연료가 완전연소 하는데 필요한 이론산소량과 이론공기량(AO)은 탄소, 수소, 황은 연소반응을 통하여 연소가스가 되고 질소는 연소열에 의하여 특정조건 온도에 따라 질소산화물로 발생되는데 1차원 분석에서는 다루지 않으므로 연료 내부와 산화제 내부 수분이 수증기로 변화 하는데 이 총합이 바로 연소가스량이 된다.
<p>여기서 연료 \( 1 \mathrm{~kg} \) 이 탄소 \( \mathrm{C} \mathrm{kg} \), 수소 \( \mathrm{H} \mathrm{kg} \), 산소 \( \mathrm{O} \mathrm{kg} \), 황 \( \mathrm{Skg} \), 질소 \( \mathrm{N} \mathrm{kg} \), 수분 \( \mathrm{W} \mathrm{kg} \) 으로 구성되어있다면, 이 연료가 완전연소 하는데 필요한 이론산소량 \( (\mathrm{OO}) \) 과 이론공기량(AO)은 식 \( (7 \sim 8) \) 로 나타낼 수 있다.</p> <p>\( O_{o}=1.9 C+5.6 H+0.7 S-O\left[\mathrm{Nm}^{3} / \mathrm{kg}_{f}\right] \)<caption>(7)</caption></p> <p>\( A_{o}=9.1 C+27.3 H+3.4 S-4.9 O\left[\mathrm{Nm}^{3} / \mathrm{kg}_{f}\right] \)<caption>(8)</caption></p> <p>탄소, 수소, 황은 연소반응을 통하여 연소가스가 된다. 하지만 이와 다르게 질소는 연소열에 의하여 특정조건 온도에 따라 질소산화물로 발생되는데 1차원 분석에서는 다루지 않는다. 마지막으로 연료 내부와 산화제 내부 수분이 수증기로 변화 하는데 이 총합이 바로 연소가스량이 된다. 이론습연소가스량은 식 (\(9\))과 같이 계산된다.</p> <p>\( \begin{aligned} G_{w}=& 9.1 C+27.3 H+3.4 S \quad\left[\mathrm{Nm}^{3} / \mathrm{kg}_{f}\right] \\ &+0.8 N-4.9 O+12.5 W \end{aligned} \)<caption>(9)</caption></p> <p>또한 연소생성 수증기와 산화제 속 수분을 제외한 이론 건조가스량은 식 (\(10\))과 같이 계산한다.</p> <p>\( G_{d}=G_{w}-12.5 W\left[\mathrm{Nm}^{3} / \mathrm{kg}_{f}\right] \)<caption>(10)</caption></p> <p>마지막으로 과잉공기비를 적용한 실제 입력되는 공기량은 식 (\(11\))을 통하여 구할 수 있다.</p> <p>\( O_{E x}=m \cdot O_{0}\left[\mathrm{Nm}^{3} / \mathrm{kg}_{f}\right] \)<caption>(11)</caption></p> <p>일반적으로 \( 1^{\circ} \mathrm{C}, 1 \) 기압의 건조공기는 질소 \( 79 \mathrm{~mol} \%(76.8 \) \( \mathrm{wt} \%) \), 산소 \( 21 \mathrm{~mol} \%(23.2 \mathrm{wt} \%) \) 로 구성되어있다. 따라서 이전 연구에서는 \( \alpha, \beta \) 가 일정한 값으로 계산되었다. \( { }^{[9]} \) 하지만 온도변화에 따른 밀도 변화는 산소와 질소 공급의 절대량에 영향을 준다는 점에 착안하여 모델을 개선하였으며, 이에 따른 변화량은 Table \(1\)과 같이 나타난다. 최종적인 온도 변화에 및 공기비의 변화에 따른 질소와 산소의 공급량은 식 (12)와 같이 나타난다.</p> <p>\( O_{2 E x}=\alpha(m-1) O_{E_{x}} \quad\left[\mathrm{Nm}^{3} / \mathrm{kg}_{f}\right] \) \( N_{2 E x}=\beta(m-1) O_{E_{x}} \)<caption>(12)</caption></p> <p>따라서 배기가스의 주요 구성성분인 산소, 질소, 이산화탄소, 수분은 다음 식 (13)으로 나타낼 수 있다. \( { }^{[10]} \)</p> <p>\( O_{2 f l u e}=\alpha \cdot\left(O_{E_{x}}-A_{o}\right)\left[\mathrm{Nm}^{3} / \mathrm{kg}_{f}\right] \) \( N_{2 f l u e}=\left(\beta \cdot O_{E_{x}}\right)+(0.8 \cdot \mathrm{N}) \) \( C O_{2 \text { flue }}=1.87 \cdot C \) \( H_{2} O_{\text {flue }}=(11.2 \cdot H)+(1.87 \cdot W) \)<caption>(13)</caption></p> <p>식 (\(13\))을 살펴보면 실제 배기가스의 이산화탄소의 배출은 목재펠릿을 구성하고 있는 탄소의 성분에 관여되어 있으며, 반응에 직접적으로 참여하지 않는 질소의 배출은 제 입력되는 산화제의 과잉공기와 목재펠릿을 구성하고 있는 질소 성분의 영향을 받는다. 또한 산소는 실제 과잉 공급된 공기에서 연소반응 후 이산화탄소나 수분으로 반응되는 이론공기비만큼 감소된 후 배출된다. 마지막으로 수분의 경우 실제 목재펠릿을 구성하고 있는 수분과 수소가 연소반응 후 생성되는 수분, 그리고 산화제 가지고 있는 수분이 합산되어 배출된다.</p>