천연가스

개요

천연가스는 주로 메탄(CH₄)으로 구성된 화석 연료로, 소량의 중질 탄화수소, 이산화탄소, 질소, 미량의 황 화합물을 포함합니다. 단위 질량당 높은 에너지 밀도와 석탄이나 오일에 비해 상대적으로 깨끗한 연소로 인해 난방, 발전, 산업 공정에 널리 사용됩니다.

파이프라인 품질의 천연가스는 일반적으로 체적 기준 85–98%의 메탄을 포함하며 건조 공기 대비 비중이 0.58–0.72입니다. 저발열량(LHV)은 조성과 측정 조건에 따라 대략 34–40 MJ/m³ 범위입니다.

원본 용어집 범위

소스 페이지 제목은 천연가스 용어집이며 천연가스를 주거, 상업, 산업 응용 분야에서 광범위하게 사용되는 연료로 설명합니다. 주로 용어집/검색 항목 페이지로 기능하며 독자를 미국 가스 협회의 외부 천연가스 용어집으로 안내합니다. 아래의 공학 참조 섹션은 설계 및 연소 작업에 필요한 계산 컨텍스트를 추가하면서 해당 소스 범위를 보존합니다.

원본 소스 텍스트 보존: “Engineering ToolBox - 기술 애플리케이션의 설계와 설계를 위한 리소스, 도구, 기본 정보!” 원본 용어집 단락 보존: “검색어가 포함된 천연가스 용어집.” 외부 용어집 링크 보존: American Gas Association 천연가스 용어집.

주요 공식

열 방출율

$Q = \dot{m} \cdot LHV$

여기서 $\dot{m}$은 연료 질량 유량이고 LHV는 질량 기준 저발열량입니다.

체적 열 방출

$Q_v = \dot{V} \cdot HI_v$

여기서 $\dot{V}$는 체적 유량이고 $HI_v$는 표준 조건에서 단위 체적당 발열 강도입니다.

화학량론적 공기-연료비

$AF_{stoich} = \frac{m_{air}}{m_{fuel}}$

순수 메탄의 경우 질량 기준 화학량론적 공기-연료비는 약 17.2:1입니다.

연도 가스 산소로부터의 과잉 공기

$EA = \frac{O_{2,\,flue}}{21 - O_{2,\,flue}} \times 100\%$

건조 연도 가스 산소 측정에서 과잉 공기를 추정하는 일반적인 현장 방법.

Wobbe 지수

$WI = \frac{HI_v}{\sqrt{SG}}$

동일한 Wobbe 지수를 가진 기체는 열 입력율을 변경하지 않고 버너에서 교체할 수 있습니다.

변수

일반적인 조성

주요 성분의 연소 특성

열 방출 계산기

단위 변환기

복원된 원본 소스 표

다음 표는 완전한 참조 데이터를 보존하기 위해 원본 소스 페이지에서 복원되었습니다.

캐시된 원본 페이지에는 검색/탐색 표가 포함되어 있습니다. 소스가 주로 용어집/검색 항목이기 때문입니다. 해당 표의 공학 콘텐츠는 외부 American Gas Association 용어집 링크와 “검색어가 포함된 천연가스 용어집” 설명으로, 둘 다 위의 원본 용어집 범위 섹션에 보존됩니다. 비공학 검색 컨트롤은 아래에 기록됩니다.

공학 참고 사항

• 발열량 기준이 중요합니다. HHV는 연소 생성물의 수증기 잠열을 포함합니다. LHV는 제외합니다. 북미의 보일러 효율 계산은 종종 HHV를 사용하는 반면, 유럽 실무는 일반적으로 LHV를 사용합니다. 규약을 혼합하면 응축 보일러에 대해 100% 이상의 효율 수치가 나옵니다.
• 수분 및 고도. 보고된 발열량은 표준 조건(일반적으로 15 °C 또는 20 °C, 1 atm)에서 건조 가스에 대한 것입니다. 실제 공급은 수증기 함량, 기압, 주변 온도에 따라 달라집니다.
• 비중 및 계량. 오리피스 및 터빈 미터는 가스 밀도에 민감합니다. 실제 비중이 가정된 값과 다르면 보정되지 않은 판독값이 5–10% 벗어날 수 있습니다.
• 과잉 공기 제어. 천연가스 버너는 일반적으로 3–15% 과잉 공기(연도 가스 내 1–3% O₂)로 조정됩니다. 과잉 공기가 너무 적으면 불완전 연소와 CO 형성의 위험이 있습니다. 너무 많으면 효율이 저하되고 NOₓ가 증가합니다.
• Wobbe 지수 허용 오차. 많은 버너 사양은 재조정 없이 ±5%의 Wobbe 지수 변동을 허용합니다. 파이프라인 운영자는 이 매개변수를 모니터링하여 공급원 간 기기 호환성을 보장합니다.
• 수소 혼합. 천연가스 파이프라인에 체적 기준 10–20%의 수소를 혼합하는 것이 활발히 연구되고 있습니다. 수소의 낮은 체적 발열량과 더 넓은 가연성 범위는 신중한 버너 및 안전 평가가 필요합니다.
• 초압축성(Z-계수). 약 10 bar 이상의 압력에서 이상 기체 법칙은 몇 퍼센트의 오차를 도입합니다. Z-계수는 분자간 힘을 보정합니다. AGA 8 또는 GERG-2008과 같은 상태 방정식으로 계산됩니다.

참고 자료

• Engineering ToolBox — 천연가스
• NFPA 54 / ANSI Z223.1, 국가 연료 가스 코드
• ISO 6976, 발열량, 밀도, 상대 밀도 및 Wobbe 지수