第23章 燃焼の基礎
燃焼の三要素、理論空気量・実際空気量・空気比、完全燃焼と不完全燃焼、燃焼温度。空気比の計算までできるようにする。
1. 燃焼の三要素
燃焼とは、燃える物が酸素と結びついて、熱と光を出すことです。燃焼が続くには、次の3つがそろう必要があります。
①可燃物（燃料） ②酸素の供給源（空気） ③点火源（着火温度以上の熱）
どれか1つでも欠けると、燃焼は起こりません。ボイラーでは、燃料と空気をバーナで送り込み、炉の中を高い温度に保つことで燃焼を続けています。
燃料が完全に燃えると、次のようになります。
・炭素（C）＋酸素 → 二酸化炭素（CO2）
・水素（H2）＋酸素 → 水（H2O）
・硫黄（S）＋酸素 → 二酸化硫黄（SO2）
2. 理論空気量・実際空気量・空気比
・理論空気量（A0） … 燃料を完全に燃やすのに、計算上ちょうど必要な空気の量
・実際空気量（A） … 実際にボイラーへ送り込む空気の量
実際には、燃料と空気が完全にはまざりきらないので、理論空気量より多めの空気を送ります。
空気比（m）＝ 実際空気量 ÷ 理論空気量
・空気比は、ふつう1より大きい
・過剰空気（余分な空気）の割合 ＝（m − 1）× 100 ％
必要な空気比は燃料の形によってちがい、気体燃料がいちばん小さく、液体燃料、固体燃料の順に大きくなります。まざりやすい燃料ほど、余分な空気が少なくてすみます。
単位のm³N（ノルマル立方メートル）は、0℃・1気圧の状態にそろえた体積です。
3. 理論空気量の考え方（計算）
空気中の酸素は、体積で約21％です。だから
理論空気量 ＝ 理論酸素量 ÷ 0.21
例：炭素1kgを完全に燃やす
・C ＋ O2 → CO2。炭素12kgに対して、酸素1kmol（0℃・1気圧で22.4m³N）が必要
・炭素1kgなら、酸素は 22.4 ÷ 12 ≒ 1.87 m³N
・空気は 1.87 ÷ 0.21 ≒ 8.89 m³N
例：空気比の計算
・理論空気量 10.5 m³N/kg の重油を、実際空気量 13.65 m³N/kg で燃やす
・空気比 ＝ 13.65 ÷ 10.5 ＝ 1.3
・過剰空気は（1.3 − 1）× 100 ＝ 30％
4. 完全燃焼と不完全燃焼
・完全燃焼 … 燃料中の炭素がすべて二酸化炭素（CO2）になる
・不完全燃焼 … 空気が足りないなどで、一酸化炭素（CO）やすす（未燃の炭素）が出る
不完全燃焼では、燃料の熱を出しきれず損をするうえ、COは有毒で、すすは伝熱面に付いて熱の伝わりを悪くします。
完全燃焼させるための条件：
・適切な量の空気を送る
・燃料と空気をよくまぜる
・炉の中を十分に高い温度に保つ
・燃え終わるまでの時間（炉内の滞留時間）を確保する
5. 燃焼温度
燃料が燃えて出た熱で、燃焼ガスの温度が上がります。外に熱が逃げないとしたときの計算上の温度を、理論燃焼温度といいます。
・空気比が大きすぎると、余分な空気まで温めることになり、燃焼温度は下がる
・燃焼用の空気をあらかじめ温める（空気予熱器）と、燃焼温度は上がる
・発熱量の大きい燃料ほど、燃焼温度は高くなりやすい
ただし空気比を小さくしすぎると不完全燃焼になります。空気は「多すぎず、少なすぎず」が大事です（第28章）。
6. 一次空気と二次空気
燃焼用の空気は、入れる場所と役目で「一次空気」と「二次空気」に分けて呼びます（JIS B 0126）。
油・ガスのバーナで燃やす場合：
・一次空気 … バーナの周りに供給され、着火を安定させる空気
・二次空気 … 旋回させたり交差させて吹き出したりして、燃料と空気の混合をよくしながら、主として燃焼にあずかる空気
火格子燃焼（第26章）の場合：
・一次空気 … 火格子の下から供給され、主として燃焼にあずかる空気
・二次空気 … 火格子の上（燃料層の上）に高速で吹き出し、燃料と空気の混合をよくする空気
微粉炭燃焼の場合、一次空気は、微粉炭をバーナまで送る空気です。
回転式バーナでは、油を霧にするためにバーナの周りから吹き出す空気も一次空気と呼ばれます（第24章）。
同じ「一次空気」でも、燃やし方によって役目がちがうことに注意します。
POINT
7. ここだけは覚える
・燃焼の三要素＝可燃物・酸素供給源・点火源
・空気比 m ＝ 実際空気量 ÷ 理論空気量。ふつう1より大きい
・過剰空気率 ＝（m − 1）× 100 ％
・理論空気量 ＝ 理論酸素量 ÷ 0.21（空気中の酸素は体積で約21％）
・必要な空気比は 気体 ＜ 液体 ＜ 固体
・不完全燃焼ではCOやすすが出る
・空気比が大きすぎると燃焼温度は下がる。空気予熱で上がる
・油・ガスバーナ：一次空気＝バーナの周りで着火を安定させる、二次空気＝旋回などで混合をよくし主として燃焼にあずかる
・火格子燃焼：一次空気＝火格子の下から、二次空気＝燃料層の上に高速で吹き出す