Izgaranje u kotlu je studija o tome kako se goriva izgaraju u kotlovima koji zagrijavaju vodu za paru. Postoje mnoge primjene za parne kotlove, uključujući kemijsko procesno grijanje, toplinu pare za zgrade i toplu vodu te paru za pogon električnih turbinskih generatora. Izgaranje je reakcija goriva s kisikom u zraku za stvaranje topline koja se koristi za proizvodnju pare.
Za izgaranje kotlova mogu se koristiti različita goriva, uključujući prirodni plin, loživo ulje i biogoriva proizvedena iz biljnih ili životinjskih otpada. Kada se gorivo raspršuje ili raspršuje u kotao sa zrakom, svitak za paljenje ili mali pilot plamen može zapaliti smjesu. Izgaranjem se oslobađa velika količina topline, od čega dio zagrijava vodu u paru, a dio se gubi zbog zračenja i gubitaka dimnih plinova. Zračenje je infracrveni gubitak topline koji se javlja iz vrućeg kotla u hladniju prostoriju. Dimni gubici su zagrijani plinovi koji se odvode iz kotla kroz njegov dimnjak ili otvor.
Vlasnici i operateri zainteresirani su za povećanje učinkovitosti izgaranja u kotlu. Glavna pitanja koja treba razmotriti su učinkovitost izgaranja, odnosno koliko dobro izgaraju mješavine goriva i zraka i kako minimizirati gubitke topline. Gubitak topline zračenja može se svesti na najmanju moguću mjeru pravilnom izolacijom kotla i parnih cjevovoda. Dizajn i kontrole kotla mogu se koristiti za maksimiziranje učinkovitosti izgaranja.
Područje izgaranja kotla obično ima cijevi koje sadrže vodu i paru koje prolaze kroz otvorenu kutiju koja može sadržavati plamenike i kontrole. Dizajn cijevi može poboljšati učinkovitost korištenjem višeprolaznih sustava. Vodovodne cijevi koje ulaze u kotao mogu prvo proći kroz zonu dimnih plinova, koji uzimaju dio otpadne topline i zagrijavaju vodu. Cijevi tada mogu proći kroz zonu izgaranja više puta kako bi u potpunosti iskoristile toplinu izgaranja, što također poboljšava učinkovitost.
Učinkovitost izgaranja kotla za mješavinu zraka i goriva ključna je za pravilan rad kotla. Molekula goriva zahtijeva teoretsku količinu kisika da bi u potpunosti izgorjela, ali u stvarnosti je potreban višak kisika zbog različitih gubitaka u zoni izgaranja. Zrak je oko 21 posto kisika, pa se neizgorjeli dušik u zraku također mora zagrijati u kotlu i odzračiti kroz dimovod. To dodatno utječe na učinkovitost kotla i proizvodi dušikove spojeve koji su povezani s kiselim kišama i stvaranjem smoga.
Previše kisika smanjuje temperaturu izgaranja u kotlu, može stvoriti neke nepoželjne onečišćujuće tvari i zahtijeva gorivo za zagrijavanje kisika i dušika koji se ne koriste. Nedostatak kisika može smanjiti učinkovitost kotla i stvoriti čađu i druge nusproizvode koji s vremenom mogu oštetiti kotao. Istraživanja su pokazala da praćenje koncentracije kisika i plinova izgaranja u dimnom plinu, te održavanje odgovarajuće temperature dimnih plinova, može optimizirati rad kotla.
Manji kotlovi mogu se ručno podešavati pomoću senzora dimnih plinova i termometara za dimne plinove, ali mnogi kotlovi mogu imati koristi od automatskog upravljanja. Kotlovi možda neće raditi na jednoj radnoj točki, ali će imati različite zahtjeve za parom ili radne uvjete, što ručne postavke učinkovitosti čini nepraktičnim. Stariji kotlovi mogu se naknadno opremiti elektroničkim kontrolama koje daju povratnu informaciju ulaznim pumpama zraka i goriva kako bi se postigao najbolji omjer za izgaranje.