● 연소의 분류
1. 연소의 상황에 따른 분류 (정상, 비정상 연소)
| 비정상연소 | 연소속도와 분출속도의 관계 |
| 역화 | 연소속도 > 가스분출속도 |
| 선화 | 연소속도 < 가스분출속도 |
| 블로우오프 | 연소속도 <<가스분출속도 |
1) 불완전연소
- 공기의 공급량이 부족할 때 일산화탄소, 그을음 등이 발생하는 현상
- 염공에서 연료가스가 연소 시 가스와 공기의 혼합이 불충분하거나 연소온도가 낮을 경우에 황염이나 그을음이 발생하는 연소 현상
- 불완전 연소의 원인
㉮ 공급되는 가연물의 양이 많아질 때
㉯ 공기(산소)공급량이 부족할 때
㉰ 연소생성물의 배기량이 불량할 때
㉱ 불꽃이 저온 물체에 접촉되어 주위의 온도가 내려갈 때
2) 역화(Back fire)
- 연료가 연소시 연료의 분출 속도가 연소속도보다 느릴 때 불꽃이 염공 속으로 빨려 들어가 혼합관 속에서 연소하는 현상
- 역화의 원인
㉮ 1차 공기가 적어 혼합기체의 양이 적은 경우
㉯ 공급가스의 압력이 비정상적으로 낮을 때
㉰ 염공이 크거나 부식에 의해 확대되었을 경우
㉱ 버너 과열로 가스온도가 상승된 경우
3) 선화(Lifting)
- 연료가스의 분출속도가 연소속도보다 빠를 때 불꽃이 노즐에 정착되지 않고 떨어져서 연소하는 현상
- 리프팅의 원인
㉮ 1차 공기가 너무 많아 혼합기체의 양이 많은 경우
㉯ 공급가스의 압력이 높을 경우
㉰ 버너의 염공이 작거나 거의 막혔을 경우
4) 황염(yellow tip)
- 불꽃의 색이 황색으로 되는 현상으로 염공에서 연료가스의 연소 시 공기량의 조절이 적정하지 못하여 완전연소가 이루어지지 않을 때에 발생한다.
- 황염의 원인 : 1차 공기가 부족할 때
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| 역화 | 선화 | 황염 |
5) 블로우오프(Blow off)
- 염공에서 연료가스의 분출속도가 연소속도보다 클 때 주위 공기의 움직임에 따라 , 불꽃이 날려서 꺼지는 현상
- 선화 상태에서 다시 분출속도가 증가하면 결국 화염이 꺼지는 현상
- 선화상태에서 연료가스의 분출 속도가 증가하거나 공기의 유동이 강하여 불꽃이 노즐에서 정착되지 않고 떨어져서 꺼져버리는 현상
6) 연소소음
가연성 혼합가스의 연소속도나 분출 속도가 대단히 클 때 연소음 및 폭발음 등이 발생하는 현상
2. 불꽃의 존재유무에 따른 분류
1) 불꽃연소와 작열연소의 비교
| 구분 | 불꽃연소 (발염연소, 표면화재) | 작열연소(무염연소, 표면연소, 심부화재) |
| 정의 | 불티없이 불꽃만 내는 것으로 기체 또는 증기상 가연물의 연소방식 | 가연물이 공기와 접촉해 열분해와 증발을 하지 않고 불꽃없이 연소하는 현상 |
| 특성 | 고체의 열분해, 액체의 증발에 따른 기체의 확산 등 연소양상이 매우 복잡 | ∙ 고비점 액체생성물과 타르가 응축되어 공 기중에서 무상의 연기 형성 ∙ 휘발분이 없음 |
| 불꽃여부 | 연료의 표면에서 불꽃을 발생하며 연소 | 연료의 표면에서 불꽃을 발생하지 않고 작열하면서 연소 |
| 화재구분 | 표면화재 | 심부화재 |
| 연소속도 | 매우 빠르다 | 느리다 |
| 방출열량 | 많다 | 적다 |
| 연쇄반응 | O | X |
| 화재 | B,C급 | A급 |
| 연소가스 | CO2 ↑, CO↓ | CO2 ↓, CO↑ |
| 연소물질 | ∙ 열가소성 합성수지류 ∙ 가솔린, 석유류의 인화성액체 ∙ 메탄, 프로판, 수소, 아세틸렌 등의 가연성가스 |
∙ 열경화성 합성수지류 ∙ 코크스, 목탄(숯) 및 금속분(Al, Mg, Na) |
| 소화대책 | 연소 3요소 이론의 냉각 ․ 질식 ․ 제거 외에 연쇄반응의 억제에 의한 소화대책 (부촉매소화) | 연쇄반응이 없으므로 연소 3요소 이론의 냉각 ․ 질식 ․ 제거의 소화대책 |
- 불꽃연소는 화염전파공간인 연소범위 영역에서 발생된다
- 작열연소는 연소범위 이외의 영역에서 발생된다
2) 훈소
- 유염착화에 이르기에는 온도가 낮거나 산소가 부족하여 화염 없이 가연물의 표면에서 작열하며 소극적으로 연소하는 현상
- 불완전한 연소상태로 불꽃이 없고 느린 연소이며 구획실 화재 초기에 고체 가연물에서 많이 발생하는 것
- 외부공기가 갑자기 유입될때 급격한 연소가 일어날 수 있는 상태
- 공기유입이 총족될 경우 불꽃연소로 전이가 가능하다
- 연기입자가 크고 액체 미립자가 다량 포함되어 있다
- 작열과 탄화현상이 일어난다
- 연쇄반응은 일어나지 않는다
- 불꽃연소에 비해 온도가 낮고 발연량은 높다
- 공기유입이 총족될 경우 불꽃연소로 전이가 가능하다
3. 가연물의 상태변화에 따른 분류
- 고체: 증발연소, 분해연소, 작열연소, 자기연소
- 액체: 증발연소, 분해연소. 등심연소, 분무연소
- 기체: 확산연소, 예혼합연소, 폭발연소
| 상태변화 | 연소의 종류 | 예 |
| 고체 | 증발연소 | 유황, 나프탈렌, 파라핀(양초), 요오드, 왁스 등 |
| 분해연소 | 석탄, 목재, 종이, 섬유, 플라스틱, 고무류 등 | |
| 표면연소 | 목탄, 숯, 코크스, 금속분(Mg) 등 | |
| 자기연소 | 니트로화합물류, 질산에스테르류, 셀룰로이드류, 히드록실아민, 히드라유도체 등 | |
| 액체 | 증발연소 | 파라핀, 황, 나프탈렌, 제1석유류(휘발유), 제2석유류(등유, 경유) |
| 분해연소 | 제3석유류, 제4석유류, 동식물유 | |
| 등심연소 | ||
| 분무연소 | ||
| 기체 | 확산연소 | 자연화재, 성냥, 양초, 액면화재, 제트화염 |
| 예혼합연소 | 분젠버너, 가솔린엔진 | |
| 폭발연소 |
1) 기체연소
- 일정한 양의 가연성 기체에 산소를 접촉시킨 상태에서 점화원을 주게 되면 산소와 접촉하고 있는 부분부터 불꽃을 내면서 연소하게 됨
- 불꽃이 있으나 불티가 없는 연소로서 불꽃연소 또는 발염연소라고도 한다.
- 종류: 확산연소, 예혼합연소, 폭발연소
(1) 확산연소
- 기체의 일반적인 연소형태
- 가연성기체와 공기가 연소범위 농도 내에서 반응대로 확산하면서 연소하는 것
- 버너 주변에 가연성 가스를 확산시켜 산소와 접촉, 연소범위의 혼합가스를 생성하여 연소하는 현상
- 예: 자연화재의 대부분이 확산 화염, 성냥화염이나 양초화염, 액면화재의 화염, 제트화염(기체)
(2) 예혼합연소
- 가연성기체와 산소가 미리 혼합된 상태에서 연소하는 것
- 가연성 혼합기가 형성되어 있는 상태에서 연소
- 증발이나 분해, 혼합과정이 생략되므로 연소속도가 대단히 빠르다.
- 기체의 연소형태로 화염은 온도가 높고 색깔은 청색, 백색이다.
- 예: 분젠버너, 가솔린엔진 등
(3) 폭발연소
- 가연성 기체와 공기의 혼합가스가 미리 혼합된 상태에서 밀폐된 곳에서 폭발하는 연소
2) 액체연소
- 종류: 증발연소, 분해연소. 등심연소, 분무연소
(1) 증발연소(액면연소)
- 액체 가연물이 연소할 때 액체 자체가 연소하는 것이 아니라 액체 표면에서 발생된 증기가 연소하는 것
- 액체표면에서 증발한 가연성 증기가 산소와 반응하여 열에너지를 방출하는 연소형태
- 열분해가 없이 직접 증발하여 증기가 연소하거나, 융해된 액체가 기화하여 연소
- 물질의 물리적인 형태는 변하지만 화학적인 본질은 변하지 않는다.
- 분해온도 ＞ 증발온도
- 휘발성인 액체연료가 증발하여 발생된 증기가 연소하는 것
- 예: 파라핀, 황, 나프탈렌, 제1석유류(휘발유), 제2석유류(등유, 경유)
(2) 분해연소
- 액체가 비휘발성인 경우에 열분해해서 그 분해가스가 공기와 혼합하여 연소하는 것
- 예: 제3석유류, 제4석유류, 동식물유
(3) 등심연소(심지연소)
- 연료를 심지로 빨아올려 연소
(4) 분무연소(액적연소)
- 연료를 무화시켜 연소
3) 고체연소
- 고체 가연물에 열을 가했을 때 우선적으로 증발할 수 있는 가연물은 증발연소를 일으키며, 다음은 열분해해서 분해연소가 일어나고 나머지 남은 물질은 표면연소를 한다
- 종류: 증발연소, 분해연소, 작열연소(표면연소), 자기연소
| 고체연소 | 예 |
| 증발연소 | 유황, 나프탈렌, 파라핀(양초), 요오드, 왁스 등 |
| 분해연소 | 석탄, 목재, 종이, 섬유, 플라스틱, 고무류 등 |
| 표면연소 | 목탄, 숯, 코크스, 금속분(Mg) 등 |
| 자기연소 | 니트로화합물류, 질산에스테르류, 셀룰로이드류, 히드록실아민, 히드라유도체 등 |
(1) 증발연소
- 고체 가연물에 열을 가했을 때 가연성 증기를 발생하여 발생한 증기와 공기의 혼합상태에서 연소하는 형태
- 가열하면 열분해를 일으키지 않고 증발하면서 증기와 공기가 혼합하여 연소하는 형태
- 용융성고체: 가열하면 융해되어 액체로 변하게 되고 지속적인 가열로 기화되면서 증기가 되어 공기와 혼합하여 연소하는 형태
- 승화성고체: 유황이나 나프탈렌은 가열하면 열분해를 일으키지 않고 증발하여 증기와 공기가 혼합하여 연소하는 형태
- 예: 유황, 나프탈렌 등
(2) 분해연소
- 열분해에 의해 생성된 가연성 가스가 공기와 혼합 착화하여 연소
- 분해온도 ＜ 증발온도
- 예: 목재, 석탄, 종이, 플라스틱 등의 연소
(3) 표면연소(작열연소)
- 고체 가연물의 표면에서 산소와 반응하여 연소하는 현상으로 휘발성분이 없어 가연성 증기증발도 없고 열분해반응도 없기 때문에 불꽃이 없는 것이 특징이다.
- 보통 직접연소라고도 하며, 발염을 동반하지 않기 때문에 무염연소라고도 한다. 연소속도는 비교적 느린 편이다.
- 예: 숯, 코크스, 목탄, 금속분(마그네슘 등)의 연소
(4) 자기연소(내부연소)
- 제 5류 위험물(질산에스테르류, 니트로화합물 등)과 같이 가연성이면서 자체 내에 산소를 함유하고 있어 공기 중의 산소를 필요로 하지 않는 연소형태
- 셀룰로이드, TNT 등은 분자 내에 산소를 가지고 있어 가열시 열분해에 의해 가연성 증기와 함께 산소를 발생하여 자신의 분자 속에 포함되어 있는 산소에 의해 연소한다.
- 공기 중의 산소가 부족하여도 연소가 빠르게 진행되며 외부에 산소가 존재 시 폭발로도 진행될 수 있다
기출문제
Q 삼체의 연소 중 연소 형태가 다른 하나는?
① 촛불 ② 가스버너 ③ 모닥불 ④ 연탄불
【해설】 정답 ②
가스버너는 기체의 연소, 나머지는 고체의 연소
Q 가연성 물질의 연소 형태로 옳은 것은?
ㄱ. 분해연소 : 목재, 종이
ㄴ. 확산연소 : 나프탈렌, 황
ㄷ. 표면연소 : 코크스, 금속분
ㄹ. 증발연소 : 가솔린엔진, 분젠버너
ㅁ. 자기연소 : 질산에스테르류, 니트로화합물류
【해설】 정답 ㄱ, ㄷ, ㅁ
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