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에너지관리기사 연소설비 · 고부하·저공해 연소기술과 연소부하

High-Load and Low-Emission Combustion

연소 설비는 작은 연소실에서 많은 열을 내는 고부하와, 질소산화물(NOx)을 적게 내는 저공해를 함께 노린다. 고부하의 정도는 연소실 열발생률(발생열량 ÷ 연소실 용적)로 재고, NOx는 화염 최고 온도를 낮추는 기법으로 줄인다. 첫 그림에서는 발생열량 Q와 연소실 용적 V 슬라이더를 움직이면 연소실 크기와 붉은 정도, 열발생률 값이 바뀌어요. 둘째 그림에서는 2단 연소 · 배가스 재순환 · 농담 연소 버튼으로 기법을 고르면 원리 한 줄과 일반 연소 대비 NOx 막대가 나와요.

같은 노를 더 세게, 더 깨끗하게

연소 설비 설계는 두 가지를 함께 노린다. 하나는 작은 연소실에서 많은 열을 내는 고부하 연소이고, 다른 하나는 질소산화물 같은 오염물을 줄이는 저공해 연소이다. 앞의 것을 수치로 나타내는 지표가 연소실 열발생률이다.

👀 연소부하(열발생률)
①연소실 단위 용적이 단위 시간에 내는 열량이다
②열발생률 = 발생열량 ÷ 연소실 용적
③값이 클수록 고부하(작은 노로 큰 출력)이지만, 그만큼 냉각과 내구가 어려워요

연소실 열발생률 계산기

2000 kW
10 m³
연소실 열발생률
발생열량 Q연소실 용적 V
= 2000 / 10 = 200 kW/m³
📏 고부하 연소 기술
①연료를 잘게 무화하고 선회 · 난류로 공기와 세게 섞는다
②공기를 예열하거나 산소를 부화해 화염을 강하고 짧게 만든다
③펄스 연소 · 유동층 연소처럼 전열을 북돋는 방식을 쓴다
④열발생률을 높이는 만큼 국부 과열과 재료 한계도 함께 살펴야 해요

저NOx 연소 기법 견주기

💡 NOx는 왜 생기나(온도가 열쇠)
①연소에서 생기는 NOx는 공기 속 질소가 고온에서 산화하는 열적 NOx, 연료 속 질소에서 오는 연료 NOx, 화염 앞쪽에서 생기는 즉발 NOx로 나뉜다
②열적 NOx는 화염 최고 온도가 높을수록 급격히 늘어나므로 온도를 낮추는 것이 핵심이다
③2단 연소 · 배가스 재순환 · 농담 연소는 모두 화염 최고 온도를 낮추는 전략이에요
④과잉 공기를 줄이면 산소 농도가 낮아져 NOx도 줄어든다

핵심 공식

연소실 열발생률(연소부하)
qv = 발생열량 Q연소실 용적 V
단위 kW/m³ 또는 kcal/(m³·h)
화격자 연소율
연료 소비량화격자 면적
고체 연료 화격자의 단위 면적당 시간당 연소량 [kg/(m²·h)]
저NOx 원리
화염 최고 온도 ↓ → 열적 NOx ↓
공기 분할 · 배가스 재순환 · 농담 연소의 공통 전략

정리와 시험에서 묻는 것

🎯 시험에서 묻는 것
①연소실 열발생률 = 발생열량 ÷ 연소실 용적 [kW/m³ 또는 kcal/(m³·h)]
②고부하 연소는 무화 · 강한 혼합 · 공기 예열 · 산소 부화로 작은 노에서 큰 출력을 낸다
③열적 NOx는 화염 최고 온도가 높을수록 급격히 늘어난다
④저NOx 기법에는 2단 연소, 배가스 재순환(FGR), 농담 연소, 저NOx 버너, 물 · 증기 분사가 있어요
⑤세 기법의 공통 원리는 화염 최고 온도를 낮추는 것이다
📝 대표 기출유형
①[기출유형] 발생열량 2000 kW, 연소실 용적 10 m³의 열발생률은? (답: 2000/10 = 200 kW/m³)
②[기출유형] 공기를 나눠 넣어 화염 온도를 낮추는 저NOx 기법은? (답: 2단 연소)
③[기출유형] 배기가스 일부를 연소용 공기에 섞는 저NOx 기법은? (답: 배가스 재순환 · FGR)
④[기출유형] 화염 온도가 높을수록 급격히 늘어나는 NOx는? (답: 열적 NOx, 고온에서 공기 속 질소가 산화)

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