3.3 不完全燃烧的燃烧产物
前已指出，燃料在炉内（或燃烧室内）实际上有时并没有完全燃烧。这方面有两种情况：一种情况是以完全燃烧为目的，但由于设备或操作条件的限制而未能达到完全燃烧。例如，空气供给量不足；空气与燃料在炉内的混合不充分；燃油时雾化不好；燃煤时灰渣中含有碳等情况，都会使燃烧产物中含有可燃气体和烟粒（炭粒），这就造成燃料的浪费。另一种情况则是有意地组织不完全燃烧，以得到炉内的还原性气氛。例如，金属的敞焰无氧加热、热处理用的某些保护气氛的产生等，都是靠采用不完全燃烧技术来实现的。这时就要求严格控制不完全燃烧的燃烧产物的成分。此外，在高温下CO2和H2O等气体分解也会产生CO、H2等可燃气体，但在中温或低温炉内，其量很小而可忽略不计。
由于造成不完全燃烧的原因是各种各样的，所以其中有些因素的影响很难用理论计算方法计算，因此，不完全燃烧时的烟气量不能像完全燃烧时的那样直接由燃料成分求出，一般只有在已知烟气成分的条件下才能求出不完全燃烧时的烟气量。
3.3.1 不完全燃烧产物生成量的变化
设在空气中燃烧，燃烧产物中的可燃物仅有CO、H2和CH4，这些可燃物的燃烧反应式如下（为讨论问题方便起见，把空气中的O2和N2均写入反应式，但不计算空气中的水分）。
（3-40）
该反应式的左边相当于不完全燃烧产物中可燃组成部分；右边相当于该部分的完全燃烧产物。由该反应式可以看出不完全燃烧产物与完全燃烧产物相比的变化。
当α≥1，即空气过量时，由反应式（3-40）可知，当燃烧产物中有CO2和O2时（并剩余相应量的N2），和完全燃烧时相比，产物的生成量是增加了。反应式左边的体积为1+0.5+1.88，而右边是1+1.88，即燃烧产物中若有1m3的CO，则使燃烧产物体积增加0.5m3。
同理，燃烧产物中每含1m3H2，也会使体积增加0.5m3。含CH4则不引起燃烧产物体积的变化。
如果以
表示实际的不完全燃烧产物的生成量，
表示如果完全燃烧时的产物生成量，则有：
（3-41）
（3-42）
（3-43）
故有：
（3-44）
如果只是讨论干燃烧产物生成量（不包括水分在内的燃烧产物生成量）的变化，则由反应式（3-40）可以看出：
（3-45）
故有：
（3-46）
由此可知，在有过剩空气存在的情况下，如果由于混合不充分而发生不完全燃烧的情况，燃烧产物的体积将比完全燃烧时增加。不完全燃烧的程度越严重，燃烧产物的体积增加得就越多。
当α<1时，相当于空气供应不足（燃料过剩），存在两种情况：一种情况是燃料与空气的混合是充分均匀的，那么燃烧产物中可能有CO、H2及CH4等可燃产物，但不会有O2。
由反应式（3-40）可以看出，为使不完全燃烧产物中的1m3的CO完全燃烧，应再加进0.5m3的O2和相应的1.88m3的N2，而生成1m3的CO2和1.88m3的N2。燃烧产物的生成量由不完全燃烧的1m3变为（如果）完全燃烧的（1+1.88）m3，反过来讲，即不完全燃烧时，当燃烧产物中有1m3的CO时，便使产物的体积比完全燃烧时减少了1.88m3。
同理，1m3的H2也使产物体积减小1.88m3；1m3的CH4使产物体积减小9.52m3。
故知：
（3-47）
（3-48）
故有：
（3-49）
对于干燃烧产物生成量来说，同理可得到：
（3-50）
由此可以看出，当空气供给不足（α<1）而又充分均匀混合（燃烧产物中
）的情况下，将会使产物生成量比完全燃烧时有所减少；不完全燃烧程度越严重，生成量将越减少。
α<1时也会有另一种情况，即混合并不充分而使产物中仍存在O2，即
。那么这时为使不完全燃烧产物中的可燃物燃烧，便可少加一部分空气，其量为：
（3-51）
据此便可对式（3-49）和式（3-50）加以修正。即当α<1，且O'2≠0时：
（3-52）
（3-53）
按式（3-52）和式（3-53）分析，产物生成量的变化要看
与
两项之差。若差为“+”，则
；如差为“-”，则
。一般情况下，α<1时，
是比较小的，多使这两项为“+”，所以将会使燃烧产物生成量有所减少。
如果已知不完全燃烧产物的成分［讨论
时，应用产物的湿成分；讨论
时，应用产物的干成分］，便可根据这些公式估计不完全燃烧产物的生成量。
3.3.2 不完全燃烧产物成分和生成量的计算
和完全燃烧计算原理一样，不完全燃烧计算也是按反应前后的物质平衡计算的。因此只能对由于氧化剂供应不足（α<1）而造成的不完全燃烧进行计算，并认为混合是充分均匀的。在这样的条件下，燃烧产物的组成除了CO2、SO2、H2O、N2外，尚有可燃物。可燃物包括可燃气体及固体炭粒（烟粒），它的具体组成与燃料成分、温度和氧气消耗系数有关。一般不完全燃烧产物中的可燃气体包括CO、H2、CH4、H等，其中H只有在高温下含量才较多，而CH4只是在低温下才较多。按照静力学计算结果，产物中固体炭粒的含量只是在低温和氧气消耗系数很小的情况下才较多。对于一般用还原性气氛的工业炉，如无氧化加热炉或热处理炉，其温度大多在1000～1600K之间，而氧气（空气）消耗系数多在0.3以上。因此，为了简化计算，炭粒含量可忽略，故燃烧产物生成量为：
（3-54）
成分组成为：
（3-55）
式中，
，
，其余类推。
因此，为计算燃烧产物的生成量或燃烧产物的成分，需求出
、
、
等六个未知数。
已知燃料成分、空气消耗系数和燃烧反应的平衡温度，可列出以下六个方程式，以求上述六个未知量（未计空气中的水分）。
（1）碳平衡方程
（3-56）
对于固、液体燃料，可写为：
（3-57）
即：
（3-58）
对于气体燃料，可写为：
（3-59）
（2）氢平衡方程
（3-60）
对于固、液体燃料，可写为：
（3-61）
对于气体燃料，可写为：
（3-62）
（3）氧平衡方程
（3-63）
对于固、液体燃料，可写为：
（3-64）
对于气体燃料，可写为：
（3-65）
（4）氮平衡方程
（3-66）
对于固、液体燃料，可写为：
（3-67）
对于气体燃料，可写为：
（3-68）
（5）水煤气反应的平衡常数
（3-69）
（3-70）
（6）甲烷分解反应的平衡常数
（3-71）
（3-72）
式（3-70）和式（3-72）中的平衡常数仅是温度的函数，如已知燃烧产物的实际平衡温度，则可由相关附表中查得该平衡常数。
根据式（3-54）和式（3-55）之间的关系，则式（3-70）和式（3-72）之分压
、pCO等可以换算为
、VCO等。
在运算式（3-70）和式（3-72）时，如果燃烧室（炉膛）内的气体平衡压力接近1个大气压（大多数工业炉如此），那么式中各组成的分压将在数值上与各组成的成分相等。
联立求解式（3-56）～式（3-72），便可求出六个组成的生成量，以及燃烧产物生成量和燃烧产物的成分。当估计到燃烧产物中的甲烷含量甚微而可忽略不计时，则可略去方程式（3-72），然后联立求解其他五个方程式即可。
显然，上述运算过程是比较复杂的，必须借助计算机完成。