열관리설비 연료의 종류 및 특성

(1) 연료

공기 또는 산소 중에서 지속적으로 산화반응을 일으켜 빛과 열을 발생시키고, 이때 발생된 빛과 열을 경제적으로 이용할 수 있는 물질을 말한다.

연료의 구비조건

공기 중에서 연소하기 쉬울 것 

저장 및 취급이 용이할 것

발열량이 클 것

구입하기 쉽고 경제적일 것

인체에 유해성이 없을 것

휘발성이 좋고 내한성이 우수할 것

연료의 조성

연료의 주성분은 탄소(C), 수소(H), 산소(O)이며 질소(N), 유황(S), 수분(W), 회분(A)이 소량 포함되어 있다.

가연성분(원소): 탄소(c), 수소(H), 유황(S)

불순물 : 산소(O), 질소(N), 황(S), 수분(W), 회분(A) 등

(2) 연료의 종류 및 특성

a) 고체연료

고체상태의 연료로 목재, 석탄, 코크스, 목탄 등이 있다.

특징

장점

노천 야적이 가능하다.

저장 및 취급이 편리하다.

구입이 쉽고, 가격이 저렴하다.

연소장치가 간단하고, 특수 목적에 이용된다.

단점

완전연소가 곤란하다.

연소효율이 낮고 고온을 얻기 곤란하다.

회분이 많고 처리가 곤란하다.

착화 및 소화가 어렵다.

연소조절이 어렵다.

석탄

석탄의 분류 : 발열량(탄화도), 점결성, 입도, 연료비

석탄의 탄화도 : 석탄의 성분이 변화되는 진행 정도(이탄→갈탄(아탄)→액청탄(유연탄)→무연탄→흑연)를 말하며 탄화도가 증가함에 따라 수분, 휘발분이 감소하고 고정탄소의 성분이 증가한다. 

 

탄화도가 증가하면 석탄은 일반적인 특성은 다음과 같다.

발열량이 증가한다.

연료비가 증가한다.

열전도율이 증가한다.

비열이 감소한다.

연소속도가 늦어진다.

인화점, 착화온도가 높아진다.

수분, 휘발분이 감소한다.

휘발분 : 시료를 로에 넣어 공기와 차단하고 925±20 [℃]에서 7분간 가열했을 때 감소량

고정탄소 = 100-(수분+회분+휘발분)

연료비 : 고정탄소와 휘발분의 비

 

코크스(cokes)

역청탄(점결탄)을 1000 [℃] 내외에서 건류하여 만들어지는 2차 연료로 제조방법에 따라 다음과 같이 분류된다.

제사 코크스 : 코크스 제조가 목적으로 고온 건류로 만들어지며, 제철공업용 및 주물용으로 사용한다.

반성 코크스 : 타르 제조목적으로 저온 건류로 만들어지며 휘발분을 10 [%] 정도 함유하고 있다.

가스 코크스 : 연료용으로 사용할 가스를 제조하는 것을 목적으로 하는 것이다.

 

b) 액체연료

액체상태의 연료로 석유류(가솔린, 등유, 경유, 중유 등)가 대표적이다.

특징

장점

완전연소가 가능하고 발열량이 높다.

연소효율이 높고 고온을 얻기 쉽다.

연소조절이 용이하고 회분이 적다.

품질이 균일하고 저장, 취급이 편리하다.

파이프라인을 통한 수송이 용이하다.

 

단점

연소온도가 높아 국부과열의 위험이 크다.

화재, 역화의 위험성이 높다.

일반적으로 황성분을 많이 함유하고 있다.

버너의 종류에 따라 연소 시 소음이 발생한다.

 

가솔린(gasoline)

비점 150 [℃] 이하의 탄화수소(C8~C11) 혼합물로 휘발성 액체이다.

액체는 물보다 가볍고, 증기는 공기보다 무거우며 인화점 -20 [℃]~-43 [℃], 착화온도 300 [℃] 정도이다.

 

등유(kerosene)

비점 150~300 [℃] 정도의 탄화수소(C9~C18) 혼합물로 인화점 40 [℃]~70 [℃], 착화온도 220 [℃] 전후이다.

연료용(백등유, 다등유)으로 사용된다.

 

경유(diesel oil)

비점 200~350 [℃] 정도의 탄화수소(C15~C20) 혼합물로 인화점 50 [℃]~70 [℃], 착화온도 220 [℃] 전후로 디젤기관 연료로 사용된다.

 

중유(heavy oil)

비점 300 [℃] 이상인 갈색 또는 암갈색의 액체로 다음과 같이 분류된다.

정제과정에 의한 분류 : 직류 중유, 분해 중유

점도에 의한 분류 : A중유, B중유, C중유

유황분 함량에 의한 분류 : A급(1호, 2호), B급, C급(1호, 2호, 3호, 4호)의 7종으로 구분

유동점은 응고점보다 2.5 [℃] 높게, 예열온도는 인화점보다 5[℃] 낮게 조정한다.

 

중유 첨가제 종류

연소촉진제: 분무를 양호하게 하여 연소를 촉진시킨다.

안정제 : 슬러지 생성을 방지한다.

탈수제 : 연료 속의 수분을 분리 제거한다.

회분 개질제 : 재(회분)의 융점을 높여 고온부식을 방지한다.

유동점 강화제 : 유동점을 낮추어 저온에서도 유동성을 양호하게 한다.

 

중유 중의 함유 성분의 영향

바나듐(V) : 연소 중에 오산화바나듐(V2 O5)으로 되어 고온의 전열면에 부착하여 고온부식의 원인이 된다.

황(S) :  황 성분이 연소하여 아황산가스(SO2)가 되고, 일부는 산화해서 무수황산(SO3)으로 되고 이것이 수분과 반응하여 황산(H2SO4)으로 되어 저온 전열면에 부착하여 저온부식의 원인이 된다.

수분(W) : 발열량을 감소시키고, 진동 연소의 원인이 되며 저온 부식을 촉진시킨다.

회분 : 발열량이 감소하며 분진발생으로 공해문제를 유발한다.

 

c) 기체연료

기체상태의 연료로 액화석유가스, 도시가스 등이 있다.

특징

장점

연소 효율이 높고 연소제어가 용이하다.

회분 및 황성분이 없어 전열면 오손이 없다.

적은 공기비로 완전연소가 가능하다.

저 발열량의 연료로 고온을 얻을 수 있다.

완전연소가 가능하여 공해문제가 없다.

단점

저장 및 수송이 어렵다.

가격이 비싸고 시설비가 많이 소요된다.

누설 시 화재, 폭발의 위험이 크다.