대기환경기사 공기비(과잉공기계수) — 정의식과 배기가스 산소 역산

공기비는 실제로 공급한 공기량을 이론 공기량으로 나눈 값이다. 실제 공기량을 A, 이론 공기량을 Ao라 하면 공기비는 A를 Ao로 나눈 값이고, 과잉공기량을 이론 공기량으로 나눈 값에 1을 더한 것과 같다. 공기비가 1이면 이론 공기량과 같고, 1보다 크면 과잉공기가 섞였다는 뜻이다. 질소와 산소의 비율에 계수 4.76을 끼워 넣는 식은 성립하지 않으므로, 정의식과 산소 농도식 두 가지만 정리해 두면 된다.

배기가스에 남은 산소 농도로도 역산한다. 건조 배기가스를 기준으로 21을 (21 − 산소농도)로 나누는 식을 쓴다. 산소가 5%라면 21을 16으로 나눈 약 1.31이 되고, 이 값은 문항의 답과 맞는다. 산소가 6%인 문항의 약 1.38은 이 식에 그대로 넣은 값과 어긋나는데, 재료도 분석식이나 도표에서 읽은 값이라고 적고 있다. 산소와 이산화탄소를 함께 넣는 식을 소개한 해설 역시 그대로 대입하면 값이 보기와 크게 어긋난다고 스스로 밝히고 있으므로, 문항이 제시한 값과 맞는 계산인지 확인하며 쓰는 편이 안전하다.

공기비와 등가비는 서로 역수이다. 등가비에 공기비를 곱하면 1이 되므로, 공기비 1.2인 연소의 등가비는 1을 1.2로 나눈 약 0.83이다. 공기비가 1보다 크면 공기가 남는 희박 연소가 되어 등가비는 1보다 작아지고, 등가비가 1보다 크면 공기가 부족하고 연료가 많은 상태가 된다. 공연비는 연료에 대한 공기의 질량비 또는 부피비를 말한다.

배출가스 중 잉여 산소 농도는 공기비와 함께 움직인다. 공기비 1.6은 과잉공기율 60%를 뜻하고, 완전연소라면 배출가스의 산소는 약 7.9%가 된다. 공기를 더 넣을수록 남는 산소가 늘어나므로, 산소가 많다는 것은 공기비가 크다는 신호이다.

계산 문항은 두 갈래로 나온다. 연소반응식에서 이론 공기량을 먼저 구하는 길과 연소가스량의 비로 근사하는 길이다. 프로판 1kmol에는 이론 공기량이 약 580Sm³이므로 800Sm³를 공급하면 800을 580으로 나눈 약 1.38이 된다. 메탄이 95%인 기체연료 1m³에 공기 12m³를 쓴 경우에는 이론 공기량이 약 9.05m³이므로 약 1.33이 된다. 실제 습연소가스량 15.4Sm³/kg과 이론 습연소가스량 13.1Sm³/kg이 주어지면 그 비인 약 1.18을 공기비로 본다.