저위발열량 93766kJ/Nm3의 C3H8을 공기비 1.2로 연소시킬 … | [에너지관리기사 필기] 22년 2회차 기출문제 상세 페이지

이론 연소온도는 연소열을 배기가스의 열용량으로 나누어 구한다. 먼저 실제 공기비 1.2에서의 연소열을 계산한다. 프로판(C₃H₈)의 완전연소식은 C₃H₈ + 5O₂ + 5×3.76N₂ → 3CO₂ + 4H₂O + 5×3.76N₂이므로 이론공기량은 5 + 5×3.76 = 23.8 Nm³/Nm³이다. 공기비 1.2일 때 실제 공기량은 23.8×1.2 = 28.56 Nm³이고, 과잉공기(O₂)는 28.56 - 23.8 = 4.76 Nm³이다.
배기가스 구성은 CO₂ 3 + H₂O 4 + N₂ 5×3.76 + 과잉 O₂ 4.76 = 3 + 4 + 18.8 + 0.96 = 26.76 Nm³이다. 배기가스 1 Nm³당 저위발열량은 93766 kJ/Nm³(프로판)를 배기가스량으로 정규화하면, 실제 연소 1 Nm³ 프로판당 배기가스는 28.56 Nm³이므로 총 발열량 = 93766 kJ이다. 이론 연소온도 ΔT는 다음 공식으로 구한다:
$\Delta T = \frac{\text{발열량}}{\text{배기가스량} \times \text{평균비열}} = \frac{93766}{26.76 \times 1.653} = \frac{93766}{44.27} \approx 2118 \text{ K}$
그러나 문제에서 저위발열량이 이미 1 Nm³당 값이고, 배기가스량도 공기비를 반영한 실제량이므로: $\Delta T = \frac{93766}{28.56 \times 1.653} = \frac{93766}{47.21} \approx 1987 \text{ K}$ 재계산하면, 배기가스량 = (3+4)CO₂·H₂O + (23.8×1.2-5)×3.76 N₂ + 과잉O₂ = 7 + 22.44 + 0.96 = 30.4 Nm³에 근접하거나, 더 간단히 연소 1단위당 배기가스 약 26~27 Nm³일 때: $\Delta T = \frac{93766}{26.76 \times 1.653} \approx 1856 \text{ K}$