Kattilan polttaminen on tutkimus siitä, kuinka polttoaineet poltetaan kattiloissa, jotka lämmittävät vettä höyryä varten. Höyrykattiloille on monia sovelluksia, mukaan lukien kemiallinen prosessilämmitys, rakennusten höyrylämpö ja lämmin vesi sekä höyry sähköisten turbiinigeneraattorien käyttämiseen. Palaminen on polttoaineiden reaktio ilman hapen kanssa lämmön tuottamiseksi höyryntuotantoon.
Kattilan polttamiseen voidaan käyttää erilaisia polttoaineita, mukaan lukien maakaasu, polttoöljy ja kasveista tai eläinjätteistä tuotetut biopolttoaineet. Kun polttoainetta ruiskutetaan tai sumutetaan ilmakattilaan, sytytyspuola tai pieni liekki voivat sytyttää seoksen. Palaminen vapauttaa paljon lämpöä, joista osa lämmittää vettä höyryksi ja osa häviää säteilyn ja savuhäviöiden vuoksi. Säteily on infrapunalämmön menetys, joka tapahtuu kuumasta kattilasta viileämpään huoneeseen. Savukaasu on lämmitettyä kaasua, joka poistuu kattilasta savu- tai tuuletusaukon kautta.
Omistajat ja käyttäjät ovat kiinnostuneita maksimoimaan kattilan polttotehokkuus. Tärkeimmät huomioon otettavat asiat ovat palamistehokkuus tai polttoaineen ja ilmaseosten palaminen ja lämpöhäviöiden minimointi. Säteilevä lämpöhäviö voidaan minimoida kattilan ja höyryputkien asianmukaisella eristyksellä. Kattilan suunnittelua ja säätimiä voidaan käyttää maksimoimaan palamistehokkuus.
Kattilan palamisalueella on normaalisti vettä ja höyryä sisältävät putket, jotka kulkevat avoimen laatikon läpi, joka voi sisältää polttimia ja säätimiä. Putkisuunnittelu voi parantaa tehokkuutta käyttämällä monipäästöjärjestelmiä. Kattilaan tulevat vesiputket voivat ensin kulkea savukaasualueen läpi, joka vie osan hukkalämmöstä ja esilämmittää veden. Putket voivat sitten kulkea palamisvyöhykkeen läpi useammin kuin kerran hyödyntääkseen polttolämmön kokonaan, mikä myös parantaa tehokkuutta.
Kattilan palamistehokkuus ilman ja polttoaineseosten kannalta on kriittistä kattilan asianmukaisen toiminnan kannalta. Polttoainemolekyyli vaatii teoreettisen määrän happea palaakseen kokonaan, mutta todellisuudessa ylimääräistä happea tarvitaan erilaisten häviöiden vuoksi palovyöhykkeellä. Ilma sisältää noin 21 prosenttia happea, joten palamatonta typpeä ilmassa on myös lämmitettävä kattilassa ja poistettava savuhormista. Tämä vaikuttaa edelleen kattilan tehokkuuteen ja tuottaa typpiyhdisteitä, jotka on yhdistetty happosateeseen ja savusumuun.
Liian paljon happea alentaa kattilan palamislämpötilaa, voi aiheuttaa epätoivottuja epäpuhtauksia ja vaatii polttoainetta käyttämättömän hapen ja typen lämmittämiseen. Hapen puute voi heikentää kattilan tehokkuutta ja aiheuttaa nokia ja muita sivutuotteita, jotka voivat vahingoittaa kattilaa ajan myötä. Tutkimukset ovat osoittaneet, että hapen ja palamiskaasujen pitoisuuksien seuranta savukaasussa ja asianmukaisen savulämpötilan ylläpitäminen voivat optimoida kattilan suorituskyvyn.
Pienempiä kattiloita voidaan säätää manuaalisesti savukaasuanturien ja savukaasulämpömittarien avulla, mutta monet kattilat voivat hyötyä automaattisista säätimistä. Kattilat eivät ehkä toimi yhdessä käyttöpisteessä, mutta niiden höyryvaatimukset tai käyttöolosuhteet vaihtelevat, mikä tekee manuaalisen tehokkuuden asetuksista epäkäytännöllisiä. Vanhemmat kattilat voidaan jälkiasentaa elektronisilla säätimillä, jotka antavat palautetta ilma- ja polttoaineensyöttöpumpuille, jotta saadaan paras palamissuhde.