개념 한 쪽
에너지관리기사 이론공기량 — 연료별 산출
연료마다 완전연소에 필요한 공기량은 분자식과 조성으로 정해진다. 탄화수소 가스의 일반식, 프로판 1Nm³과 1kg의 공기량, 메탄의 습윤 연소가스량, 탄소와 혼합기체의 계산, 과잉공기가 붙은 실제 건연소가스량을 본다.
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뜻
분자식 CmHn인 탄화수소 가스 1Nm³에 필요한 산소는 m+n/4 Nm³이고, 이론공기량은 그 4.76배인 4.76m+1.19n Nm³다. 프로판은 C₃H₈이므로 산소 5Nm³, 공기 5÷0.21≈23.8Nm³가 된다.
같은 프로판이라도 1kg 기준이면 답이 달라진다. 1kmol이 44kg이고 1kmol에 공기 5÷0.21kmol이 들므로, 1kg당 이론공기량은 약 12.1Sm³/kg이다. 단위가 Nm³인지 kg인지 먼저 확인해야 하는 까닭이다.
메탄을 이론공기량으로 태우면 연소가스는 이산화탄소 1, 수증기 2, 공기에서 따라온 질소 2÷0.21×0.79≈7.52를 더해 약 10.5Nm³/Nm³가 된다. 물을 수증기 상태로 세는 습식 기준이다.
탄소 1kg을 태우면 이산화탄소와 질소를 합쳐 약 12.59kg/kg의 연소가스가 나온다. 질량 기준으로 세는 문제인지 체적 기준인지도 구분해야 한다. 수소 45%, 일산화탄소 40%, 메탄 15%인 기체연료는 각 성분의 산소 요구량을 더해 이론공기량 약 3.46m³/m³를 얻는다.
과잉공기가 붙으면 실제 건연소가스량은 이론 건연소가스량에 이론공기량×(공기비−1)을 더한 값이다. 이론 건연소가스량 9.9, 이론공기량 10.5, 과잉공기 10%라면 9.9+10.5×0.1=10.95Nm³/kg이다.
예제
선지 판단은 CmHn에 4.76m+1.19n을 적용하는지, 프로판 1Nm³에 23.8Nm³를 얻는지, 1kg 기준으로는 12.1Sm³를 얻는지, 실제 건연소가스량에 과잉공기 몫을 더하는지에서 갈린다. 23.8Nm³와 10.95Nm³/kg이 그 예다. 프로판 1kg에 23.8Nm³를 그대로 쓴 선지, 과잉공기 몫을 빼고 계산한 선지는 어긋난다.
자주 묻는 물음
- CmHn 가스 1Nm³의 이론공기량은 얼마인가요?
- 4.76m+1.19n Nm³입니다. 산소 m+n/4에 공기 중 산소 비율을 반영한 값입니다.
- 프로판 1Nm³와 1kg의 이론공기량은 각각 얼마인가요?
- 1Nm³에는 약 23.8Nm³, 1kg에는 약 12.1Sm³입니다. 기준 단위가 다릅니다.
- 과잉공기 10%일 때 실제 건연소가스량은 어떻게 구하나요?
- 이론 건연소가스량에 이론공기량×0.1을 더합니다. 9.9+10.5×0.1=10.95Nm³/kg입니다.
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