분해 연소 와 표면 연소 의 개념과 원리

분해 연소(Destructive Combustion)와 표면 연소(Surface Combustion)

일반적으로 나무, 석탄, 종이 등의 분자량이 큰 연료가 연소할 때 일정한 온도가 되면 물질이 분해되며, 가연성의 휘발분을 방출하며, 점화원에 의해 점화되어 확산 연소를 한다. 이를 분해 연소(Destructive Combustion)라고 하며, 분해연소를 하지 않고 남은 코크 등의 탄소는 공기 또는 산소에 이해 표면에서 연소를 하게 되는데 이를 표면 연소(Surface Combustion)라고 한다.

 

간단히 말하면, 석탄 등의 고체연료는 분해 연소(Destructive Combustion)와 탄소의 표면 연소(Surface Combustion)의 두 과정에서 이루어지며, 고체 가연물이 열분해 하거나 증발하여 연소가 진행되는 것을 분해 연소, 고체 가연물이 열분해 하거나 증발하지 않고 표면에서 산소와 반응하여 연소하는 것(목탄(숯), 코크스 등)이 표면 연소이다..

 

분해 연소(Destructive Combustion)

분해 연소(Destructive Combustion)는 일반적으로 나무, 석탄, 종이 등의 고체 가연물이나 고체 파라핀, 밀랍 등 비점이 낮은 고체 가연물, 중유 등 비점이 높은 액체 가연물이 연소할 때 발생한다. 물질을 가열하면 수분을 잃어 건조한 상태가 되고, 시간이 지나면 해당 물질의 열분해를 수반하며, 휘발성을 가진 가연성 가스를 발생한다.

 

이렇게 발생된 가연성 가스는 공기 또는 산소와 혼합하고, 점화원에 의해 확산 연소하는 과정을 분해 연소라고 한다. 다시, 발생된 연소열에 의해 건조를 촉진하게 되고 지속적으로 연소가 진행된다. 분해 연소는 고체연료에 충분한 착화 에너지를 주어 가열 분해에 의해 연소하며 휘발분이 있는 고체연료(종이, 석탄, 목재 등) 또는 증발이 일어나기 어려운 액체연료(중유 등)에도 해당된다.

 

Fig.2 석탄의 분해연소

 

즉 분해 연소의 메커니즘은 다음과 같다.

 

① 고체 가연물의 온도 상승

② 온도 상승에 따른 수분 감소

③ 열분해 발생

④ 열분해로 인해 휘발성 가스 발생

⑤ 휘발성 가스의 점화로 인한 연소 시작

⑥ 다시 ①부터 반복

 

표면 연소(Surface Combustion)

고체 가연물이 분해하면 휘발분을 발생한 후 분해 연소가 일어나며, 해당 온도에서 연소되지 않는 코크스 등의 탄소가 남게 된다. 이렇게 남은 탄소가 연소하기 위해서는 그 표면에 공기, 산소 등 산소를 포함한 가스가 도달하여야 하며, 표면에서 탄소의 산화반응이 발생해야 한다. 이처럼 고체 표면에서 반응을 일으키는 연소를 표면 연소라고 한다. 다른 예로, 박상 또는 분상의 금속(알루미늄 막, 마그네슘 막 등)의 연소도 표면 연소에 속한다.

 

표면 연소가 초기에 발생하기 위해서는, 산소가 가연물의 표면에 흡착된 후 흡착된 산소는 표면의 가연물과 함께 산화반응이 일어나 연소가 시작되게 된다. 초기에는 이산화탄소와 일산화탄소가 혼합된 가스가 발생하게 되며, 반응에 따라 열량의 균형이 맞춰지면(발생한 열량의 전도, 복사 등) 정상적인 연소로 이어지게 된다.

 

Fig.3 고체가연물은 분해연소, 표면연소가 동시에 발생한다.

 

표면 연소의 메커니즘은 다음과 같다.

 

① 분해 연소 시작

② 분해 연소가 지속되며 타지 않은 코크스 등 발생

③ 산소 등 혼합가스가 가연물에 접근

④ 혼합가스가 가연물에 흡착하여 산화반응으로 연소

 

확산 연소, 증발 연소, 분해 연소는 확산에 의존하여 진행되는 연소로, 연소 속도는 두 물질의 확산속도에 가장 민감하다.

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연소와 관련된 사항은 아래 링크에서 참고하면 된다.

연소 (Combustion) 정의 및 개념 Part.1(연소의 3요소)

연소 (Combustion) 정의 및 개념 Part.2(연소의 특성)

연소 (Combustion) 정의 및 개념 Part.3(불완전연소)

연소 (Combustion) 정의 및 개념 Part.4(연소생성물)

확산 연소 (Diffusion Combustion) 의 개념과 원리

예혼합 연소 , 혼합기 연소 (Premixed Combustion) 의 개념과 원리

증발 연소 (Evaporating Combustion) 의 개념과 원리

자기 연소 (내부 연소) 의 개념과 원리

분무 연소 (액적 연소, Spray Combustion) 의 개념과 원리

액면 연소 와 등심 연소 (심지 연소) 의 개념과 원리

 

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