12. 고정연료

고정연소의 공정은 특정 시설에 열 에너지를 제공하기 위한 목적 또는 특정 공정에 열에너지 혹은 다른 형태의 에너지로 전환 제공하기 위해 설계된 연소장치로, 에너지원인 화석연료 등의 연소가 이루어지는 공정이다.

-연료별 연소의 공정도 및 공정 설명

①고체연료의 연소공정 :　고체연료의 연소는 연료에 따라 유연탄 연소, 무연탄 연소, 갈탄 연소로 구분한다. 먼저, 유연탄 연소란 유연탄은 무연탄과 달리 휘발 성분 함량이 높아(14% 이상) 화염을 내며 연소하고, 발열량 기준 5,883kcal/kg 이상이어야 한다. 유연탄은 화력발전용으로 많이 사용되며, 우리나라에서는 생산되지 않아 전량 수입하고 있다. 다음으로 무연탄 연소란 무연탄은 유연탄이나 갈탄에 비하여 고정 탄소가 많고 휘발 성분이 적은 고급탄이며, 회분 함량이 상대적으로 높아 점화 및 용해온도가 높은 편이다. 무연탄의 발열량은 4,500kcal/kg 이하인 반면, 유연탄은 5,000~7,000kcal/kg으로 무연탄 발열량이 낮은 편이다. 이러한 발열량의 차이로 2,000℃ 이상의 화력을 유지할 수 있는 것은 유연탄이며, 화력발전소 등에서는 유연탄을 주로 사용한다. 무연탄 연소는 휘발 성분이 적고, 클링커 형상이 미미하므로 중소규모의 이동격자식 스토커로와 소형 수동식 연소설비에 많이 사용되고 있다. 유황 함량이 적고 연기가 적은 무연탄은 이용이 가능한 곳에서는 상대적으로 이상적인 고체 연료로 여겨지고 있다. 무연탄의 가장 큰 용도는 난방용이고, 그 외 스팀, 전기생산, 코크스 제조, 소결 및 펠릿화, 그리고 기타 산업용으로 일부 사용된다. 마지막 갈탄 연소란 갈탄 또는 갈색탄은 석탄의 한 종류로 발열량이 대략 4,000~6,000kcal/kg, 휘발성분 40% 정도, 수분 함량 60% 이상, 회분 함량이 높으며, 수분과 재가 많기 때문에 건조하면 가루가 된다. 한편 탄소 성분이 70% 정도로 탄화도가 낮으며, 원목의 형상, 나이테, 줄기 등의 조직이 육안으로 보일 정도로 생성 연륜이 비교적 짧은 석탄이며, 유연탄과 토탄의 중간 성질을 띠고 있다. 발열량이 상당히 낮아 운송수단의 연료로 사용되기에는 비효과적이며, 산업용이나 상업용에 소량 사용되고, 발전소에서 전기와 스팀을 생산하는 데 주로 사용된다. 갈탄은 유연탄에 비하여 단위 발전량당 더 많은 연료가 필요하고, 더 큰 장치를 필요로하므로 일반적으로 비효육적인 연료로 알려져 있다.

-액체 및 기체 연료의 연소공정

액체 및 기체 연료의 연소공정도는 그림과 같으며, 액체 연료 연소는 증류유 연소와 잔사유 연소로 구분할 수 있고, 기체 연료 연소는 천연가스 연소와 LPG 연소로 구분하고 있다.

①액체 연료의 연소공정 : 액체 연료의 연소공정은 증류유와 잔사유로 크게 분류된다. 먼저 증류유 연소는 원유의 분리정제공정에서 분별 증류하여 여러 종류의 탄화수소를 분리 생성하며, 이 과정에서 생성된 여러 종류의 오일을 증류유라고 하고 휘발유, 경유, 등유, 증유 등이 여기에 포함된다. 증류유는 휘발성이 크고, 점성이 낮으며, 회분과 질소분은 무시할 정도이며, 황 성분이 중량을 기분으로 0.3% 이하인 것이 보통이다. 발열량도 10,000kcal/kg 정도로 상당히 높은 편이다. 잔사유 연소는 잔사유는 원유의 분리 정제공정에서 상압 증류탑과 감압 증류탑 저부에서 채취된 각각 상업 잔사유와 감압 잔사유가 있고, 용제분리장치, 열분해장치 등에서 부생되는 분해 잔사유가 있다. 잔사유는 증류하고 잔류하는 분자량이 큰 물질로 점성도가 높은 성분으로 회분 함량도 상당히 높고, 황 및 질소와 결합된 유기금속 성분을 많이 함유하고 있다. 전체 납사 중에서 약 5% 정도를 차지하고 있다.

증류유는 주로 연소를 손쉽게 사용하여야 하는 가정, 산업용 설비, 상업용 설비에 사용된다. 잔사유는 유틸리티, 산업시설, 그리고 대형 상업용의 연소설비가 있는 곳에 주로 사용한다. 중질의 잔사유는 증류유보다 점성도가 더 크고, 휘발성이 적기 때문에 취급을 용이하게 하고, 적절하게 분사를 하기 위해 가열해야 한다.

②기체 연료의 연소공정

-천연가스 연소 : 천연가스는 탄소 1개와 수소로 이루어진 메탄이 주성분이며, 탄소가 7개 또는 그 이상의 탄화수소가 포함된 혼합물이다. 가스전에서 생산되는 천연가스가 있고, 원유 생산 시 함께 나오는 부수가스가 있다. 가스를 사용하기 전에 액화성 성분을 회수하며, 황화수소를 제거하는 가스처리공장을 필요로 한다. 천연가스는 전국적으로 사용되는 주요 연료 중 하나로 주로 발전소용, 산업고정의 스팀과 열 생산용, 가정이나 상업용 공간의 난방 등에 쓰인다. 액화석유가스(LPG) 연소는 흔히 LPG로 불리는 액화석유가스는 유전에서 원유를 생산하거나 원유를 정제할 때 나오는 탄화수소를 비교적 낮은 압력을 가하여 냉각 액화시킨 것이다. 탄소 3~4개로 이루어진 탄소화합물(프로탄, 부탄 또는 두 가지 가스와 혼합물과 미량의 프로필렌과 부틸렌으로 구성)이 섞여 있는 혼합물로, 이 가스는 우정이나 가스정에서 가솔린 정제 부산물로 얻고, 고압력하에 금속 실린더 속에 액체상태로 충전하여 판매한다. LPG는 최대 증기압에 따라 등급을 정하는데, 등급 A는 주로 부탄, 등급 F는 프로판, 그리고 등급 B 또는 E는 부탄과 프로판의 혼합 정도에 따라 결정된다. :PG는 가정용, 공업용, 자동차를 포함한 내연기관과 연료로 쓰인다.