1. 연소
- 연소란 빛과 열을 수반하는 급격한 산화 현상이며 발열 화학반응을 한다.
- 연소 되기 위해서는 착화온도까지 가열해야 하고 공기 또는 산소의 공급이 필요하다.
- 연소의 3요소는 가연물, 산소공급원, 점화원이다.
2. 열량
- 열(에너지)의 물리량을 열량이라 한다.
- 단위는 cal or kcal로 나타낸다.
- kcal이란 1atm(760mmHg)에서 순수한 물 1kg을 1℃ 올리는데 필요한 열량을 의미한다.
3. 반응열
- 화학반응 시 열의 방출이나 흡수가 일어날 때 생기는 열을 의미한다.
- Hess 법칙이란? 반응열의 양은 반응이 일어나는 과정에 무관하고 반응 전후에서의 물질 및 그 상태에 의해서 결정된다는 법칙이다.
4. 착화온도
- 가연물 물질이 외부로부터 가열이 필요하지 않고 스스로 발생하는 연소열로 연소를 계속할 수 있는 최저의 온도, 즉 연료 자신의 연소열에 의하여 연소를 계속하게 되는 온도를 의미하며 착화온도가 낮은 물질일수록 위험성이 크다.
- 착화점, 발화점, 발화온도라고 한다.
- 특징
- 분자구조가 간단할수록 착화온도는 높아진다.
- 화학결합의 활성도가 클수록 착화온도는 낮아진다.
- 화학 반응성이 클수록 착화온도는 낮아진다.
- 동질 물질인 경우 화학적으로 발열량이 많을수록 착화온도는 낮아진다.
- 공기 중의 산소농도 및 압력이 높을수록 착화온도는 낮아진다.
- 석탄의 탄화도가 작을수록 착화온도는 낮아진다.
- 비표면적이 클수록 착화온도는 낮아진다.
5. 연료의 연소
- 연료란 연소 시에 발생하는 열을 경제적으로 이용할 수 있는 가연성 물질로서 고체연료, 액체연료, 기체연료로 크게 구분된다.
6. 고체연료의 연소
- 석탄, 코크스, 목탄, 장작 등의 연료이다.
- 연소 방법에는 화격자 연소와 미분탄 연소가 있다.
- 화격자 연소의 장점은 연속적인 소각과 배출이 가능하고 용량 부하가 크며 전자동 운전이 가능하다.
- 화격자 연소의 단점은 연소속도와 착화가 느리고 체류시간이 길며 교반력이 약하여 국부가열이 발생할 염려가 있다.
- 미분탄 연소의 착화와 연소속도는 미분탄 입자가 작을수록 빠르고 적은 공기비로도 완전연소가 가능하다는 특징이 있다.
- 장점 : 저장, 취급(수송)이 편리하다. 야적이 가능하다. 연소장치가 간단하고 가격이 저렴하다. 매장량이 풍부하며 연소성이 느린 점을 이용하여 특수목적으로 사용할 수 있다.
- 단점 : 전처리가 필요하다. 완전연소가 곤란하여 회분이 남게 된다. 연소효율이 낮고 고온을 얻기가 어렵다. 연소조절이 어렵고 매연이 발생한다. 착화 연소가 곤란하며 연료의 배관 수송이 어렵다.
- 석탄의 탄화도 증가 시 나타나는 성질
- 고정탄소에 대한 휘발분의 비율을 연료비라 하며 석탄의 탄화 정도를 나타내는 지수를 탄화도라고 한다.
- 연료비가 높아진다(양질의 석탄이 됨). 고정탄소의 함량이 증가한다. (고정탄소가 클수록 양질의 석탄)
- 발열량이 높아진다. 휘발분이 감소한다. 매연 발생률이 낮아지게 된다. 비열이 감소한다. 착화온도가 높아진다. 연소속도가 느려진다.
7. 미분탄 연소장치
- 석탄의 표면적을 크게 하고 1차 공기 중에 부유시켜서 공기와 함께 노 내로 흡입시켜 연소시키는 방법으로 적은 공기비로도 완전연소가 가능하다는 특징이 있다.
- 특징 : 반응속도는 탄의 성질, 공기량 등에 따라 변한다. 연소에 필요로 하는 시간은 대략 입자 지름의 제곱에 비례한다. 부하 변동에 쉽게 적응할 수 있으므로 대형과 대용량 설비에 적합하다.
- 장점 : 같은 양의 석탄에서는 표면적이 대단히 커지고, 공기와의 접촉 및 열전달도 좋아지므로 작은 공기비로도 완전연소가 가능하다. 점화 및 소화 시 열 손실은 적고 부하의 변동에 쉽게 적용할 수 있다. 연소속도가 빠르고 높은 연소효율을 기대할 수 있다. 사용 연료의 범위가 넓어 스토커 연소에 적합하지 않은 점결탄과 낮은 발열량의 탄 등에도 사용할 수 있다. 대용량 보일러에 적용할 수 있다.
- 단점 : 설치 및 유지비가 고가이다. 재비산이 많고 집진장치가 필요하다. 분쇄기 및 배관 중에 폭발의 우려 및 수송관의 마모가 일어날 수 있다. 역화, 폭발의 위험성이 있다. 소용량 보일러에 적용할 수 있다.
8. 액체연료의 연소
- 휘발유, 등유, 경유, 중유 등의 연료이며 탄수소비가 가장 큰 것은 중유이다(중유, 경유, 등유, 휘발유 순)
- 액체를 분무화하여 산소와 반응하여 연소가 이루어진다.
- 분무 입경이 작을수록 착화와 연소속도가 빨라진다.
- 액체연료 연소속도에 영향을 미치는 인자(기름방울과 혼합 정도, 분무각도, 연료의 예열온도)
- 장점 : 발열량이 많아 연소효율이 높다(완전연소 가능), 회분의 발생이 거의 없고 저장 및 운반이 용이하다. 석탄 연소에 비하여 매연 발생이 적다. 연소조절이 용이하며 일정한 품질을 구할 수 있다. 계량화 기록이 쉽고 저장 중 변질이 적다.
- 단점 : 국부가열 가능성이 쉬워 화재위험 및 역화가 발생할 수 있다. 연소 시 소음 발생을 유발하며 불완전 연소 시 매연이 발생한다. 국내 자원이 적고 수입에 의존 비율이 높으며 소량의 금속산화물이 장해 원인이 될 수 있다.
9. 중유의 특징
- 탄수소비가 증가하면 비열은 감소한다.
- 중유의 유동점은 중유를 저온에서 취급 시 난이도를 나타내는 척도이며 점도가 낮을수록 유동점이 낮아진다.
- 비중이 큰 중유는 일반적으로 발열량이 적고 비중이 작을수록 연소성이 양호하다.
- 잔류탄소가 많은 중유는 일반적으로 점도가 높으며, 일반적으로 중질유일수록 잔류탄소가 많다.
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