[대기] 공기연료비(AFR), 공기비(m), 최대탄산가스율, 등가비

Q. 옥탄( C8H18 )이 완전연소 될 때 부피기준의 AFR(air fuel ratio)은?

 

풀이 : C8H18 + 12.5O2 -> 8CO2 + 2H2O 

AFR = 공기mol / 연료mol = (12.5/0.21) / 1 = 59.5

 

답: 59.5  

 

Q. 자동차 내연기관에서 휘발유( C8H18 : 옥탄)를 연소시킬 때 공기연료비(air/fuel ratio)는?

(단, 완전연소, 무게기준)

 

풀이:  C8H18 + 12.5O2 -> 8CO2 + 2H2O 

AFR = 공기kg / 연료kg = (32×12.5 / 0.232)/114 = 15 

 

답: 15 

 

Q. 등가비(φ, equivalent ratio)에 관한 설명으로 알맞지 않은 것은?

 

① 등가비(φ) = (실제 연료량/산화제)/(완전연소를 위한 이상적 연료량/산화제)

② φ < 1 경우 완전연소가 기대되며 CO는 최소가 된다.

③ φ = 1 경우 완전연소로서 연료와 산화제의 혼합이 이상적이다.

④ φ > 1 경우 불완전연소가 발생하며 질소산화물이 최대가 된다.

 

답: 4번 

 

Q. 기체 연료 연소로의 배출가스를 오르자트 분석기로 분석한 결과 CO2 13%, O2 5%를 얻었다. 이 때 공기비는? (단, 완전연소되는 경우로 가정함)

 

풀이: m = 21 / 21-5 = 1.31 

답: 1.31 

 

Q. 굴뚝에서 배출되는 가스를 분석하였더니 용량비로 질소 86%, 산소 4%, CO2 10%의 결과치를 얻었다면 공기비는?:

 

풀이: m = 86 / 86-3.76(4-0.5×0) = 1.18

답: 약 1.2

 

Q. 배출가스 중의 산소농도와 이산화탄소의 농도가 각각 3.5%, 7.5%일 때 CO2max 농도는?

 

풀이: CO2max = 21×7.5 / 21-3.5+0.395×0 = 9 

답: 9%

 

Q. 어떤 연료의 연소가스 중 [ CO2 ]max 의 농도가 21%라고 할 때, 이 연료를 과잉공기를 사용하여 완전연소한 후의 연소가스 중 [ SO2 ]의 농도는 0.6%, [ O2 ]의 농도가 6%라면 [ CO2 ]농도를 구하시오?

 

풀이: 21 = 21CO2 / 21-O2 + 0.395CO = 21CO2 / 21-6

CO2 = 21 × 15 / 21 = 15

답: 15%

 

Q. 연료연소 시 공기비의 크기에 따른 연소특성을 설명한 것으로 틀린 것은?

① 공기비가 너무 작은 경우 매연이나 검댕의 발생량이 증가한다.

② 공기비가 너무 작은 경우 연소효율이 저하된다.

③ 공기비가 너무 큰 경우 연소실의 냉각효과를 가져온다.

④ 공기비가 너무 큰 경우 SOx의 발생량이 감소한다.

 

답: 4번 

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● 공연비(AFR)

 

- 공기와 연료의 이상적인 비, 질량비 기준

- AFR= 공기mol / 연료 mol = 이론 공연비: 14.7

- 이론 공연비보다 낮아질수록 일산화탄소 및 탄화수소의 배출이 증가한다.

- 체적기준: 산소mol / 0.21 X 연료mol

- 무게기준: 산소kg / 0.232 X 연료kg

- 공기비가 너무 작은 경우 매연이나 검댕의 발생량이 증가한다.

- 공기비가 너무 작은 경우 연소효율이 저하된다.

- 공기비가 너무 큰 경우 연소실의 냉각효과를 가져온다.

 

● 공기비 

① 오르쟛트 분석법에 의한 배출가스 분석(CO2%, O2%, CO%가 주어질 때)

 

 

② O2%만 존재할 때 

 

 

③ 과잉공기율을 이용할 때 

과잉공기율% = (m-1) × 100 % 

 

④ 실제공기량과 이론공기량이 있을 때

m = A / Ao 

 

⑤ CO2max(%)와 CO2(%)가 주어질때

 

 

● 최대 탄산 가스율 

① 연료의 성분조성(%)으로 계산 

 

 

② 배출가스 조성(%)으로 계산

 

 

● 등가비

 

 

- ∅=1 완전연소, 연료와 산화제의 혼합이 이상적

- ∅>1 연료가 과잉으로 공급되는 불완전연소, CO가 증가하고 NO는 감소 

- ∅<1 공기가 과잉으로 공급되는 불완전연소, CO가 최소로 되고 질소 산화물이 증가하는 경우

- 공기비에 반비례한다(공기비(m) = 1/Φ)