환경기능사 필기대비 요점 - 연료와 연소

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환경기능사 자격증 필기시험 대비
요약 정리
연료와 연소

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환경기능사 용어 정리

고정탄소 - 수분, 재를 제외한 가연 성분 중 휘발성분이 아닌 탄소성분

석탄(石炭, coal)은 셀룰로스와 리그닌을 주성분으로 한 수목이 두껍게 쌓여서 만들어진 층이 그 위의 압력으로 탄화되어 생성된 퇴적암이다. 탄화 정도에 따라 이탄, 갈탄, 역청탄, 무연탄이 있다.

무연탄(無煙炭, Black Coal)은 휘발성 물질의 함유량이 적은 석탄이다. 연료사용량을 고체연료 환산 계수로 환산할 때 기준이 된다. 연기가 안 난다.

유연탄, 역청탄(瀝靑炭, bituminous coal)은 휘발성 물질이 많이 포함된 석탄. 유연탄은 연소할 때 화염과 연기를 낸다.

갈탄(褐炭, lignite), 갈색탄(褐色炭, brown coal)은 가정용이나 기타 연료로 쓰는 가장 질이 낮은 석탄이다. 역청탄에 비해 탄화도가 낮으며 때때로 수분 함량이 66%가 넘어갈 정도로 많은 수분이 있으며, 재도 많다.

이탄(泥炭, peat)은 완전히 탄화할 정도로 오래되진 않은 석탄이다. 발열량이 적으며 연탄의 원료로 쓰인다. 이탄은 석탄이 만들어지는 첫 번째 단계에서 만들어진다. 90%가 물로 되어 있어 마치 진흙처럼 보인다.(진흙탄, 토탄)

발화점, 연소점, 착화점(着火點)-공기 중에서 물질을 가열할 때 스스로 발화하여 연소를 시작하는 최저온도

가스라이터(gas lighter) - 뷰테인(부탄) 가스가 들어 있다.

석유(石油, petroleum)는 천연에서 액체 상태로 산출되는 탄화수소의 혼합물이다. 정제하지 않은 석유를 원유(原油, crude oil)라고 한다. 추측만 있지 석유의 생성기원은 알 수가 없다.

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연료의 특징은?
고정탄소가 많으면 발열량 증가
휘발분이 많으면 연기 발생 증가
회분이 많으면(흙?) 연소 효과 감소
수분이 많으면 열손실이 증가한다.


고체연료 석탄의 탄화도가 클수록 가지는 성질은?

발열량. 착화 온도, 고정탄소, 연료비 증가

(쉽게 안타지만 세게 타고, 고정 탄소가 많고 태우는데 연료비가 많이 든다)

연소 속도, 산소량, 수분량, 휘발분 감소

(더디게 타고, 산소를 많이 요구하지 않고, 수분은 없고 휘발분 없어서 연기가 없고 오래 탐)

무연탄과 유연탄의 구분은?
연기가 나는 것으로도 구분하는데 성분으로 구분하면 탄소함량, 휘발분 함량에 따라 구분하고 있으며,
휘발분의 함량이 14% 이상이면 유연탄, 14% 이하이면 무연탄으로 구분된다.
발열량에 있어서 유연탄의 발열량이 크기 때문에 화력발전소 등에서는 연료로 사용한다.


착화 온도(발화 최저온도)가 높아지는(타기 어려운?) 조건은?
분자구조 간단
발열량이 작음
활성화 에너지가 큼(유일하게 크다)

   ==> 활성화 시키는데 에너지가 많이든다
화학결합 활성도 작음


석탄의 탄화도 크기 순서는?
무연탄 > 역청탄 > 갈탄 > 이탄


석탄의 탄화 순서는?
이탄(토탄) → 갈탄 → 유연탄(역청탄) → 무연탄
*탄화되어 가면서 휘발성이 줄어든다.

이탄-갈탄-유연탄-무연탄

액체연료의 종류는?
휘발유 - C/H비가 가장 낮음★

            - 그래서 휘발이 잘된다.
등유 - 가정용
경유 - 착화상의 척도로 세탄가가 사용
중유 - 온도가 상승할수록 점도가 낮아짐
나프타(naphtha)- 특정 탄화수소를 포함하고 특정 범위에서 끓는 석유나 콜타르(coal tar)에서 얻는 증류물과 같은 다양한 가연성 액체 탄화수소 혼합물을 가리킨다. 이는 석유의 액체 탄화수소 중에 가장 가볍고 가장 휘발성 강한 성분들을 가리키는 광범위한 용어이다. 나프타는 무색에서 적갈색을 띠는 휘발성, 방향성 액체로서 가솔린과 매우 비슷하다. 휴대용 라이터, 캠핑용 버너 등에 사용한다.


기체 연료의 특징과 종류는?
점화, 소화가 용이
수송, 저장이 어려워서 연료비가 비싸다.
취급에 위험성이 크다
작은 공기 비로도 연소가 가능
연료 속에 황이 포함되지 않은 것이 많다.


액화 천연가스(LNG-liquefied natural gas)
주성분 메탄
연소효율이 높고 안정된 연소
매연. 황산화물의 발생이 적다.
-162°C로 냉각하여 액체로 응축한다.

압축 천연가스(Compressed Natural Gas, CNG)
운반의 용이성을 위해 천연가스를 압축한 것이다. CNG는 경유와 비슷한 성격을 갖고 있기 때문에, 현재 버스나 청소차 등의 대형차량에 이용

액화석유가스(liquefied petroleum gas, LPG, LP gas)
원유를 채취하거나 정제 시 나오는 탄화수소 가스를 낮은 압력을 가하여 냉각 액화시킨 것이다. 가정이나 영업장소, 자동차 연료로 사용

프로판가스(프로페인 가스, propane gas)
LPG의 성분에서 프로페인이 주성분일 경우 프로페인 가스라고도 한다. 프로페인 가스는 프로페인과 프로펜이 전체의 절반 정도를 차지하고, 전체의 30% 이내를 뷰테인과 뷰텐을 함유하고 있다.

뷰테인(Butane), 부탄(Butan) 가스
알칸족 탄화수소이다. 뷰테인은 상온에서 액체로 쉽게 변하는 무색 및 무향의 기체이며, 가연성이기 때문에 휴대용 연료로 많이 쓰인다.



연소 형태의 분류는?
증발연소 - 가연물이 열분해 없이 증발로 연소
분해연소 - 목재, 석탄 등 연소 초기에 열분해로 발생하는 가연성 가스가 연소
표면연소 - 열분해 없이 표면에서 산소와 반응하여 연소
자기연소 - 나이트로글리세린과 같이 산소공급 없이 자체 분자 내의 산소를 이용 연소

**나이트로글리세린(Nitroglycerin), 니트로글리세린은 삼질산글리세롤이라고도 불리는 화합물로, 분자식은 C3H5(NO3)3이다. 폭발성과 유독성을 가진 투명 무색의 기름 같은 액체이다. 다이너마이트의 원료이기도 하지만 혈관 확장제 등 의학적인 용도로 사용되기도 했다

완전연소를 위한 조건은?
튜티테O, 3TO

충분한 혼합 Turbulence - 연료와 공기를 잘 혼합
충분한 시간 Time - 연소실내 공기 예열
높은 온도 Temperature - 연소실내 온도 고온
충분한 산소량 Oxygen - 공기공급 충분

 

 

 

완전연소위한 조건은?
공기공급 충분
연소용 공기를 예열

공기와 연료의 혼합

연소실내 온도 유지

★연소 시 질소산화물 발생을 줄이는 방법은?
저온도 연소
저산소 연소

   =과잉공기를 줄인다. (즉, 산소줄인다)
수증기 분무
배출가스 재순환
2단 연소

*** 질소산화물 = 산소와 결합한다는 말이니 산소를 줄여야지, 그럴려면 공기를 줄여야지, 공기가 줄면 연소가 덜 되고 온도가 낮아지지

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