개념 한 쪽
연소는 물질이 산소와 빠르게 반응하여 열과 빛을 방출하는 발열반응이다. 연료와 공기의 혼합 비율, 공급 공기량, 배기가스 처리가 연소 상태와 연소 효율을 결정하므로 연소장치 운전과 안전 관리에서 핵심 개념이다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기 회원용
가입 없이 오늘의 10문제 바로 풀기 →
출제기준 단원 「연소장치」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 연소 정의 판별 | 1 | 연소의 본질이 발열인지 여부를 가려 정답을 택하기 |
| 연소속도와 당량비 | 1 | 기체 연료의 최대 연소속도가 어떤 당량비에서 나타나는지 묻기 |
| 불완전 연소 원인 판단 | 1 | 불완전 연소를 일으키지 않는 요인을 골라내기 |
연소는 연료가 산소와 반응하여 열과 빛을 내는 현상이며, 반응 과정은 발열반응이라는 점이 본질이다. 따라서 열을 흡수하는 흡열반응은 연소의 특징에 해당하지 않는다. 연소의 필수 특성으로는 산소 공급, 빛 발생, 생성물 온도 상승 등이 있다.
연소속도는 연료와 공기의 혼합비에 따라 달라지며, 기체 연료인 일산화탄소와 수소의 경우 최대 연소속도는 보통 이론공기비(당량비 1.0) 부근에서 나타난다. 당량비가 약간 연료가 풍부한 쪽(예: 1.1)에서 피크가 난다는 설명은 본 재료의 설명과 맞지 않으므로 주의해야 한다.
불완전 연소는 연료가 완전히 산화하지 못해 일산화탄소 발생 등 유해배출과 연소효율 저하를 초래하는 현상이다. 주요 원인은 공기 부족, 연료와 공기의 혼합 불량, 배기가스의 불충분한 배출로 정리된다. 불꽃 온도가 높다는 사실 자체는 불완전 연소의 원인으로 보지 않는다.
과잉공기율은 실제 공급한 공기량을 완전연소에 필요한 이론공기량으로 나눈 비율(λ)로 정의된다. 과잉공기율은 연소 상태 판단과 배기가스 분석, 연소 효율 최적화의 핵심 지표이므로 연소장치의 운전에서 반드시 이해해야 한다.
연료별 이론공기량과 연소 반응식을 이용하면 연소에 필요한 산소량과 공기량을 계산할 수 있다. 예를 들어 프로판의 완전연소 반응식은 C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O이므로 프로판 1부피당 산소 5부피가 필요하고, 이로부터 공기량을 산출한다.
예 1) 프로판 10L의 완전연소에 필요한 산소량과 발생 CO2 부피 계산한다. 프로판의 반응식 C3H8 + 5O2 → 3CO2에 따라 기체 부피비는 계수비와 같다. 따라서 산소는 10L × 5 = 50L가 필요하고, 발생하는 이산화탄소는 10L × 3 = 30L이다.
예 2) 연료의 단위당 발열량을 1만 kcal/kg, 이론적으로 요구되는 공기량을 11 m³/kg, 과잉공기율을 30%로 가정하고 이론습가스량을 11.5 m³/kg, 외기온도를 20℃, 연소가스의 평균 비열을 0.31 kcal/(m³·℃)로 보면 이론적인 연소온도를 구하는 절차는 다음과 같다. 총 습가스량은 이론습가스량에 이론공기량에 과잉율을 곱한 값을 더하여 구한다: 11.5 + 11×0.3 = 14.8 m³/kg. 온도 상승치는 단위 연료당 방출되는 열량을 습가스량과 평균 비열의 곱으로 나누어 얻는다: 10000 ÷ (14.8×0.31) ≈ 2178℃. 따라서 이론 연소온도는 외기온도에 온도 상승치를 더하여 약 2198℃가 된다.
다음 중 연소의 관련된 사항이 아닌 것은?
정답 ① · 문제는 연소와 관련된 사항 중 해당하지 않는 것을 묻고 있다. 연소는 산소 공급이 필요하고 빛을 방출할 수 있으며 반응열로 생성물의 온도가 상승하는 발열반응이다.
연소는 발열반응이므로 흡열반응은 연소 관련 사항이 아니며, 산소공급, 빛 발생, 온도 상승이 필수 조건이다.
연소속도에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?
정답 ③ · 문제는 연소속도에 대한 옳지 않은 설명을 찾는 것이다. 연소속도는 화염면이 단위시간에 소비하는 미연소혼합기의 체적을 의미하고, 온도 상승이나 산소분압 증가 등은 연소속도를 높이는 요인이다.
일산화탄소와 수소의 연소속도 피크는 당량비가 1.0보다 약간 풍부한 약 1.1 부근이 아닌, 이론공기비(1.0) 부근에서 나타난다.
불완전 연소의 원인으로 볼 수 없는 것은?
정답 ① · 문제는 불완전 연소의 원인이 아닌 것을 고르는 것이다. 불완전 연소는 공기 부족, 공기와의 불충분한 혼합, 배기가스 배출 불량 등으로 발생하므로 해당 항목들은 원인이 된다.
불완전 연소는 공기 부족, 혼합 불량, 배출 불량 등이 원인이지만 고온 자체는 불완전 연소의 원인이 아니다.
가스산업기사 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.