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작성일 : 14-07-11 12:27
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글쓴이 :
코스모가스
 조회 : 2,483
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가스연소설비의 선두주자 코스모 가스 테크(주)
2-1 가스연소반응
연소반응은 연소현상을 특징하는 것으로 많은 수반응으로 구성되어진다
총괄적으로 보면 발열반응이다 연소 현상을 이해하는데는 먼저 연소반응에 관한
지식을 몸에 익혀야 한다
연소현상을 이해하는 입장 또는 연소 현상에 기인하는 화재를 방지하는 입장에 있어서도 먼저 연소를 에너지 변환의 한 과정으로서 파악할 필요가 있기 때문에 전체적으로 발광속도랑 화염속도에 관한 지식만을 중요시 하고 따라서 복잡한 연소반응에 관한 지식의 습 득은 차후에 배우도록 한다. 하지만 연소반응에 대한 지식이 증가할수록 연소 현상은 보다 상세하게 알고 이해할 수 있으므로 현재 연소학의 레벨을 생각하면 연소학을 공부하는데 있어 어느정도의 연소 반응의 지식은 불가결 하다. 연료의 종류에 적당한 연소법의 개발 연소법의 제어, 물질의 발화 조건, 예측 연소 억제제의 개발, 연소 배출물 중의 유해 물질의 저감등 연소 현상에 관련한 에너지 안전 환경 보전에 관한 목표를 달성하기 위해서는 연소 반응에 관한 지식이 큰 도움이 된다. 여기에서는 최근 많은 연구자들의 노력에 의해 분명하게 밝혀진 연소 소반응에 관한 막대한 지식의 한편에 대해서 수록되었고 반응 속도의 생각도 응용예로써 평형 조성 및 화염 온도의 계산법도 논술했다.
2-1-1연소 반응의 특징
모든 형태의 연소를 특징짓는 것은 고속 발열 반응이다. 각자 형태의 연소에 있어서 그 형태 고유의 연소 반응의 특징을 지적 할 수가 있다. 하지만 연소가 기상으로 일어나는 것 이외의 형태의 연소는 특수한 경우밖에 일어나지 않으므로 거기에 대한 지식이 필요할 때도 있을 것이다. 여기서 이것들의 연소 반응의 특징에 대해서는 생략한다. 기상에 있어 연소 반응의 특징에 대해서 기술하도록 한다.
기상에 있어 연소 현상을 특징짓는 것은 앞에서 기술한 발열반응 외에 화학 발광 (CHEMILUMINESCENCE) 과 연쇄 반응(CHAIN REACTION)이다.
예를 들어 탄화수소 연료를 연소시키는 경우의 화염의 자주색부터 녹색에 이르는 가시광의 발광은 연소반응의 결과로써 발생한 것이다. 이 발광은 연소 반응, 즉 연소 현상의 있어서 화학반응의 결과로써 생성되어진다고 의미를 들 수 있고 화학 발광이라고 한다. 화학 발광이라고 잘 알려진 것은 탄소 및 수소를 포함 가연성 기체와 산소 의 연소때 볼 수 있는 것으로 연소 반응의 과정으로 생성하는 에너지 형태의 높은 OH, CH,C2 등의 화학 종류에 의한 것이다. 이것들의 발광은 화학적으로 비평형으로 기인하는 것으로 발광하는 공간은 주 연소 반응이 일어나고 있는 굉장히 엷은 영역에 국한되어 있고 그 색온도는 기체의 온도보다 훨씬 높다.
탄화수소와 공기의 예혼합 화염에 있어서 화염의 색은 과잉 공기 상태에 있으면 자주색이 되고 가연성 기체의 비율이 증가함에 따라서 청색이 강하게 되고 가연성 기체가 과잉 상태로 되면 녹색이 강하게 된다. 이것은 공기 과잉상태에서는 CH로부터 발광이 가시광의 주체가 되고 가연성 기체의 역할이 증가함에 따라서 C2 로부터 발광이 가시영역에 강하게 되기 때문이다. 이 종류의 예혼합 화염에서는 화염의 색을 보면 혼합비의 대강의 비율을 추정이 가능하다. 여기에 가연성 기체의 혼합이 많게 되면은 탄소 입자가 발생하게 되므로 모든 황색 휘염이 나타나게 된다.
이 탄소 입자의 발생은 그 온도의 따른 고체 표면으로부터의 것으로 화학 발광은 아니다.
화학발광의 색온도는 기체의 온도보다 훨씬 높지만 화학 발광이 일어나는 공간 즉 화염의 두께가 엷으므로 그것에 의한 외부로의 열복사의 강함은 연소 가스중의 이산화탄소랑 수증기에 비교하면 극히 적다. 또 연소의 과정으로 발생한 탄소 입자의 양이 많게 되면 외부로의 열복사 대부분은 탄소입자로부터 생겨지는 것으로 생각해도 좋다.
일반적으로 가연성 물질로 알려져 있는 것중 많은 것은 탄소,수소,산소등으로 되어있다.이것들과 산소와의 사이에 연소가 일어나고 가연성 물질의 연소에 의한 산화 반응이 완료하면 이산화 탄소 ,물이 생성하고 연소 열이 발생하는 것으로 알려져 있다.
예를 들어 가연성 물질로써 수소, 메탄, 프로판, 에틸알콜을 각자의 산소의 반응을 생각하여 보면 다음과 같다. (숯이나 중간 생성물이 없다고 가정하면)
(1) H2 +1/2O2 =H2O
(2) CH4 +2O2 = CO2 + 2H2O
(3) C3H8 +5O2 = 3CO2 + 4H2O
하지만 화학반응에 관여하는 화학종으로 OH, CH, C2 등이 연소반응의 과정으로 생성되어졌다고 생각해도 된다. 또 다음에 논술한 착화랑 화염전파등의 연소현상을 모순 없이 설명한다고 하더라도 1~3과 같은 반응이 한단계로 이루어지는 것이 아니고 많은 반응을 경유하는 것으로 생각되어진다. 이같은 연소반응을 구성하는 각각의 반응을 소반응 (ELEMENTARY REACTION) 이라고 하고 그 소반응에 의해 연소반응이 진행하는데 있어 활성기 (RADICAL)가 중요한 역할을 한다.
활성기는 연소반응 진행의 주최를 소반응에 관여하는 화학종으로 무언가의 과정 (기쇄반응
CHAIN INITATION REACTION) 으로 발생하면 분기반응(CHAIN BRANCHING REACTION)에 의한 그 수가 증가하고 반응을 가속적으로 진행시킨다. 각각의 활성기와 소반응에 대해서는 다음장에 실려있고 활성기에 의한 반응의 진행의 모양은 그림 2-1에 표시된바와 같다.
시간과 함께 활성기의 수가 늘어나고 전체적인 반응의 속도가 급격하게 증가한다.활성기가 반응을 연쇄적으로 일으키는 역할을 하고 분기의 속도가 반응속도의 증대에 강한 영향을 준다. 이와 같은 반응은 연소반응의 독특한 특징이고 연쇄반응이라고 부른다.
연쇄반응을 일으키고 활성기의 수가 늘어남과 동시에 가속한 연소반응은 가연성물질과 산화제의 소모를 동반하고 활성기의 실활이나 재결합에 의한 활성기의 수의 감소와 함께 감속한다.
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