황(S) 4kg을 이론공기량으로 완전연소시켰을 때 발생하는 연소가스량(Nm3)은?
- 3.33
- 6.66
- 11 .66
- 13.33
정답과 해설 보기
정답 ④ · 황(S)의 연소 반응식은 S + O2 → SO2 입니다. 황 1kmol(32kg)이 연소하면 1kmol의 이산화황(SO2) 기체가 발생합니다.
S 4kg의 연소가스량 = (SO₂ 0.125 + N₂ 0.470) kmol × 22.4 ≈ 13.33 Nm³(SO₂가 소비 O₂를 대체).
개념 한 쪽
에너지관리산업기사 연소가스량 — 이론연소가스·습·건 구분
연료의 연소에서 생성되는 기체량을 계산하는 법을 정리한다. 반응식의 계수를 이용해 생성기체와 수증기량을 구하고, 공기 중 질소를 포함해 총 연소가스량을 산출하는 방법을 익힌다. 습연소가스와 건연소가스의 차이를 명확히 구분해야 정답을 도출할 수 있다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「연소가스량」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 황 연소로 총 연소가스량 계산 | 1 | 황 질량으로부터 생성 SO2와 공기 중 N2를 포함한 연소가스 총부피를 구하기 |
| 탄화수소의 건연소가스 결정 | 1 | 반응식 계수로 생성 CO2·H2O를 구하고 수증기 제거로 건가스량을 산정하기 |
| 황 1kg 기준 이론연소가스량 산정 | 1 | 황 1kg당 SO2와 동반 질소량을 계산해 Nm3/kg 단위로 나타내기 |
뜻
연소 반응식을 세워서 생성되는 기체의 계수를 읽는 것이 연소가스량 계산의 출발점이다. 예를 들어 황의 연소식 S + O2 → SO2에서는 황 1몰이 SO2 1몰을 만든다거나, 탄화수소의 연소에서는 CO2와 H2O의 계수가 반응식에서 직접 주어진다.
공기량 계산은 필요 산소량을 공기 중 산소분율 21%로 나누어 이론공기량을 구하고, 공기과잉계수가 주어지면 실제공기량은 이론공기량에 과잉계수를 곱해 구한다. 공기와 함께 유입되는 질소는 공기부피의 79%로 계산하여 연소가스의 질량 또는 부피에 더한다.
습연소가스는 연소 생성물 중 수증기를 포함한 전체 가스량을 의미하고, 건연소가스는 수증기를 제외한 가스량을 의미한다. 따라서 연소 문제에서는 먼저 습가스 총량을 구하고 필요하다면 수증기량을 빼서 건가스를 도출하는 절차를 따른다.
이론연소가스량이나 연소온도 등 열량과 관련된 식에서는 진발열량과 짝을 이루는 가스량이 습연소가스량이라는 점을 기억한다. 진발열량은 수증기를 포함한 상태의 가스 현열로 처리되므로 열수지 식의 분모에는 습연소가스량을 사용한다.
예제
(추가 대표 예) 메탄 1Nm³의 건연소가스량(수증기 제외) 산출: - 반응식 CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O에서 이론산소 2 Nm³. - 이론공기 = 2 ÷ 0.21 ≈ 9.52 Nm³, 공기과잉계수 1.05일 경우 실제공기 ≈ 10 Nm³. - 습가스 총량 = CO2 1 + H2O 2 + N2(10×0.79) + 잉여O2(10×0.21−2) = 11 Nm³. - 건가스 = 습가스 − H2O = 11 − 2 = 9 Nm³가 된다.
대표 기출 3문항
메탄 1Nm3를 이론산소량으로 완전연소시켰다고 하면 건연소가스량은 몇 Nm3인가?
- 0.5
- 1
- 2
- 3
정답과 해설 보기
정답 ② · 메탄(CH4)이 이론 산소량으로 완전 연소하는 반응식은 CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O 입니다. 건연소가스량은 연소 가스 중에서 수분(H2O)을 제외한 건조 가스의 양을 의미합니다.
메탄 연소식 CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O에서 수분(H₂O)을 뺀 건가스는 CO₂ 1Nm³뿐이다.
황의 연소반응식이 "S + O2 = SO2"일 때, 이론연소 가스량(Nm3/kg)은?
- 2.38
- 3.33
- 5.35
- 8.37
정답과 해설 보기
정답 ② · 문제는 황이 연소하여 SO2가 될 때 단위질량당 이론 연소가스량을 묻고 있다. 1kg의 황은 1/32 kmol에 해당하므로 생성되는 SO2 부피는 (1/32)×22.4 ≈ 0.7 Nm3가 되고, 이 가스는 공기 중의 질소를 동반하므로 N2 부피는 0.7×(79/21) ≈ 2.63 Nm3가 된다.
황 1kg(1/32 kmol)의 SO2 0.7Nm³ + 질소 2.63Nm³ = 이론연소가스 3.33Nm³/kg이다.
자주 묻는 물음
- 연소가스량을 구할 때 습연소가스와 건연소가스의 차이는 무엇인가?
- 습연소가스는 생성 가스에 수증기를 포함한 전체 부피이고, 건연소가스는 수증기를 제외한 부피이다. 문제에서 '건'인지 '습'인지 확인한 뒤 수증기 항을 더하거나 빼서 계산해야 정답을 얻는다.
- 황 연소에서 총 연소가스량을 구할 때 질소를 왜 더하나?
- 공기 속 산소를 사용하면 그 산소에 비례해 질소가 함께 유입된다. 공기 비율로 산소 21%, 질소 79%이므로 이론공기량 또는 실제공기량에 0.79를 곱해 질소량을 더해야 연소가스의 총 부피가 나온다.
- 이론연소온도 식에서 분모에 습연소가스량 G를 쓰는 이유는 무엇인가?
- 진발열량 Hℓ은 수증기를 포함한 상태의 발열량 기준이므로 발열량을 가스의 현열로 나누는 열수지에서 짝을 이루는 가스량은 수증기를 포함한 습연소가스량 G여야 단위와 짝이 맞는다. 따라서 tr = (Hℓ + Q)/(G · Cpm) 형태를 사용한다.
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