불꽃연소 vs. 작열연소

연소의 형태 구분에서 불꽃의 존재유무에 따라 구분하는 방법에는 불꽃이 있는 불꽃연소와 불꽃이 없는작열연소로 구분하며, 불꽃이 있는 불꽃연소에는 확산연소, 예혼합연소, 자연발화가 있고 불꽃이 없이 빛만 내는 작열연소에는 작열연소와 훈소가 있다.

● 연소사면체(Fire tetrahedron)에 의한 연소로 연소속도가 빠르고 불꽃과 열을 내면서 연소하므로 표면화재라고도 하며, 연소의 4요소 중 하나인 연쇄반응을 수반한다.

● 즉, 연료의 표면에서 불꽃(화염)을 발생하며 연소한다.

● 연소시 가연성 가스와 산소가 높은 농도에서 낮은 농도로 이동한다는 Fick의 법칙에 따라 가연성 가스와 산소가 반응에 의해 농도가 0이 되는 화염 쪽으로 이동되는 확산이라는 과정을 통해 연소한다.

● 고체의 열분해, 액체의 증발에 따른 기체의 확산에 의한 연소, 연소속도가 매우 빠르며 시간당 방출열량이 많다.

● 화염에서의 온도는 낮거나 높게 나타나는 현상이 반복되며 평균값은 800 ～ 1,000°C 가 된다. 연소반응은 화염온도가 충분히 높아야 하며 대개 1,300°C 이상 되어야 지속 가능하다.

<그림 1> 불꽃연소 형태

● 연소의 3요소에 의해 가연물이 연소하는 것으로 순조로운 연쇄반응 현상이 없으며, 연소속도가 느리고 불꽃이 없는 것이 특징이다.

● 연료의 표면에서 불꽃(화염)이 발생되지 않고 작열하면서 연소하는 현상으로 표면연소라고도 하며 화재의 양상은 산소의 공급이 불충분한 상태에서 진행되는 연소로 심부화재(Deep seated fire)라고도 한다.

● 작열연소는 휘발분이나 열분해 성분을 거의 함유하지 않는 연료에서 발생하며 다음과 같은 2가지 연소형태를 나타낸다.

- 흡열을 통해 열분해 생성물을 방출하지 않고 진동에너지에 의해 고상 결합이 결렬되면서 일어나는 연소형태이다. 대표적인 것이 숯의 연소이다.

- 낮은 휘발분의 경우 증기압이 낮아 거의 대류를 일으키지 못하고 산소가 높은 농도에서 낮은 농도로 이동한다는 Fick의 법칙에 의해 표면에서 산소와 반응하면서 일어나는 연소형태이다. 대표적인 것이 솜뭉치의 연소이다.

<그림 2> 작열연소 형태

<표 1> 불꽃연소와 작열연소의 특성 비교

구 분	불꽃연소	작열연소(표면연소)
연소특성	∙고체의 열분해, 액체의 증발에 따른 기체의 확산 등 연소양상이 매우 복잡	∙고비점 액체생성물과 타르가 응축되어 공기중에서 무상의 연기 형성
불꽃여부	∙연료의 표면에서 불꽃을 발생하며 연소	∙연료의 표면에서 불꽃을 발생하지 않고 작열하면서 연소
화재구분	∙표면화재	∙심부화재
연소속도	∙연소속도가 매우 빠르다.	∙연소속도가 느리다.
방출열량	∙시간당 방출열량이 많다.	∙시간당 방출열량이 적다.
연쇄반응	∙연쇄반응이 일어난다.	∙연쇄반응이 일어나지 않는다.
적응화재	∙B, C급 화재 적응	∙A급 화재 적응
에 너 지	∙고에너지 화재	∙저에너지 화재
연소가스	∙CO2↑, CO↓	∙CO↑, CO2↓
소 음	∙None to much	∙None
연소물질	∙열가소성 합성수지류 ∙가솔린, 석유류의 인화성액체 ∙메탄, 프로판, 수소, 아세틸렌 등의 가연성가스	∙열경화성 합성수지류 ∙종이, 목재, 섬유류, 연탄, 전분, 짚 ∙코크스, 목탄(숯) 및 금속분(Al, Mg, Na)
소화대책	∙연소3요소 이론의 냉각․질식․제거 외에 연쇄반응의 억제에 의한 소화대책	∙연쇄반응이 없으므로 연소3요소 이론의 냉각․질식․제거의 소화대책
CO2 소화	∙34% 질식소화 ∙방사시간 1분 이내	∙34% 질식소화 및 냉각소화 ∙방사시간 7분 이내

● 불꽃연소는 화염전파공간인 연소범위 영역에서 발생된다.

● 작열연소는 연소범위 이외의 영역에서 발생된다.

<그림 3> 불꽃연소와 작열연소의 연소범위 비교

● 불꽃연소

- 질식, 냉각, 제거, 억제 소화 또는 물리적 소화 + 화학적 소화

< 그림 4> 불꽃연소의 소화원리 개념도

● 작열연소

- 질식, 냉각, 제거 소화 또는 물리적 소화

< 그림 5> 작열연소의 소화원리 개념도

Reference : 연소공학 교재

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