固体燃料颗粒的燃烧过程是一个相当复杂的物理化学过程。与燃烧化学反应进行的同时还伴随着某些物理过程，如传质和传热，动量和能量的交换等。

炭粒的多相燃烧反应由下列几个连续的阶段组成，即：

（1）参加燃烧的氧气从周围环境扩散到炭粒的反应表面。

（2）氧气被炭粒表面吸附。

（3）在炭粒表面进行燃烧化学反应。

（4）燃烧产物由炭粒解吸附。

（5）燃烧产物离开炭粒表面，扩散到周围环境中。

炭粒燃烧速度是指炭粒单位表面上的实际反应速度。它取决于上述阶段中进行得最慢的过程。上述五个阶段中，吸附阶段和解吸附阶段进行得最快，燃烧产物离开炭表面扩散出去的阶段较快。因此炭的多相燃烧速度决定于氧向炭粒表面的扩散速度和在反应表面上进行的燃烧化学反应，最终决定于其中速度最慢的一个。炭粒表面按完全燃烧反应的化学反应速度为

式中　CB——炭表面的氧浓度。

由于燃烧的消耗，炭表面氧浓度低于环境氧浓度，导致氧向炭表面扩散，其扩散速度为

ωks=αks（CO-CB）

式中　CO——环境氧浓度；

αks——扩散系数。

当燃烧过程稳定时，氧的扩散速度与化学反应速度应该相等，并都等于燃烧速度，即(www.daowen.com)

此时炭粒表面上氧的供应和消耗达到了平衡，炭粒表面的氧浓度CB固定不变。用ωr取代ωB和ωks，并消去该两式中的CB，炭粒表面燃烧速度ωr的表达式如下：

在不同温度下，由于化学反应条件与气体扩散条件的影响不同，燃烧过程可能处于以下三种不同区域（图55）：

图55　多相燃烧速度ωr的变化

ω1＜ω2＜ω3；d1＜d2＜d3

1.动力燃烧区（化学动力控制区）

当温度较低时（＜1000℃），炭粒表面化学反应速度较慢，供应炭粒表面的氧量远大于化学反应所需的耗氧量，即αks≫k。由式（520）可知，此时燃烧速度ωr=kCO。此时与氧的扩散速度关系不大，这种燃烧反应温度区称为动力燃烧区。在该燃烧区内，温度对燃烧速度起着决定性的作用。因此，提高温度是强化动力燃烧工况的有效措施。

2.扩散燃烧区（扩散控制区）

当温度很高时（＞1400℃），化学反应速度常数k随温度的升高而急剧增大，炭粒表面的化学反应速度很快，以致耗氧速度远远超过氧的供应速度，炭粒表面的氧浓度实际为零。这时αks≪k，则ωr=αksCO。由于扩散到炭粒表面的氧远不能满足化学反应的需要，氧的扩散速度已成为制约燃烧速度的主要因素，而与温度关系不大，这种燃烧反应温度区称为扩散燃烧区。在扩散燃烧区内，提高氧的扩散混合条件，提高风速，或减小炭粒直径都可提高燃烧速度。

3.过渡燃烧区

介于上述两种燃烧区的中间温度区，化学反应速度常数k与氧的扩散速度系数αks处于同一数量级，因而氧的扩散速度与炭粒表面的化学反应速度相差不多，这时化学反应速度和氧的扩散速度都对燃烧速度有影响。这个燃烧反映温度区称为过渡燃烧区。在过渡燃烧区内，提高反应系统温度，改善氧的扩散混合条件，强化扩散，才能使燃烧速度加快。

随着燃烧炭粒直径减小，或气流与离子的相对速度增大，氧向炭粒表面的扩散过程加强，燃烧过程的动力燃烧区可以扩散到更高的温度范围，也就是说从动力燃烧区过渡到扩散燃烧区的温度将相应提高，如图55所示。在扩散混合条件不变的情况下，降低反应温度，可以将燃烧过程由扩散燃烧区移向过渡燃烧区甚至动力燃烧区。在煤粉锅炉中，只有那些粗煤粉在炉膛的高温区才有可能接近扩散燃烧。在炉膛燃烧中心以外，大部分煤粉是处于过渡区甚至动力区的。因此提高炉膛温度和氧的扩散速度都可以强化煤粉的燃烧过程。

对层燃炉来说，燃烧块煤时，一般燃烧是在扩散区进行的。因此只要能保证及时着火即可，而过分提高燃烧区的温度对强化燃烧的作用不大，主要应提高气流速度以强化扩散。因此，对于层燃炉，采用强制通风是强化燃烧的主要措施。