[대기] 고체연료, 액체연료, 기체연료
Q. 연료의 착화온도에 관한 설명으로 틀린 것은?
① 가연물의 증발량이 많을수록 낮아진다.
② 화합결합의 활성도가 클수록 낮아진다.
③ 산소와의 친화성이 클수록 낮아진다.
④ 활성화에너지가 클수록 낮아진다.
답: 4번
Q. 석탄의 탄화도 증가에 따른 변화로서 옳지 않은 것은?
① 매연발생률이 감소한다.
② 고정탄소가 증가한다.
③ 착화온도가 낮아진다.
④ 발열량이 증가한다.
답: 3번
Q. 석탄의 성상에 관한 설명으로 틀린 것은?
① 석탄 연소 시 잔류물인 회분 중 가장 많이 함유된 것은 SiO2이다.
② 점결성은 석탄에서 코크스를 생산할 때 중요한 성질이다.
③ 건조한 석탄의 착화온도는 탄화도가 높을수록 착화온도는 낮아진다.
④ 석탄의 휘발분은 매연발생의 요인이 된다.
답: 3번
Q. 다음 중 액체연료의 특징이 아닌 것은?
① 단위 중량당의 발열량이 높아 대용량 설비에 적당하다.
② 고유황 성분이 많아 대기오염의 주원인이 된다.
③ 연소 효율이 높고, 소량 공기로 완전연소되며, 검댕발생이 없다.
④ 저장, 운반이 용이하다.
답: 3번
연소효율이 높고 소량공기로 완전연소되고 검댕발생이 없는 건 기체연료의 특징이다
Q. 다음의 연료에 대한 설명으로 틀린 것은?
① 중유에는 A, B, C 중유가 있는데 이것은 인화점을 기준하여 분류된다.
② 기체연료는 연소시 공급연료 및 공기량을 밸브를 이용하여 간단하게 임의로 조절할 수 있어 부하변동범위가 넓다.
③ 기체연료는 적은 과잉공기로써 완전연소가 가능하다.
④ 액체연료는 계량이 용이하다.
답: 1번
Q. 다음 중 기체연료에 대한 설명으로 틀린 것은?
① 연소효율이 높고 적은 과잉공기로도 완전연소가 가능하며 검댕이 발생하지 않는다.
② 부하의 변동범위가 넓고 연소의 조절이 용이하다.
③ 연료속에 황이 포함되지 않은 것이 많으며 연소배출가스 중에 SO2가 생성되지 않는다.
④ 발열량과 효율이 높고 저장, 운반이 용이하며 저장 중 변질이 적다.
답: 4번
발열량과 효율이 높고 저장, 운반이 용이하며 저장 중 변질이 적은 건 액체연료의 특징이다
Q. LNG의 주성분 가스에 대한 설명으로 틀린 것은?
① 무색
② 악취물질
③ 혐기성분해가스
④ 공기보다 가볍다
⑤ 매립지에서 발생
답: 2번
Q. 다음 기체연료 중 액화석유가스(LPG)에 관한 설명 중 틀린 것은?
① 석유정제 때에 부산물로 생산되는 것과 천연가스에서 회수되는 것이 있으나, 전자의 것이 대부분이다.
② 비중이 공기보다 가벼워 인화 폭발 위험성이 높다.
③ 탄소수가 3~4개까지 포함되는 탄화수소류가 주성분으로 액체에서 기체로 될 때 증발열이 있다.
④ 상온에서 10∼20기압을 가하거나 또는 -49℃로 냉각시킬때 용이하게 액화되는 석유계 탄화수소가스이다
답: 2번
Q. 연료에 따른 연소의 종류에 대한 기술 중 틀린 것은?
① 증발연소 : 연소속도는 가연성가스의 증발속도 또는 공기 중의 산소와 가연성 가스의 확산속도 중 더 느린 것에 의해서 지배된다.
② 표면연소 : 고체의 용해, 증발, 분해과정을 거쳐 발생되는 연소이다.
③ 분해연소 : 고체를 가열하면 증발 전에 분해하여 휘발성분과 고정탄소로 된다.
④ 발연연소 : 열분해 온도가 낮은 종이나, 목재 등의 연료의 열분해에 의해 발생된 휘발분이 점화되지 않고 다량의 발연을 수반하는 연소형태인 열분해 발열반응을 발한다.
답: 2번
● 고체연료
① 장점
- 연소성이 늦어 특수용도에 사용돔
- 인화, 폭발의 위험성이 적다
- 저장, 운반시에 노천야적이 가능하다
- 연소장치가 간단하고 가격이 저렴하다
② 단점
- 연소시 매연 발생이 심하고 회분이 많다
- 부하 변동에 적응성이 좋지 않다
- 운반 및 취급이 불편하고 점화 및 소화가 어렵다
- 사용 전에 건조 및 분쇄 등의 전처리가 필요하다
- 파이프 수송이 불가능하다
- 연소시 많은 공기가 필요하여 연소장치가 커진다
③ 고체 연료 분석방법
- 공업분석: 휘발분+회분+수분+고정탄소=100으로 놓고 연료비를 산출한다.
- 석탄 연료비 = 고정탄소(100-수분-휘발분-회분) / 휘발분
- 원소분석: C,H,S,N,Ash,W(수분),O를 분석하여 연소계산의 기초로 사용
④ 석탄
- 석탄의 탄화도가 증가하면 고정탄소, 착화온도, 발열량, 비중, 연료비가 증가하고 수분, 휘발분, 매연, 비열, 산소량은 감소한다
- 무연탄의 탄화도가 가장 크고 이탄이 가장 적다
○ 석탄의 착화온도
- 탄화수소의 분자량이 클수록
- 산소농도 및 압력이 높아질수록, 산소와의 친화성이 클수록
- 활성화에너지가 작을수록
- 비표면적이 클수록 -> 착화온도는 낮아진다
- 화합결합의 활성도가 클수록
- 동질성물질에서 발열량이 클수록, 가연물의 증발량이 많을수록
- 분자구조가 복잡할수록
석탄의 회분
- 회분은 산화된 무기물이며 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO) 등의 성분으로 구성되어 있다
- 이 중 융점이 높고 백색에 가까운 이산화규소가 가장 많이 함유되어 있다
- 회분의 용융점은 100~1500도, 회분이 많아지면 저하 및 연소불량이 생김
○ 석탄의 코크스
- 코크스는 휘발분이 거의 없어 매연이 생기지 않고 주성분은 탄소이며 원료탄보다 회분 함량이 많아짐
○ 석탄의 점결성
- 석탄을 건류하면 점점 연화용융되어 분해하기 시작한다
- 이때 가스와 타르를 발생시키고 코크스를 남기는 경우와 전혀 연화용융되지 않은 경우가 있는데 석탄의 건류 시 연화용융의 정도를 나타내는 성질을 점결성이라고 한다
- 코크스(강점결탄)을 생산할 때 중요한 성질 중 하나이다
○ 석탄의 역청탄
- 산업용으로 사용되고 발전용, 보일러용으로 사용됨
- 착화온도는 330~450도 이고 연소시 황색화염을 수반하며 건류하여 코크스, 석탄타르, 석탄가스 등을 생산하는데 사용됨
● 액체연료
① 장점
- 발열량이 높고 품질이 일정하여 효율이 높다
- 저장 및 운반, 계량이 용이하다
- 회분이 거의 없어 재의 처리가 필요없다
- 점화, 소화 및 연소조절이 용이하다
- 단위 중량당 발열량이 높아 대용량 설비에 적당하다
② 단점
- 연소온도가 높아 국부적인 과열을 일으키기 쉽다
- 인화 및 역화의 위험이 크다
- 버너 종류에 따라 소음발생이 있다
- 황 함량이 많아 대기오염의 원인이 된다
● 석유
① 비중
- 비중이 증가하면 C/H비가 커지고 발열량은 감소하고, 화염의 휘도가 커지고 점도가 증가하며 인화점과 착화점이 높아진다
② 점도
- 점도는 유체가 운동할 때 나타내는 마찰의 정도이며 절대점도의 단위는 Poise(g/cm·sec)라고 한다
- 절대점도를 유체의 밀도로 나눈 것을 stoke(cm2/sec)라 한다
- 석유의 점도가 작아지면 유동성이 좋아져 분무화가 잘되고 인화점, 끓는점이 낮아져 연소가 잘됨
③ 인화점
- 액체 연료에서 가연성 증기를 발생시키는 최저온도, 즉 가연물이 불씨 접촉에 의해 불이 붙는 최저온도를 인화점이라고 한다. 인화점이 낮을수록 연소는 잘되고 역화의 위험성은 커지고 인화점이 높은 경우 착화가 어렵다
④ 발열량
- 석유의 발열량은 대체로 9500~12000kcal/kg정도이고 일반적으로 비중과 비점이 커질수록 발열량이 감소한다
⑤ 유등점
- 유체의 온도를 서서히 냉각했을 때 유체가 유동할 수 있는 최저온도를 말함
- 유동점이 높으면 장치의 고장이 잘 일어남
- 점도가 낮을수록 유동점이 낮아진다
⑥ 증기압: 석유의 증기압은 40도에서의 압력을 나타냄
- 증기압이 큰 것은 저장, 운반시에 손실을 가져오고 인화점 및 착화점이 낮아 위험함
- 증기압이 낮으면 인화점이 높아 연소효율이 떨어짐
⑦ 옥탄가
- 가솔린의 안티 노킹성을 표시하는 척도
- Iso-octane과 n-heptane의 혼합을 100으로 기준해서 이소옥탄의 함량을 말함
- n-paraffine에서는 탄소수가 증가할수록 옥탄가가 떨어져 C7에서 0이다
- iso-paraffine에서는 메틸기가 많을수록 옥탄가는 증가한다
⑧ 종류
- 원유를 증류하면 나프타, 가솔린, 등유, 경유, 중유 순으로 분리되고 최후에 아스팔트가 남음
- 중질유: 방향족계 화합물 30%이상 함유, 밀도 및 점도가 상대적으로 높음
- 경질유: 방향족계 화합물 10%미만 함유, 밀도 및 점도가 상대적으로 낮음
- 가솔린, 등유, 경유는 비등점과 인화점이 낮고 분무화가 잘되어 연소에 문제가 없다
- 비등점이 높은 순서: 중유 > 경유 > 등유 > 휘발유
- 황 비율: LPG < 휘발유 < 등유 < 경유 < 중유
○ 중유
- 잔류 탄소의 함량이 높은 경우 점도가 높게 된다
- 비등점과 인화점이 높아 완전연소가 어렵고 회분이나 황의 함량이 높아 대기오염의 문제를 가짐
- 유동점은 중유를 저온에서 취급할 때 그 난이도를 나타내는 척도로 사용함
- 중유는 점도에 따라 A,B,C로 분류됨
- C중유: 황분이 가장 많고 이 이유로 대기오염의 주범은 공장에서 배출되는 아황산가스(SO2)라고 할 수 있다
● 기체연료
① 장점
- 연소효율이 높고 적은 과잉공기로도 완전연소가 가능하며 검댕이 발생하지 않는다.
- 부하의 변동범위가 넓고 연소의 조절이 용이하다.
- 연료 속에 회분이나 황이 포함되지 않은 것이 많으며 연소배출가스 중에 SO2가 생성되지 않는다.
- 연소시 공급연료 및 공기량을 밸브를 이용하여 간단하게 임의로 조절할 수 있어 부하변동범위가 넓다
- 연료의 예열이 쉽고 저질연료로 고온을 얻을 수 있다
② 단점
- 저장 및 수송이 어렵고 시설비가 많이 든다
- 공기와 혼합하여 점화할 때 누설에 의한 역화, 폭발 등의 위험이 있다
③ LNG
- 무색, 혐기성분해가스
- 공기보다 가볍다
- 매립지에서 발생
④ LPG
- 석유정제 때에 부산물로 생산되는 것과 천연가스에서 회수되는 것이 있으나, 전자의 것이 대부분이다.
- 탄소수가 3~4개까지 포함되는 탄화수소류가 주성분으로 액체에서 기체로 될 때 증발열이 있다.
- 상온에서 10∼20기압을 가하거나 또는 -49℃로 냉각시킬 때 용이하게 액화되는 석유계 탄화수소가스 - 상온, 상압에서 기체이고 가압, 냉각시 쉽게 액화되어 저장 및 수송이 쉽다
- 대부분 석유 정제시에 얻을 수 있다
- 연료비가 비싼 편
- 가스 비중이 공기보다 무거워 누출 시 건물의 바닥에 모인다
- 증발열이 커서 취급이 위험하고 열손실이 큰 편이다
⑤ 천연가스
- 메탄이 주성분이다
- 다른 기체연료보다 폭발한계가 좁고 화염전파속도가 늦어 안전하다
- 200기압 정도로 압축하면 옥탄가가 높아 자동차 연료로도 사용 가능하고 질소성분이 거의 없다
● 연소의 종류
① 표면연소 - 코크스, 목탄
- 휘발성 성분이 없는 고체연료의 연소형태
② 분해연소 - 목재, 석탄, 타르
- 열분해에 의한 가연성 가스가 발생하고 이것이 긴 화염을 발생시키면서 연소함
- 고체, 액체연료의 두가지 연소형태로 존재함
- 고체를 가열하면 증발 전에 분해하여 휘발성분과 고정탄소로 된다
③ 증발연소 - 휘발유, 등유, 알코올, 벤젠
- 화염으로부터 열을 받으면 가연성 증기가 발생하면서 연소됨
- 연소속도는 가연성가스의 증발속도 또는 공기 중의 산소와 가연성 가스의 확산속도 중 더 느린 것에 의해서 지배된다.
④ 확산연소 - LPG, LNG
- 공기와 혼합하여 확산연소된다
⑤ 자기연소(내부연소) - 나이트로 글리세린
- 공기 중의 산소 공급없이 물질 분자 내에 함유되어있는 산소를 이용하여 연소함
⑥ 그을림 연소: 숯불과 같이 불꽃을 동반하지 않는 열분해와 표면연소의 복합형태의 연소
⑦ 발연연소
- 열분해 온도가 낮은 종이나, 목재 등의 연료의 열분해에 의해 발생된 휘발분이 점화되지 않고 다량의 발연을 수반하는 연소형태인 열분해 발열반응을 발한다.