개념 한 쪽
에너지관리기사 연소부하산출 — 혼합 하한과 연소온도
연소부하를 다룰 때는 혼합기체의 연소하한과 이론 연소온도를 계산한다. 르 샤틀리에식으로 섞인 가스의 하한을 구하는 법, 발열량과 연소가스량으로 온도상승폭을 구하는 법, 화염온도를 높이는 조작과 버너의 유속·무화 방식을 본다.
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뜻
혼합기체의 연소하한은 르 샤틀리에식으로 구한다. L=100÷(V₁/L₁+V₂/L₂+V₃/L₃) 꼴이며, 메탄 50V%, 에탄 25V%, 프로판 25V%이고 각 하한이 5, 3, 2.1V%라면 100÷(50/5+25/3+25/2.1)=100÷30.24≈3.3%다.
이론 연소온도는 발열량을 연소가스량과 정압비열의 곱으로 나눠 온도상승폭을 구한 뒤 초기온도를 더한다. 연소가스량 10Nm³/kg, 정압비열 1.34kJ/Nm³·℃, 저위발열량 27,200kJ/kg이면 27,200÷(10×1.34)≈2,030℃가 오르고, 초기온도 5℃를 더해 약 2,035℃가 된다.
화염온도를 높이려면 공기비를 1에 가깝게 한다. 과잉공기를 늘리면 열을 나눠 가질 연소가스가 많아져 화염온도가 내려간다. 분젠 버너에서 가스 유출속도를 빠르게 하면 화염 전파속도를 앞질러 블로우오프가 일어나 불꽃이 엉클어지며 짧아진다.
버너는 무화 방식으로도 갈린다. 고압기류식 버너는 고압 증기나 공기의 운동에너지로 연료를 무화하므로 높은 유압이 필요 없고 점도가 높은 연료도 무화할 수 있다. 기체연료는 회분이 적고 점화·소화·완전연소가 쉽지만, 누설되면 폭발 혼합기를 만들어 인화·폭발 위험이 크다.
예제
선지 판단은 혼합 하한을 르 샤틀리에식으로 계산해 약 3.3%를 얻는지, 이론 연소온도에 초기온도를 더하는지, 화염온도를 높이려면 공기비를 1에 가깝게 한다고 보는지, 고압기류식 버너가 고점도 연료를 무화한다고 보는지에서 갈린다. 3.3%와 2,035℃가 그 예다. 과잉공기를 늘리면 화염온도가 오른다고 본 선지, 기체연료의 누설 위험이 작다고 본 선지는 어긋난다.
자주 묻는 물음
- 메탄 50%, 에탄 25%, 프로판 25% 혼합기의 연소하한은 얼마인가요?
- 르 샤틀리에식으로 100÷(50/5+25/3+25/2.1)≈3.3%입니다.
- 이론 연소온도는 어떻게 구하나요?
- 발열량÷(연소가스량×정압비열)로 온도상승폭을 구한 뒤 초기온도를 더합니다. 예시는 약 2,035℃입니다.
- 화염온도를 높이려면 공기비를 어떻게 해야 하나요?
- 1에 가깝게 합니다. 과잉공기가 많으면 연소가스가 열을 나눠 가져 온도가 내려갑니다.
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