공기비와 배기가스 분석

Excess Air and Flue Gas Analysis

공기비는 실제공기량을 이론공기량으로 나눈 연소 건전성 지표예요. 배기 O₂·CO₂를 보면 공기비를 역산할 수 있어요. 연소 관리 실무의 일상 점검 숫자예요. 공기비를 움직이며 배기 조성과 역산 관계를 따라가 봐요.

배기가스가 연소를 말해준다

연소가 잘 되고 있는지는 배기가스 조성을 보면 압니다. 공기를 많이 넣으면 배기에 남는 산소(O₂)가 늘고 탄산가스(CO₂)는 묽어집니다. 공기가 부족하면 일산화탄소(CO)가 나타납니다. 그래서 배기 O₂만 측정하면 공기비를 역산할 수 있습니다.

👀 완전연소의 조건 (3T)

①충분한 온도(Temperature): 착화·연소 유지 온도 확보

②충분한 시간(Time): 연료가 다 탈 체류시간

③충분한 혼합(Turbulence): 연료와 공기의 고른 접촉

④여기에 적정 공기비가 더해져야 완전연소가 이루어진다

공기비를 돌리며 배기 조성 읽기

공기비 m1.2

💡 세 곡선이 말하는 것

①O₂: m=1에서 0, 공기 늘수록 단조 증가

②CO₂: m=1에서 최대(CO₂max), 양쪽으로 감소

③CO: m>1이면 0, m<1(공기부족)에서만 급증

④최적 운전점은 CO 없이 O₂를 최소로 (m 약간 크게)

배기 O₂로 공기비 역산하기

완전연소(CO 무시)라면 배기 산소 농도만으로 공기비를 바로 구할 수 있습니다. 공급 공기 중 21%가 산소인데, 그중 이론량만 소비되고 과잉분이 그대로 남기 때문입니다. 현재 배기 O₂ = 3.5% (CO₂ ≒ 12.9%)를 대입하면 공기비 m ≒ 1.20 로 검산됩니다.

🔑 공기비 역산식

①완전연소·CO 무시: m = 21 / (21 - O₂%)

②CO를 무시할 수 없으면: m = 21 / (21 - O₂ + 0.5·CO)

③배기 O₂ 5%면 m = 21/16 ≒ 1.31

④배기 O₂ 3%면 m = 21/18 ≒ 1.17 (더 정밀한 운전)

핵심 공식

공기비 역산 (완전연소)

m = 2121 - O₂

O₂는 배기 중 산소 부피 %, CO 무시 시

CO 보정 공기비

m = 2121 - O₂ + 0.5 CO

불완전연소로 CO가 있을 때

배기 산소 농도

O₂ = 21(m - 1)m

과잉공기의 산소가 배기에 그대로 남음

핵심 정리와 시험 포인트

🎯 시험 포인트

①공기비 역산 m = 21/(21-O₂) 는 최빈출 공식

②CO₂는 m=1에서 최대탄산가스율(CO₂max)로 정점

③CO₂max: 기체연료 약 12%, 액체 약 15%, 고체 약 18~20%

④배기에 CO가 있으면 불완전연소 (공기 부족 신호)

⑤O₂는 공기비와 단조 증가 관계라 O₂ 측정으로 m 관리

📝 대표 기출문제

①[기출유형] 배기 O₂가 5%일 때 공기비는? (답: 21/(21-5) = 21/16 ≒ 1.31)

②[기출유형] 공기비 1.25일 때 배기 O₂는? (답: 21×(1.25-1)/1.25 = 21×0.2 = 4.2%)

③[기출유형] CO₂가 최대가 되는 공기비는? (답: m=1, 이론공기량 상태)