고위발열량? 저위발열량? - 연료 가스 에너지열량 개념과 대체연료 선정, 환산방법, 계산식

오늘은 고위발열량과 저위발열량의 개념과, 연료 가스 에너지 열량의 개념, 환산 방법, 대체연료 선정 방법 등을 알아보도록 하겠습니다.

 

화공계열 직업에 종사하시는 분이라면 고위발열량과 저위발열량에 대해 들어보셨을 겁니다. 단어가 어려워 어떤 경우에 어떤 것을 사용해야 하는지 막막하실 겁니다. 

최대한 쉽게, 예를들어 설명드리겠습니다.

 

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1. 고위발열량? 저위발열량?

고위, 저위라는 한자를 사용하여 조금 어렵게 느껴지실 수도 있겠지만, 개념을 확인하시면 아주 간단합니다.

▶고위발열량(HHV, High Heating Value) : 연료가 완전히 연소했을 때의 열량으로, 연소에 의해 발생하는 

   수증기의 잠열을 포함한 값을 말하며 다른 용어로 "총 발열량"이라고도 합니다.

   수증기의 잠열은 완전연소 시 온/ 압에서 Steam Table에서 참고할 수 있는 값이겠지요.(응축 열량)

▶저위발열량(LHV, Low Heating Value) : 열로서 이용할 수 없는 수증기 증발의 잠열을 뺀 값으로, 실제로

    사용되는 연료의 발열량을 나타냅니다. 다른 용어는 "순 발열량" 이라고도 하지요.

▶위 두 발열량의 열량값, 환산 기준 또한 발전효율 계산 시 발생되는 전기에너지를 열에너지로 환산 시 적용되는 열량값 등의 정보는 아래 경로에서 "에너지법 시행규칙 별표-에너지 열량환산 기준"을 참고하시면 됩니다.

검색 방법은 저번 포스팅을 참고하세요.

 

 

경로 : 국가법령정보센터 (law.go.kr)

 

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대기 TMS 의 모든 것 - 대기총량제, 굴뚝원격감시체계(CleanSYS) 및 적용 예시

 

에너지열량환산기준 - 출처 : 국가법령정보센터

 

 

 

위 언급드린 두 가지 발열량은 연료의 특성에 따라 기준을 다르게 사용, 적용해야 하는데요

▶적용 기준

1. 통상적으로 천연가스, 석탄, 화력발전은 HHV(총발열량)을 기준으로 사용하고, 엔진/ 보일러의 경우에는 LHV를 기준으로 사용합니다. (발전소의 경우 연료 연소 시 발생하는 증기를 최대한 냉각시켜 잠열까지 사용하는 과정이 있어(열손실 최소화) HHV를 사용합니다.
2. 통상 고체/ 액체 연료의 경우 연료를 기화시켜 연소 시켜야 하며, 이 과정에서 연료중 수분을 증발시킵니다. 이 때 상변화를 위하여 수분의 증발열이 필요하고 이처럼 액체연료는 수분의 증발잠열을 뺀 값을 실제 사용될 수 있는 발열량으로 보고 저위발열량(LHV)을 통상적으로 사용합니다.

참고) HHV의 경우 연소시 발생하는 증기의 잠열 값이 항상 포함되어 있기에, LHV를 이용하여 발전효율을 계산하면

그 값이 HHV를 사용한 값보다 클 수밖에 없습니다.(분모가 LHV사용 시 작음 LHV <HHV)

 

2. 운용설비의 연료 교체 시 필요량 계산

소각처리시설 또는 어떤 연료를 이용하여 발전을 하는 설비를 운용하시는 분들은

한 번쯤 사용하고 계신 연료를 단가가 저렴하고 발열량이 비슷한 대체연료로 전환하는 것을 검토하실 경우가 있을 겁니다.

 

예를 들어, LNG를 연료로 소각하고 계신 경우, 값이 상대적으로 싸고 발열량에 큰 차이가 없는 연료인 바이오가스(메탄) 등으로 전환을 고려하실 수 있겠네요.

시간당 사용량이 25,000 Nm3/hr-LNG의 연료를 사용하여 폐수를 농축, 소각한다고 가정해 봅시다.

 

25,000 Nm3/hr-LNG를 기체 연료로써 사용한다면 "총 발열량"을 사용해야 할 것입니다.

25,000 Nm3/hr*(10,430kcal/Nm3-LNGHHV) *4.1868kJ/kcal/1,000,000 = 1,092MJ/hr

시간당 1,092MJ의 에너지가 있어야만 운용 중인 폐수 농축 소각시설이 정상적으로 운영될 것입니다.

 

이 연료를 바이오가스(메탄)로 사용한다면, 메탄의 총발열량이 9,500kcal/Nm3이므로, 

 

(1,092MJ/hr)*1,000,000/4.1868/(9,500kcal-메탄/Nm3) = 27,447 Nm3-메탄/hr

 

시간당 사용되는 연료량은 LNG(25,000 Nm3)에 비해 27,447 Nm3로 증가한 것을 알 수 있습니다. 

이 사용량과 각 연료의 단가를 LNG-1,000원/Nm3, 메탄-700원/Nm3로 가정한다면

LNG의 경우 25백만 원/시간당, 메탄의 경우 19백만 원/시간당으로 하루로 치면 1억 4천만 원의 비용절감이 가능합니다.

 

(LNG가 청정연료로 들어가기 때문에 다른 연료로 바꿀 때 설비 허가 변경 등 추가적인 업무가 늘어나겠지만 Cost Down도 중요하니까요.)

 

 

 

3. 그 외 발열량 계산 공식

▶고체연료

LHV = HHV - 600*(9*H+W)(kcal/kg)

H : 수소의 함량, W : 수분의 함량

 

▶액체연료

HHV = 8100*C + 34000*(H-O/8) + 2500*S (kcal/kg)

C : 탄소함량

H : 수소 함량

O : 산소함량

S : 황의 함량

 

▶기체 연료

LHV = HHV - 480*(기체 연료의 완전연소 시 연료 1몰당 물의 발생 몰수)

 

 

 

태풍으로 사업장 및 가정에 많은 피해가 없으셨길 바랍니다.

 

이상으로 고위발열량, 저위발열량의 개념과 사용 중이신 연료의 대체연료 선정, 열량 환산 방법 및 다양한 계산식에 대해 설명드렸습니다.