[2. 연소공학] 04 등가비와 연소열화학

 

01 등가비(φ, equivalent ratio)

1. 등가비 정의

이론적인 연공비(공연비의 역수)에 대해 실제 연소되는 연공비가 몇배 되는가를 표시한 것(=당량비)

 

등가비(φ)

=[실제연료량/산화제의 비] / [완전 연소를 위한 이상적 연료량/산화제의 비]

공기비(m) = 1/φ

 

※ 등가비와 연소관계

종류	특징
φ =1	완전연소, 연료와 산화제의 혼합이 이상적
φ > 1	연료 과잉, 공기부족, 불완전연소	CO증가, NOx감소
φ < 1	공기 과잉, 연료부족, 완전연소가 기대됨	CO감소,  NOx 증가

 

02 연소열화학

※ (Gibbs) 깁스자유에너지

① 평형상태에서는  ΔG=0이다 

② ΔG <0 이면 반응은 자발적이다

③ 엔트로피가 증가할수록 깁스에너지는 감소함

④ 혼합물의 경우 ΔG 는 반응물과 생성물의 농도에 관계함

 

1. 발열량

1) 고체/액체 연료의 저발열량(HL) : Dulong식

① 고발열량(Hh)이 제시되지 않고 원소조성(C H S O)이 제시된 경우

Hh (kcal/kg) = 8100C + 34000 (H-O/8) + 2500S

HL (kcal/kg) = Hh - 600(9H +W)

② 고발열량(Hh)이 제시된 경우

HL(kcal/kg) =Hh - 600 (9H+W)

 

2) 기체연료의 저발열량(HL)

HL(kcal/S㎥) = Hh - 480∑H₂O

 

3) 저발열량을 이용한 이론공기량(Ao), 이론가스량(Go) : Rosin 식

① 고체연료 : Ao(S㎥/kg) = 1.01 × (HL/1000)+ 0.5

② 액체연료 :  Ao(S㎥/kg) = 0.85 × (HL/1000) + 2.0

③ 이론가스량 : Go(S㎥/kg) = 1.11 × (HL/1000)

 

4) 이론연소 온도(to)

이론연소온도 공식

to = ( HL / G × Cp ) + t

 

5) 연소실 열발생율

연소실 단위용적당 단위시간에 발생되는 열량을 말함 (= 연소실 열부하)

Qc = ( HL × Gf ) / V (kcal/㎥·hr)

 

6) 폭발범위 

가연성 액체의 증기 또는 가연성가스가 공기 또는 산소와 적당한 비율로 혼합되었을때 , 여기에 점화를 시키면 폭발을 일으킴, 이 적당한 혼합비율의 범위를 폭발범위라고 함

① 폭발범위는 압력 및 온도가 높아지면 넓어짐

② 가스의 압력이 높아지면 하한값은 크게 변하지 않지만 상한값은 높아짐

③ 폭발한계 농도 이하에서는 폭발성 혼합가스를 생성하기 어려움

④ 폭발하한농도가 낮을수록 위험도가 증가하며 , 폭발상한과 폭발하한의 차이가 클수록 위험도가 커짐

 

※ 르샤틀리에의 혼합기체의 폭발범위 관계식

원리 : 열역학적 평형이동에 관한 원리, 평형상태에 있는 물질의 온도나 압력을 변화시키면 그 변화를 감소시키는 방향으로 로 반응이 진행되어 새로운 평형에 도달

(L : 폭발범위, Vn : 각 성분 가스의 체적(%), Ln : 각 성분 단일의 연소한계(상한 혹은 하한)