발열량 환산과 연소효율 계산

Heating Value and Efficiency Calculation

뒤롱식으로 원소조성에서 고위발열량을 근사하고 저위로 내려요. 잠열 처리가 고위·저위 환산의 핵심이에요. 발열량 실기 필답의 표준 경로예요. C·H 조성을 바꿔 Hh·Hl 관계를 따라가 봐요.

문제 제시: 조성으로 발열량을 구한다

발열량을 측정기 없이 원소조성만으로 근사하는 것이 뒤롱식입니다. 여기서 고위발열량 Hh를 구하고, 연소로 생긴 물이 수증기로 빠져나가는 잠열을 빼면 실제 쓸 수 있는 저위발열량 Hl이 됩니다. 보일러 효율은 대개 이 Hl을 기준으로 따집니다.

📋 주어진 조건 (예제)

①연료 조성: C 0.85, H 0.12, O 0.01, S 0.02, W 0 (질량분율)

②유효회수열량 Q = 9,000 kcal/kg

③요구: 고위발열량 Hh, 저위발열량 Hl, 연소(보일러)효율 η

④잠열 계수: 물 1kg당 약 600 kcal

풀이 스텝: 뒤롱식 대입과 환산

탄소 C85 %

수소 H12 %

산소 O1 %

황 S2 %

수분 W0 %

유효회수열량 Q9000 kcal/kg

① 고위발열량

H_h = 10973 kcal/kg

8100C + 34000(H - O/8) + 2500S

② 수증기 잠열

600(9H+W) = 648

수소 1kg → 물 9kg, 물 1kg당 600 kcal

③ 저위발열량

H_l = 10325 kcal/kg

Hh 10973 - 잠열 648

④ 효율

η = 87.2 %

Q 9000 ÷ Hl 10325

💡 환산에서 주의할 점

①유효수소 (H - O/8): 연료 산소가 수소를 미리 소모한 몫을 뺀다

②9H: 수소가 만드는 물의 질량 (분자량 18 ÷ 수소 2 = 9)

③고위 → 저위: 잠열 600(9H+W)만큼 감산

④저위 → 고위: 같은 잠열을 다시 더하면 복원된다

고위 ↔ 저위 상호환산

두 발열량은 오직 수증기 잠열 항으로만 갈립니다. 그래서 한쪽을 알면 잠열 600(9H+W)만 더하거나 빼서 다른 쪽을 바로 얻습니다. 현재 조성에서 Hh = 10973, Hl = 10325 kcal/kg, 그 차이가 648 kcal/kg 입니다.

저위 → 고위

H_h = H_l + 600(9H + W)

잠열을 다시 더한다

연소효율

η = QH_l × 100

유효회수열량 ÷ 저위발열량 (%)

🔑 효율의 기준 발열량

①보일러 효율은 보통 저위발열량 Hl 기준으로 계산한다

②응축식 보일러는 잠열까지 회수하므로 고위발열량 기준도 쓴다

③기준을 혼동하면 효율이 100%를 넘는 착시가 생긴다

④문제에서 요구한 기준(고위·저위)을 반드시 확인한다

검산: 예제 숫자 되짚기

C 0.85, H 0.12, O 0.01, S 0.02를 대입하면 Hh = 8100×0.85 + 34000×(0.12 - 0.00125) + 2500×0.02 = 6885 + 4037.5 + 50 = 10,973 kcal/kg, 잠열 = 600×(9×0.12) = 648, Hl = 10,973 - 648 = 10,325 kcal/kg, η = 9,000÷10,325 ≒ 87.2% 로 떨어집니다.

핵심 관계식

H_l = H_h - 600(9H + W), η = QH_l

발열량 두 종류는 잠열 하나로 연결되고, 효율은 저위발열량 위에 선다

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

③유효수소 (H - O/8): 연료 산소가 소모한 수소분을 뺀다

④9H = 수소가 생성하는 물의 질량 (H → 9배)

⑤효율은 대개 저위발열량 기준 η = Q/Hl

📝 대표 기출문제

①[기출유형] C=0.85, H=0.12, O=0.01, S=0.02 연료의 고위발열량은? (답: 6885 + 34000×0.11875 + 50 ≒ 10,973 kcal/kg)