원소분석 한 줄(C · H · O · S · W)과 공기비 m만 있으면 이론산소량 → 이론공기량 → 실제공기량 → 연소가스량을 차례로 계산할 수 있고, 이 사슬이 연소 실기 필답의 뼈대다. 이론공기량 A₀ = O₀ ÷ 0.21 위에 실제공기량 A = m·A₀와 연소가스량 G = G₀ + (m - 1)A₀가 차례로 선다. 그림은 네 단계 값을 막대로 쌓아 내려간 계산 사슬이에요. 탄소 · 수소 · 황 · 산소 · 수분 · 공기비 슬라이더를 움직이면 네 막대와 아래 계산값이 함께 바뀌어요.
문제: 원소분석에서 배기가스량까지
실기 필답형의 뼈대는 원소분석표 한 줄에서 이론산소량 → 이론공기량 → 실제공기량 → 연소가스량을 차례로 구하는 것이다. 연료 1 kg의 조성 C · H · O · S · W(질량분율)와 공기비 m이 주어지면 나머지는 모두 계산으로 나온다.
원소 조성과 공기비에 따라 이론산소량 · 이론공기량 · 실제공기량 · 연소가스량을 단계별로 다시 계산해 막대로 쌓은 그림
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 계수는 탄소 1.867, 수소 5.6, 황 0.7, 산소 -0.7이다(연료 산소는 빼요)
②공기량은 산소량을 0.21로 나눈다(질량 기준이면 질량 이론산소량을 0.232로)
③실제공기량은 이론량에 공기비를 곱해요
④연소가스량 = 이론연소가스량 + 과잉공기량 (m - 1)A₀
연소가스량을 성분별로 확인
습연소가스량은 CO₂와 SO₂, 수소 · 수분에서 생긴 H₂O, 공급한 공기의 질소(79%)에 과잉공기까지 모두 더한 값이고, 건연소가스량은 여기서 수증기 H₂O만 뺀 값이다. 지금 조성에서는 습 G = 14.74, 건 G = 13.40 Nm³/kg이다.
이론습연소가스량 G₀w
G0w = 1.867C + 0.7S + 11.2H + 1.244W + 0.79A0
CO₂ · SO₂ + H₂O + N₂의 합(Nm³/kg)
건연소가스량
Gd = Gw - (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 들어감)
③N₂ = 0.79 × 실제공기량(이론분 + 과잉분)
④과잉 O₂ = 0.21 × (m - 1)A₀(남은 산소)
검산: 예제 고정값(슬라이더와 따로)
아래는 위 슬라이더가 아니라 예제 고정값이다. C 0.85, H 0.12, S 0.02, O 0, W 0, m 1.3을 넣으면 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) = 11.496 + 0.3×10.824 ≒ 14.74 Nm³/kg이 된다.
핵심 관계식
A = m · O00.21, G = G0 + (m-1)A0
공기량과 연소가스량은 모두 이론공기량 A₀ 위에 선다
정리와 시험에서 묻는 것
🎯 시험에서 묻는 것
①O₀ = 1.867C + 5.6H + 0.7S - 0.7O(연료 산소는 뺀다)
②A₀ = O₀/0.21(부피 기준)이고, 질량 기준이면 질량 O₀를 0.232로 나눠요
③A = m·A₀, 과잉공기 = (m - 1)A₀
④습 · 건 연소가스량의 차이는 H₂O(11.2H + 1.244W) 하나뿐이에요
⑤실제 연소가스량 G = G₀ + (m - 1)A₀가 중심 관계식이에요
📝 대표 기출유형
①[기출유형] C = 0.85, H = 0.12, S = 0.02인 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)