과잉 공기율: 효율적인 연소와 환경 친화적인 엔진 운영

과잉 공기율: 효율적인 연소와 환경 친화적인 엔진 운영

 

1. 과잉 공기율 소개

연소 특성: 과잉 공기율은 연소 공정에서 사용되는 공기의 양과 연료의 양 간의 비율을 나타내는 중요한 엔진 특성입니다.

 

2. 과잉 공기율의 역할과 중요성

효율적인 연소: 적절한 과잉 공기율은 연소 효율을 향상시키고, 연료의 완전한 연소를 도와 효과적인 에너지 변환을 가능하게 합니다.

환경 친화성: 적절한 과잉 공기율은 연소 과정에서 발생하는 유해 물질의 배출을 최소화하여 환경에 더 친화적입니다.

 

3. 과잉 공기율의 결정 요소

연료 특성: 연료의 종류와 특성에 따라 적절한 과잉 공기율이 달라질 수 있습니다.

엔진 디자인: 엔진의 디자인과 목적에 따라 최적의 과잉 공기율이 다를 수 있습니다.

 

4. 예제: 과잉 공기율 계산

주어진 조건: 특정 연료와 엔진에 대한 최적의 과잉 공기율을 계산하는 예제를 제시합니다.

 

결론:

과잉 공기율은 효율적인 에너지 변환과 연소 효율을 향상시키는 중요한 요소로, 적절한 값을 유지함으로써 엔진의 성능을 최적화하고 환경 친화적인 운영을 실현할 수 있습니다.

 

설 명

연소에 필요한 공기량은 아래와 같이 계산에 의해 구할 수 있다. 가스 성분으로부터 산소 필요량을 구해 공기중의 산소함유량이 21% 있는 것을 이용하여 필요공기량을 산출한다. 이 공기량은 완전히 연소시키기 위해 필요한 이론상의 최소 공기량으로서 이것을 이론 공기량이라고 한다.

각종의 가스의 이론 공기량을 산출해 보면 발열량 1,000kcal/Nm3당 약 0.9~1.0m3로 거의 일정한 것으로 알려지고 있다. 그러나, 실제로는 이론 공기량만으로는 노즐로부터 분출하여 연소하기 까지 공기와 가스가 완전히 혼합하지 않기 때문에 완전 연소 시킬 수가 없으며 연소하지 않는 가스성분이 남든가, 불완전한 화학반응을 일으킨다.

따라서, 20~50% 정도의 과잉공기가 필요하게 된다. 옐르 들면 프로판가스 1Nm3의 이론공기량은 약 24Nm3이지만 실제로 연소할 때에는 약 30~36Nm3 필요한 것으로 나타난다. 이러한 여분의 필요한 공기를 과잉공기라 하고, 이 과잉공기의 이론공기량에 대한 용적비를 과잉공기율로 부르며 통상 %로 표시한다.

또, 실제 공기량의 이론 공기량에 대한 용적비를 공기비라 한다.

ㅇ과잉공기 = 실제의 공기량 – 이론 공기량

ㅇ과잉공기율 a = 과잉공기/이론공기량×100 = (m-1)×100

ㅇ공기비 m = 실제의 공기량/이론 공기량 해 설 어떤 연소기체의 조성이 다음과 같을 때 과잉공기의 백분율은 ? CO : 1.6 %mole, CO2 : 12%mole O2 : 4%mole N2 : 82.4%mole

ㅇ실제로 유입된 산소량과 이론산소량으로 부터 과잉산소량을 구할 수 있다.

ㅇ계산기준 : 100mole 연료기체

ㅇ유입된 산소의 총량은 유입된 질소의 양을 기준으로 하여 계산한다

유입된 산소량 : 82.4moleN2 * 0.21mole/0.798mole = 21.90mole O2

따라서 과잉산소량은 잔존하는 4mole O2에서 1.6mole의 CO를 완전연소시키는데 사용 된 산소량을 뺀값과 같다

과잉산소량 = 4mole - 1.6mole/2 = 3.2mole 그러므로

과잉공기율 m = 3.2/(21.0-3.2) = 17.11%