연소 이론

연소 이론

   

1. 연료의 연소이론

   

          

        12kg  32kg    44kg

              22.4S㎥  22.4S㎥

   

          

         2kg   16kg      18kg

               11.2S㎥    22.4S㎥

   

          

        32kg  32kg    64kg

              22.4S㎥  22.4S㎥

   

표 1. 공기의 조성과 공기중 산소의 양

   

공기의 조성		산소 1kg에 대해
중량 (%)	용적 (%)	중량 (%)	용적 (%)
산소 23 질소 77	산소 21 질소 79	공기 4.31 질소 3.31	공기 4.77 질소 3.77

   

가) 탄소의 연소

   

① 중량기준

12kg  32kg   107kg    44kg    107kg

 1kg 2.67kg   8.9kg    3.67kg   8.9kg

    

   

   

   

② 용량기준

   

12kg 22.4S㎥ 84.4S㎥   22.4S㎥ 84.4S㎥

 1kg 1.87S㎥ 7.03S㎥   1.87S㎥ 7.03S㎥

   

        

   

   

   

나) 수소의 연소

   

2kg  11.2S㎥  42.2S㎥   22.4S㎥  42.2S㎥

1kg   5.6S㎥  21.2S㎥   11.2S㎥  21.1S㎥

   

         

    

   

2. 연소에 필요한 공기량

   

가. 이론공기량

   

- 연료가 완전연소하는데 필요한 가장 적은 공기량

- 액체 또는 고체연료 1 kg 중에 탄소, 수소, 질소, 황, 회분 및 수분의 중량분율을 각각 C, H, N, S, A, W라 하면 연료 1 kg 연소에 필요한 이론 공기량

는

          

   

          

   

연료 중의 산소가 결합수의 상태로 있고, 그 수소분은 연소에 이용되지 않음으로 공제함. 즉, 산소는 연료 중의 수소와

형태로 결합한 것으로 본다.

와

의 결합은 중량비로 1:8

   

예 1) 탄소 85%, 수소 13%, 황 2%를 함유하는 중유의 연소에 필요한 이론공기량?

        C=0.85, H=0.13, S=0.02

          

          

   

예 2) 탄소 86.6 %, 수소 4 %, 산소 8 %, 황 1.4 %인 중유의 연소에 필요한 이론산소량과 이론 공기량

   

        C=0.866, H=0.04, O=0.08, S=0.014

          

          

   

        이론산소량 = 1.79

   

   

3. 소요공기량

   

- 공기비 : 연료 연소시 이론공기량 만큼을 공급해서는 완전연소가 불가능하므로 실제로는 이론공기량보다 많은 양의 공기를 공급하여야 함.

- 실제로 공급된 공기량을 A라 하면

          

 (m>1)

          

  (과잉공기계수, 공기비)

        과잉공기율

   

- 연소가스 조성으로부터의 근사식

        (건조배기가스 각 성분의 용량 %)

          

   

- 공기비가 클 때 : 연소실 내의 연소온도가 낮아짐.

                        통풍력이 강하여 배기가스에 의한 열손실 증대

                          

 함량이 증가하여 부식이 커짐.

- 공기비가 작을 때 : 불완전연소로 가스의 폭발 위험과 매연발생

   

예 1) 연소가스 중 질소, 산소의 부피 %가

일 때 공기과잉계수 ?

   

- 연소가스 중의

는 과잉공기량의 21%에 상당

          

- 연소가스 중의

: 공급공기량의 79 %에 해당

          

          

          

        ∴

   

예 2) 탄소, 수소의 중량 조성이 각각 86 %, 14 %인 액체연료를 매시 100 kg 연소한 경우의 배가스 분석치가

인 경우 매시 필요한 공기량?

   

이론공기량

          

   

공기비 (m) =

=1.19

   

  ∴ 실제공기량 A =

= 1.19∴11.39 = 13.55

  ∴ 연료 100 kg 당 매시 필요한 공기량 = 13.55×100 = 1355

   

- 연소방법과 공기비

         m 값 : 가스연료 < 미분탄 < 덩어리 상태 석탄

            (1.1～1.2)   (1.2～1.4)   (1.3～2.0)

   

   

4. 연소가스량

   

- 습윤연소가스 (G) : 연료 속의 수분이나 연소에서 생성된 수증기를 함유하는 연소가스

- 건조연소가스 (G') : 수증기를 제거한 가스

   

① 건조연소가스량 (G') 구하는 공식

액체, 고체 연료 중의 C, S의 중량분율을 C, S라 하고 연료가스 중의

와

의 용량분율을

라 하면

∴

(흡수식 가스분석, Orsat 분석에서

는

와 함께 측정됨. 따라서

와 함께 측정됨. 따라서

에는

도 포함됨.)

 동일한 부피 발생

② 습윤연소가스량 (G) 구하는 방법

   

연료 1 kg 중에 수소 h kg이 포함되어있으면

가

h

생성되므로

   

예) 탄소 86 %, 수소 13 %, 황 1 %의 중유 연소시 배가스의 분석치가

13 %,

2 %, CO 1 % 일 때 건조가스량과 습윤가스량 ?

   

        C=0.86, H=0.13, S=0.01,

=0.13, CO=0.01

          

=

        G = G' + 11.2h = 11.5 + 11.2×0.13≒13.0

   

③ 이론연소가스량

습윤이론가스량 (

)

건조이론가스량 (

)

습윤연소가스량 (

)

건조연소가스량 (

)

   

   

   

- 이론공기량

   

- 이론 습윤연소가스량

     (22.4/12)

    

   

   

   

    

   

    

  단, 연료 중에 O, N이 없는 경우

    

 (수분량은 무시)

   

- 이론 건조연소가스량

          

 (수소 및 수분 제외)

          

  단, 연료 중에 O, N이 없는 경우

    

   

- 과잉공기 공급시 연소가스 중의

양

        공기공급량 :

        과잉공급량 :

        연소가스 중의 잔존

:

        연소가스 중의

:

        ∴ 연소가스 중의

량 =

+

                =

   

- 습윤 연소가스량 (G)

          

          

          

          

- 건조연소가스량 (

)

          

   

예제 1)

   

탄소 86 %, 수소 12 %, 황 2 % 조성을 갖는 중유를 연소시 배기가스 분석결과

   

인 경우

   

건조 연소가스 중의

농도?

C=0.86, H=0.12, S=0.02

건조연소가스량

에서

(이론공기량),

(과잉공기계수)를 구해야함.

   

배기가스 중의

=100-(13+3) = 84 %

∴

   

   

   

생성량 = 0.7

= 0.7×0.02 = 0.014

   

 농도 =

   

   

예제 2)

   

탄소 86 %, 수소 13 %, 황 1 % 조성을 갖는 중유를 연소시 배기가스 분석결과

   

,

인 경우

   

건조 연소가스 중의

농도?

   

C=0.86, H=0.13, S=0.01

   

   

   

   

배기가스 중의

= 100 - (13 + 3 + 0.5) = 84 %

∴

   

   

   

생성량 = 0.7

= 0.7×0.01 = 0.007

   

 농도 (ppm) =