固体燃料の燃焼形態の違い（分解燃焼・表面燃焼・蒸発燃焼・いぶり燃焼）

なぜ固体燃料で燃え方が分かれるのか

固体は気体や液体と違い、分子が動きにくく、そのままでは酸素と混ざって燃えにくい状態です。

そこで多くの固体燃料は、加熱でまず気体（可燃ガスや蒸気）に変わってから燃えます。

このとき、固体から何が出てきて燃えるのかが燃料ごとに違います。

熱分解で出た可燃ガスが燃えるのか、融けて出た蒸気が燃えるのか、それとも気体を出し切った後の炭素が固体のまま燃えるのか。この違いが、4つの燃焼形態を分けます。

4つの燃焼形態のしくみと代表例

4つを、燃えているものと代表例で並べます。

分解燃焼は、固体が加熱で熱分解し、出てきた揮発分（可燃ガス）が表面から離れた所で炎をつくって燃える形態です。木材・石炭・紙・プラスチックがこれにあたります。実際に廃棄物を燃やすごみの焼却でも、紙・木・プラスチックは揮発分が多く、この分解燃焼が中心です。

表面燃焼は、熱分解する成分をほとんど含まない固体が、固体の表面で酸素と直接反応して赤熱しながら燃える形態です。炎を上げないため無炎燃焼とも呼ばれ、木炭・コークスが代表です。

蒸発燃焼は、融けて蒸発（または昇華）した蒸気が燃える形態で、融点の低い固体で見られます。ろうそく（パラフィン系燃料）・硫黄・ナフタリンが代表です。

いぶり燃焼は、熱分解で出た分解生成物が着火せずにそのまま放出される形態です。炎にならず多量の煙（すす）が出るのが特徴で、線香や点火直後のたき火がこれにあたります。

1つの固体燃料でも燃え方は移り変わる

固体燃料は、1種類の中で燃焼形態が段階的に移り変わります。

木材や石炭のように揮発分と固定炭素の両方を含む燃料は、まず加熱で揮発分が出て分解燃焼（炎）が起こります。

揮発分を出し尽くすと、残った固定炭素（チャー）が表面燃焼（赤熱）へと移ります。たき火で炎が消えた後に炭が赤くおき火になるのが、この移り変わりです。

この揮発分と固定炭素がどれだけ熱を出すかは、燃料の発熱量に表れます。

廃棄物を燃やす工業炉でも、固体燃料の燃焼の多くは分解燃焼と、その残渣の表面燃焼です。こうした固体燃料を実際に燃やす方式には、砂ごと沸騰させて燃やす流動層燃焼などがあります。

大気特論・ダイオキシン類特論での問われ方

固体の種類と燃焼形態の組合せや、各形態の説明文を入れ替える正誤問題が定番です。

とくに狙われるのが紙・木・プラスチックの扱いです。これらは揮発分が多く、燃焼形態は分解燃焼です。これを表面燃焼と説明する選択肢が誤りとして出ます。

表面燃焼は、熱分解する成分をほとんど含まない木炭・コークスのような固体で起こる形態で、紙・木・プラスチックとは結びつきません。

理解度チェック

まとめ

固体燃料の燃焼形態は、燃えているもので分かれます。分解燃焼＝揮発分（紙・木・石炭）／表面燃焼＝固定炭素が無炎で赤熱（木炭・コークス）／蒸発燃焼＝蒸気（ろうそく・硫黄）／いぶり燃焼＝着火しない分解ガスの煙です。「紙・木・プラスチックは分解燃焼で、表面燃焼ではない」の1点を押さえれば、組合せ問題はほぼ取りきれます。