위험물 - 연소 이론, 형태, 용어

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  연소 이론

 

  1) 연소의 개념

 

    연소(Combustion)란 연료 중의 가연성 성분(탄소, 수소, 황)이 공기 중의 산소와 화합하여 산화되는 현상이다.

 

 

  2) 연소의 종류

 

    ㉮ 완전연소 : 산소가 충분한 상태에서 가연물이 완전히 산화되는 반응(이산화탄소 발생)이다.

         

         완전연소의 조건 : 충분한 연료와 산소

                                          연소가 시작될 만큼 충분한 온도

                                          연소반응이 완결되기 위한 충분한 체류시간

                                          가연물과 산소의 충분한 혼합

 

    ㉯ 불완전연소 : 산소가 불충분한 상태에서 가연물이 불완전하게 산화되는 반응으로 일산화탄소, 그을음, 알데하이드,

                                 카본 등의 미연소물이 배출되는 현상이다.

 

    ㉰ 정상연소 : 충분한 공기가 공급될 때 이루어지는 연소이다. 연소상의 문제점이 발생되지 않고 연소장치·기기 및 기구

                             의 열효율이 높다.

 

    ㉱ 비정상연소 : 공기의 공급이 불충분한 경우의 연소로 연소상의 문제점이 많이 발생하므로 연료의 취급·사용하는 연소

                                 장치·기기 및 기구의 안전관리에 주의가 요구된다.

 

 

  3) 연소의 3요소

 

    가연물(환원제), 점화원, 산소공급원(산화제)으로 이중 하나라도 빠지면 연소가 발생하지 않는다.

 

      연소의 4요소 : 가연물(환원제)

                                 점화원

                                 산소공급원(산화제)

                                 연쇄반응

 

    ㉮ 가연물(환원제)

 

      산화되기 쉬운 물질로 고체연료(연탄, 나무, 종이, 숯 등), 액체연료(석유, 휘발유, 알코올, 벙커C유), 기체연료(천연가스, 수소,

      일산화탄소, LPG, LNG 등)가 있다.

 

      연소반응성 : 고체 < 액체 < 기체

 

      가연물의 구비조건   1. 발열량이 커야 한다.

                                           2. 열전도도가 작아야 한다.

                                           3. 활성화에너지가 작아야 한다.

                                           4. 연쇄반응을 수반해야 한다.

                                           5. 산소와의 결합력이 커야 한다.

 

    ㉯ 점화원

 

      점화원(열원, 착화원, 발화원) : 가연물질의 연소반응을 위해 공급되는 에너지이다.

 

      종류 : 산화물, 자연발화, 충격 및 마찰, 단열압축, 나화, 고온표면, 정전기, 전기불꽃, 복사열 등이 있다.

 

    ㉰ 산소공급원(산화제)

 

      대표적인 것은 공기로, 그 외 물질 자체 분자 내에 산소를 포함하는 산화제와 자기연소성 물질이 있다.

 

      산화제 : 제1류 위험물, 제6류 위험물

      자기연소성 물질 : 제5류 위험물 (연소속도가 빠르고 폭발적인 연소현상을 일으킴)

 

 

 

  연소의 형태

 

  1) 고체연소

 

    ㉮ 표면연소(직접연소, 무염연소)

 

      · 고체가 연소할 때 불꽃 없이 표면만 타들어가는 현상이다.

 

      · 숯, 목탄, 코크스, 금속(분, 박, 리본 포함) 등이 고체표면에서 산소와 급격히 산화반응하여 연소하는 현상이다.

 

      · 가열 시 열분해에 의해 증발되는 성분이 없이 물체 표면에서 산소와 직접 반응하여 연소하는 형태로 산화반응에

          의해 열과 빛이 발생(휘발분도 없고 열분해반응도 없기 때문에 불꽃이 없음)한다.

 

    ㉯ 분해연소

 

      · 목재, 석탄, 종이, 섬유, 플라스틱, 합성수지, 고무류 등이 열분해를 일으켜 나온 분해가스 등이 연소하는 형태이다.

 

      · 고체연료가 가열되면서 열분해반응에 의해 액상의 휘발성 물질을 생성시키고 이 휘발성 물질이 연소된다.

 

    ㉰ 증발연소

 

      · 고체 가연물이 점화에너지를 공급받아 발생한 가연성 증기와 공기의 혼합상태에서 연소하는 형태로 불꽃이 없는

          것이 특징이다.

 

      · 황, 나프탈렌, 파라핀(양초), 왁스 등의 연소이다.

 

      · 가연성 액체인 제4류 위험물은 대부분 증발연소한다.

 

    ㉱ 자기연소(내부연소)

 

      · 산소공급원을 가진 물질 자체가 연소하는 것이다.

 

      · 나이트로셀룰로스, TNT, 나이트로글리세린, 질산에스테르류 등의 제5류 위험물 등의 연소이다.

 

      · 자체 내에 산소를 함유하여 외부로부터 산소공급이 없어도 연소가 진행되므로 빠른 속도로 연소되며, 폭발적인

         연소를 보인다.

 

 

  2) 액체연소

 

    ㉮ 증발연소

 

      · 액체 자체의 연소가 아니라 액체 표면에서 발생된 증기가 연소하는 것이다.

 

      · 휘발유, 등유, 경유, 중유, 알코올 등의 가연성 액체의 연소에 있어서는 증발·기화된 액체연료의 증기가 공기와

          혼합되면서 연소가 이루어지는 증발연소가 이루어진다. 

 

    ㉯ 분무연소

 

      · 액체연료를 미세하게 액적화(미립화)하여 표면적을 크게 하고 공기와의 혼합을 좋게 하여 연소하는 것이다.

 

      · 휘발성이 낮고 점도가 높은 중질유 연소에 이용한다.

 

    ㉰ 분해연소 

 

      · 액체가 비휘발성인 경우 열분해하여 그 분해가스가 공기와 혼합한 상태에서 연소한다.

 

 

  3) 기체연소

 

    ㉮ 확산연소(발염연소)

 

      · 기체의 일반적 연소형태로 연소버너 주변에 가연성가스를 확산시켜 산소와 접촉, 연소범위의 혼합가스를 생성하여

          연소하는 현상이다.

 

      · LPG 가스와 산소, 수소가스와 산소, 아세틸렌가스와 산소의 연소이다.

 

    ㉯ 예혼합연소

 

      · 연소시키기 전에 이미 연소 가능한 혼합가스를 만들어 연소시키는 것으로 혼합기로의 역화를 일으킬 위험성이 크다.

 

      · 가솔린엔진의 연소이다.

 

    ㉰ 폭발연소

 

      · 가연성 기체와 공기의 혼합가스가 밀폐용기 안에 있을 때 점화되면 연소가 폭발적으로 일어난다.

 

      · 많은 양의 가연성 기체와 산소가 혼합되어 일시에 폭발적인 연소현상을 일으키는 비정상연소이다.

 

      · 가장 큰 특징은 폭발을 수반한다는 것이다.

 

 

 

  연소 용어

 

  1) 인화점

 

    ㉮ 불을 끌어당기는 온도라는 뜻으로 가연물에 불이 붙는 데 충분한 농도의 증기가 발생하는 최저온도이다.

 

    ㉯ 액체 가연물의 연소범위(폭발범위)의 하한계 농도를 증발시킬 수 있는 최저온도이다.

 

  2) 연소점

 

    ㉮ 한 번 발화된 후 외부 점화원을 제거하여도 연소반응이 계속되기 시작하는 최저온도이다.

 

    ㉯ 인화점보다 약 5~10℃ 높다.

 

  3) 발화점(발화온도, 착화점, 착화온도)

 

    ㉮ 외부 점화원 없이 자체 보유열만으로 가연물이 스스로 연소하기 시작하는 최저온도이다.

 

    ㉯ 발화점이 낮아지는 조건

          · 압력이 클수록

          · 발열량이 클수록

          · 화학적 활성이 클수록

          · 산소와 친화력이 좋을수록

 

 

 

 

※ PC 버전으로 보시는 것을 추천드립니다.

부족한 글 읽어주셔서 감사합니다!