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에너지관리기사 연소설비 · 공기비와 배기가스 분석

Excess Air and Flue Gas Analysis

공기비는 실제공기량을 이론공기량으로 나눈 값이고, 배기가스의 O₂ · CO₂ · CO를 재면 이 값을 거꾸로 구할 수 있다. 공기를 많이 넣을수록 배기 O₂가 늘고 CO₂는 묽어지며, 공기가 모자라면 CO가 생긴다. 그림은 공기비에 따른 배기 O₂ · CO₂ · CO 곡선이고, CO₂는 m = 1에서 가장 높아요. 공기비 m 슬라이더를 움직이면 세로 점선과 위쪽 세 값이 따라 바뀌고, 아래 본문에서 O₂로 거꾸로 구한 공기비도 함께 바뀌어요.

배기가스로 연소 상태를 읽는다

연소가 잘 되는지는 배기가스 조성을 보면 안다. 공기를 많이 넣으면 배기에 남는 산소(O₂)가 늘고 탄산가스(CO₂)는 묽어지고, 공기가 모자라면 일산화탄소(CO)가 나타난다. 그래서 배기 O₂만 재도 공기비를 거꾸로 구할 수 있다.

👀 완전 연소의 조건(3T)
①충분한 온도(Temperature): 불이 붙고 연소가 이어질 온도를 확보한다
②충분한 시간(Time): 연료가 다 탈 만큼 노 안에 머무르게 한다
③충분한 혼합(Turbulence): 연료와 공기를 고르게 만나게 한다
④여기에 알맞은 공기비가 더해져야 완전 연소가 이루어져요

공기비를 바꾸며 배기 조성 읽기

1.2
💡 세 곡선 읽기
①O₂는 m = 1에서 0이고, 공기를 늘릴수록 꾸준히 커진다
②CO₂는 m = 1에서 가장 높고(CO₂max) 양쪽으로 낮아진다
③CO는 m > 1이면 0이고, 공기가 모자란 m < 1에서만 급히 늘어요
④가장 좋은 운전점은 CO가 나오지 않는 범위에서 O₂를 가장 적게 하는 곳(m이 1보다 조금 큼)이다

배기 O₂로 공기비 거꾸로 구하기

CO를 무시할 수 있는 완전 연소라면 배기 산소 농도만으로 공기비를 바로 구할 수 있다. 공급한 공기의 21%가 산소이고, 그 가운데 이론량만 쓰이며 과잉분은 그대로 남기 때문이다. 지금 배기 O₂ = 3.5% (CO₂ ≒ 12.9%)를 m = 21 / (21 - O₂)에 넣어 다시 구한 공기비는 m ≒ 1.20이다. 공기비가 1보다 작으면 배기 O₂가 0이라 이 식으로는 1.00만 나와요.

🔑 공기비 역산식
①완전 연소이고 CO를 무시하면 m = 21 / (21 - O₂%)
②CO를 무시할 수 없으면 m = 21 / (21 - O₂ + 0.5·CO)
③배기 O₂가 5%면 m = 21/16 ≒ 1.31
④배기 O₂가 3%면 m = 21/18 ≒ 1.17(과잉공기를 더 줄인 운전)

핵심 공식

공기비 역산(완전 연소)
m = 2121 - O2
O₂는 배기 속 산소의 부피 % · CO를 무시할 때
CO 보정 공기비
m = 2121 - O2 + 0.5 CO
불완전 연소로 CO가 있을 때
배기 산소 농도
O2 = 21(m - 1)m
과잉공기의 산소가 배기에 그대로 남음

정리와 시험에서 묻는 것

🎯 시험에서 묻는 것
①공기비 역산식 m = 21/(21 - O₂)가 가장 자주 쓰인다
②CO₂는 m = 1에서 최대탄산가스율(CO₂max)로 가장 높아요
③CO₂max는 기체 연료 약 12%, 액체 약 15%, 고체 약 18 ~ 20%다
④배기에 CO가 있으면 불완전 연소, 곧 공기가 모자라다는 신호다
⑤O₂는 공기비가 커질수록 꾸준히 커지므로 O₂를 재서 m을 관리해요
📝 대표 기출유형
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)
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연소가스량 계산

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