燃料燃燒 — 熱值與化學計量

概述

燃料的熱值（發熱量）表示單位質量燃料完全燃燒時所釋放的能量。常用的標準衡量方式有兩種：

• 高位熱值 (HHV) — 又稱總發熱量，包含燃燒產物中的水蒸氣凝結回液態時所回收的潛熱。
• 低位熱值 (LHV) — 又稱淨發熱量，假設排氣中的水維持蒸氣狀態；對大多數實際燃燒設備而言，此數值更具參考性。

HHV 與 LHV 的差異取決於燃料的氫含量，因為氫燃燒時會產生水。富含氫的燃料（例如天然氣）具有最大的 HHV 與 LHV 差距。

關鍵公式

碳氫燃料的高位與低位熱值關係，可由氫的質量分率估算：

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

其中 $h_{fg}$ 為水在 25 °C 時的汽化潛熱（約 2.442 MJ/kg），$w_H$ 為燃料中氫的質量百分比，係數 9 則來自每單位質量氫燃燒後產生水的化學計量比。

變量

燃料熱值

HHV 比較

復原的原始來源表

以下表格復原自原始來源頁面，以保留完整的參考資料。

氣態燃料 — 高位與低位發熱量（熱值）

液態燃料 — 高位與低位發熱量（熱值）

Solid Fuels - Higher and lower calorific values (heating values)

工程要點

單位換算器

• Reference conditions — All tabulated values are at 25 °C and 1 atm. Heating values shift slightly with pressure and temperature; fuel gas standards (e.g., ISO 6976) specify exact correction procedures.
• Moisture content — Solid fuels such as wood and coal vary widely in moisture and ash. The values shown assume reasonably dry, representative samples. Always use as-received or as-fired values for real equipment sizing.
• Hydrogen effect — The HHV-to-LHV gap grows with hydrogen content. For natural gas (~25 % H₂ by mass), the difference is about 10 %. For coal (~4 % H₂), the difference is only 3–4 %.
• Combustion efficiency — Condensing boilers can recover a portion of the latent heat, bringing effective efficiency closer to the HHV basis. Standard (non-condensing) appliances are rated on an LHV basis in many markets.
• Unit conversion — 1 Btu/lb ≈ 2.326 kJ/kg. In US practice, heating values are commonly reported in BTU/lb or BTU/ft³; metric data uses MJ/kg or kJ/m³.

參考资料

• Engineering Toolbox — Fuels and Combustion