대기환경기사 연소에 소요되는 실제 공기량 — 이론 공기량에 공기비를 곱한다

실제 공기량은 공기비에 이론 공기량을 곱한 값이다. 이론 공기량을 Ao, 공기비를 m이라 하면 실제 공기량 A는 m과 Ao의 곱이 되고, 실제 공기량에서 이론 공기량을 뺀 나머지가 과잉공기량이다. 그래서 이 세트의 계산은 두 단계로 나뉜다. 먼저 이론 공기량을 정확히 구하고, 그 값에 공급 배수를 곱하거나 나누어 실제 공기량과 공기비를 서로 오간다.

이론 공기량을 세는 길은 세 갈래이다. 첫째는 연료의 원소 성분에서 출발하는 길이다. 탄소 1kg에 산소 2.667kg, 수소 1kg에 8kg, 황 1kg에 1kg이 필요하고 연료 안의 산소는 빼준다. 중유 성분이 탄소 82%, 수소 11%, 황 3%, 산소 1.5%라면 연료 1kg당 산소 약 3.08kg이 필요하고, 공기 중 산소의 질량비 23.2%로 나누면 공기 약 13.28kg이 된다. 연료 사용량 100L/hr에 비중 0.95를 곱한 95kg에 이 값을 곱해 공기 질량 약 1,261.6kg을 얻고, 공기 밀도 1.29kg/Sm³로 나누면 약 978Sm³가 된다.

둘째는 혼합가스의 성분별 값을 부피비로 가중평균하는 길이다. 프로판 1L에 약 23.8L, 부탄 1L에 약 31.0L의 이론 공기량이 필요하므로, 프로판 60%와 부탄 40%의 혼합가스 1L에는 약 26.7L가, 프로판 30%와 부탄 70%라면 약 28.8L가 필요하다.

셋째는 분자식과 몰수로 푸는 길이다. 등유를 C10H20으로 보면 분자량 140에 2kg은 약 14.29몰이고, 1몰당 산소 15몰이 필요하므로 산소 약 214.35몰을 21%로 나눈 뒤 22.4L를 곱해 약 22.8Sm³가 된다. 메탄이 99%인 LNG 3L라면 산소 6L가 필요하고 21%로 나누어 약 28.6L가 된다.

거꾸로 연료의 양을 묻는 문항도 있다. 부탄은 1kg당 이론 공기량이 약 15.5kg이므로, 필요한 공기량 775kg을 15.5로 나누면 부탄 50kg이 된다. 석탄처럼 원소 구성비가 무게비로 주어지면 탄소 70%에 2.67을, 수소 10%에 8을 곱해 더한 뒤 연료 안의 산소를 빼는 순서를 밟는다. 이때 차감하는 방식을 그대로 하느냐 8로 나누어 하느냐는 재료 안에서 갈리므로, 답으로 제시된 값과 맞는 계산을 확인하는 편이 안전하다.