이론 연소온도

Theoretical Flame Temperature

이론 연소온도는 열이 배기가스만 데운다고 가정한 도달 가능 최고 온도예요. 공기비와 예열온도가 그 상한을 크게 흔들어요. 연소실·내화물 설계의 기준 온도 감각이에요. 공기비와 공기예열온도를 바꿔 이론 연소온도 변화를 봐요.

발열량이 배기가스를 데운다

연료가 낼 수 있는 모든 열이 외부로 빠져나가지 않고 배기가스 자신을 데우는 데만 쓰인다고 가정하면, 도달할 수 있는 최고 온도가 나옵니다. 이것이 이론 연소온도(단열 화염온도)입니다. 배기가스량이 많을수록 같은 열을 나눠 가지므로 온도는 낮아집니다.

👀 단열 화염온도의 뜻

①발생열 = 배기가스를 데우는 데 전부 사용된다고 가정

②열손실·해리(분해)를 무시한 이상적 최고 온도

③분모의 배기가스량 G가 크면 온도가 낮아진다

④실제 화염온도는 열손실·해리로 이보다 낮다

공기비와 예열온도로 화염온도 추적

공기비 m1.2

공기예열온도 t₀200 °C

💡 화염온도를 높이는 방법

①공기비를 낮춘다 (과잉공기 배기 희석을 줄임)

②연소용 공기를 예열한다 (배기 폐열 회수)

③발열량이 큰 연료를 쓴다

④수분·불활성분이 적은 연료가 유리하다

왜 공기비를 무작정 못 낮추나

공기비를 낮추면 배기량이 줄어 화염온도는 올라갑니다. 그러나 m이 1에 너무 가까우면 공기와 연료가 완전히 섞이지 못해 불완전연소가 생깁니다. 그러면 CO·매연으로 열손실이 커져 오히려 손해입니다. 현재 조건에서 화염온도는 약 2189°C, 배기량 G = 13.66 Nm³/kg 입니다.

🔑 최적 공기비의 균형

①너무 크면: 배기 열손실 증가, 화염온도 하락

②너무 작으면: 불완전연소, CO·매연, 미연손실

③실무는 CO 없이 O₂를 최소로 하는 지점을 찾는다

④공기예열은 온도를 올리면서 연료도 절약한다

핵심 공식

이론 연소온도

t = H_lG · C_p + t₀

Hl 저위발열량, G 배기량, Cp 평균비열, t₀ 기준·예열온도

배기가스량

G = G₀ + (m - 1)A₀

공기비가 커질수록 분모 G가 커져 온도 하락

예열 효과

Δt = t₀

공기 예열은 화염온도를 그만큼 밀어 올린다

핵심 정리와 시험 포인트

🎯 시험 포인트

①이론 연소온도 t = Hl/(G·Cp) + t₀ (단열·무해리 가정)

②공기비 m↑ → 배기량 G↑ → 화염온도↓ (반비례 경향)

③공기·연료 예열은 화염온도를 올린다

④실제 온도 < 이론 온도 (열손실·고온 해리 때문)

⑤저위발열량 기준으로 계산 (수증기 잠열 이미 제외)

📝 대표 기출문제

①[기출유형] Hl=10,000, G=12 Nm³/kg, Cp=0.35 일 때 이론 연소온도는? (t₀=0) (답: 10000/(12×0.35) ≒ 2,381°C)

②[기출유형] 공기비를 키우면 화염온도는? (답: 배기량 증가로 낮아진다)

③[기출유형] 공기예열의 효과는? (답: 화염온도 상승 + 연료 절감)