Pannförbränning är studien av hur bränslen förbränns i pannor som värmer vatten för ånga. Det finns många applikationer för ångpannor, inklusive kemisk processuppvärmning, ångvärme för byggnader och varmvatten och ånga för att driva elektriska turbingeneratorer. Förbränning är reaktionen mellan bränslen och syre i luften för att skapa värme som används för ångproduktion.
En mängd olika bränslen kan användas för förbränning av pannor, inklusive naturgas, eldningsolja och biobränslen från växt- eller djuravfall. När bränsle sprutas eller finfördelas i en panna med luft, kan en tändspole eller liten pilotlåga antända blandningen. Förbränning frigör en hel del värme, varav en del värmer vatten till ånga, och en del går förlorad på grund av strålning och rökgasförluster. Strålning är infraröd värmeförlust som uppstår från en varm panna till ett svalare rum. Rökförluster är uppvärmda gaser som släpps ut från pannan genom dess rökkanal eller ventil.
Ägare och operatörer är intresserade av att maximera effektiviteten av pannans förbränning. De viktigaste frågorna att tänka på är förbränningseffektivitet, eller hur bra bränsle- och luftblandningar brinner, och hur man minimerar värmeförluster. Strålningsvärmeförlusten kan minimeras med korrekt isolering av pannan och ångrören. Panndesign och kontroller kan användas för att maximera förbränningseffektiviteten.
Förbränningsområdet i en panna har normalt rör som innehåller vatten och ånga som passerar genom en öppen låda som kan innehålla brännare och reglage. Rördesign kan förbättra effektiviteten genom att använda flerpassagesystem. Vattenrör som kommer in i pannan kan först passera rökgaszonen, som tar en del av spillvärmen och förvärmer vattnet. Rör kan sedan passera genom förbränningszonen mer än en gång för att fullt ut utnyttja förbränningsvärmen, vilket också förbättrar effektiviteten.
Pannans förbränningseffektivitet för luft- och bränsleblandningar är avgörande för korrekt panndrift. En bränslemolekyl kräver en teoretisk mängd syre för att brinna helt, men i verkligheten behövs överskottssyre på grund av olika förluster i förbränningszonen. Luft är cirka 21 procent syre, så oförbränt kväve i luft måste också värmas upp i pannan och ventileras av rökkanalen. Detta påverkar ytterligare pannans effektivitet och producerar kväveföreningar som har kopplats till surt regn och smogbildning.
För mycket syre minskar pannans förbränningstemperatur, kan skapa några oönskade föroreningar och kräver bränsle för att värma upp syre och kväve som inte används. Brist på syre kan minska pannans effektivitet och skapa sot och andra biprodukter som kan skada pannan över tid. Forskning har visat att övervakning av syre- och förbränningsgaskoncentrationer i rökgasen och bibehållande av en korrekt rökgastemperatur kan optimera pannans prestanda.
Mindre pannor kan justeras manuellt med rökgassensorer och rökgastermometrar, men många pannor kan dra nytta av automatisk styrning. Pannor kanske inte fungerar vid en enda driftpunkt, men kommer att ha olika ångkrav eller driftsförhållanden, vilket gör manuella verkningsgradsinställningar opraktiska. Äldre pannor kan eftermonteras med elektroniska kontroller som ger återkoppling till luft- och bränslepumpar för att ge bästa förhållandet för förbränning.