quemador -11- no escalonado, tal como se muestra en la figura 5B(f).

Tal como se muestra en los datos de la figura 8, el quemador escalonado -10- muestra emisiones reducidas de NOx en comparación con los quemadores convencionales de oxígeno-combustible. Téngase en cuenta que la escala de la figura 8 es relativa, normalizada al máximo de NOx de un quemador de oxígeno-combustible convencional. Cuando el quemador -10- opera de manera selectiva, tal como se describe en la presente memoria descriptiva, en un modo luminoso (es decir, con una tobera de distribución selectiva -22- de bajo factor de forma), las emisiones máximas de NOx son solo, aproximadamente, el 40% de las emitidas por un quemador de oxígeno-combustible convencional. Cuando el quemador escalonado -10- opera de manera selectiva, tal como se describe en la presente memoria descriptiva, en un modo no luminoso (es decir, con una tobera de distribución selectiva -22- de alto factor de forma), las emisiones máximas de NOx son aún más bajas, solo un 35% de las emitidas por un quemador de oxígeno-combustible convencional. En ambos casos, el quemador escalonado -10- funcionó con el combustible como el fluido distribuido y el oxidante como el fluido escalonado. Sin querer quedar limitados por la teoría, se piensa que este sorprendente resultado es el resultado de la naturaleza altamente escalonada de la combustión producida por el quemador -10-, lo que da como resultado una primera zona de llama rica en combustible que produce bajo nivel de NOx debido a la disponibilidad limitada de oxígeno, y una segunda zona de llama pobre en combustible que produce bajo nivel de NOx debido a sus bajas temperaturas de combustión.

El quemador escalonado de refuerzo selectivo -10- o el quemador no escalonado -11- pueden incluir una combinación de dos o más elementos quemadores -20- colocados conjuntamente (en una o más carcasas) o posicionados en diferentes ubicaciones (en dos o más carcasas separadas) en el horno -100- y operados de una manera de refuerzo selectivo, tal como se describe en la presente memoria descriptiva, y se pueden utilizar para proporcionar de manera eficaz un calentamiento de refuerzo a un horno regenerativo mientras se mantienen las emisiones de NOx relativamente bajas en el gas de combustión.

En general, retrasar la mezcla entre aire, oxígeno y combustible puede reducir las temperaturas localizadas de las llamas (máximo) y, de este modo, reducir el potencial de generación de NOx. Una forma de conseguir un retraso es la separación espacial del aire, oxígeno y combustible, como mínimo, cuando se introducen en el horno. En otras palabras, la instalación de los quemadores de oxígeno-combustible separados de los quemadores de aire y combustible tiende a tener un potencial de NOx más bajo que el enriquecimiento general de oxígeno (es decir, la utilización de aire enriquecido con oxígeno en un solo quemador de aire y combustible), debido a que el enriquecimiento general de oxígeno tiende a tener una mezcla más íntima del oxígeno y el aire.

Sin embargo, el grado de separación alcanzable puede estar limitado por la disposición física relativa de los quemadores en el horno, la disponibilidad de espacio, las necesidades de energía (impulso) y otros factores. Por ejemplo, si se instalan dos quemadores de refuerzo de oxígeno-combustible -140-, -150- para eliminar el punto frío -122-, tal como se muestra en el ejemplo comparativo de la figura -10-, y estos quemadores de refuerzo -140, -150- están ubicados en cualquiera de los lados transversales del horno, debido a las limitaciones de espacio, entonces cada una de las llamas de oxígeno-combustible tenderá a interactuar con la correspondiente de las llamas de los quemadores del puerto regenerador -110-, -130- durante cada modo de funcionamiento. Más específicamente, la llama de oxígeno-combustible -142- del quemador de refuerzo -140- interactuará con la llama de aire-combustible -112- del primer quemador del puerto regenerador -110- durante el primer modo de operación, mientras que la llama de oxígeno-combustible -152- del quemador de refuerzo -150- interactuará con la llama de aire-combustible -132- del segundo quemador del puerto regenerador -130- durante el segundo modo de operación. Esto no solo aumenta el potencial de generación de NOx, sino que crea una colisión de llamas que puede provocar el estancamiento de los flujos de gases de combustión y la generación de chimeneas que pueden sobrecalentar el techo.

De manera más general, cada puerto regenerador -110-, -130- en la pared frontal -102- define una zona de llama -112-, -132- respectivamente, de manera que cuando este puerto regenerador opera como un quemador, el combustible y el aire se combinan y se produce la combustión más intensa en la zona de la llama. Para un quemador de puerto regenerador de puerto frontal -110-, esta zona de llama se coloca típicamente a lo largo de una región longitudinal en un lado -114- del horno -100-(es decir, la primera mitad del patrón de flujo en forma de U, antes de la curva en la U), de tal manera que la combustión está casi completa cuando los productos de combustión hacen la curva en U en la parte posterior -120- del horno -100-, y el flujo de retorno -131- del patrón de flujo en forma de U a lo largo de una región longitudinal paralela en el lado opuesto -134- del horno -100- es principalmente productos de combustión en su camino hacia el escape desde el otro puerto regenerador de puerto frontal -130-. Cuando los puertos regeneradores -110-, -130- cambian, este patrón de flujo se invierte pero es idéntico, por lo que la zona de la llama -132- está a lo largo de una región longitudinal en un lado -134- del horno -100-, la combustión está casi completa en el momento en que los productos de combustión hacen la curva en U en la parte posterior -120- y el flujo de retorno -111- se produce a lo largo de una región longitudinal paralela en el lado opuesto -114- del horno -100- en el camino hacia el escape de los productos de combustión del otro puerto regenerador frontal -110-. De este modo, persiste un punto relativamente frío -122- en la parte posterior -120- del horno -100-. Aunque la utilización de los quemadores de refuerzo de combustión continua -140-, -150- proporcionará calor adicional al punto frío -122-, los quemadores de refuerzo -140, -150- definen cada uno su propia zona de llama. Cuando la zona de llama de uno de los quemadores de refuerzo -140-, -150- se superpone o interactúa con la zona de llama de cualquiera de los quemadores de puerto regenerador -110-, -130-, pueden ocurrir problemas, tales como el aumento de NOx y el sobrecalentamiento localizado, tal como se ha explicado anteriormente.

Diversas configuraciones descritas en la presente memoria descriptiva pueden solventar los problemas asociados con el ejemplo comparativo de la figura -10- a la vez que proporcionan de manera eficaz el calor para reducir o eliminar el punto frío -122- en el horno -100-.

En la configuración de la figura 11, un quemador de refuerzo de oxígeno-combustible selectivo -240- está montado en la pared posterior -120- del horno opuesto a la pared frontal -102- en la que se encuentran los puertos de regeneración -110-, -130-. El quemador de refuerzo -240- puede configurarse en cualquiera de las configuraciones descritas anteriormente para los quemadores de refuerzo -10- y -11-, y en particular el quemador de refuerzo -240- está configurado preferentemente con, como mínimo, dos elementos quemadores -20- dispuestos en ángulo hacia afuera tal como se muestra, por ejemplo, en las figuras 5B(c) o 5B(d), o con, como mínimo, dos elementos quemadores -20- separados lateralmente y dirigidos de manera sustancialmente perpendicular con respecto a la pared posterior -120-. En cualquier orientación, ya sea en ángulo hacia afuera o perpendicular, los elementos quemadores pueden tener cualquier forma. Además, en cualquiera de las dos orientaciones, los elementos quemadores también pueden estar orientados en ángulo hacia abajo, hacia la carga o hacia arriba, si se desea. También se pueden utilizar múltiples filas de elementos quemadores colineales -20-, tal como en la figura 5B(f).

El quemador de refuerzo -240- de la figura -11 - tiene múltiples zonas de llama, con una zona de llama asociada con cada elemento quemador -20-. Por ejemplo, en un quemador de refuerzo -240- con dos elementos de llama -20-, un elemento quemador -20- está orientado para tener una zona de llama -242- que produce combustión en una región complementaria del horno -100- con respecto al quemador del puerto regenerador -110- y, de este modo, no interactúa sustancialmente con la zona de llama -112- del quemador del puerto regenerador -110-. Y el otro elemento quemador -20- está orientado para tener una zona de llama -244- que produce combustión en una región complementaria del horno -100- con respecto al quemador del puerto regenerador -130- y, por lo tanto, no interactúa sustancialmente con la zona de llama -132- del quemador del puerto regenerador -130-.

El controlador -105- está configurado y programado para sincronizar la combustión selectiva activa/pasiva de los respectivos elementos quemadores -20- en el quemador de refuerzo -240- con la combustión/escape alternativos de los puertos regeneradores -110-, -130-. En cualquier momento dado, el controlador -105- primero identifica qué puerto regenerador -110-, -130- está actualmente en combustión y cuál está actualmente en escape. Posteriormente, el controlador -105- establece o mantiene en modo activo el uno o más elementos quemadores -20-, cuyas zonas de llama producen combustión en regiones complementarias del horno con respecto a la zona de llama del puerto regenerador que está actualmente en combustión, y establece o mantiene en modo pasivo el uno o más elementos quemadores -20- cuyas zonas de llama se superpondrían o interactuarían con la zona de llama del puerto de regeneración que está actualmente en combustión.

Más específicamente, tal como se ha explicado anteriormente, el caudal del reactivo distribuido proporcionalmente, el segundo fluido F2, permanece constante en la tobera de distribución proporcional anular -24- de cada elemento quemador -20- mientras que el caudal del reactivo distribuido selectivamente, el primer fluido F1, se modula a un caudal activo más elevado a través de la tobera de distribución selectiva -22- de, como mínimo, un elemento quemador -20- designado como activo y se modula a un caudal pasivo más bajo, a través de la tobera de distribución selectiva -22- de, como mínimo, un elemento quemador -20- designado como pasivo. El controlador lleva a cabo esta rutina de manera iterativa, de modo que cuando el puerto regenerador está actualmente en combustión se conmuta, los elementos quemadores -20- cambian rápidamente en respuesta, normalmente pasando a activos los elementos quemadores -20- previamente pasivos y normalmente pasando a pasivos los elementos quemadores -20- previamente activos. Téngase en cuenta, sin embargo, que en algunas configuraciones de horno, uno o más elementos quemadores -20- pueden permanecer activos continuamente y/o uno o más elementos quemadores -20- pueden permanecer pasivos continuamente, independientemente del puerto regenerador que esté actualmente en combustión. Por ejemplo, en algunas configuraciones, un elemento quemador -20- particular puede tener una zona de llama que no se superponga con la zona de llama de cualquiera de los puertos regeneradores, mientras que otro elemento quemador -20- particular puede tener una zona de llama que se superponga con las zonas de llama de ambos puertos regeneradores.

En una realización de una configuración tal como en la figura -11 -, el primer fluido F1 es combustible y el segundo fluido F2 es oxidante. Preferentemente, el oxidante es, como mínimo, el 26% de oxígeno molecular, como mínimo, el 40% de oxígeno molecular, como mínimo, el 70% de oxígeno molecular, como mínimo, el 98% de oxígeno molecular, o es oxígeno puro comercial. Por lo tanto, cada uno de los elementos quemadores -20- del quemador de refuerzo selectivo -240- que se encuentran en modo activo opera rico en combustible (es decir, una proporción de equivalencia mayor que 1 y hasta 10, aproximadamente) mientras que cada uno de los elementos quemadores -20- que están en modo pasivo opera pobre en combustible (es decir, una proporción de equivalencia inferior a 1 y hasta 0,2, aproximadamente). En consecuencia, los productos de combustión que abandonan la zona de llama del puerto regenerador de combustión primero interactuarán con una zona de llama de bajo impulso, pobre en combustible, desde el uno o más elementos quemadores -20- pasivos que ingresan a la curva en U y, posteriormente, con una zona de llama de alto impulso, rica en combustible desde el uno o más elementos quemadores -20- activos después de pasar a través de la curva en U. Esta secuencia de combustión, pobre y posteriormente rica, evita el máximo de la estequiometría de producción de NOx al mismo tiempo que proporciona un calor de combustión significativo al punto frío -122- en la pared posterior -120- del horno -100-.

La realización de la figura 12 opera esencialmente igual que la realización de la figura 11, excepto que los elementos quemadores -20- del quemador de refuerzo -240- pueden montarse en dos carcasas separadas -248-, -250- con, como mínimo, un elemento quemador -20- en cada carcasa -248-, -250-, en lugar de en una carcasa común, tal como en la figura 11. Por otro lado, los elementos quemadores -20- operan de la misma manera que en la realización de la figura 11.

Las figuras 13 y 14 muestran una aplicación alternativa de un quemador de refuerzo selectivo -240- en un horno regenerativo -100- que tiene orificios de regeneración de pared lateral en ángulo -310-, -330- posicionados cerca de una pared frontal -102- del horno -100-. El orificio de regeneración -110- está posicionado en la pared lateral -114- y el puerto regenerador -130- se coloca en la pared lateral -134-. Las llamas de aire-combustible -312-, -332- desde los respectivos puertos del regenerador -310-, -330- se dirigen generalmente en diagonal a través del horno -100-, con la llama -312- del puerto regenerador -310- extendiéndose en un ángulo que tiene un componente axial hacia la pared final -120- y un componente transversal hacia la pared lateral opuesta -114-, y extendiéndose la llama -112- desde el puerto regenerador -110- en un ángulo que tiene una componente axial hacia la pared final -120- y un componente transversal hacia la pared lateral opuesta -134-.

En la configuración de las figuras 13 y 14, un quemador de refuerzo de oxígeno-combustible -240- selectivo está montado en la pared posterior -120-, ya sea en una única carcasa que contiene todos los elementos quemadores -20-(figura 13) o en dos carcasas separadas -248-, -250- cada una que contiene, como mínimo, un elemento quemador -20-(figura 14). Tal como en las configuraciones de las figuras 11 y 12, el quemador de refuerzo -240- puede configurarse en cualquiera de las configuraciones descritas anteriormente para los quemadores de refuerzo -10- y -11- y, en particular, el quemador de refuerzo -240- está configurado preferentemente con, como mínimo, dos elementos quemadores -20- en ángulo hacia afuera tal como se muestra, por ejemplo, en figuras 5B(c) o 5B(d) o con, como mínimo, dos elementos quemadores -20- separados lateralmente y dirigidos de manera sustancialmente perpendicular con respecto a la pared posterior -120-. En cualquier orientación, ya sea en ángulo hacia afuera o perpendicular, los elementos quemadores pueden tener cualquier forma. Además, en cualquiera de las dos orientaciones, los elementos quemadores también pueden estar orientados en ángulo hacia abajo, hacia la carga o hacia arriba, si se desea. También se pueden utilizar múltiples filas de elementos quemadores colineales -20-, tal como en la figura 5B(f).

Los quemadores de refuerzo -240- de las figuras 13 y 14 tienen zonas de llama múltiples, con una zona de llama asociada con cada elemento quemador -20-. Por ejemplo, en un quemador de refuerzo -240- con dos elementos de llama -20-, un elemento quemador -20- está orientado para tener una zona de llama -242- que produce combustión en una región complementaria del horno -100- con respecto al quemador del puerto regenerador -110-, y por lo tanto no interactúa sustancialmente con la zona de la llama -112- del quemador del puerto regenerador -110-. Y el otro elemento quemador -20- está orientado para tener una zona de llama -244- que produce combustión en una región complementaria del horno -100- con respecto al quemador de puerto regenerador -130- y, de este modo, no interactúa sustancialmente con la zona de llama -132- del quemador de puerto regenerador -130-.

El controlador -105- está configurado y programado para sincronizar la combustión selectiva activa/pasiva de los respectivos elementos quemadores -20- en el quemador de refuerzo -240- con la combustión/escape alternativos de los puertos regeneradores -110-, -130-. En cualquier momento dado, el controlador -105- primero identifica qué puerto regenerador -110-, -130- está actualmente en combustión y cuál está actualmente en escape. Posteriormente, el controlador -105- establece o mantiene en modo activo los uno o más elementos quemadores -20- cuyas zonas de llama producen combustión en regiones complementarias del horno con respecto a la zona de llama del puerto regenerador que está actualmente en combustión, y establece o mantiene en modo pasivo el uno o más elementos quemadores -20- cuyas zonas de llama se superpondrían o interactuarían con la zona de llama del puerto de regeneración que está actualmente en combustión.

De manera similar a la configuración del horno discutida con referencia a las figuras 11 y 12, en las figuras 13, 14 y 15, el horno -100- tiene un punto frío -122- cerca de la pared posterior -120-. Además, puede existir un punto frío secundario -121- cerca de la pared frontal -102- en una región que no recibe un flujo de productos de combustión de los quemadores de puerto regenerador -110-, -130-. Si bien las configuraciones de las figuras 13 y 14 no pueden solucionar el punto frío secundario -121-, un quemador montado en el techo, tal como en la figura 15 puede proporcionar simultáneamente el calor de suministro de la combustión de combustible-oxígeno a ambos puntos fríos -121-, -122-. Para la aplicación de la figura 15 montada en el techo, un quemador de refuerzo -240- tal como en la figura 1A o 1B es una disposición preferente.

La presente invención no queda limitada en su alcance por los aspectos o realizaciones específicos descritos en los ejemplos, que se pretende que sean ilustraciones de algunos aspectos de la presente invención y cualquier realización que sea funcionalmente equivalente está dentro del alcance de la presente invención, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Horno regenerativo (100) que tiene un par de puertos regeneradores (110, 130) configurados para, alternativamente, producir combustión dentro del horno (100) y escape desde el mismo, comprendiendo dicho horno regenerativo (100) un quemador de refuerzo de oxígeno-combustible (10, 11), comprendiendo dicho quemador de refuerzo (10, 11):

como mínimo, dos elementos quemadores (20) en los que, como mínimo, uno de los elementos quemadores (20) corresponde a cada uno de los puertos regeneradores (110, 130), de manera que un puerto regenerador (110, 130) y su, como mínimo, un elemento quemador (20) correspondiente están posicionados para generar combustión en regiones complementarias del horno (100), comprendiendo cada elemento quemador (20):

una tobera de distribución selectiva (22) configurada para hacer fluir un primer reactivo; y

una tobera de distribución proporcional (24) configurada para hacer fluir un segundo reactivo; y

un controlador (105) programado:

para identificar qué puerto regenerador (110, 130) está actualmente en combustión y qué puerto regenerador (110, 130) está actualmente en escape;

para controlar que el segundo flujo de reactivo se distribuya de manera sustancialmente proporcional a las toberas de distribución proporcional (24); y

para controlar independientemente el primer flujo de reactivo a cada tobera de distribución selectiva (22) de manera que el, como mínimo, un elemento quemador (20) correspondiente al puerto regenerador que está actualmente en combustión (110, 130) esté activo y que el, como mínimo, un elemento quemador (20) correspondiente al puerto regenerador actualmente en escape (110, 130) esté pasivo, en el que el primer flujo de reactivo en la tobera de distribución selectiva (22) de un elemento quemador activo es mayor que el flujo promedio de primer reactivo a las toberas de distribución selectiva (22) y el flujo del primer reactivo en la tobera de distribución selectiva (22) de un elemento quemador pasivo es menor que el flujo promedio del primer reactivo hacia las toberas de distribución selectiva (22);

en el que el segundo reactivo se distribuye de manera sustancialmente proporcional a las toberas de distribución proporcional (24); y

en el que el primer reactivo es uno de un combustible y un oxidante y en el que el segundo reactivo es el otro de un combustible y un oxidante.

2. Horno regenerativo, según la reivindicación 1, en el que la tobera de distribución proporcional (24) es una tobera anular que rodea la tobera de distribución selectiva (22).

3. Horno regenerativo, según la reivindicación 1 ó 2, en el que el primer reactivo es un combustible y el segundo reactivo es un oxidante.

4. Horno regenerativo, según la reivindicación 3, que comprende además:

como mínimo, una tobera escalonada (30) separada de cada uno de los elementos quemadores (20) y configurada para que fluya un oxidante secundario;

en el que el controlador (105) está programado para controlar además que la relación de escalonamiento sea menor o igual al 75%, aproximadamente, en el que la proporción de escalonamiento es la relación del oxígeno contenido en el flujo de oxidante secundario respecto a la suma de oxidante que fluye a través de la toberas de distribución proporcional (24) y la tobera escalonada (30).

5. Horno regenerativo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los puertos regeneradores (110, 130) están montados en una pared frontal (102) del horno (100), y en el que el quemador de refuerzo (10, 11) está montado en una pared final opuesta (120) del horno (100).

6. Horno regenerativo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los puertos regeneradores (110, 130) están colocados en las paredes laterales opuestas (114, 134) cerca de una pared frontal (102) del horno (100), estando cada puerto regenerador (110, 130) en un ángulo no perpendicular a su pared lateral respectiva (114, 134), y en el que el quemador de refuerzo (10, 11) está montado en una pared final opuesta del horno (100).

7. Horno regenerativo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los puertos regeneradores (110, 130) están colocados en las paredes laterales opuestas (114, 134) cerca de una pared frontal del horno (100), estando cada puerto regenerador (110, 130) en un ángulo no perpendicular a su pared lateral respectiva (114, 134), y en el que el quemador de refuerzo (10, 11) está montado en un techo del horno (100).

8. Horno regenerativo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los elementos quemadores (20) están montados en la misma carcasa.

9. Horno regenerativo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que, como mínimo, uno de los elementos quemadores (20) están montados en una carcasa separada de, como mínimo, otro de los elementos quemadores (20).

10. Horno regenerativo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el controlador (105) se programa para controlar el flujo de primer reactivo en una tobera de distribución selectiva (22) pasiva para que sea mayor que cero y menor o igual que la mitad del caudal del primer reactivo de una tobera de distribución selectiva (22) activa.

11. Horno regenerativo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el oxidante que fluye a través de los elementos quemadores (20) tiene una concentración de oxidante igual o mayor que el 23%, aproximadamente.

12. Horno regenerativo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

en el que la tobera de distribución selectiva (22) de un elemento quemador (20) activo tiene un caudal de chorro activo y en el que la tobera de distribución selectiva (22) de un elemento quemador (20) pasivo tiene un caudal de chorro pasivo; y

en el que el controlador (105) se programa para controlar que la proporción de caudal de chorro activo respecto al caudal de chorro pasivo sea de, aproximadamente, 5 a, aproximadamente, 40.

13. Horno regenerativo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que un elemento quemador (20) pasivo tiene una proporción de equivalencia de, aproximadamente, 0,2 a, aproximadamente, 1, y en el que un elemento quemador (20) activo tiene una proporción de equivalencia de, aproximadamente, 1 a, aproximadamente, 10, en el que la proporción de equivalencia es la proporción del flujo de oxidante estequiométrico teórico necesario para producir la combustión del flujo de combustible real a través del elemento quemador (20), respecto al flujo de oxidante real a través del elemento quemador (20).

14. Procedimiento de operación de un horno regenerativo (100) que tiene un par de puertos regeneradores (110, 130) configurados para, alternativamente, producir combustión dentro del horno (100) y escape desde el mismo, comprendiendo dicho horno regenerativo (100) un quemador de refuerzo (10, 11), teniendo dicho quemador (10, 11), como mínimo, dos elementos quemadores (20), comprendiendo cada uno una tobera de distribución selectiva (22) cercana a una tobera de distribución proporcional (24), teniendo además el quemador (10, 11) un controlador (105) programado para controlar independientemente el primer flujo de reactivo a cada tobera de distribución selectiva de cada elemento quemador (20), procedimiento que comprende:

hacer fluir un segundo reactivo a un caudal de segundo reactivo a través de cada tobera de distribución proporcional (24);

identificar qué puerto regenerador (110, 130) está actualmente en combustión y qué puerto regenerador (110, 130) está actualmente en escape;

seleccionar, como mínimo, que una tobera de distribución selectiva (22) esté activa y que como mínimo, una tobera de distribución selectiva (22) esté pasiva, teniendo la como mínimo, una tobera de distribución selectiva (22) activa una zona de llama que sea complementaria respecto a una zona de llama del puerto regenerador (110, 130) actualmente en combustión;

hacer fluir un segundo reactivo de manera sustancialmente proporcional a cada una de las toberas de distribución proporcional (24);

hacer fluir un primer reactivo a un caudal de chorro activo a través de la, como mínimo, una tobera de distribución selectiva (22) activa; y

hacer fluir un primer reactivo a un caudal de chorro pasivo a través de la, como mínimo, una tobera de distribución selectiva (22) pasiva;

en el que el caudal de chorro activo es mayor que un caudal promedio a través de las toberas de distribución selectiva (22) y el caudal de chorro pasivo es menor que el caudal promedio a través de las toberas de distribución selectiva (22); y

en el que el primer reactivo es uno de un combustible y un oxidante y en el que el segundo reactivo es el otro de un combustible y un oxidante.