塗装技術の門

　液体燃料の燃焼形式は蒸発燃焼と噴霧燃焼があります。蒸発燃焼は、液体燃料が液面から蒸発して燃焼するもので、たとえば家庭用石油ストーブの燃焼は芯を用いた蒸発燃焼の例になります。噴霧燃焼は油を噴霧して微小な油滴群にしてから燃焼します。重油のような従姉梅雨は主として噴霧燃焼によりますが、噴霧の状態はその後の燃焼に大きく影響します。噴霧燃焼の過程は、すでに燃焼している火炎や炉壁などからの放射によって予熱され、さらにガス化すると同時に周囲の空気を吸引して混合気となり着火・燃焼します。
　油燃焼装置は、油バーナーのほかに燃料貯蔵タンク、給油タンク、油ろ過器、油加熱器、給油ポンプ、油圧調整弁などからなります。油バーナーのには蒸発式と噴霧式があり、多くは噴霧式になります。
　油圧式バーナーは燃料油自体を加圧して細孔から噴出させて霧化します。噴射前に渦巻室内で油に旋回を与えてから霧化します。非戻り油形と戻り油形があります。
　非戻り油形は大型ボイラーやセメントキルン用バーナーとして用いられています。戻り油形のものは供給圧力をほぼ一定にしておき、戻り油の圧力を変化させて噴射油量を変化させることができ、パッケージボイラーに多く用いられています。
　回転式バーナーは回転する霧化筒の端で油を遠心力で飛散させ、さらに高速の空気流で微粒子化する方式になります。軸の回転数は3,000～7,000min^-1程度で噴霧の角度は35～80°程度になります。比較的小型のボイラー用として多く用いられています。
　高圧気流式バーナーは、比較的高圧（100～1000kPa）の空気または蒸気の高速流によって油を霧化しています。油と噴霧流体の混合場所の違いによって、内部混合形と外部混合形があります。いずれも高圧かつ少量の噴霧媒体で十分な霧化ができます。噴霧角度は20～30°の狭角で、火炎は長炎になります。油量の調節比は1：10程度で、広範囲の調節ができます。ただし、燃焼時に騒音を発する欠点があります。
　低圧空気式バーナーは、噴霧媒体に空気を用い、バーナー入口空気圧力は通常、数kPa程度です。噴霧空気量は理論空気量の30～40％が適当で、多すぎるのは燃焼上好ましくありません。低圧空気式は容量200L/hまでで、小型の加熱炉やその他の加熱装置に用いられます。比例調節式のものは雰囲気調節を必要とする炉に用います。

　気体燃料を燃焼させる方法には、あらかじめ燃料ガスと空気をよく混合させて、その混合ガスをバーナーから燃焼室内に噴出させて燃焼させる予混合燃焼の形式と、燃料（あるいは燃料に多少に一次空気を含む）と空気を別々に燃焼室内に噴出させ、拡散によって燃料と空気を混合させながら燃焼させる拡散燃焼の形式に大別されます。
　予混合燃焼のときは、噴射孔の部分に火炎面ができます。可燃性混合気は、すでに燃焼した部分から熱を受けて着火すると急激に温度が上昇し、温度の最も高い部分が火炎面（発光帯）として観察されます。火炎面はすでに燃焼している部分から未燃混合気の方にある速度で移動しますが、混合気の流速と平衡の状態にあるとあたかも静止しているようにみえます。この火炎面の速度を燃焼速度といいます。燃料と空気の混合はその割合によって燃焼しうる限界がありこれを可燃限界といいます。
　気体燃料だけをノズルから静止空気中に噴出したときは、拡散燃焼または拡散炎になります。噴出の速度が小さいときは流れが層流で、この上多の火炎を層流拡散炎といいます。噴出速度が大きくなるにしたがって不安定な過渡炎の状態を経て乱れていますが安定な乱流拡散炎の状態になります。層流域では流速の増加に比例して火炎は長くなりますが、乱流域では火炎の長さは流速に関係なく、ほぼ一定となります。気体燃料の燃焼反応は瞬間的に完了するため、燃焼装置の設計は混合装置の設計ということになります。
　気体燃料の燃焼装置を大別すると、次の三つの形式に分けられます。
（1）部分予混合形
　燃料ガスの一部を混合し、残りの空気は燃焼室内で混合するもの。
（2）完全予混合形
　燃料ガスと燃焼用空気の全量をあらかじめ混合したのち燃焼するもの。混合気流速が変わると火炎面の位置が変わる。
（3）拡散燃焼形
　燃料ガスと燃焼用空気とを燃焼室内で逐次混合させながら燃焼するもの。ガスと空気を別々に混合し、拡散混合しながら燃焼させるバーナーで、操作範囲が広く、逆火の危険性が少ないので、ボイラー用に広く使用されています。

《燃焼管理》

　種々の燃料を燃焼させるとき、できるだけ少ない過剰空気で完全燃焼させることが熱経済上望ましいです。しかし、燃料の種類や燃焼方法によって、燃料と燃焼用空気との接触、混合の程度が異なります。例えば、ガス燃焼では空気との混合が急速に進むので、少ない過剰空気で完全燃焼することが容易です。油や微粉炭の燃焼の場合でも燃焼粒子が小さく、空気との接触面が大きいので、比較的少量の過剰空気で完全燃焼できます。また、粗粉炭を使用する流動床燃焼では、ある程度の過剰空気で完全燃焼できますが、小塊状の石炭を燃焼するストーカー燃焼（固定相燃焼）ではかなりの過剰空気を必要とします。

《燃焼装置の容量》

　燃料が燃焼するためには、空気とともに温度、空間、時間を必要とします。燃料が空気の存在下で加熱され、他から点火しないで燃焼を開始する最低温度を着火温度といい、点火源を与えて燃焼を開始する温度を引火点といいます。燃料が燃えるためには、常に着火温度以上に保たれていなければなりません。着火温度は、気体燃料が一番高く、次いで液体燃料で、固体燃料が一番低くなっています。
　また一定量の燃料が燃え尽きるには、一定の時間、空間が必要で、これらの条件を表す燃焼装置の容量の表示方法として燃焼室熱負荷（燃焼室負荷）、火格子熱負荷（火格子負荷）などがあり、大体の値が決まっています。バーナー燃焼の場合には、燃焼室の単位容積あたりの発生容積あたりの発生熱量をもって燃焼室熱負荷を表し、W/㎥の単位を用います。1時間・1㎥当たりに発生する熱量になります。重油が一番大きく燃焼室熱負荷をとることができます。