개념 한 쪽
연료의 발열량과 조성, 저장·수송 특성은 보일러 등 에너지 설비의 운전·관리와 연료선정에 직결된다. 고체·액체·기체 연료는 물리적 성질과 조성에서 차이를 보이며, 발열량 계산에는 성분비와 수증기 잠열을 고려해야 한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「에너지원의 종류 및 특성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 석탄 조성으로 저위발열량 계산 | 1 | 석탄의 성분비를 들여 저위발열량을 공식에 대입해 값을 구하기 |
| 석탄의 탄화도 변화 판정 | 1 | 탄화도 증가에 따른 고정탄소·휘발분·발열량·착화온도 변화 방향을 판별하기 |
| 연료별 고위발열량 비교 | 1 | 여러 연료의 수소 함량을 근거로 고위발열량이 가장 큰 연료를 가리기 |
연료의 발열량은 해당 연료가 포함하는 가연성 성분, 특히 수소 함량에 크게 좌우된다. 같은 무게 기준에서 수소의 발열량이 탄소보다 크므로 수소 비율이 높은 연료가 높은 발열량을 보인다. 따라서 가스류와 액체류는 일반적으로 고체연료보다 kg당 발열량이 크다.
연료 유형별 일반적 장단점은 구분 가능하다. 고체연료(석탄 등)는 가격이 싸고 상온에서 저장·수송이 쉬우나 연소조절과 완전연소가 어려운 단점이 있다. 기체연료는 혼합·연소가 잘 되어 열효율과 조절성이 우수하지만 부피가 크고 누출 위험이 있어 압축·액화나 파이프라인 등 특별한 저장·수송 수단이 필요하다.
발열량 계산에는 여러 공식이 사용된다. 석탄과 같은 고체연료는 들롱식(고위발열량)이나 저위발열량 공식으로 조성 성분을 대입해 구한다. 고위발열량에는 연소로 생성된 수증기의 응축잠열이 포함되며, 저위발열량은 이 잠열을 제외하므로 H와 연료 내 산소·수분을 고려해 변환한다.
혼합가스의 발열량은 각 성분의 조성비와 성분별 발열량을 곱해 합산하는 방식으로 구한다. 불연성 성분(CO2, N2 등)은 발열 기여가 없으므로 계산에서 0으로 처리한다. 발열량 계산 문제는 성분별 계수와 물리적 의미(유효수소, 생성수분 등)를 이해하고 공식에 정확히 대입하는 것이 핵심이다.
연료의 특성 문제에서는 출제자가 수소 함량, 휘발분·고정탄소의 변화, 저장·수송의 실무적 차이 등을 묻는다. 고위/저위 발열량 전환에서는 생성 수증기량(9H+W)과 잠열 값을 반드시 고려해 계산해야 한다.
탄소 72.0%, 수소 5.3%, 황 0.4%, 산소 8.9%, 질소 1.5%, 수분 0.9%의 조성을 갖는 석탄의 저위발열량(kcal/kg)은?
정답 ③ · 선택된 조성으로 저위발열량(Hl)을 구하는 공식인 Hl = 8100C + 29000(H - O/8) + 2500S - 600(9H + W) (kcal/kg)을 사용합니다. 각 성분비(소수점 형태)를 그대로 대입하면, 8100*0.72 + 29000*(0.053 - 0.089/8) + 2500*0.004 - 600(9*0.053 + 0.009) = 5832 + 1289.1 + 10 - 293.4 = 약 6837.7 kcal/kg이 도출됩니다.
저위발열량 Hl=8100C+29000(H−O/8)+2500S−600(9H+W)≈6,838 → 약 7,000 kcal/kg.
탄화도를 기준으로 석탄을 분류할 때 탄화도 증가에 따라 석탄의 성질은 일반적으로 어떻게 변화하는가?
정답 ③ · 질문은 탄화도가 증가할 때 석탄의 일반적 성질 변화 방향을 묻고 있다. 탄화도가 높아질수록 고정탄소 비율과 발열량은 증가하고 휘발분은 감소하며 착화성은 떨어져 착화온도는 높아지는 경향이 있다.
탄화도가 높아질수록 고정탄소와 발열량은 증가하고, 휘발분과 착화성은 감소한다.
다음 연료중 고위발열량이 가장 큰 것은?
정답 ② · 연료 1kg 당 고위 발열량은 수소의 연소로 발생하는 수증기가 응축할 때 방출하는 잠열까지 모두 포함한 열량입니다. 주요 연료들의 고위 발열량을 비교해보면, 코크스는 약 7000kcal/kg, 석탄은 약 7500kcal/kg, 중유는 약 10000~11000kcal/kg, 그리고 프로판 가스(LPG)는 약 12000kcal/kg 수준으로 가장 높은 수치를 나타냅니다.
수소 함량이 가장 많은 프로판의 고위발열량(약 12,000kcal/kg)이 최대이다.
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