공기비 공식

안녕하세요 H&K ENVIRONMENT의 K입니다.

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요즘 데이트폭력, 10대 소년의 친할머니 살해, 20개월 딸을 아버지가 성폭행 살해 등등 비보가 많이 들립니다.

안타깝네요. 경각심을 위해 언론에서 이러한 사실을 숨김없이 지속적으로 보도했음 좋겠습니다.

“자신이 살아보지 못한 부모의 삶은 자녀에게 그 무엇보다 강한 심리적 영향을 끼친다."

- 칼융, 스위스 정신과 의사 (콤플렉스, 내향형/외향형 단어정의) -

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이번에는 대기 – 연료 연소 관련 공기비에 대해서 말씀드리려고 합니다.

공기비란 연료를 연소할 때 필요한 이론공기량과 실제공기량의 비율을 의미합니다.

연료를 연소할 때 이론적으로 필요한 공기량은 이상적인 조건에서의 값이고

연소온도의 변화, 일정하지 않은 공기주입량 등등 다양한 요인으로 인해 실제공기량은 이론공기량과 차이가 있어

공기비를 구할 수 있습니다.

그렇다면 공기비를 왜 알아야 할까요?

 

<공기비가 작을 경우>

1) 연소가스 중의 일산화탄소, 탄화수소 농도 증가로 법적 배출허용기준 초과

2) 매연, 검댕 발생량 증가

3) 연소효율 저하

 

<공기비가 클 경우>

1) 연소실 연소온도 감소로 열손실 증대

2) SO2, NO2 함량이 증가해 부식 혹은 법적 배출허용기준 초과

3) 방지시설 용량이 커짐(설치/운영비용 증가)

4) 희석효과가 높아서 연소 생성물의 농도 감소

 

공기비는 어떻게 계산할까요?

 

1. 실제공기량(A)과 이론공기량(Ao)이 존재할 때

 

2. 오르자트 분석법에 의한 배출가스 분석

*오르자트 분석법: 시료를 흡수액에 통과시켜 산소/탄산가스를 흡수시켜 시료의 부피감소량으로부터 시료 중의 가스 농도를 분석하는 방법 (대기공정시험기준, ES01314.2a)

 

*유도

공기의 구성비는 부피 기준으로 79% 질소 21% 산소로 구성되어있다고 가정하고 만든 공식으로 판단됩니다. (기타 물질은 1% 미만)

 

1) 실제공기량: 공기에는 79%가 질소이므로 실제공기량으로 환산해주는 절차 필요

    따라서, 실제공기량은 공기(100)/질소(79) * 질소부피(Sm3)로 산정

2) 이론공기량: 이론공기량은 이상적으로 산소가 전량 반응하기 때문에 배출가스에 산소가 포함되지 않아

    실제공기량에서 배출가스의 산소부피(Sm3)를 빼줍니다.

 

여기서 유의할 점은 이상적으로 산소가 반응하면 일산화탄소가 아닌 전량 이산화탄소가 생성된다는 점입니다.

하지만, 실제 연소에서는 일산화탄소가 생성되었으므로 배출가스의 산소부피에서 일산화탄소(실제연소)→이산화탄소(이상연소)를 생성하는데 필요한 산소의 부피를 제외합니다.

 

* 일산화탄소의 분자식은 CO이고 이산화탄소는 CO2입니다. 반응식은 CO + 1/2O2 = CO2, 부피기준 O2=0.5CO. 따라서, 이산화탄소가 생성되려면 더 많은 산소 필요

 

3. 배출가스 중 O2%가 존재할 때

 

*유도

1) O2 = 0.21(m-1)Ao인 이유는 “배출가스”의 산소 농도이므로 과잉산소량(0.21mAo)에서 연소에 사용된 산소량(0.21Ao)을 제외한 것

2) 마지막 식에서 분모, 분자에 N2를 나눔으로써 3.과 같은 식이 완성됩니다. 3.의 O2%가 유도식의 79O2/N2와 어떻게 동일한지는 생각해보시기 바랍니다.

 

 

4. CO2max(%)와 CO2(%)를 이용하는 방법

- CO2: 과잉공기를 사용하지 않고 가연물을 산화했을 때 발생하는 “배출가스”의 CO2 부피 백분율

- CO2max: 과잉공기를 사용하여 연료의 불완전연소로 인한 CO생성 없이 완전연소로 CO2만 배출됐을 때 “배출가스”의 CO2 최대백분율

 

감사합니다.