연소의 정의

연소

가. 정의

연소란 가연성의 물질과 산소와의 혼합 계에 있어서의 산화반응에 따른 발열량이 그 계로부터 방출되는 열량을 능가함으로써 그 계의 온도가 상승하여 그 결과로써 발생되는 열 방사선의 파장의 강도가 빛으로서 육안에 감지하게 된 것이며 화염수반이 보통이다. 일반적으로는 열과 빛을 수반하는 산화반응으로 정의하고 있으나 물질이 단순히 산화하였다고 연소라고는 하지 않는다.
[참고] 화재의 정의(행자부 훈령 17호 - 1998.11.17)
화재란 사람의 의도에 반하거나 고의에 의해 발생하는 연소현상으로서 소화시설을 사용하여 소화할 필요가 있는 것

나. 연소의 조건

연소가 일어나기 위해서는 가연물과 산소와의 혼합물이 외부에서 점화에너지를 받아 착화, 혹은 발화하여 그에 따라 발생하는 연소열에 의해 미 반응부분의 활성화가 일어나야 한다. 그리하여 그 열에너지의 차가 클수록 연소하기 쉽게 된다. 그렇지만 이때 외부에서 받은 열과 자신에게 생긴 연소열이 전부 미반응 부분의 활성화에 쓰여지지 않고 복사열, 전도열에 의해 소실되고 가열물이 분해하여 기화할 때와 연소성상물과 함께 달아나는 것이 많다, 즉, 흡열과 발열을 비교할 때 발열이 크면 연소가 계속된다.

조성조건
연소가 일어나기 위해서는 가연성물질로부터 방출되는 가연성가스의 농도와 산화제의 혼합비가 일정범위내로 되어야 한다. 이 농도의 하한을 연소(폭발이라고도 한다)의 하한계라 하며 연소의 범위, 온도, 압력, 등에 의해서도 변화한다.
에너지조건
일반적으로 화학변화는 물질로부터 생성물로의 물질변화로 생각되지만 이때의 원물질로부터 직접 생성물로 되지 않고 원물질의 특성에 따라 일정한 에너지를 열적, 전기적, 기계적 등의 방법에 의해 받아 활성화상태에 이른후에 에너지를 방출하기 시작하여 생성물로 된다. 연소의 경우에는 이 활성화에 필요한 에너지가 점화에너지이며 이때 생성물과 원물질과의 에너지의 차이가 연소열이다.
화학적반응
산소와 반응하는 물질(산소가 충분히 화합되어 있는 산화물 co2, NO2는 불활성 원소가 된다)이어야 하며, 산소와 반응시 발열반응이어야 한다(즉, 흡열반응 물질은 가연물이 될 수 없다).
열전도율이 낮아야 한다.
열전도율이 높으면 열이 축적되지 못하여 가연물이 될 수 없다. 따라서 열전도율이 낮은 기체<액체<고체 순으로 연소가 용이하다.

다. 연소의 형태

연소의 형태는 정상연소와 비정상연소로 크게 분류하며, 정상연소란 가연성기체가 연소할 때 화염의 위치나 그 모양이 변하지 않는 경우와 연소가 일어나는 곳의 열의 발생속도와 방산속도가 서로 균형을 이룰 때로 설명되고, 비정상연소란 폭발의 경우와 같이 연소가 격렬하게 일어날 때와 열의 발생속도가 방산속도를 능가하는 현상으로 설명된다.

[표] 연소의 일반적 형태

구분 및 형태		가연물 "예"	비고
기체연소	예혼합연소 premixed combustion	분젠버너,가정용가스기기점화, 산소용접기	기체연료와 공기와 미리 혼합하여 혼합기를 통하며 여기에 점화시켜 연소하는 형태
	확산연소 diffusive combustion	초심지연소, 심지식 석유난로, 성냥, 산림화재, pool 화재	연료가스와 공기가 혼합되면서 연소하는 형태
	폭발연소		화학변화를 수반하는 급격한 압력상승현상으로 폭음과 발광을 수반하는 연소반응. 폭발에는 물리적 변화와 화학적 변화에 의한 폭발이 있고 화학적변화에 의한 폭발은 연소폭발과 분해폭발로 구분
액체연소	증발연소 Evaporation combustion	파라핀. 황, 나프탈렌, 기타 액체가연물	가열시 열분해가 없이 직접 증발하여 증기가 연소하거나, 융해된 액체가 기화하여 연소하는 형태로서, 최근에는 증발관을 사용하지 않고 공기 압축기에서 나온 고온공기를 연료를 뿜어 넣어서 예증발시켜 연소실에서 희박 예혼합 연소시키는 방법이 있다.
	액면연소	포트연소(pot burning), 경계층연소, 전파화염	화염에서 복사나 대류로서 연료표면에 열이 전하여 증발이 일어나고 발생한 증기가 공기와 접촉하여 유면의 상부에서 확산연소하는 것.
	분해연소	목재, 석탄, 종이,플라스틱	가열시 열분해에 의해 생성된 가연성가스가 공기와 혼합 착화하여 연소가 진행되는 형태
	등심연소	심지상하심버너, 석유램프	연료를 모세관 현상에 의해 등심선단으로 빨아올려 등심의 표면에서 증발시켜 확산연소를 행하는 것
	분무연소		액체연료를 수 ~ 수백 micron의 무수한 액적으로 미립화시켜 증발 표면적을 증가시켜 공기와의 혼합을 좋게하여 연소하는 것이다. 공업적으로 가장 많이 이용.
고체연소	표면연소 (surface combustion)	목탄, 코크스, 금속분	가열시 열분해에 의해 증발되는 성분이 없이 물체 표면에서 산소와 직접 반응하여 연소가능한 물질이 분해하여 연소하는 형태로 산화반응에 의해 열과 빛을 발생한다.
	분해연소
	증발연소
	자기연소(내부연소)	니트로 글리세린, 니트로셀룰로오즈. 질산 에스테르류	고체 가연물이 분자 내에 산소를 가지고 있어 가열시 열분해에 의해 가스생성물과 함께 산소를 발생하여 공기중의 산소가 부족하여도 연소가 진행되는 형태, 이 경우 회부 산소 존재시에는 폭발로 진행될 수도 있다.

라. 연소의 방법

내염 : 가스와 1차공기의 혼합기가 가열되어 연소 초기반응으로 복잡하고 불안정한 중간생성물을 생성한다.
외염 : 중간생성물 및 미연성분이 2차공기와 접촉해 2차 반응을 일으켜 가스의 완전연소가 이루어진다.
역화 : 불꽃이 염공을 따라 들어가 혼합관 내에서 연소되는 현상으로 분출속도에 비해 연소속도가 평형점을 넘어 빨라질 때 발생한다.
불완전연소 : 가스와 공기량의 Balance가 맞지 않을 때, 배기의 배출이 불량알때, 불꽃이 낮은 온도에 접촉하여 발생한다.
Lifting : 역화와 반대로 불꽃이 버너에서 부상하여 공간에서 연소되는 현상으로 분출속도에 비해 연소속도가 평형점 이하로 늦어질 때 발생한다.
Yellow Tip : 불꽃의 끝이 적황색이 되어 연소하는 현상이다. 탄화수소가 열분해되어 탄소입자가 생기고 미연인 채로 적열되어 적황색이 된다. 유리탄소 입자가 많아지면 불완전연소가 된다. 1차공기가 부족할 때 발생한다.
불꽃 옮겨붙기 불량 : 탬퍼가 너무열려 1차공기가 많을 때 발생한다. 가스압력이 너무높을 때 발생한다. 일부 염공의 막힘으로 염공과 염공의 간격이 너무 멀어졌을 때 일어난다.
Blow-off : 불꽃 기저부에 대한 공기의 움직임이 세어지면 불꽃이 노즐에서 정착하징 않고 떨어지게 되어 꺼져 버리는 현상

[표]연소의 방법

구분	연소의 방법
분젠식	가스가 노즐에서 분사되며 이의 운동에너지에 의해 공기구멍으로부터 1차공기를 흡입한다. 가스와 1차 공기가 혼합관 속에서 혼합되어 염공으로 나오며 연소된다. 불꽃 주위에서 확산에 의해 2차공기를 취하게 된다.
적화식	가스를 그대로 대기중에 분출하여 연소시킨다. 필요공기는 모두 불꽃 주변에서 확산에 의해 취하게 된다. 연소과정은 아주 늦고 불꽃은 길게 늘어나 적황색을 딘다. 불꽃 온도는 900℃ 정돌 비교적 낮음 불꽃 색깔이 적황색이 되는 것은 완전히 방응되지 못한 탄화수소가 온가가 상승하여 일부가 분해되어 탄소입자가 분리되어 적열되기 때문이다.
세미분젠식	적화식과 분젠식의 중간형식이다. 1차 공기율이 40% 이하가 된다.
전1차공기식	필요한 공기의 전부가 1차공기 만으로 공급되며 가스와 혼합하여 연소한다. 전부 1차공기만 흡인하므로 역화하기 쉽다. 역화방지를 위해 염공의 특별구조가 필요하다.

소적관찰

균열흔
용융흔
박리흔
발소흔
변색흔
주연흔
주염흔
훈소흔
복사흔

연소상황

연소의 상승성(역삼각형적 연소)
도괴상황
탄화심도