연료의 발열량 고위발열량, 저위발열량

고위발열량, 저위발열량이란 무엇입니까?

답: 연료의 발열량이란 연료가 완전 연소할 때 발생하는 열량이며 고체 및 액체연료의 경우에는 그 단위 중량(1kg)의 연소로 발생하는 열량을 kcal로 나타내고, 기체 연료의 경우에는 표준 상태에서 단위 체적 (1N㎥)이 연소할 때 발생하는 열량을 kcal로 각각 표시한다.

1) 고위 발열량(Higher Heating Value)
연료가 연소한 후 연소가스의 온도를 최초 온도까지 내릴 때 분리하는 열량이며 이때 연소 가스 중의 수증기는 응축하여 액체가 되며 응축할 때 응축열을 발산하고 그 응축열까지를 포함하여 열랑을 계산한 것이 고위 발열량이며 총발열량이라고도 한다.

쉽게 설명하면 탄화수소류의 기체 연료는 연소시 산소와 결합하여 연소가스를 배출하고 수증기를 생산하게 된다. 그때 발생된 수증기는 응축이 되지 않지만 연소가스의 최초 온도까지 내릴때를 가정하면 수증기는 응축이 되고 응축이 될 경우 열을 발산하게 된다.
(물을 수증기로 만들 때에는 열을 가하여야 하고 응축시킬 때에는 열을 빼어야 하는 원리와 동일함.)
이때의 응축열량까지 합한 열량을 고위 발열량이라고 말한다.

2) 저위발열량(Lower Heating Value)
저위 발열량은 위에서 설명한것과 같이 고위발열량에서 연소가스 중에 함유된 수증기의 증발열을 뺀 것을 말한다.

통상 고체와 액체 연료의 경우 열량계산을 저위발열량으로 기준하는데 그 이유는 고체나,
액체 연료의 경우 연료를 기화시켜 연소시키기 위하여 연료중에 함유된 수분을 증발시켜야한다.
액체상태에서 기체상태로 상변화를 시키기 위해서는 수분의 증발열이 필요하게 된다. 이처럼 수분의 증발열을 뺀 실제로 효용되는 연료의 발열량을 저위발열량이라 한다.

연소시 연소가스의 온도는 통상 200~300℃로 그냥 외부로 방출되므로 응축에 이용되는 열은 거의 없으므로 흡수식 냉온수기의 경우 COP 계산시 저위발열량 기준으로 계산을 하고 있다.

 

 

고위발열량, 저위발열량이란 무엇입니까?

 

연료 또는 폐기물의 발열량이란 연료 또는 폐기물 1㎏이 완전연소할 때 발생하는 연소열로 정의되며

열량을 일반적으로 kcal로 나타내므로 발열량의 단위는 kcal/kg으로 표현한다.

한편 발열량은 통상 건조발열량(Hd)·고위발열량(Hh)·저위발열량(Hl)등 세 가지 서로 다른 수치로 표현할 수 있는데

그들에 내포된 의미와 관계를 정리하면 다음과 같다.

(1) 건조발열량 (Hd, Heating value on dry basis)
     건조발열량은 폐기물 중의 수분을 전혀 고려하지 않고

     건조된 폐기물을 기준 으로 측정한 발열량으로 폐기물 발열량 계산의 기준이 된다.

(2) 고위발열량 (Hh, HHV = High Heating Value)
     고위발열량은 연소반응에 의해 생성된 모든 수분이 응축된 상태로 존재할 경우의 발열량으로서

     폐기물 중에 함유된 수분함량을 고려한 습윤 발열량이라 할 수 있다.

     따라서 건조발열량과 폐기물 중 수분함량을 이용하여 다음과 같 은 식에 의해 고위발열량을 계산할 수 있다.

     ● Hh = 고위발열량(kcal/kg), Hd = 건조발열량(kcal/kg)
     ●  W = 폐기물 중 수분함량(%)

 

고위발열량, 저위발열량이란 무엇입니까?

1. 발열량의 정의 
   발열량(Heating value ; H.V. 또는 Calorific value)은 단위 중량의 물질이 완전 연소하는 경우에 발생되는 열량을 말한다.
   단위 중량(kg, lb)이나 부피(기체의 경우 Nm3, ft3)의 연료를 기준으로 kcal/kg 혹은 kal/Nm3와 같이 나타낸다.

   다만 분자중에 수소가 들어 있는 경우에는 연소로 생기는 물 의 상태가 기체(수증기)인가 액체(물)인가에 따라

   그 증발열만큼 차이가 나므로 전자를 저위(Lower or Net)발열량, 후자를 고위(Higher or Net)발열량이라 하여 구분한다.

2. 발열량의 종류
   가. 고위 발열량(HHV, Hh)
        ㅇ 고위 발열량은 열량계로 측정되며 총발열량이라고 한다.
        ㅇ 연소에 의하여 생성된 연소가스 중에는 수분이 포함되는데 이것은 연료중의 수소분이 타서 생성되는 것과

            연료중에 함유된 수분이 가스로 배출되는 것이다.
        ㅇ 고위 발열량은 연료중의 수분 및 연소에 의하여 생성된 수분의 응축열(증발잠열, Hs) 을 함유한 열량이다.
        ㅇ 실제 연소에서는 연소가스 중의 수분은 연소에 사용되지 않고 수증기 상태로 배출되 기 때문에

            응축열은 실제 연소에 이용되지 않는다.

 

수소의 고위발열량 (HHV, Higher Heating Value)은 286,000 kJ/kmol

Hydrogen 분자량 : 2.016

고위발열량(HHV) :  33,890 kcal/kg , 3,050 kcal/Nm3 , 57.8 Kcal/mol

저위발열량(LHV)  :  28671 Kcal/Kg , 2,580 kcal/Nm3

 

 

연료소비량은 저위발열량을 기준으로 하고 있습니다.
저위발열량
①경유:43,116KJ/㎏{10,300㎉/㎏} ②보일러등유:43,400KJ/㎏{10,368㎉/㎏}
③LNG: 37,726KJ/㎏{10,000㎉/N㎥} ④LPG+AIR: 52,817KJ/㎏{14,000㎉/N㎥}
⑤프로판: 84,507KJ/㎏{22,400㎉/N㎥} ⑥부탄: 111,293KJ/㎏{29,500㎉/N㎥}

 

기름/가스보일러의 효율은 일반적으로 85%로 잡는다.

 

발열량(Heating value ; H.V. 또는 Calorific value)은 단위 중량의 물질이 완전연소하는 경우에 발생되는 열량을 말한다.

단위 중량(kg, lb)이나 부피(기체의 경우 Nm3, ft3)의 연료를 기준으로 kcal/kg 혹은 kal/Nm3와 같이 나타낸다.

 

다만 분자중에 수소가 들어 있는 경우에는 연소로 생기는 물의 상태가 기체(수증기)인가 액체(물)인가에 따라 그 증발열만큼 차이가 나므로 전자를 저위(Lower or Net)발열량, 후자를 고위(Higher or Net)발열량이라 하여 구분한다.

 

가장 간단한 탄화수소인 메탄의 연소화학식은 다음과 같다.

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O

단순한 몇종류 연료의 발열량을 살펴보면 다음의 표와 같다.

 

연료	화학식	고위발열량(H.H.V.)		저위발열량(L.H.V.)
		kcal/Nm3	kcal/kg	kcal/Nm3	kcal/kg
kcal/Nm3	kcal/kg	kcal/Nm3	kcal/kg
탄소	C	…	7,830	…	7,830
수소	H2	3,050	33,890	2,580	28,670
일산화탄소	CO	3,020	2,420	3,020	2,420
황	S	…	2,210	…	2,210
메탄	CH4	9,500	13,270	8,560	11,950
에탄	C2H6	16,640	12,400	15,230	11,530
프로판	C3H8	23,680	12,030	21,800	3,640
노르말부탄	n-C4H10	30,690	11,830	28,340	10,930
아세틸렌	C2H2	13,860	11,930	13,390	12,530

<Nm3 : 표준상태(0℃ , 1기압)의 기체부피 >

 

- 출처 : 한국에너지기술연구원

에너지열량 환산 기준(제2조 관련)

에너지원	단위	총 발열량		석유환산계수
		kcal	MJ 환산
원       유	kg	10,750	45.0	1.075
휘   발  유	ℓ	8,000	33.5	0.800
실 내 등 유	ℓ	8,800	36.8	0.880
보일러등유	ℓ	8,950	37.5	0.895
경       유	ℓ	9,050	37.9	0.905
B  -  A 유	ℓ	9,300	38.9	0.930
B  -  B 유	ℓ	9,650	40.4	0.965
B  -  C 유	ℓ	9,900	41.4	0.990
프  로  판	kg	12,050	50.4	1.205
부       탄	kg	11,850	49.6	1.185
나  프  타	ℓ	8,050	33.7	0.805
용       제	ℓ	7,950	33.3	0.795
항  공  유	ℓ	8,750	36.6	0.875
아 스 팔 트	kg	9,900	41.4	0.990
윤  활  유	ℓ	9,250	38.7	0.925
석 유 코 크	kg	8,100	33.9	0.810
부생연료1호	ℓ	8,850	37.0	0.885
부생연료2호	ℓ	9,700	40.6	0.970
천연가스(LNG)	kg	13,000	54.5	1.300
도시가스(LNG)	N㎥	10,550	44.2	1.055
도시가스(LPG)	N㎥	15,000	62.8	1.500
국내무연탄	kg	4,650	19.5	0.465
수입무연탄	kg	6,550	27.4	0.655
유연탄(연료용)	kg	6,200	26.0	0.620
유연탄(원료용)	kg	7,000	29.3	0.700
아 역 청 탄	kg	5,350	22.4	0.535
코  크  스	kg	7,050	29.5	0.705
전       력	kWh	2,150	9.0	0.215
신       탄	kg	4,500	18.8	0.450

 

참고

1. 총 발열량이라 함은 연료의 연소과정에서 발생하는 수증기의 잠열을 포함한 발열량을 말한다.

2. 석유환산계수는 에너지원별 발열량을 1kg = 10,000kcal로 환산한 값을 말한다.

3. 에너지원별 실측 결과는 50kcal에서 반올림한다.

4. 최종 에너지 사용기준으로 전력량을 환산하는 경우에는 1kWh = 860kcal를 적용한다.

5. 석탄의 발열량은 인수식 기준으로 한다.

6. 1cal = 4.1868J로 한다.

7. N㎥은 0℃, 1기압 상태의 체적을 말한다.

 

다음은 여러 가지 연료의 kg당 발열량입니다.(단위 kJ/kg)(단, 1kJ=1000J)

수소 : 120,000(단위 kJ/kg)
천연 가스 : 55,000(단위 kJ/kg)
부탄 : 50,000(단위 kJ/kg)
가솔린 : 47,000 (단위 kJ/kg)
에탄올 : 28,000(단위 kJ/kg)
나무 : 22,000(단위 kJ/kg)
석탄 : 34,000(단위 kJ/kg)
경유 : 45,000(단위 kJ/kg)

 

구분	LNG	LPG
주성분	메탄(CH4)	프로판(3H8)	부탄(C4H10)
비중(공기대비)	0.55	1.55	2.07
연소범위(%)	5~15	2.1~9.5	1.8~8.4
발화온도(℃)	540	450	405
액화온도(℃)	-162	-42	-0.5

 

석유류
구 분		원유	휘발유	납사	등유	경유	벙커 A유	벙커 B유	벙커 C유
환산 기준	단위	㎉/㎏	㎉/㎏	㎉/㎏	㎉/㎏	㎉/㎏	㎉/㎏	㎉/㎏	㎉/㎏
	발열량	10,000	8,300	8,000	8,700	9,200	9,400	9,700	9,900
석유 환산	단위	㎉/㎏	㎉/㎏	㎉/㎏	㎉/㎏	㎉/㎏	㎉/㎏	㎉/㎏	㎉/㎏
	환산 계수	1.00	0.83	0.80	0.87	0.92	0.94	0.97	0.99

 

구 분		가스류				연탄류			기타
		프로판	부탄	천연가스		무연탄	유연탄	코크스	신탄	전기
환산 기준	단위	㎉/㎏	㎉/㎏	㎉/Nm³	㎉/㎏	㎉/㎏	㎉/㎏	㎉/㎏	㎉/㎏	㎉/㎾h
	발열량	12,000	11,800	10,500	13,000	4,500	6,600	6,500	4,500	2,500
석유 환산	단위	㎉/㎏	㎉/㎏	㎉/Nm³	㎉/㎏	㎉/㎏	㎉/㎏	㎉/㎏	㎉/㎏	㎉/㎾h
	환산 계수	1.20	1.18	1.05	1.30	0.45	0.66	0.65	0.45	0.25

 

성 분	화학식	분자량	비점 (℃)	비 중
				액 상	기 상
메 탄	CH4	16.04	-161.5	0.42	0.55
에 탄	C2H6	30.07	-88.6	0.55	1.04
프로판	C3H8	44.09	-42.1	0.59	1.52
i-부탄	i-C4H10	58.12	-11.7	0.60	2.01
n-부탄	n-C4H10	58.12	-0.5	0.60	2.01
i-펜탄	i-C5H12	72.15	27.9	0.62	2.49
n-펜탄	n-C5H12	72.15	36.1	0.63	2.49
n-헥산	C6H14	86.18	138.0	0.66	2.97
벤 젠	C6H6	78.11	80.1	0.88	2.69
i-옥탄	C6H18	114.22	99.2	0.70	3.94
공기	N2+O2	28.97	194.3	0.86	1.0
물	H2O	18.02	100.0	1.00	0.662

 

성 분	임계온도 (℃)	임계압력 (atm)	발화점 (℃)	연소범위 (공기혼합물중%)	총발열량 (㎉/N㎥)
메 탄	-82.1	45.8	595	5~15	9,520
에 탄	32.3	32.3	515	2.9~13	16,820
프로판	96.7	41.9	470	2.1~9.5	24,820
i-부탄	135.0	36.0	462	1.8~8.4	32,020
n-부탄	152.0	37.5	365	1.8~8.4	31,780
i-펜탄	187.0	33.4	350	1.32~7.6	40,520
n-펜탄	196.0	33.3	285	1.4~8.3	40,110
n-헥산	234.7	30.0	240	1.25~6.9	50,340
벤 젠	289.5	48.6	550	1.41~6.75	38,760
i-옥탄	271.5	25.5	400	-	58,780
공기	140.72	37.2	-	-	1.0
물	374.1	218.2	-	-	-