2003년08월31일 7번

[연소공학]
보일러에 공급되는 연료의 조성과 중량비가 아래와 같을 때 150%의 공기과잉율로 연소시킨다면 연료 1㎏당 공급되는 공기량은? [ C : 78%, H₂ : 6%, O₂ : 9%, ash : 7% ]

① 16.67㎏/㎏연료
② 14.73㎏/㎏연료
③ 11.56㎏/㎏연료
④ 15.95㎏/㎏연료

(정답률: 알수없음)

문제 해설

연료의 조성에 따라 연소 반응식은 다음과 같습니다.

C + O2 → CO2
H2 + 1/2O2 → H2O

연료 1kg당 C는 0.78kg, H는 0.06kg, O는 0.09kg이므로, 연소 반응식에 대입하여 CO2와 H2O의 생성량을 계산할 수 있습니다.

CO2 : 0.78kg × (1 mol CO2/12.01g C) × (22.4L/mol) = 11.05L
H2O : 0.06kg × (1 mol H2O/18.02g H2O) × (22.4L/mol) = 1.49L

따라서, 연료 1kg당 생성되는 가스의 총 부피는 11.05L + 1.49L = 12.54L 입니다.

공기과잉율이 150%이므로, 연료 1kg당 필요한 공기량은 연소 반응식에서 계수가 큰 산소(O2)를 기준으로 계산합니다.

O2 : 0.09kg × (1 mol O2/32g O2) × (22.4L/mol) = 0.56L

따라서, 연료 1kg당 공급되는 공기량은 0.56L × 1.5 = 0.84L 입니다.

연료 1kg당 생성되는 가스의 총 부피는 12.54L 이므로, 연료 1kg당 공급되는 공기량 대비 생성되는 가스의 부피는 다음과 같습니다.

12.54L / 0.84L = 14.93

즉, 연료 1kg당 공급되는 공기량 대비 생성되는 가스의 부피는 14.93이므로, 연료 1kg당 공급되는 공기량은 1/14.93 = 0.067L/kg 입니다.

이를 kg/L로 환산하면 1/0.067 = 14.93kg/L 이므로, 연료 1kg당 공급되는 공기량은 14.93kg/L × 0.084L/kg = 1.26kg/kg 입니다.

하지만, 연료 1kg당 공급되는 공기량은 0.84L/kg 이므로, 이를 kg/L로 환산하면 1/0.84 = 1.19kg/L 입니다.

따라서, 연료 1kg당 공급되는 공기량은 1.26kg/kg ÷ 1.19kg/L = 15.95kg/kg 입니다.

정답은 "15.95㎏/㎏연료" 입니다.

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