대기오염방지기술 연소 — 연소 이론과 이론공기량 계산

연소 이론 문제는 연료의 조성 또는 분자식을 주고 완전연소에 필요한 산소량과 공기량을 계산하도록 요구한다. 기본 흐름은 연료량을 몰수 또는 질량으로 환산한 뒤 연소 화학양론 계수로 산소 소요량을 구하고, 공기 중 산소 분율로 나누어 공기량을 얻는 것이다. 표준 상태 기체 몰부피를 적용하면 부피 단위(Nm3, Sm3)로 표현한다.

성분 비율이 주어진 액체연료의 경우 탄소·수소·황 각각이 요구하는 산소 질량을 계수(예: 탄소당 2.67kg O2, 수소당 8kg O2, 황당 1kg O2 등)로 계산하여 합산하고, 공기 중 산소 질량비(문헌에서는 약 23% 등 재료 내 수치가 사용됨)로 나누어 공기 질량을 얻는다. 이어 공기 밀도 또는 표준 몰부피를 적용해 부피로 환산한다.

기체 연료나 화합물(예: 메탄올, 프로판)은 분자식과 반응계수를 이용하여 몰 단위로 계산하는 것이 직관적이다. 메탄올의 경우 1몰당 O2 1.5몰이 필요하므로 연료 몰수를 곱해 필요한 O2 몰수를 구한 뒤 공기 몰수로 환산하고 표준 몰부피를 적용하면 이론공기량이 산출된다.

공기비(m)는 실제 공급된 공기량과 이론 공기량의 비로 정의되며, 실제 배출가스의 습·건 조건이나 분석치(예: 배출가스 내 N2%)를 이용해 역산할 수도 있다. 연소 생성가스량은 수증기를 제외한 건조 가스의 정의를 확인한 뒤 공기 중 질소 잔존량과 CO2 생성량 등을 고려해 근사치로 산정한다.