[환경공학-대기] 연소공학 : 이론산소량, 이론공기량, 공기비 계산

 

 

 

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1. 연소공학 기본 개념

 

연료는 탄소(C), 수소(H), 황(S), 산소(O), 질소(N), 수분(H2O), 회분(Ash)등이 존재하고 산소에 의해서 연소하는 경우 빛과 열을 발생시킨다.  

 

 

이때 탄소, 수소, 황은 가연성분이라하고 질소, 수분, 회분의 경우를 불(가)연성분이라고 하며 산소의 경우를 조연성분이라고 한다.

 

2. 연소공학에서 이론산소량

 

이론산소량이란 공급되는 모든 연료를 완전연소시키는데 요구되는 산소의 양을 말하며 이때 산소는 공기중의 산소를 보통 말한다. 

 

 

고체나 액체연료의 경우 단위는 1kg당을 기준으로 하며 기체연료의 경우는 1Sm^3을 기준으로 본다.

 

계산하는 공식은 가연성분의 완전연소 반응을 보면 이해하기 쉽다. 기본적인 비례관계를 이용해서 공식을 유도하기 때문이다.

 

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-가연성분의 완전연소 반응식

 

-중량을 기준으로 계산하는 이론산소량

 

 

-부피를 기준으로 계산하는 이론산소량

 

 

위에 오타 있습니다. 단위는 kg/kg이 아닌 Sm^3/kg입니다.

 

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※이때, H- 1/8O는 유효수소이다. 연료반응에 있어서 연료 속 수소가 연료에 일부 존재하는 산소와 반응해서 물을 생성하게 되는데 이에 대당하는 1/8O(무효수소)를 빼준 것이 유효수소이다.

3. 연소공학에서 이론공기량 

 

이론산소량에 대응하는 산소를 포함한 공기의 양을 말한다. 이론공기량은 고체나 액체의 경우 kg을 기준으로 하며 기체의 경우는 1Sm^3을 기준으로 본다

 

 

이때 일반적인 이론공기량의 계산은 이론산소량을 계산한 후 이를 산소의 부피비(체적비) 혹은 질량비로 나누어 계산을 할 수 있다.

 

이때, 공기에서 산소가 차지하는 부피비는 일반적으로 21%, 질량비는 23.2%이다. 따라서 공식은 다음과 같다.

 

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-질량비를 기준으로 계산하는 이론공기량 

 

 

-부피비를 기준으로 계산하는 이론공기량

 

 

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4. 실제공기량과 과잉공기량 그리고 공기비(m) 

 

실제 연소과정에서는 공기 중의 산소와 완전히 접촉하여 반응하지 못하기 때문에 더 많은 공기를 요구하게 된다. 

 

이것을 실제 공기량이라고 하며 실제공기량과 이론공기량의 차이를 과잉공기량이라고 하며 실제공기량과 이론공기량의 비를 공기비(m)이라고 한다. 

 

 

이는 이론공기량에 비해서 몇 %를의 공기를 더 주입하였는지에 대한 것을 나타낸다.

 

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