연료 연소 — 발열량과 화학양론

일반 연료의 고위·저위 발열량, 연소 화학양론 및 공연비.

combustionfuelsheatingvalues

개요

연료의 발열량은 완전 연소 중 단위 질량당 방출되는 에너지를 정량화합니다. 두 가지 표준 측정이 있습니다:

고발열량(HHV) — 총 발열량이라고도 하며, 연소 생성물의 수증기를 액체로 응축시켜 회수된 잠열을 포함합니다.
저발열량(LHV) — 순 발열량이라고도 하며, 물이 배기가스에서 증기로 남아 있다고 가정합니다. 이는 대부분의 실제 연소 장비에 더 관련성이 높은 수치입니다.

HHV와 LHV의 차이는 연료의 수소 함량에 따라 달라지며, 수소 연소가 물을 생성하기 때문입니다. 수소가 풍부한 연료(예: 천연가스)는 HHV와 LHV 사이에 가장 큰 차이를 보입니다.

주요 공식

탄화수소 연료의 고발열량과 저발열량 사이의 관계는 수소의 질량 분율로 추정할 수 있습니다:

LHV = HHV - h_{fg} \times \frac{9 \, w_H}{100}

여기서 $h_{fg}$ 는 25 °C에서 물의 증발 잠열(약 2.442 MJ/kg), $w_H$ 는 연료 내 수소의 질량 백분율, 계수 9는 연소된 수소 단위 질량당 생성되는 물의 화학량론적 비율에서 비롯됩니다.

변수

기호	설명	Typical Unit
HHV	Higher (gross) heating value	MJ/kg
LHV	Lower (net) heating value	MJ/kg
$h_{fg}$	Latent heat of vaporization of water at reference temperature	MJ/kg
$w_H$	Mass fraction of hydrogen in fuel	%

연료 발열량

12 행

25 °C 기준 온도에서 일반적인 연료의 고발열량 및 저발열량
연료	HHV (MJ/kg)	LHV (MJ/kg)	상태
Hydrogen	141.8	120	Gas
메탄(천연가스)	55.5	50	Gas
Propane	50.3	46.4	기체 / 액체
Butane	49.5	45.7	기체 / 액체
Gasoline	46.4	43.4	Liquid
Kerosene	46.2	43	Liquid
Diesel	45.6	42.5	Liquid
연료유(중유)	42.5	39.5	Liquid
Ethanol	29.7	26.8	Liquid
석탄(무연탄)	32.5	31.5	Solid
석탄(역청탄)	30	28	Solid
목재(건조)	20	18	Solid

출처: engineeringtoolbox.com

HHV 비교

연료별 고발열량 및 저발열량

복원된 원본 소스 표

다음 표는 완전한 참조 데이터를 보존하기 위해 원본 소스 페이지에서 복원되었습니다.

기체 연료 - 고발열량 및 저발열량

6 행

기체 연료 - 고위 및 저위 발열량
기체 연료	kg/m3 (kg/m3)	g/ft3 (g/ft3)	kWh/kg (kWh/kg)	MJ/kg (MJ/kg)	Btu/lb (Btu/lb)	MJ/m3 (MJ/m3)	Btu/ft3 (Btu/ft3)	kWh/kg (kWh/kg)	MJ/kg (MJ/kg)	Btu/lb (Btu/lb)	MJ/m3 (MJ/m3)	Btu/ft3 (Btu/ft3)
Acetylene	1.097	31.1	13.9	49.9	21453	54.7	1468	—	—	—	—	—
Ammonia	—	—	—	22.5	9690	—	—	—	—	—	—	—
Hydrogen	0.09	2.55	39.4	141.7	60920	12.7	341	33.3	120	51591	10.8	290
Methane	0.716	20.3	15.4	55.5	23874	39.8	1069	13.9	50	21496	35.8	964
천연가스(미국 시장)*	0.777	22	14.5	52.2	22446	40.6	1090	13.1	47.1	20262	36.6	983
도시가스	—	—	—	—	—	18	483	—	—	—	—	—

출처: engineeringtoolbox.com

액체 연료 - 고발열량 및 저발열량

28 행

액체 연료 - 고위 및 저위 발열량
액체 연료	kg/l (kg/l)	kg/gal (kg/gal)	kWh/kg (kWh/kg)	MJ/kg (MJ/kg)	Btu/lb (Btu/lb)	MJ/l (MJ/l)	Btu/gal (Btu/gal)	kWh/kg (kWh/kg)	MJ/kg (MJ/kg)	Btu/lb (Btu/lb)	MJ/l (MJ/l)	Btu/gal (Btu/gal)
Acetone	0.787	2.979	8.83	31.8	13671	25	89792	8.22	29.6	12726	23.3	83580
Butane	0.601	3.065	13.64	49.1	21109	29.5	105875	12.58	45.3	19475	27.2	97681
Butanol	0.81	—	10.36	37.3	16036	30.2	108359	9.56	34.4	14789	27.9	99934
디젤 연료*	0.846	3.202	12.67	45.6	19604	38.6	138412	11.83	42.6	18315	36	129306
디메틸 에테르(DME)	0.665	2.518	8.81	31.7	13629	21.1	75655	8.03	28.9	12425	19.2	68973
Ethane	0.572	2.165	14.42	51.9	22313	29.7	106513	13.28	47.8	20550	27.3	98098
에탄올(100%)	0.789	2.987	8.25	29.7	12769	23.4	84076	7.42	26.7	11479	21.1	75583
디에틸 에테르(에테르)	0.716	2.71	11.94	43	18487	30.8	110464	—	—	—	—	—
가솔린(휘발유)*	0.737	2.79	12.89	46.4	19948	34.2	122694	12.06	43.4	18659	32	114761
가스 오일(난방유)*	0.84	3.18	11.95	43	18495	36.1	129654	11.89	42.8	18401	36	128991
Glycerin	1.263	4.781	5.28	19	8169	24	86098	—	—	—	—	—
중연료유*	0.98	3.71	11.61	41.8	17971	41	146974	10.83	39	16767	38.2	137129
등유*	0.821	3.108	12.83	46.2	19862	37.9	126663	11.94	43	18487	35.3	126663
경연료유*	0.96	3.634	12.22	44	18917	42.2	151552	11.28	40.6	17455	39	139841
LNG*	0.428	1.621	15.33	55.2	23732	23.6	84810	13.5	48.6	20894	20.8	74670
LPG*	0.537	2.033	13.69	49.3	21195	26.5	94986	12.64	45.5	19561	24.4	87664
선박용 가스 오일*	0.855	3.237	12.75	45.9	19733	39.2	140804	11.89	42.8	18401	36.6	131295
Methanol	0.791	2.994	6.39	23	9888	18.2	65274	5.54	19.9	8568	15.8	56562
메틸 에스테르(바이오디젤)	0.888	3.361	11.17	40.2	17283	35.7	128062	10.42	37.5	16122	33.3	119460
MTBE	0.743	2.811	10.56	38	16337	28.2	101244	9.75	35.1	15090	26.1	93517
식물성 오일(바이오디젤)*	0.92	3.483	11.25	40.5	17412	37.3	133684	10.5	37.8	16251	34.8	124772
파라핀(왁스)*	0.9	3.407	12.78	46	19776	41.4	148538	11.53	41.5	17842	37.4	134007
Pentane	0.63	2.385	13.5	48.6	20894	30.6	109854	12.6	45.4	19497	28.6	102507
석유 나프타*	0.725	2.745	13.36	48.1	20679	34.9	125145	12.47	44.9	19303	32.6	116819
Propane	0.498	1.885	13.99	50.4	21647	25.1	89963	12.88	46.4	19927	23.1	82816
잔사유*	0.991	3.752	—	—	—	41.8	150072	10.97	39.5	16982	39.2	140470
타르*	—	—	10	36	15477	—	—	—	—	—	—	—
Turpentine	0.865	3.274	12.22	44	18917	38.1	136555	—	—	—	—	—

출처: engineeringtoolbox.com

고체 연료 - 고발열량 및 저발열량

12 행

고체 연료 - 고위 및 저위 발열량
고체 연료*	kg/dm3 (kg/dm3)	kWh/kg (kWh/kg)	MJ/kg (MJ/kg)	Btu/lb (Btu/lb)	kWh/kg (kWh/kg)	MJ/kg (MJ/kg)	Btu/lb (Btu/lb)
무연탄	—	9.06	32.6	14015	—	—	—
역청탄	—	8.39	30.2	12984	8.06	29	12468
Carbon	—	9.11	32.8	14101	—	—	—
Charcoal	—	8.22	29.6	12726	7.89	28.4	12210
Coke	—	7.22	26	11178	—	—	—
갈탄	—	3.89	14	6019	—	—	—
Peat	—	4.72	17	7309	—	—	—
석유 코크스	—	8.69	31.3	13457	8.19	29.5	12683
반무연탄	—	8.19	29.5	12683	—	—	—
아역청탄	—	6.78	24.4	10490	—	—	—
황(s)	—	2.56	9.2	3955	2.55	9.2	3939
목재(건조)	0.701	4.5	16.2	6965	4.28	15.4	6621

출처: engineeringtoolbox.com

공학 참고 사항

연료 에너지 및 LHV 추정

연료 질량(kg)

고발열량(MJ/kg)

질량 기준 수소(%)

유용 효율(%)

단위 변환기

연료 발열량 단위 변환기

발열량(MJ/kg)

기체 밀도(kg/m3)

액체 밀도(kg/L)

기체 체적(m3)

기준 조건 — 모든 표 값은 25 °C, 1 atm에서입니다. 발열량은 압력과 온도에 따라 약간 변합니다. 연료 가스 표준(예: ISO 6976)은 정확한 보정 절차를 지정합니다.
수분 함량 — 목재 및 석탄과 같은 고체 연료는 수분과 회분 함량이 크게 다릅니다. 표시된 값은 합리적으로 건조한 대표 샘플을 가정합니다. 실제 장비 크기 결정에는 항상 인수 상태 또는 연소 상태 값을 사용하세요.
수소 효과 — HHV-LHV 차이는 수소 함량에 따라 증가합니다. 천연가스(질량 기준 약 25% H₂)의 경우 차이는 약 10%입니다. 석탄(약 4% H₂)의 경우 차이는 3–4%에 불과합니다.
연소 효율 — 응축 보일러는 잠열의 일부를 회수하여 유효 효율을 HHV 기준에 더 가깝게 만들 수 있습니다. 표준(비응축) 기기는 많은 시장에서 LHV 기준으로 평가됩니다.
단위 변환 — 1 Btu/lb ≈ 2.326 kJ/kg. 미국 실무에서 발열량은 일반적으로 BTU/lb 또는 BTU/ft³로 보고됩니다. 미터법 데이터는 MJ/kg 또는 kJ/m³를 사용합니다.

참고 자료

Engineering Toolbox — 연료 및 연소

출처: engineeringtoolbox.com