가스의 연소

연소란 빛과 열을 수반하는 화학반응으로서 보통 공기 중이나 산소 중에서 물질이 산화되는 반응을 말한다.

 

 

 

가스의 연소

연소 성립조건

연소가 일어나는 데는 다음의 2가지가 필요하다.

(1) 가연성가스와 공기 또는 산소가 혼합되어 연소범위 내로 가스조성이 형성되었을 때

(2) 그 혼합가스가 일정온도 이상으로 가열되거나, 외부로부터 발화원이 될 수 있는 일정량 이상의 열량이 공급될 때

 

 

연소방정식(열화학방정식)

탄소가 연소하는 현상을 식으로 표시하면 다음과 같다.

C + O2 → CO2 + 97k㎈ ․․․․․․․․․․(1)

이 식의 의미는 탄소 1몰과 산소 1몰이 화합하여 이산화탄소(탄산가스) 1몰이 생성되고 97㎉의 열량이 발생한다는 것을 나타낸다.

이 열량을 연소열 또는 발열량이라 하며, 이와 같은 식을 연소방정식이라 한다.

 

그러나 예를 들어 산소의 양이 (1)식의 절반(½), 즉 ½몰로 되면 이 때의 연소는 다음과 같다.

 

C + ½ O2 → CO + 29k㎈ ․․․․․․․․․․(2)

이 경우에는 탄소1몰과 산소 ½몰이 화합하여 일산화탄소 1몰이 만들어지고 29㎉의 열량이 발생한다.

 

(1)식과 (2)식을 비교해 보면 조건에 따라서 연소생성물과 발열량이 완전히 달라질 수 있다는 사실이다.

 

 

총발열량과 진발열량

상기(2)의 발열량은 단위량의 가연성가스가 압력 1 기압하에서 연소하여 연소 시작과 끝의 온도가 똑같이 25℃로 될 경우의 발생열량을 말한 것이다. 또한 (1)식에서 표시된 연소반응에서는 물이 생기지 않지만, 프로판이나 부탄의 연소에서는 물이 생기게 된다. 이 물은 기체로 나오는데 온도 25℃에서 응축 액화할 때의 응축열을 방출한다. 즉 수증기의 열을 포함한 발열량을 총발열량이라 하고, 그 잠열을 포함하지 않는 발열량을 진발열량이라 한다.

 

 

완전연소와 불안전연소

앞에서 설명한 (1)식으로부터 알 수 있는 바와 같이 산소가 충분히 공급되기만 하면 연소 후 생성물질은 더 이상 타지 않는 산화반응이 일어나며 그때 발열량은 불완전 연소에 비해 훨씬 크다. 이와 같은 연소를 완전연소라 한다.

완전연소를 시키기 위한 필요한 최저의 산소량을 이론산소량이라 하고 이론산소량을 공기로 환산하면 이론공기량을 알 수 있게 된다.

(2)식에서 보는 바와 같이 산소의 공급량이 부족한 가운데 연소할 때 생기는 물질은 예를 들면 (2)식의 일산화탄소(CO)와 같이 다시 더 연소할 수 있는 물질이 되며 연소시 발생하는 발열량도 완전연소일 경우와 비교하면 굉장히 작게 된다.. 이와 같은 연소를 불완전연소라 한다.

 

LP가스가 완전연소가 될 경우에는 탄산가스와 물이 생긴다. 그러나 불완전 연소가 일어날 경우에는 가스는 완전히 산화되지 않고, 일산화탄소, 수소, 탄소(그을음) 등이 생겨난다.

 

이론 산소량의 계산

연료를 이론적으로 완전연소시키는데 필요한 산소량이며, 연료의 성분 중 가연성분인 C, H, S 가 연소할 때 필요로 하는 산소량에 의해서 계산한다.

 

이론 산소량 및 공기량에 대한 대용은 다음 포스팅 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/1375

연소 계산

 

 

Reference : 1. 가스안전