[대기, 폐기물] 저위발열량, 고위발열량 계산

 

Q. 다음 중 발열량에 대한 설명으로 틀린 것은?

① 표준기압에서 물 1g을 14.5℃에서 15.5℃까지 상승시키는데 필요한 열량을 뜻한다.

② 쓰레기의 원소분석치를 이용하여 발열량을 추정할 수 있다.

③ 소각로 설계기준은 고위발열량을 기준으로 한다.

④ 발열량은 쓰레기 속의 수분이 수증기로 되어 연소가스에 포함되는 경우와 그렇지 않는 경우가 있을 수 있다.

 

답: 3번 

 

 

Q. 다음 중 발열량에 대한 설명으로 틀린 것은?

① 연료 1kg을 완전연소시 발생하는 열량이다.

② 고위발열량은 응축잠열을 포함한 열량이다.

③ 발열량의 주요인이 셀룰로오스, 석유계이다

④ 셀룰로오스가 플라스틱계보다 열량이 크다.

 

답: 4번 

 

Q. 연료 중 수소 12%, 수분 0.3%를 함유한 중유의 고발열량이 10,500Kcal/kg이라면 이 연료의 저발열량은?

풀이: HI = Hh - 600(9H+W) = 10,500 - 600(9×0.12 + 0.003) = 9850

 

답: 9,850 Kcal/kg

 

Q. 메탄의 고위발열량이 9,500kcal/S㎥이라면 저위발열량(kcal/S㎥)은?

풀이: CH4 +2O2 -> CO2 = 2H2O

HI = Hh - 480×H2O량 = 9,500 - 480 × 2 = 8540 

 

답: 8540kcal/S㎥

 

Q. 액체연료의 성분이 탄소 84%, 수소11%, 황2.4%, 산소1.3%, 수분1.3% 였다고 하면 이 연료의 고위발열량은 얼마인가?

풀이: Hh = 8100C + 34000(H - O/8) + 2500S = 8100*0.84 + 34000*(0.11 - 0.013/8) + 2500*0.024

= 10548.75kcal/kg

 

답: 10549kg

 

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● 소각

- 배출물질로 인한 건강상 염려로 민원의 소지가 있다

- 환원성 분위기에서 폐기물을 가열함으로써 가스, 액체, 고체 상태의 연료를 생성시킬 수 있는 공정

- 질소산화물 등의 발생이 많고 자원회수가 불가능하다

 

● 발열량

- 연료 1kg을 완전연소시 발생하는 열량

- 쓰레기 속의 수분이 수증기로 되어 연소가스에 포함되는 경우와 그렇지 않는 경우가 있을 수 있다

- 표준기압에서 물 1g을 14.5℃에서 15.5℃까지 상승시키는데 필요한 열량

- 발열량의 주요인이 셀룰로오스, 석유계이다.

- 실제 소각로는 배기온도가 높기 때문에 저위발열량을 사용한 방법이 합리적이다

- 액체와 고체연료의 발열량을 측정하는 봄베열량계는 일정체적열량계에 속하고, 기체의 연소열을 측정하는 불꽃열량계는 일정압력열량계에 속한다.

- 계산문제

· 연소될 때 생성되는 수분의 양 : (고위발열량-저위발열량)/물의 증발열

 

1) 발열량의 종류 

① 고위발열량(Hh)

- 연소생성물 중의 수분이 액상일 경우의 발열량, 열량계 측정할 때, 연소될 때 생성되는 총 발열량, 응축잠열을 포함한 열량

- 폐기물 중에 함유된 수분함량을 고려한 습윤 발열량

- Hh = Hd x (100-W) / 100 (kcal/kg)

▷ Hh : 습량기준의 고위발열량(kcal/kg)

▷ Hd : 단열열량계로 측정한 건조쓰레기 고위발열량 (kcal/kg) 

▷ W : 수분함량(%)

 

② 저위발열량(Hl)

- 연소생성물 중의 수분이 증기일 경우의 발열량, 고위발열량에서 수증기 응축잠열을 제외한 발열량, 소각에 대한 타당성 조사시 필요

- 폐기물에서 발생할 수 있는 발열량 중에서 연소반응에 의해 생성되는 모든 수분을 수증기 상태로 증발시키기 위해 필요한 응축잠열을 제외 

- 폐기물 소각시 실제적인 발열량을 나타냄으로써 소각로 설계시 기준 이 되는 발열량으로 이용

- Hl = Hh - 600 (9H+W) / 100 

▷ Hh : 습량기준의 고위발열량(kcal/kg)

▷ Hd : 단열열량계로 측정한 건조쓰레기 고위발열량 (kcal/kg)

▷ Hl : 습량기준의 저위발열량(kcal/kg)

▷ H : 원소분석에 의한 수소의 함량(%)

▷ W : 수분함량(%)

 

③ 건조발열량(Hd)

- 폐기물 중의 수분을 전혀 고려하지 않고 건조된 폐기물을 기준으로 측정한 발열량 

- 폐기물 발열량 계산의 기준이 됨.

 

 

2) 고체, 액체 연료의 발열량 계산식

 

- Dulong 식: Hh = 8100C + 34000(H - O/8) + 2500S

- Scheurer - Kestner 식:  Hh = 8100(C-0.75O) + 34250H + 2250S + 5700x0.73O

- Steuer 식: Hh = 8100(C-0.375O) + 34500(H - O/16) + 2250S + 5700x0.375O

- 일반식: HI = Hh - 600(9H+W) 

 

• 범용적으로 가장 많이 사용되는 식 : Dulong식

• 수분함량이 큰 슬러지에 잘 맞는 식 : Steuer식

 

3) 기체연료의 발열량

 

HI = Hh - 480×H2O량