소방학 / 고체연료의 연소

고체연료의 연소

(1) 표면연소
① 가연성 고체가 그 표면에서 산소와 반응하여 연소하는 경우이며 숯, 목탄, 코크스, 금속과 같은 고체 가연물질이 열분해하지 않고 증발도 하지 않는 것으로 고체 표면에서 산소와 반응하여 연소하는 현상을 표면연소 또는 직접 연소라고 한다.
② 고체에서 가장 많은 연소가 표면연소이다.
③ 표면연소는 불꽃 연소보다 연소속도가 매우 느리다.
④ 화학 소화 효과가 없다.

 

(2) 증발연소
① 승화성 고체 : 유황 나프탈렌 승홍 요오드 장뇌 등과 같은 고체 가연물질을 가열하면 열분해를 일으키지 않고 그대로 증발하며, 증발된 증기가 연소하게 된다.
② 융해성 고체 : 양초와 같이 열에 녹아 액체 상태를 거쳐 증발된 가연성 고체 가연물질의 증발연소는 액체 가연물질의 증발연소의 형태와 같다.

(3) 분해연소
① 석탄 목재 종이 섬유 플라스틱 고무류 등과 같은 고체 가연물질을 가열하면 복잡한 경로를 거쳐 열분해한 다음 열분해되어 나온 분해가스 등이 연소하는 분해연소의 형태를 갖는다.
② 온도에 관하여는 그 분해 속도는 온도가 올라갈수록 급격히 진행된다. 분해 생성물은 유기물질로서 대개 일산화탄소 이산화탄소 수소 메탄 메틸알코올 이 외에 탄화수소 가르복실산 알데히드류 등이 있다.
③ 분해생성물이 가연성 기체일 때에는 열분해 생성물에 착화되어 불꽃을 발생하면서 연소하지만 열분해 생성물이 불연성의 액체라든가, 불연성의 기체인 경우 발화에 충분한 에너지가 공급되지 못하면 연소하지 않게 되어 버린다. 이러한 현상이 목재나 종이 등을 가열하였을 때 볼 수 있는 탄화현상이다.

(4) 자기연소
① 가연물이면서 자체 내에 산소를 함유하고 있어 외부에서 열을 가하면 분해되어 가연성 기체와 산소가 발생하게 되므로 공기 중의 산소를 필요로 하지 않고 그 자체의 산소에 의해 연소되는 것을 자기연소 또는 내부 연소라고 한다.
② 자기연소 형태를 가지는 제 5류 위험물으 연소가 시작되면 내부에 함유되어 있는 산소의 공급이 신속하기 때문에 연소속도가 급격하게 진행되며, 대부분 폭발성을 지니고 있으므로 폭발성 물질로 취급되고 있다. 특히 질산에틸, 니트로글리세린은 상온에서 액체이지만 자기연소를 일으킨다.
③ 제 5류 위험물로서 질산에스테르류, 셀룰로이드류, 니트로화합물류, 히드라진 유도체, 히디록실아민 등이 있다.



5 연소의 기타 분류

 1. 정상 연소와 비정상 연소
(1) 정상 연소

① 가연물질의 연소시  충분한 공기의 공급이 이루어지고 연소 시의 기상 조건이 양호할 때는 정상적인 연소가 이루어진다.
② 열의 발생 속도와 연소 확산 속도가 서로 균형을 이루어 화염의 모양 위치 상태 등이 연소가 일어나는 동안 변하지 않는 경우를 정상 연소라고 한다.
③ 연소상의 문제점이 발생되지 않고 화재의 위험성이 적다.
④ 연소장치 기기 및 기구에서의 열효율도 높다

 (2) 비정상연소

 

① 가연물질의 연소 시 공기의 공급이 불충분하거나 기상 조건이 좋지 않아 정상적으로 연소가 이루어지지 않고 이상 현상이 발생된다.
② 열의 발생 속도와 연소 확산 속도가 서로 균형을 이루지 못하여 화염의 모양 위치 상태 등이 연소가 일어나는 동안 변하는 경우를 비정상 연소라고 한다.
③ 대표적인 비정상 연소가 폭발인데 열의 발생 속도가 연소 확산 속도를 능가하는 현상으로 연소가 격렬하게 일어날 때 일어난다.
④ 화재의 위험성이 많으며, 연소상의 문제점이 많이 발생함으로써 연료를 취급 사용하는 연소장치 기기 및 기구의 안전관리에 주의가 요구된다.

(3) 비정상 연소의 이상 현상 
① 역화

ⓐ역화 현상은 일반적으로 기체 연소에서 발생하는데 연료가스의 분출 속도가 연소속도보다 느릴 때 불꽃이 연소기 내부로 들어가는 연소를 말한다.

ⓑ 역화의 원인

 버너가 과열될 때, 혼합가스양이 너무 적을 때, 용기 밖에 압력이 높을 때, 연료의 분출 속도가 연소속도보다 느릴 때, 노즐의 부식 등으로 분출 구멍이 커진 경우

② 선화 : 분출 속도 > 연소속도
선화 현상은 일반적으로 기체 연소에서 발생하는데 역화 현상의 반대 현상으로써 연료가스의 분출 속도가 연소속도보다 빠를 때 불꽃이 버너의 노즐에서 떨어지는 연소를 말한다.

③ 블로우 오프 : 선화상태에서 연료가스의 분출 속도가 더욱 증가하여 화염이 꺼지는 현상을 말한다.
④ 블로우 다운 : 퍼지 또는 방산이라고도 하며 불필요해진 일정량의 가스를 대기 중으로 방출하는 것을 말한다.
⑤ 황염 : 불꽃의 색이 적황색으로 되는 현상을 말하며 가스 연소 시 공기량의 조절이 적정하지 못하여 완전연소가 이루어지지 않을 때 발생한다.
⑥ 주염 : 가연성 가스가 연소하면서 바람을 타고 흘러가는 현상을 말한다. 



2. 완전연소와 불완전연소
(1) 완전연소

① 기체 액체 가연물질 및 고체 가연물질이 완전 연소하기 위해서는 공기 중의 산소 또는 산화제 등으로부터 충분한 양의 산소가 공급되어야 한다.
② 가연물질이 완전 연소하기 위해서는 이론적인 공기량보다 많은 실제 공기량 및 실제 산소량이 요구되고 있다.
③ 고체 가연물질의 완전연소에 필요한 산소의 양은 액체 기체 가연물질에 비하여 많다.
④ 가연물질이 완전연소 할 때에는 가연물질을 구성하는 주성분인 탄소 수소 산소 등에 의해 이산화탄소 수증기가 많이 발생된다.

⑤ 유독성 가스인 일산화탄소의 발생은 극히 미약한 편이다.
⑥ 특히 상온에서 기체 상태로 존재하는 기체 가연물질은 대부분 완전연소한다.

 (2) 불완전연소

① 가연물질로부터 열분해 되어 나온 가스 또는 증발된 가연성 가스 등과 같은 가연성분이 산화반응을 완전히 완료하지 않으므로 일산화탄소 그을음 유리탄소 등이 생기는 연소상태를 불완전연소라고 한다.

② 불완전연소가 이루어지는 원인
ⓐ 공급되는 공기의 양이 부족할 때
ⓑ 연소생성물의 배기가 불량할 때
ⓒ 공급되는 가연물질의 양이 많을 때
ⓓ 불꽃이 저온의 물체와 접촉하여 온도가 내려갈 때