공기량·연소가스량 종합 계산

Air and Flue Gas Calculation

원소분석 한 줄에서 산소·공기·가스량을 순서대로 뽑아내요. 이론 → 실제 흐름을 건너뛰면 답이 어긋나요. 연소 실기 필답의 뼈대 계산 체인이에요. C·H 조성을 바꿔 이론공기량 연쇄를 따라가 봐요.

문제 제시: 원소분석에서 배기가스량까지

실기 필답형의 뼈대는 원소분석표 한 줄에서 이론산소량 → 이론공기량 → 실제공기량 → 연소가스량을 차례로 뽑아내는 것입니다. 연료 1kg의 조성 C·H·O·S·W(질량분율)와 공기비 m이 주어지면 나머지는 전부 계산으로 나옵니다.

📋 주어진 조건 (예제)

①연료 조성: C 0.85, H 0.12, S 0.02, O 0, W 0 (질량분율)

②공기비 m = 1.3

③공기 중 산소 부피분율 = 0.21

④요구: 이론공기량 A₀, 실제공기량 A, 연소가스량 G

풀이 스텝: 조성을 바꾸며 4단계 추적

탄소 C85 %

수소 H12 %

황 S2 %

산소 O0 %

수분 W0 %

공기비 m1.3

① 이론산소량

O₀ = 2.273 Nm³/kg

1.867C + 5.6H + 0.7S - 0.7O

② 이론공기량

A₀ = 10.82 Nm³/kg

O₀ ÷ 0.21

③ 실제공기량

A = 14.07 Nm³/kg

m × A₀ = 1.30 × 10.82

④ 연소가스량(습)

G = 14.74 Nm³/kg

G₀ 11.50 + (m-1)A₀ 3.25

💡 단계마다 놓치기 쉬운 곳

①O₀ 계수: 탄소 1.867, 수소 5.6, 황 0.7, 산소 -0.7 (연료 산소는 감산)

②공기량은 산소량을 0.21로 나눈다 (질량기준이면 0.232)

③실제공기량은 이론량에 공기비를 곱한다

④연소가스량 = 이론연소가스량 + 과잉공기량 (m-1)A₀

연소가스량 성분별 확인

습연소가스량은 CO₂와 SO₂, 수소·수분에서 생긴 H₂O, 공급 공기의 질소 79%, 그리고 과잉공기를 모두 더한 값입니다. 건연소가스량은 여기서 수증기 H₂O만 뺍니다. 현재 조성에서 습 G = 14.74, 건 G = 13.40 Nm³/kg 입니다.

이론습연소가스량 G₀w

G_0w = 1.867C + 0.7S + 11.2H + 1.244W + 0.79A₀

CO₂·SO₂ + H₂O + N₂의 합 (Nm³/kg)

건연소가스량

G_d = G_w - (11.2H + 1.244W) = 13.40

습 14.74 - H₂O 1.34 Nm³/kg

🔑 성분 계수 정리

①CO₂ + SO₂ = 1.867C + 0.7S (건·습 공통)

②H₂O = 11.2H + 1.244W (습에만 포함)

③N₂ = 0.79 × 실제공기량 (이론분 + 과잉분)

④과잉 O₂ = 0.21 × (m-1)A₀ (남은 산소)

검산: 예제 숫자 되짚기

C 0.85, H 0.12, S 0.02, O 0, W 0, m 1.3을 그대로 대입하면 O₀ = 1.867×0.85 + 5.6×0.12 + 0.7×0.02 = 2.273, A₀ = 2.273÷0.21 = 10.82, A = 1.3×10.82 = 14.07, G(습) = 11.50 + 0.3×10.82 = 14.74 Nm³/kg 로 떨어집니다.

핵심 관계식

A = m · O₀0.21, G = G₀ + (m-1)A₀

공기량과 연소가스량은 모두 이론공기량 A₀ 위에 세워진다

핵심 정리와 시험 포인트

🎯 시험 포인트

①O₀ = 1.867C + 5.6H + 0.7S - 0.7O (연료 산소는 빼준다)

②A₀ = O₀/0.21 (부피기준), 질량기준이면 O₀/0.232

③A = m·A₀, 과잉공기 = (m-1)A₀

④습·건 연소가스량 차이는 오직 H₂O(11.2H + 1.244W)

⑤실제 연소가스량 G = G₀ + (m-1)A₀ 는 반드시 암기

📝 대표 기출문제

①[기출유형] C=0.85, H=0.12, S=0.02 연료의 이론공기량은? (답: O₀=2.273 → A₀=2.273/0.21 ≒ 10.82 Nm³/kg)

②[기출유형] 위에서 m=1.3일 때 실제공기량은? (답: 1.3×10.82 ≒ 14.07 Nm³/kg)

③[기출유형] 위 조건의 습연소가스량은? (답: 11.50 + 0.3×10.82 ≒ 14.74 Nm³/kg)