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에너지관리기사 연소설비 · 기체연료의 특성

Gaseous Fuel Properties

기체연료는 공기와 분자 단위로 섞여 과잉공기가 적어도 완전 연소가 쉽고, 매연과 회분이 거의 없다. 그 대신 발열량과 비중이 연료마다 크게 달라 버너 · 배관 설계와 누출 대책이 달라지고, 섞어 쓰는 가스의 발열량은 부피 가중합으로 구한다. 그림은 LNG · LPG · 코크스로가스 · 고로가스의 총발열량 막대와 비중이고, 버튼으로 고른 가스가 주황으로 바뀌어요. 그 아래 코크스로가스 비율 슬라이더는 고로가스와 섞은 혼합가스의 발열량 값을 바꿔요.

기체연료는 공기와 잘 섞여 깨끗이 탄다

기체연료는 공기와 분자 단위로 섞이므로 과잉공기가 적어도 완전 연소가 쉽고 매연과 회분이 거의 없다. 다만 발열량과 비중이 연료마다 크게 달라 버너와 배관 설계가 여기에 좌우된다.

💨 천연가스 · LPG · 부생가스
①LNG(메탄이 주성분)는 도시가스의 주력이고, 공기보다 가벼워 누출되면 위로 올라간다
②LPG(프로판 · 부탄)는 발열량이 크지만 공기보다 무거워 바닥에 고이므로 폭발 위험이 크다
③코크스로가스(COG)는 제철 부생가스로, 수소가 많아 가볍고 발열량은 중간이다
④고로가스(BFG)는 제철 부생가스로, CO · N₂가 많아 발열량이 가장 낮지만 많은 양을 회수해 써요

발열량 · 비중 견주기

👀 LNG(메탄) 읽기
①공기보다 가벼워 누출되면 위로 올라가 환기가 쉬움
②총발열량 ≈ 10400 kcal/Nm³
③비중(공기 = 1) = 0.55
④비중이 1보다 크면 바닥에 고이므로 낮은 곳의 환기와 가스 검지기 위치가 중요해요

혼합가스 발열량 = 성분 발열량의 가중합

제철소는 발열량이 낮은 고로가스에 코크스로가스를 섞어 쓰기 좋은 혼합가스를 만든다. 성분 발열량에 부피 비율을 곱해 더하면 혼합 발열량이 나온다.

40 %
조성
COG 40% / BFG 60%
부피 기준 혼합비
혼합 발열량
H = 2330 kcal/Nm³
가중합 결과
⚗️ 가중합의 원리
①혼합 발열량 = Σ(성분 부피분율 × 성분 발열량)
②COG 발열량 4700, BFG 발열량 750 kcal/Nm³
③COG 비율을 높일수록 혼합 발열량이 직선으로 늘어요
④비중과 이론공기량도 같은 방식으로 성분 가중합으로 구해요

핵심 공식

혼합가스 발열량
H혼합 = Σ(xi · Hi)
xᵢ = 성분 부피분율 · Hᵢ = 성분 발열량
혼합가스 비중
S혼합 = Σ(xi · Si)
비중도 성분의 부피 가중합으로 구함

정리와 시험에서 묻는 것

🎯 시험에서 묻는 것
①발열량은 LPG > LNG > 코크스로가스 > 고로가스 순이다
②비중(공기 = 1)은 LPG가 1보다 크고(무거움), 고로가스는 1 안팎이며, LNG · 코크스로가스는 1보다 작다(가벼움)
③LPG는 무거워 바닥에 고이므로 누출 · 폭발 위험이 크고, 검지기를 낮은 곳에 둬요
④혼합가스 발열량은 Σ(부피분율 × 성분 발열량)으로 구한다
⑤부생가스(COG · BFG)는 제철 공정에서 회수한 연료로 발열량이 낮다
📝 대표 기출유형
①[기출유형] COG 50%, BFG 50% 혼합가스의 발열량은? (답: 0.5×4700 + 0.5×750 = 2725 kcal/Nm³)
②[기출유형] 누출되면 바닥에 고이는 가스는? (답: LPG, 비중 > 1)
③[기출유형] 부생가스 가운데 발열량이 가장 낮은 것은? (답: 고로가스)

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