五、可燃物質的實際燃燒過程
這里主要討論三種常見的可燃物質的燃燒情況，主要包括固體燃料、液體燃料和氣體燃料的燃燒過程，這也是當前火化機中常見的燃料燃燒過程。
（一）固體燃料的燃燒過程
火化機固體燃料一般主要是指煤和遺體。固體燃料的燃燒過程，實質是固體燃料中的可燃成分與空氣中的氧氣發生強烈的化學反應的過程。一般這個過程可分為三個階段：著火階段、燃燒階段、燃盡階段。這里以煤為例來說明這三個階段進行的過程。
1.著火階段
煤投入火化爐內，加熱到100℃時，煤中的水分基本蒸發完畢，加熱到271～300℃時可產生硫化氫氣體，溫度達到600～700℃時煤中揮發成分和氧氣絕大部分已逸出，700℃以上揮發物已全部逸出。本階段的特征是使煤受熱、干燥，以及揮發物的分解。這個階段主要是“吸熱”為主，不需要提供氧氣。
這個階段固體燃料的著火溫度，取決于固體燃料中所含揮發物的多少，揮發物與著火溫度成正比，如煤的著火溫度為700～800℃。
2.燃燒階段
著火階段結束后，開始進入燃燒階段。此時煤中揮發物和焦炭因達到一定的溫度而開始進行急劇的燃燒。
這個階段的特征是揮發物和碳進行急劇的燃燒后，將放出大量的熱，這時需要外界供給足夠的空氣量，以保證燃燒能充分進行。
3.燃盡階段
固體燃料經過燃燒后，絕大部分物質都變成了灰渣。灰渣中還殘留了一些焦炭和其他一些可燃物質，這些物質在這個階段中將繼續燃燒，直至燃盡。
這個階段的特征是燃燒微弱，所需空氣量相應減少。
由于燃燒過程比較復雜，以上三個階段不可能明顯進行區分，有時這三者之間還可能相互交叉進行，所以，燃燒過程處于哪個階段并不能一概而論，要視具體情況而定。
（二）液體燃料的燃燒過程
液體燃料是目前火化機使用最多的燃料，常見的液體燃料包括天然液體燃料（如石油及加工產品）和人造燃料（如煤、油頁巖提煉出來的燃料油）等。石油通過分餾或裂解，獲得汽油、柴油、重油、煤油、渣油等燃料。考慮單位燃料燃燒產生的熱量及價格等因素，火化機中的液體燃料一般采用輕柴油。
液體燃料根據其在著火燃燒前發生蒸發與氣化的特點，可將其燃燒分為以下幾種。
（1）液面燃燒
液體燃料表面有熱源或火源，使液體表面蒸發，當燃料蒸氣與周圍空氣形成一定濃度的混合氣，并達到著火溫度時，便可發生液面燃燒。如果燃料蒸氣與空氣混合不良，則將導致燃料嚴重裂解，其中的重成分不發生燃燒反應，會產生大量黑煙，嚴重污染環境。例如油罐火災、海面浮油火災等。
（2）燈芯燃燒
燈芯燃燒是利用燈芯將燃油抽吸出來，在燈芯表面生成油蒸氣，油蒸氣和空氣混合發生燃燒。如煤油爐、煤油燈等。
（3）預蒸發型燃燒
燃料進入燃燒空間之前蒸發為油蒸氣，以不同比例與空氣混合后進入燃燒室中燃燒。燃燒方式與氣體燃料燃燒原理相同，適合于黏度、沸點不高的輕質液體燃料。例如汽油機裝有汽化器，燃氣輪機裝有蒸發管。
（4）噴霧型燃燒
液體燃料通過噴霧器霧化成一股由微小油滴組成的霧化錐氣流，在霧化的油滴周圍存在空氣，當霧化錐氣流在燃燒室被加熱，油滴邊蒸發、邊混合、邊燃燒。動力行業多采用此種燃燒方式，是工程實際中主要的液體燃料燃燒方式。
根據火化機的工作要求，其輕柴油的燃燒一般都是采用噴霧型燃燒。
液體燃料的噴霧型燃燒過程可為分三個階段：油的霧化、油滴的蒸發和油滴的燃燒。
1.油的霧化
用霧化器將燃油分裂成許多微小而分散的油滴，以增加燃油單位質量的表面積，使其能和周圍空間的氧化劑更好地進行混合，在空間達到迅速和完全的燃燒。霧化的方法可分為機械式霧化和介質式霧化。
（1）霧化過程
從圖2-1（a）中可以看出，燃油從噴嘴噴出時形成油流，由于初始湍流狀態和空氣對油流的作用，使油流表面發生波動，在外力作用下，油流開始變為薄膜并碎裂成細油滴。從圖2-1（b）圖可看出，已分裂出的油滴在氣體介質中還會繼續再分裂。油滴在飛行過程中，受外力（油壓形成的推進力、空氣阻力和重力）和內力（內摩擦力和表面張力）作用，只要外力大于內力，油滴便會產生分裂。直到最后內力和外力達到平衡，油粒不再破碎。
圖2-1 油的霧化過程
（2）霧化方法
①機械式霧化 如圖2-2所示，燃油在高壓下通過霧化片的特殊機械結構將燃油霧化，通過噴油嘴噴出。按該原理工作的霧化器有直流式、離心式和轉杯式。
圖2-2 機械式霧化
霧化后的油滴直徑隨霧化器內油壓的增大而減小，p轉>p離>p直。
②介質式霧化 如圖2-3所示，燃油靠附加的霧化介質（蒸氣或壓縮空氣）的能量來霧化。根據其壓力的不同，分為高壓霧化、中壓霧化和低壓霧化。
圖2-3 介質式霧化
2.油滴的蒸發
如圖2-4所示，油滴的蒸發是一個很復雜的問題，在蒸發過程中，油滴直徑、油滴相對于氣流的運動速度、換熱系數、油滴溫度與其相應的飽和蒸氣壓力、油滴表面與周圍氣體間的溫差、油氣擴散條件以及其他因素都同時在發生變化。
圖2-4 高溫下油滴的蒸發
3.油霧的燃燒過程
油霧的燃燒過程大致分為圖2-5所示幾個階段：霧化、蒸發、熱解和裂化、混合、著火，但各階段之間是相互聯系、相互制約的。在火焰中，各個階段之間并不存在明顯的界限。
圖2-5 油霧炬燃燒示意圖
①霧化；②蒸發；③熱解和裂化；④混合；⑤著火，形成火焰
大多數油滴在燃燒室中邊蒸發、邊混合、邊燃燒，在油滴表面附近形成一個球形火焰面，在火焰面上蒸氣與空氣相遇而進行燃燒。如果油滴和周圍氣體之間沒有相對運動，那么在油滴的周圍形成一同心的球狀擴散火焰，稱為全周焰。當油滴與周圍氣體之間有相對運動時，火焰形狀變為橢圓形，而且隨著氣流速度增大，橢圓形火焰會沿著氣流方向被拉長，當速度繼續增大，火焰首先會在油滴的迎風面上熄滅，然后漸向油滴后方轉移，直到油滴尾部某個位置為止，形成所謂的后流焰。如圖2-6所示。
圖2-6 油滴燃燒時產生全周焰與后流焰
一顆油滴燃燒完全所需的時間與其直徑的平方成正比，其計算公式如下：
式中 r0——油滴直徑；
k——燃燒常數；
t——油滴燃燒時間。
燃燒時間與油滴的直徑關系如圖2-7所示。
圖2-7 燃燒時間與油滴直徑的關系
（三）氣體燃料的燃燒過程
氣體燃料要選用合適的燃燒器才能取得良好的燃燒效果。
一般在火化爐中使用的燃燒器主要有火爐燃燒器、擴散燃燒器和無焰燃燒器等多種燃燒器，其中以無焰燃燒器的效果最好。
氣體燃燒過程比較簡單，關鍵是在燃燒過程中要保持氣體供應的穩定性，要注意防止脫火與回火現象的發生。
所謂脫火是指火焰受到影響，離開火孔而造成熄火的現象。造成脫火的原因很多，一般來講空氣量過大或可燃氣體增加、氣體流速超過燃燒量允許的極限值以及燃燒器位置不當等原因都可能造成脫火。
所謂回火是指當可燃氣體與空氣混合時，在燃燒面上的速度小于火焰傳播的速度，火焰可能產生反擊，退縮到火孔內，這種現象就稱為回火。
脫火和回火現象都是十分有害的，嚴重的可能會發生爆炸事故。因此，在操作中一定要防止這兩種現象的發生。
以上是固體、液體和氣體三種燃料的燃燒過程的簡介。在實際操作中，往往在同一爐膛中是多種燃料共存燃燒的過程，所以要根據實際的操作情況對各種供給量進行合理的配置，以達到最佳的燃燒效果，提高可燃物質的燃燒速度。
可燃物質在實際燃燒過程中，影響物質燃燒速度的因素主要有以下幾個方面：
①相同可燃固體物質的燃燒速度取決于燃燒表面的比例，燃燒表面積對體積的比例越大，它的燃燒速度就越大；
②物質的燃燒速度取決于其組成成分，物質中含碳、氫、硫、磷等可燃性元素越多，燃燒的速度越快；
③物質燃燒速度與其氧化功能有關，氧化功能越大者，燃燒速度越快。