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1[에너지관리기사 필기] 16년 1회차

어떤 연료를 분석한 결과 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 황(S) 등으로 나타낼 때 이 연료를 연소시키는데 필요한 이론 산소량을 구하는 계산식은? (단, 각 원소의 원자량은 산소 16, 수소 1, 탄소 12, 황 32이다.)

 $1.867C + 5.6(H + \dfrac{O}{8}) + 0.7S[\mathrm{Nm}^3/\mathrm{kg}]$

 $1.867C + 5.6(H - \dfrac{O}{8}) + 0.7S[\mathrm{Nm}^3/\mathrm{kg}]$

 $1.867C + 11.2(H + \dfrac{O}{8}) + 0.7S[\mathrm{Nm}^3/\mathrm{kg}]$

 $1.867C + 11.2(H - \dfrac{O}{8}) + 0.7S[\mathrm{Nm}^3/\mathrm{kg}]$

해설

연료 1kg 속 가연성분이 완전연소할 때 필요한 산소량은 반응식에서 나온다. 탄소는 C+O₂→CO₂이므로 22.4/12 = 1.867Nm³/kg, 수소는 H₂+½O₂→H₂O이므로 (0.5×22.4)/2 = 5.6Nm³/kg, 황은 S+O₂→SO₂이므로 22.4/32 = 0.7Nm³/kg이다.

연료 자체에 들어 있는 산소는 이미 수소와 결합된 상태여서 밖에서 공급할 필요가 없다. 산소 1kg은 수소 1/8kg과 결합하므로, 산소를 필요로 하는 것은 유효수소 (H − O/8)뿐이다.

따라서 이론산소량은 O₀ = 1.867C + 5.6(H − O/8) + 0.7S [Nm³/kg]이며, 이를 0.21로 나누면 이론공기량이 된다. 수소 계수를 11.2로 쓴 식은 부피 기준(22.4/2 = 11.2)을 잘못 적용한 것이고, 연료 중 산소를 빼지 않고 더한 식은 유효수소 개념에 어긋난다.

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