燃焼は、酸素が燃料の様々な元素と結合する化学プロセスです。この結合の際に、単位質量あたりの燃焼可能な元素によって一定量の熱が生成されます。燃焼に参加する元素は、酸素、水素、炭素、硫黄です。
燃料（石炭）には、鉄、珪素などの他の多くの元素があり、これらも燃焼プロセスに参加します。これらは通常少量存在し、燃料の不純物として分類されます。これらの不純物は、石炭の燃焼中に特定の廃棄物を生成し、燃焼後、蒸気ボイラー炉の灰坑に灰として残ります。燃料（石炭を含む）の燃焼には、以下の3つの段階が必要です。
着火点まで燃料の温度を上昇させるための熱の吸収。
揮発性ガスの蒸留と燃焼。
固定炭素の燃焼。
石炭が粉砕された状態でボイラー炉に供給されると、まず石炭の温度が着火点まで上昇します。その後、マーシガス、タール、ピッチ、ナフサなどの揮発性物質が石炭から分離され、ガス状態で放出されます。これらのガスは、蒸気ボイラー炉の熱い燃料層（石炭）を通じて供給される空気中の酸素と結合します。
揮発性炭化水素が石炭から放出された後、固体炭素は空気中の酸素と結合して一酸化炭素と二酸化炭素を形成します。石炭中で燃焼しない物質は灰として、ボイラー炉の下にある灰坑に落下します。燃焼プロセスでは、炉内で十分な空気を供給することが必要です。
一般的に、約12ポンドの空気が1ポンドの石炭の完全燃焼に必要ですが、実際には理想的な燃焼条件を達成することは困難であり、通常は強制送風により2倍以上の空気が炉内に供給されます。蒸気ボイラー炉全体に均一に空気を供給するのは常に非常に困難です。
一方、炉に過剰な空気を供給すべきではありません。空気が指定された速度よりも大幅に高い速度で供給されると、燃焼プロセスが完了する前に揮発性ガスが吹き飛ばされる可能性があります。したがって、空気は高い速度で供給されますが、制御された速度でなければなりません。
ボイラー炉の主な設計と運転は、最小限の煙で燃焼を行うことです。煙のない燃焼が好ましい理由は主に以下の2つです。
煙は大気汚染の主な原因です。
煙は不完全燃焼の指標です。未燃焼の可視ガスが煙の形で表示されます。
完全燃焼の原理は非常に単純ですが、蒸気ボイラー炉で常に実行できるわけではありません。石炭をボイラー炉に導入し、温度を燃焼点まで上昇させ、十分な空気を供給しても、成功した燃焼には十分ではない場合があります。炉の設計時に考慮するもう1つの要素があります。
空気を可燃ガスと完全に混合し、その過程で十分に高い温度を維持することは同様に重要です。新鮮なビチュミナス石炭がボイラー炉の燃料床で燃焼すると、可燃ガスが放出されますが、適切に空気と混合されないと大部分が未燃焼のまま煙突に排出されます。
蒸気ボイラー炉用に多くの空気混合プロセスが開発されています。一つの人気のある方法は、適切なバッフルを備えた十分なサイズの耐火レンガ張りの燃焼室を提供し、可燃ガスがボイラーの加熱面に到達する前に消費するのに十分な加熱空気を導入することです。
成功した燃焼のために、ボイラー炉にはいくつかの重要な部品があります。
燃料（石炭）を支えるグレート。
燃焼室 - 燃焼が行われる場所 新鮮な空気を供給する手段。
燃焼中の燃料からの廃棄物を収集および捕集するための灰坑。
蒸気ボイラー炉のグレートは、炉内の固体燃料を支えるために設置されています。グレートは、燃焼のために固体燃料に空気を供給できるように設計されています。
グレートの開口部は、未燃焼の燃料粒子が落ちないように大きくすぎず、また十分な量の空気が燃料を通じて通過できるように狭すぎない必要があります。
ファイアボックスは、グレートの直上にあり、燃焼室はその延長部分で、揮発性炭化水素の燃焼が行われます。燃焼によって生じた熱は、燃焼室の上部にある蒸気ボイラー表面によって吸収されます。異なる耐火レンガ壁とバッフルが燃焼室内に設置され、空気と可燃ガスの適切な混合が行われます。
灰坑は、グレートの下に設けられ、上方の火から灰を捕集するための室です。灰坑はまた、グレートを通じて空気を供給する役割も果たします。灰坑の底面とグレートの間に十分な高さがあることが必要であり、これにより十分な空気スペースが確保されます。一般的には、灰の除去を容易にするために、灰坑の底面を前方に向かって傾斜させます。
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