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Safety Engineering/연소공학

증발 연소 (Evaporating Combustion) 의 개념과 원리

by ONL 2020. 5. 13.
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증발 연소(Evaporating Combustion)

일반적으로 알코올, 가솔린, 등유 등의 인화성액체는 자체 증기압에 의해 증발한다. 이렇게 증발된 증기는 주변 공기와 혼합하며 연소 가능한 분위기를 만들게 되고, 외부의 점화원에 의해 연소가 시작된다. 이를 증발연소(Evaporating Combustion)라고 한다.

 

액체의 증발연소

증발 연소는 증발에 의해 연소가 진행되는데, 연소가 진행되면 액체의 표면이 가열되어 액체의 증발이 촉진되고, 다시 연소를 촉진시킨다. 일반적으로 단독으로 진행되기보다는 확산 연소 등과 공존하여 발생한다. 여기서 연료의 증발 속도가 연소의 속도보다 빠른 경우 불완전연소가 된다.() 석유난로 심지가 길 경우 화염의 선단에 매연이 나온다.)

 

Fig.2 증발연소의 매커니즘

 

증발 연소의 특성상 증발된 인화성 물질이 연소되며, 연소되며 발생하는 열이 증발을 촉진시켜 연소를 더욱 지속적이고, 강렬하게 만드는 특성이 있다. 대다수의 물질은 온도가 높아짐에 따라 증기압이 높아지게 되어 연소할 수 있는 환경을 더욱 좋게 만들어 준다.

 

물론 연소에도 폭발 하한계(LEL, Lower Explosion Limit 또는 LFL : Lower Flammable Limit)라는 한계 값을 가지고 있어 인화점(Flash Point), 연소점(Fire Point), 발화점(Ignition Point) 등 온도에 관한 변수들이 생기며, 증발에 의한 연소의 시작이 아니더라도 다른 원인에 의한 연소로 인해 인화성 물질의 증발이 촉진되어 인화점 이상 도달되는 경우 증발 연소가 동시에 일어나게 된다. 인화점, 연소점, 발화점에 대한 사항은 연소 파트 이후에 알아보겠다.

 

고체의 증발 연소

고체의 경우 융점이 낮은 고체연료가 액상으로 용융되어 액체연료와 같이 증발하여 연소하는 것으로 증발 온도가 열분해 온도보다 낮은 양초, 파라핀, 유황, 나프탈렌 등으로 볼 수 있다. 그중 대표적인 고체의 증발 연소는 양초의 연소다. 양초는 촛농이 발생되며 이게 증발되어 증발 연소가 지속되는데, 그래서 어린 시절에는 흐르는 촛농을 보며 촛농을 모아 다시 굳혀 양초를 만들면 무한 연료가 되지 않을까 싶은 생각도 들었었다. 알고 보니 이게 증발 연소였다. 고체가 액체가 되고, 다시 기체가 되는 과정에서 액체가 되는 과정만 눈에 보였었기 때문이었을 것이다.

 

Fig.3 양초, 일상에서 가장 쉽게 볼 수 있는 증발연소

 

결과적으로 증발 연소(Evaporating Combustion)는 간단한 개념만 알면 된다.

 

인화성 물질의 유증기 발생

점화원에 의한 연소 시작

연소로 인한 온도 상승으로 유증기의 발생량 증가

발생된 유증기가 다시 연소되며 증발 연소 지속


연소와 관련된 사항은 아래 링크에서 참고하면 된다.

 

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