가스산업기사 연소계산 — 이론 공기량과 연소 형태

연소는 가연성 물질이 산소와 급격한 화학반응을 일으켜 열과 빛을 방출하는 현상이다. 탄화수소나 탄소만 반응하는 것이 아니라 수소 등 다양한 가연성 물질이 산소와 결합하는 넓은 범위의 반응이다. 그래서 정의를 판단할 때는 가연물과 산소가 만난다는 점, 그리고 열과 빛이 나온다는 점을 함께 본다. 이산화탄소와 수증기의 생성은 결과일 뿐 정의의 핵심이 아니다.

협의의 연소는 산소와의 빠른 산화반응으로 열과 빛을 방출하는 경우를 가리킨다. 금속 나트륨이 공기 중에서 산화하며 타오르는 것은 강한 빛과 열을 내므로 연소에 해당한다. 반면 금속의 녹 생성이나 석탄의 풍화는 매우 느린 변화이고, 질소와 산소의 반응도 일반적인 연소로 분류하지 않는다. 판단 기준은 발열과 발광, 그리고 빠른 산화라는 세 가지다.

연료와 공기가 언제 섞이는지에 따라 연소 형태가 갈린다. 예혼합 연소는 연료와 공기가 착화 전에 이미 섞인 상태로, 불이 붙으면 화염이 혼합 가스 전체로 연속 전파된다. 그래서 혼합비가 일정하게 유지되고 화염 길이도 비교적 짧다. 확산 연소는 연료와 공기가 미리 섞이지 않고 연소 과정에서 만나며 타는 형태로, 분젠버너의 공기 흡입구를 닫았을 때나 가스라이터의 연소가 여기에 해당한다.

액체연료는 그대로 태우기 어려워 먼저 미세한 입자로 무화시킨다. 이 무화를 위해 공급하는 공기가 1차 공기이고, 연소 공간에서 실제 연소를 완성하는 공기는 2차 공기다. 고체연료에서는 고체 탄소가 관여하는 반응을 비기상 반응으로 구분한다. C와 CO2의 반응은 고체 표면에서 일어나지만, CO와 O2, H2와 O2, CO와 H2O의 반응은 기체 분자 사이에서 일어나는 기상 반응이다.

고체 연료가 적열된 표면에 산소가 직접 닿아 화염 없이 타는 것은 표면연소다. 숯이나 코오크스의 연소에서 관찰된다. 그을음은 불완전 연소의 산물이라 연료의 비중이 높을수록, 잔류탄소가 많을수록, 공기비가 낮을수록 늘어난다. 분무 입경이 크면 표면적이 작아져 공기와의 혼합이 나빠지므로 그을음은 오히려 많아진다.