발열량: 고위발열량과 저위발열량

발열량의 정의

발열량은 단위량 연료가 완전연소할 때 발생하는 열량이다.

연료 한 덩이를 완전히 태웠을 때 나오는 열의 총량이라고 보면 된다.

수소가 있으면 연소 때 물이 생기고, 그 물의 상태에 따라 값이 둘로 나뉜다.

그래서 고위와 저위를 반드시 구분해야 한다.

고위와 저위

발열량은 고위와 저위 두 가지로 나뉜다.

고위발열량은 생성된 물을 액체로 응축시켜 얻는 열까지 포함한다.

저위발열량은 생성된 물이 수증기로 빠져나간다고 보고 응축열을 뺀 값이다.

두 값의 차이는 생성 수분의 증발잠열이므로 HHV가 LHV보다 크다.

실무 계산은 어느 기준인지 밝혀야 혼동이 없다.

메탄 계산 예

메탄의 저위발열량은 고위발열량에서 생성 수분의 증발잠열을 뺀다.

메탄은 CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O 로 연소하며 물이 생긴다.

메탄 1kg당 생성 수분량을 환산하면 H_l = H_h − 2.25 × H_v 가 된다.

물의 증발잠열은 2260kJ/kg 이다.

결국 고위발열량에서 2.25 × H_v 를 빼서 저위발열량을 구한다.

봄베 열량계 측정

발열량은 봄베 열량계로 측정한다. 시료를 넣고 산소를 충전한다.

점화하여 완전연소시킨 뒤 최고 수온을 기록한다.

열량계의 열용량과 온도 상승으로 얻은 값이 고위발열량이다.

이 식으로 열량을 구하고 시료 질량으로 나눈다.

저위발열량은 이 고위발열량에서 증발잠열을 차감해 환산한다.

헷갈리는 점

헷갈리기 쉬운 것은 단위와 기준 조건이다.

기체 연료는 0℃, 1atm, 건조 기준의 Nm³ 단위로 표시하는 것이 원칙이다.

답안에는 고위인지 저위인지 반드시 밝혀야 감점을 피한다.

계산 문항에서는 몰비와 증발잠열의 단위 kJ/kg을 확인한다.

직접 풀기

직접 풀어 보자. 봄베 열량계로 직접 측정하는 값을 골라 본다.

정답과 정리

정답은 고위발열량이다. 저위발열량은 여기서 증발잠열을 차감해 구한다.

정리하면 발열량은 고위와 저위로 나뉘고, 저위는 증발잠열을 뺀 값이다.

답안에 기준을 밝히면 감점을 피한다.