발열량과 연소효율

Heating Value and Combustion Efficiency

발열량은 연료가 완전히 타며 내는 열이고, 고위·저위로 나뉘어요. 수증기 잠열을 쓸 수 있느냐가 둘의 차이예요. 연소효율·열정산 전 구간의 입력 열량 정의예요. 원소 조성으로 발열량이 어떻게 잡히는지 따라가 봐요.

발열량에 왜 두 종류가 있나

연료가 완전히 타면서 내는 열이 발열량입니다. 그런데 연소로 생긴 물(H₂O)이 수증기로 빠져나가면 그 증발열(잠열)은 실제로 쓸 수 없습니다. 그래서 잠열까지 포함한 고위발열량과, 잠열을 뺀 저위발열량으로 나눕니다.

👀 고위발열량과 저위발열량

①고위발열량 Hh: 생성수가 액체(응축)까지 갔을 때의 총열량

②저위발열량 Hl: 생성수가 수증기로 나갈 때 실제 쓸 수 있는 열량

③차이 = 수증기 잠열 = 600 × (9H + W) kcal/kg

④실제 보일러 효율은 대개 저위발열량 기준으로 계산한다

뒤롱식으로 발열량 근사하기

탄소 C85 %

수소 H12 %

💡 수소가 많으면 잠열 손실이 크다

①수소 1kg → 물 9kg (H₂O 분자량 18, H 2 → 18/2 = 9)

②물 1kg 증발에 약 600 kcal 필요 (잠열)

③그래서 수소가 많은 연료는 Hh와 Hl 차이가 크다

④천연가스(수소 많음)는 이 차이가 특히 크게 나타난다

연소효율은 무엇을 나누는가

연소효율은 연료가 가진 발열량 중 실제로 열로 회수된 비율입니다. 불완전연소로 CO가 나가거나, 미연분이 재에 남으면 그만큼 손실입니다. 여기에 배기가스가 가지고 나가는 열손실까지 더해 보일러 효율을 따집니다. 현재 조성에서 Hh = 10973, Hl = 10325 kcal/kg 입니다.

🔑 효율의 층위

①연소효율 = (연료가 실제로 낸 열) / (연료 발열량)

②불완전연소 손실(CO·미연탄소)이 클수록 낮아진다

③보일러 효율 = 연소효율 × 전열효율 (배기 열손실 반영)

④효율 계산의 발열량 기준(고위·저위)을 반드시 확인한다

핵심 공식

고위발열량 (뒤롱식)

H_h = 8100C + 34000(H - O8) + 2500S

kcal/kg, C·H·O·S는 질량분율

저위발열량

H_l = H_h - 600(9H + W)

수증기 잠열을 뺀 값 (W = 수분)

연소효율

η = Q_유효H_l

실제 회수 열량 ÷ 저위발열량

핵심 정리와 시험 포인트

🎯 시험 포인트

①뒤롱식 Hh = 8100C + 34000(H - O/8) + 2500S [kcal/kg]

②Hl = Hh - 600(9H + W), 잠열 계수 600·9는 암기

③9H = 수소가 만드는 물의 질량 (H → 9배)

④유효수소 (H - O/8): 연료 산소는 수소를 미리 소모한 몫

⑤보일러 효율은 보통 저위발열량 기준으로 계산

📝 대표 기출문제

①[기출유형] C=0.85, H=0.12, O=0.01, S=0.02 인 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 Hl 차이의 원인은? (답: 생성수의 증발잠열)