개념 한 쪽
에너지관리기사 발열량·연소효율 — 이론공기와 과잉공기
연소 계산의 바탕이 되는 이론공기량과 과잉공기의 뜻, 건연소가스와 습연소가스의 관계, 이론공기로 태울 때 이산화탄소가 가장 진해지는 CO2max, 등유·헵테인·메탄의 공기량 계산을 본다.
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뜻
이론공기량은 연료가 완전연소하는 데 필요한 화학량론적 최소 공기량이다. 실제로는 이보다 많은 공기를 넣는데, 이론공기량을 초과해 공급되는 공기가 과잉공기다. 과잉공기를 늘리면 완전연소는 쉬워지지만 배기가스가 가져가는 열이 늘어난다.
건연소가스량은 습연소가스량에서 수증기를 뺀 값이다. 수증기 몫은 연료의 수소와 수분에서 나오며, 식으로는 11.2H+1.25w를 빼는 꼴로 정리한다. 건가스식은 (m−0.21)A+1.87C+0.7S+0.8N 형태로 세운다.
CO2max는 이론공기량으로 완전연소할 때 건조 배기가스 중 이산화탄소가 가질 수 있는 최대 농도다. 공기를 더 넣으면 질소와 산소가 늘어 이산화탄소 농도가 묽어지므로, 실제 CO2 농도와 CO2max를 비교하면 공기비를 역산할 수 있다.
연료별 이론공기량은 반응식으로 구한다. 등유 C₁₀H₂₀은 산소 15mol이 필요해 약 11.4Nm³/kg이고, 헵테인 C₇H₁₆은 산소 11mol이 필요해 약 15.3kg/kg이다. 메탄과 공기가 든 0.3m³ 용기 문제는 과잉공기 20%를 반영한 몰비와 기체 상태방정식으로 메탄 질량 약 38.4g을 얻는다.
예제
선지 판단은 이론공기량을 최소 공기량으로, 과잉공기를 그 초과분으로 정의하는지, 건연소가스량에서 수증기를 빼는지, CO2max를 이론공기 완전연소 때의 최대 농도로 보는지, 등유와 헵테인의 공기량을 반응식으로 구하는지에서 갈린다. 11.4Nm³/kg와 38.4g이 그 예다. 과잉공기를 이론공기량에 포함한다고 본 선지, CO2max를 실제 공기비에서의 농도로 본 선지는 어긋난다.
자주 묻는 물음
- 과잉공기란 무엇인가요?
- 완전연소에 필요한 이론공기량을 초과해 공급되는 공기입니다.
- 건연소가스량은 어떻게 구하나요?
- 습연소가스량에서 수증기 몫을 뺍니다. 수증기는 연료의 수소와 수분에서 나옵니다.
- CO2max는 무엇인가요?
- 이론공기량으로 완전연소할 때 건조 배기가스 중 이산화탄소의 최대 농도입니다.
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