3.4.1 石油的能源利用
石油的能源利用就是将石油作为能源的载体，通过一系列的手段将其中所含的化学能转化为热能（当然，也包括进一步将热能转化为机械能或电能）的利用方法。石油的能源化利用分三种：原油直接作为燃料燃烧、石油炼制产品的燃烧、石油炼制后重油的燃烧。其中，石油炼制产品的燃烧是目前石油能源化利用的最主要方式。
3.4.1.1 原油直接燃烧
习惯上把未经加工处理的石油称为原油。常温条件下，原油是一种黑褐色并带有绿色荧光、具有特殊气味的黏稠性油状液体，是烷烃、环烷烃、芳香烃和烯烃等多种液态烃的混合物。主要成分是碳和氢两种元素，分别占83%～87%和11%～14%；还有少量的硫、氧、氮和微量的磷、砷、钾、钠、钙、镁、镍、铁、钒等元素。其比例为0.78～0.97，分子量为280～300，凝固点为-50～24℃。
石油是多种物质的混合物，可以直接燃烧，最早的关于石油的古书记载的就是石油在自然界中的燃烧。与煤炭一样，石油燃烧也会放出大量的热量。但由于石油中含有很多的杂质，导致石油的易燃度降低，难以着火，而且放热量减少，从而造成能源的浪费。另外，原油直接燃烧会生成多种有毒有害的气体，主要有氮氧化物、一氧化碳、二氧化硫和非甲烷烃类等气体，同时产生大量的浓烟。其中的氮氧化物包括一氧化二氮（N2O）、一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、三氧化二氮（N2O3）、四氧化二氮（N2O4）和五氧化二氮（N2O5）等。除二氧化氮以外，其他氮氧化物均极不稳定，遇光、湿或热变成二氧化氮及一氧化氮，一氧化氮又变为二氧化氮。二氧化硫、氮氧化物都具有不同程度的毒性，而且是形成酸雨的主要物质，非甲烷烃与氮氧化物是形成光化学烟雾的必要条件，会对环境造成严重的污染。
因此，现在基本不将原油直接用作燃料燃烧，而是将原油经炼制加工制成多种石油产品，如石油燃料、石油溶剂与化工原料、润滑油、石蜡、石油沥青、石油焦等，提高其利用价值。
3.4.1.2 石油炼制产品的燃烧
石油炼制的原理是利用石油中各种不同成分具有不同沸点的特点，将原油加热，从而在不同温度范围内（称为馏程）获得不同的石油产品，其中各种燃料油产量最大，接近总产量的90%。
燃料油的燃烧方法有内燃和外燃两种方式。内燃是在发动机气缸内部极为有限的空间进行高压燃烧，是一种瞬间的燃烧过程，如汽车发动机、柴油发动机等。外燃是不在机器内燃烧而在燃烧室内燃烧，并直接利用燃烧发出的热量，如锅炉、窑炉内进行的燃烧。
油燃烧的全过程包含着油加热蒸发（传热过程）、油蒸气和助燃空气的混合（物质扩散过程）和着火燃烧（化学反应）3个过程，其中油加热蒸发是制约燃烧速率的关键。为了加速油的蒸发，主要的方法是扩大油的蒸发面积，通常油总是被雾化成细小油滴参与燃烧。油雾化质量的好坏直接影响燃烧效率。
雾化细度是衡量雾化质量的一个主要指标，通常雾化气流中油滴的大小各不相同，油滴直径越小，单位质量的表面积就越大。例如，1cm3球形油滴的表面积仅为4.83cm2，如将它分成107个直径相同的小油滴，其表面积将增加250倍，达到1200cm3。
从雾化的角度来说，不仅雾化油滴的平均直径要小，而且要求油滴大小尽量均匀。影响雾化质量的主要因素是喷射速度和燃油温度。研究表明，雾化油滴的尺寸取决于油气间相对速度的平方，相对速度越大，雾化油滴越细；燃油温度越高，表面张力和黏度下降，雾化油滴的直径变小。
为了实现油的高效低污染燃烧，需要提高燃油的雾化质量和实现良好的配风。
3.4.1.3 石油炼制后重油的燃烧
石油炼制得到炼制产品后剩下的组分俗称重油，是一种很有特色的化石燃料：与煤相比，燃烧洁净，热值高；与天然气相比，安全、易于储存且不受地域限制；与轻油相比，经济便宜。近年来，随着优质燃油和天然气的价格不断上涨，重油作为替代动力燃料越来越受到人们的重视。但由于重油的闪点较高，常态下难于着火燃烧；由于重油中高分子烃类化合物含量高，不易燃尽，在燃烧过程中易排放大量的污染性气体，如SO2和NOx等，并由于不完全燃烧而产生烃类气体、CO和碳粒子。为了加强重油与空气的混合，稳定火焰，以及避免灰积淀，在重油燃烧中往往采取提高燃烧空气流速及旋转空气等措施，但同时带来了增加噪声排放的问题。另外，当负荷增加时，不完全燃烧损失及有害气体排放明显增加；而当负荷减小时，燃烧工况恶化，甚至出现熄火现象。
针对重油燃烧中存在的问题，目前在改善重油燃烧方面采取的主要措施有：
① 预热和旋转空气。雾化空气一方面可以降低反应活化能，改善重油的着火条件；另一方面可以提高燃烧温度，有助于实现完全燃烧。而旋转空气不但可以加强油与气的混合，实现均匀燃烧，减少析碳和有害气体的排放，而且还可增加径向气体动量，有利于稳定燃烧火焰。
② 改善雾化质量，包括油的预热、加压均匀化、加水（或其他轻烃）乳化、气泡雾化等。
③ 控制燃烧区中氧的浓度。常用的控制方法有等当量燃烧、分级燃烧和废气循环燃烧等。
在目前的燃烧工艺中，重油都是以“油滴”状态燃烧，燃烧过程和蒸发过程同时发生，燃烧过程中总是存有“油核”。理论上，一种高效低排污的燃烧工况只有在燃料与空气均匀混合的条件下才能实现，即只有气态燃料才能实现与空气的完全均匀混合。要实现重油高效、低成本、低排污的燃烧目标，应设法让重油与空气实现预混燃烧。采用预蒸发技术即可达到这一目标。