C 86%, H 12%, S 2% 중유 배기가스 (CO2+SO2) 13%, O2 3.5%

C 86%, H 12%, S 2% 중유 배기가스 (CO2+SO2) 13%, O2 3.5%

조성이 탄소 86%, 수소 12%, 황 2%인 중유가 연소했을 때

배기가스 중 (CO2+SO2)가 13%, O2가 3.5%이었다.

건조연소가스 중의 SO2 농도(ppm)를 계산하시오.

(단, 표준상태이다.)

※ 숫자 1이 가장 간단하므로,

중유 1 kg을 연소시켰다고 가정하고 계산한다.

배기가스 중 (CO2+SO2)가 13%, O2가 3.5%

---> N2% = 100 – (13 + 35) = 83.5% (?)

---> 이렇게 계산한 예를 본적이 없지만,

필자가 모든 것을 알고 있을 수는 없다.

상식적으로는 가능한 얘기이므로,

계산 가능하다고 받아들이고 넘어가겠다.

[공기비(m) 계산]

m = N2% / [N2% – 3.76×(O2% – 0.5×CO%)]

= 83.5 / [83.5 – 3.76×(3.5 – 0.5×0)]

= 1.1871

( 참고 https://ywpop.tistory.com/17176 )

[이론 산소량(O_o) 계산]

O_o = 1.867(C) + 5.6(H) – 0.7(O) + 0.7(S)

= 1.867(0.86) + 5.6(0.12) – 0.7(0) + 0.7(0.02)

= 2.2916 Sm3/kg

( 참고 https://ywpop.tistory.com/21789 )

---> 중유 1 kg 연소에 2.2916 Sm3 O2가

화학량론적으로(이론적으로) 필요하다는 얘기.

[이론 공기량(A_o) 계산]

A_o = O_o / 0.21

= 2.2916 / 0.21

= 10.9124 Sm3/kg

[실제 공기량(A) 계산]

m = A / A_o 이므로,

A = m × A_o

= 1.1871 × 10.9124

= 12.9541 Sm3/kg

[과잉 공기량 계산]

과잉 공기량 = A – A_o

= 12.9541 – 10.9124

= 2.0417 Sm3/kg

[CO2 배출량 계산]

C + O2 → CO2

C : CO2 = 1 : 1 계수비(= 몰수비) 이고,

C의 몰질량 = 12 g/mol 이고,

표준상태에서 기체 1 mol = 22.4 L 이고,

1 m3 = 1000 L 이고,

중유 1 kg 중 탄소 86% 이므로,

C : CO2 = 12 kg : 22.4 Sm3 = 0.86 kg : ? Sm3

? = 22.4 × 0.86 / 12

= 1.6053 Sm3/kg

---> 중유 1 kg 연소시키면,

1.6053 Sm3 CO2가 발생한다는 얘기.

[SO2 배출량 계산]

S + O2 → SO2

S : CO2 = 32 kg : 22.4 Sm3 = 0.02 kg : ? Sm3

? = 22.4 × 0.02 / 32

= 0.014 Sm3/kg

또는

SO2 배출량 = 0.7×(%S)

= 0.7×0.02

= 0.014 Sm3/kg

[실제 건조 연소 가스량(Gd) 계산]

( 실제 건조 배기 가스량 계산 )

Gd = A_o×m – 5.6×(%H) + 0.7×(%S)

= 10.9124×1.1871 – 5.6×(0.12) + 0.7×(0.02)

= 12.2961 Sm3/kg

( 참고 https://ywpop.tistory.com/24041 )

SO2 ppm = (SO2 배출량 / 건조 배기 가스량) × 10^6

= (0.014 / 12.2961) × 10^6

= 1138.57 ppm

[Gd의 다른 계산 방법]

[이론 질소량 계산]

이론 질소량 = A_o × 0.79

= 10.9124 × 0.79

= 8.6208 Sm3/kg

Gd = 연소 생성물 + 이론 질소량 + 과잉 공기량

= 1.6053 + 0.014 + 8.6208 + 2.0417

= 12.2818 Sm3/kg

SO2 ppm = (0.014 / 12.2818) × 10^6

= 1139.90 ppm

답: 1139.90 ppm

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