에너지관리기사 실기 · 발열량 환산과 연소효율 계산

Heating Value and Efficiency Calculation

뒤롱식은 원소 조성만으로 고위발열량 Hh를 어림하는 식이고, 여기서 생성된 물의 증발 잠열 600(9H + W)를 빼면 실제로 쓰는 저위발열량 Hl이 된다. 효율은 회수한 열 Q를 기준 발열량으로 나눈 값이라, 고위 · 저위 가운데 어느 쪽을 기준으로 했는지 함께 적는다. 그림은 Hh · Hl · Q 세 막대와 아래 잠열 · 효율 값이에요. 탄소 · 수소 · 산소 · 황 · 수분 · 유효회수열량 슬라이더를 움직이면 세 막대와 효율이 바뀌고, 효율이 100%를 넘으면 불가능 표시가 붙어요.

문제: 조성으로 발열량을 구한다

발열량을 측정기 없이 원소조성만으로 어림하는 식이 뒤롱식이다. 여기서 고위발열량 Hh를 구하고, 연소로 생긴 물이 수증기로 빠져나가며 가져가는 잠열을 빼면 실제로 쓸 수 있는 저위발열량 Hl이 된다. 보일러 효율은 대개 이 Hl을 기준으로 따진다.

📋 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

③구할 것: 고위발열량 Hh, 저위발열량 Hl, 연소(보일러)효율 η

④잠열 계수: 물 1 kg당 약 600 kcal

풀이: 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 1 kg → 물 9 kg · 물 1 kg당 600 kcal

③ 저위발열량

H_l = 10325 kcal/kg

Hh 10973 - 잠열 648

④ 효율

η = 87.2 %

Q 9000 ÷ Hl 10325

💡 환산에서 조심할 점

①유효수소 (H - O/8)는 연료 산소가 미리 묶어 둔 수소를 뺀 값이에요

②9H는 수소가 만드는 물의 질량이다(물 18 ÷ 수소 2 = 9)

③고위에서 저위로 갈 때는 잠열 600(9H + W)만큼 빼요

④저위에서 고위로 갈 때는 같은 잠열을 다시 더하면 돼요

고위 ↔ 저위 상호 환산

두 발열량은 수증기 잠열 항 하나로만 갈린다. 그래서 한쪽을 알면 잠열 600(9H + W)만 더하거나 빼서 다른 쪽을 바로 얻는다. 지금 조성에서는 Hh = 10973, Hl = 10325 kcal/kg이고, 그 차이가 648 kcal/kg이다.

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 계산해요

②응축식 보일러는 잠열까지 회수하므로 고위발열량 기준도 쓴다

③저위 기준으로 잰 응축식 효율은 100%를 넘을 수 있어 기준을 헷갈리면 잘못 읽어요

④문제에서 요구한 기준(고위 · 저위)을 꼭 확인한다

검산: 예제 숫자 되짚기

C 0.85, H 0.12, O 0.01, S 0.02를 넣으면 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%가 된다.

핵심 관계식

H_l = H_h - 600(9H + W), η = QH_l

두 발열량은 잠열 하나로 이어지고, 효율은 저위발열량 위에 선다