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에너지관리기사 연소설비 · 발열량과 연소효율

Heating Value and Combustion Efficiency

발열량은 연료 1 kg이 완전히 탈 때 내는 열이고, 생성된 물의 증발 잠열까지 넣으면 고위발열량, 빼면 저위발열량이다. 둘의 차이는 600 × (9H + W) kcal/kg이라 수소가 많은 연료일수록 벌어지고, 효율을 따질 때는 어느 쪽을 기준으로 했는지가 중요하다. 그림은 뒤롱식으로 구한 고위발열량 막대(초록 저위분 + 파랑 잠열분)와 저위발열량 막대이고, 산소 1% · 황 2% · 수분 0은 고정이에요. 탄소 · 수소 슬라이더로 조성을 바꾸면 두 막대와 잠열 값이 바뀌고, 고위 · 저위 버튼은 초록 부분을 흐리게 하거나 진하게 해요.

발열량에 왜 두 종류가 있나

연료가 완전히 타면서 내는 열이 발열량이다. 그런데 연소로 생긴 물(H₂O)이 수증기로 빠져나가면 그 증발열(잠열)은 실제로 쓸 수 없다. 그래서 잠열까지 넣은 고위발열량과 잠열을 뺀 저위발열량으로 나눈다.

👀 고위발열량과 저위발열량
①고위발열량 Hh는 생성된 물이 액체로 응축할 때까지 얻는 전체 열량이다
②저위발열량 Hl은 생성된 물이 수증기로 나갈 때 실제로 쓸 수 있는 열량이다
③차이 = 수증기 잠열 = 600 × (9H + W) kcal/kg
④실제 보일러 효율은 대개 저위발열량 기준으로 계산해요

뒤롱식으로 발열량 어림하기

85 %
12 %
💡 수소가 많으면 잠열 손실이 크다
①수소 1 kg은 물 9 kg이 된다(H₂ 2 → H₂O 18이므로 18/2 = 9)
②물 1 kg을 증발시키는 데 약 600 kcal가 든다(잠열)
③그래서 수소가 많은 연료는 Hh와 Hl의 차이가 커요
④천연가스처럼 수소가 많은 연료에서 이 차이가 특히 크다

연소효율은 무엇을 나누는가

연소효율은 연료가 가진 발열량 가운데 실제 연소로 나온 열의 비율이다. 불완전 연소로 CO가 나가거나 미연분이 재에 남으면 그만큼 손실이 되고, 보일러 효율은 여기에 배기가스가 싣고 나가는 열손실까지 더해 따진다. 지금 조성에서는 Hh = 10973, Hl = 10325 kcal/kg이다.

🔑 효율의 층위
①연소효율 = (연료가 실제로 낸 열) / (연료 발열량)
②불완전 연소 손실(CO · 미연 탄소)이 클수록 낮아져요
③보일러 효율 = 연소효율 × 전열효율(배기 열손실을 반영)
④효율을 계산할 때는 발열량 기준(고위 · 저위)을 꼭 함께 적어요

핵심 공식

고위발열량(뒤롱식)
Hh = 8100C + 34000(H - O8) + 2500S
kcal/kg · C · H · O · S는 질량분율
저위발열량
Hl = Hh - 600(9H + W)
수증기 잠열을 뺀 값(W = 수분)
연소효율
η = Q유효Hl
연소로 실제 얻은 열량 ÷ 저위발열량

정리와 시험에서 묻는 것

🎯 시험에서 묻는 것
①뒤롱식 Hh = 8100C + 34000(H - O/8) + 2500S [kcal/kg]
②Hl = Hh - 600(9H + W)에서 600은 물 1 kg의 증발 잠열(kcal)이다
③9H는 수소가 만드는 물의 질량이다(H의 9배)
④유효수소 (H - O/8)는 연료 산소가 수소 일부를 미리 묶어 둔 몫을 뺀 값이에요
⑤보일러 효율은 보통 저위발열량 기준으로 계산한다
📝 대표 기출유형
①[기출유형] C = 0.85, H = 0.12, O = 0.01, S = 0.02인 연료의 Hh는? (답: 8100×0.85 + 34000×(0.12-0.00125) + 2500×0.02 ≒ 10,973 kcal/kg)
②[기출유형] 위 연료의 Hl은?(수분 0) (답: 10,973 - 600×(9×0.12) = 10,973 - 648 ≒ 10,325 kcal/kg)
③[기출유형] Hh와 Hl이 다른 까닭은? (답: 생성된 물의 증발 잠열)
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이론 연소온도

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