Pembakaran boiler adalah studi tentang bagaimana bahan bakar dibakar di boiler yang memanaskan air untuk uap. Ada banyak aplikasi untuk ketel uap, termasuk pemanasan proses kimia, panas uap untuk bangunan dan air panas, dan uap untuk menggerakkan generator turbin listrik. Pembakaran adalah reaksi bahan bakar dengan oksigen di udara untuk menghasilkan panas yang digunakan untuk produksi uap.
Berbagai bahan bakar dapat digunakan untuk pembakaran boiler, termasuk gas alam, bahan bakar minyak, dan biofuel yang dihasilkan dari tumbuhan atau kotoran hewan. Ketika bahan bakar disemprotkan atau diatomisasi ke dalam boiler dengan udara, koil pengapian atau nyala api kecil dapat menyalakan campuran. Pembakaran melepaskan banyak panas, beberapa di antaranya memanaskan air menjadi uap, dan beberapa hilang karena radiasi dan kehilangan asap. Radiasi adalah kehilangan panas inframerah yang terjadi dari boiler panas ke ruangan yang lebih dingin. Rugi-rugi cerobong adalah gas panas yang dikeluarkan dari boiler melalui cerobong atau lubangnya.
Pemilik dan operator tertarik untuk memaksimalkan efisiensi pembakaran boiler. Isu utama yang perlu dipertimbangkan adalah efisiensi pembakaran, atau seberapa baik campuran bahan bakar dan udara terbakar, dan bagaimana meminimalkan kehilangan panas. Kehilangan panas radiasi dapat diminimalkan dengan isolasi boiler dan pipa uap yang tepat. Desain dan kontrol boiler dapat digunakan untuk memaksimalkan efisiensi pembakaran.
Area pembakaran boiler biasanya memiliki tabung berisi air dan uap melewati kotak terbuka yang mungkin berisi pembakar dan kontrol. Desain tabung dapat meningkatkan efisiensi, dengan menggunakan sistem multi-pass. Pipa air yang memasuki boiler mungkin pertama-tama melewati zona gas buang, yang mengambil sebagian panas buangan dan memanaskan air terlebih dahulu. Tabung kemudian dapat melewati zona pembakaran lebih dari satu kali untuk sepenuhnya memanfaatkan panas pembakaran, yang juga meningkatkan efisiensi.
Efisiensi pembakaran boiler untuk campuran udara dan bahan bakar sangat penting untuk pengoperasian boiler yang tepat. Sebuah molekul bahan bakar membutuhkan sejumlah oksigen teoritis untuk membakar sepenuhnya, tetapi pada kenyataannya oksigen berlebih diperlukan karena berbagai kerugian di zona pembakaran. Udara mengandung sekitar 21 persen oksigen, jadi nitrogen yang tidak terbakar di udara juga harus dipanaskan di dalam boiler dan dibuang melalui cerobong asap. Hal ini selanjutnya mempengaruhi efisiensi boiler dan menghasilkan senyawa nitrogen yang telah dihubungkan dengan hujan asam dan pembentukan kabut asap.
Terlalu banyak oksigen mengurangi suhu pembakaran boiler, dapat membuat beberapa polutan yang tidak diinginkan, dan membutuhkan bahan bakar untuk memanaskan oksigen dan nitrogen yang tidak digunakan. Kekurangan oksigen dapat mengurangi efisiensi boiler dan menciptakan jelaga dan produk sampingan lainnya yang dapat merusak boiler dari waktu ke waktu. Penelitian telah menemukan bahwa pemantauan konsentrasi oksigen dan gas pembakaran dalam gas buang, dan mempertahankan suhu buang yang tepat, dapat mengoptimalkan kinerja boiler.
Boiler yang lebih kecil dapat disetel secara manual menggunakan sensor gas buang dan termometer gas buang, tetapi banyak boiler dapat memanfaatkan kontrol otomatis. Boiler mungkin tidak beroperasi pada satu titik operasi, tetapi akan memiliki kebutuhan steam atau kondisi operasi yang bervariasi, yang membuat pengaturan efisiensi manual menjadi tidak praktis. Boiler lama dapat dipasang kembali dengan kontrol elektronik yang memberikan umpan balik ke pompa masukan udara dan bahan bakar untuk memberikan rasio pembakaran terbaik.