대기환경기사 연소의 정의 — 착화온도와 매연 발생

착화온도는 연료가 불꽃이나 화염 없이 스스로 타기 시작하는 가장 낮은 온도이다. 이 온도를 낮추는 조건은 연소가 쉬워지는 조건과 같다. 공기의 산소 농도가 높을수록, 압력이 높을수록 착화온도는 낮아진다. 연료가 가루처럼 잘게 나뉘어 비표면적이 클수록 공기와 닿는 면이 넓어져 낮아진다. 분자가 반응을 일으키기 위해 넘어야 하는 활성화 에너지가 작을수록 낮아진다.

반대로 온도를 높이는 조건도 정해져 있다. 동질성 물질에서는 발열량이 클수록 연소로 생기는 열이 많아 착화온도가 낮아지고, 발열량이 작을수록 착화온도는 높아진다. 화학결합의 활성도, 곧 반응성이 작을수록 분자가 잘 반응하지 않으므로 더 높은 온도가 필요해 착화온도가 높아진다. 그래서 「발열량이 작을수록 착화온도가 낮아진다」거나 「활성도가 작을수록 낮아진다」고 적은 선지는 관계를 뒤집은 것이다. 반면 분자구조의 복잡성은 착화점을 낮추거나 높이는 조건으로 단정할 자리가 아니다.

매연은 연소하지 못하고 남은 탄소가 뭉친 것이다. 연료의 탄소와 수소의 비율(C/H 비)이 클수록, 곧 수소에 비해 탄소가 많을수록 매연이 늘어난다. 탄화수소 분자에서 탄소와 탄소의 결합을 끊기보다 수소를 떼어내는 탈수소 반응이 잘 일어나는 연료, 분해가 쉬워 고리화나 중합이 잘 일어나는 구조의 연료도 매연을 많이 낸다. 반대로 분해와 산화가 쉬운 연료는 잘 타서 매연이 적다. 그래서 천연가스나 LPG처럼 분해와 산화가 쉬운 연료는 매연이 적고, 중유나 코우크스처럼 탄소 함량이 높은 연료일수록 매연이 많아진다.