고위발열량(HHV, Higher Heating Value)과 저위발열량(LHV, Lower Heating Value)

1. 발열량 (Calorific Value)

• 발열량은 연료가 연소할 때 방출하는 열에너지의 양을 나타내는 값으로, 연료의 양질 및 효율을 평가하는 중요한 지표입니다.

2. HHV와 LHV

• HHV와 LHV의 차이는 연료 연소 후 생성된 물(H₂O)의 상태 때문

  • HHV: 물이 응축(액체)되어 방출하는 에너지를 포함.

  • LHV: 물이 기체 상태로 방출되며 응축열은 미포함.

구분	HHV (고위발열량)	LHV (저위발열량)
정의	응축열 포함, 연료가 방출하는 총 에너지	응축열 제외, 실제 사용 가능한 에너지
물(H₂O)의 상태	액체 상태로 응축	기체 상태로 방출
크기 비교	항상 LHV보다 큼	HHV보다 작음
적용	보일러, 증기 시스템	터빈, 엔진, 일반 연소 시스템
예: 메탄(CH₄)	약 9570 kcal/m³	약 8620 kcal/m³

고위발열량 (HHV, Higher Heating Value)

• 연료가 완전 연소했을 때 생성된 모든 에너지를 포함하며, 연소 후 발생하는 수증기가 응축(액체 상태의 물)될 때 방출되는 응축열(잠열)까지 포함한 값.

• 연소 후

  • 수증기의 응축열이 에너지로 계산에 포함됨.

  • 물이 기체 → 액체로 변할 때 방출되는 잠열(약 540 kcal/kg)을 포함.

저위발열량 (LHV, Lower Heating Value)

• 연료가 완전 연소했을 때 생성된 에너지에서, 연소 후 발생한 수증기가 기체 상태로 방출된다고 가정한 값.

• 연소 후

  • 수증기의 응축열은 포함되지 않음.

  • 따라서 LHV < HHV.

3. 물(H₂O)의 상태가 차이를 만든다

• 연료가 연소되면 수소(H)가 산소(O)와 반응하여 물(H₂O)이 생성됨.

• 물이 어느 상태에 있느냐에 따라 발열량 계산에 차이가 남.

  • HHV: 물이 액체 상태(응축되면서 방출)로 존재할 때의 에너지 포함.

  • LHV: 물이 기체 상태로 방출될 때 에너지를 계산, 응축열은 제외.

4. HHV와 LHV의 차의 주요 원인

1. 물(H₂O)의 응축열

   • 물이 기체에서 액체로 변화하면서 방출하는 열은 약 540 kcal/kg입니다.

   • HHV는 이 응축열을 포함하지만, LHV는 포함하지 않습니다.

2. 연료 속 수소 함량

   • 연료 내 수소(H)의 양이 많을수록 더 많은 물(H₂O)이 생성되고, HHV와 LHV의 차이가 더 커집니다.

   • 예: 천연가스(LNG)와 같은 연료는 수소 함량이 높아 HHV와 LHV의 차이가 큼.

3. 기압의 영향은 미미함

   • HHV와 LHV의 차이는 주로 수증기의 상태(기체 vs 액체) 때문이며, 기압 차이는 주요 원인이 아님.

   • 단, 대기압이 달라지면 수증기 응축 여부에 약간의 영향을 줄 수 있음.

5. LNG의 HHV와 LHV 비교

• 천연가스(LNG)의 HHV와 LHV는 다음과 같은 수준입니다.

  • 고위발열량(HHV): 약 11,000 kcal/Nm³

  • 저위발열량(LHV): 약 9,500 kcal/Nm³

• HHV와 LHV 차이: 약 14% (응축열 영향으로 발생).

6. HHV와 LHV를 사용하는 상황

• HHV 사용

  • 보일러, 난방 등에서 연료의 모든 에너지가 회수 가능할 때 사용.

  • 수증기가 응축되는 상황을 가정.

• LHV 사용

  • 수증기를 응축하지 않고 그대로 배출하는 시스템에서 사용.

  • 예: 터빈, 내연기관과 같이 실제로 사용 가능한 에너지 출력을 평가할 때 사용.

7. 변환 공식

1 Nm³ → Mcal로 변환

• 공식

  $1 \, \text{Nm³} = \text{발열량 (kcal/Nm³)} \times 10^{-3} \, \text{Mcal}$

• 예

  • HHV 기준

    $1 \, \text{Nm³} = 11,000 \, \text{kcal/Nm³} \times 10^{-3} = 11 \, \text{Mcal}$

  • LHV 기준

    $1 \, \text{Nm³} = 9,500 \, \text{kcal/Nm³} \times 10^{-3} = 9.5 \, \text{Mcal}$

Mcal → Nm³로 변환

• 공식

  $1 \, \text{Mcal} = \frac{1}{\text{발열량 (kcal/Nm³)}} \times 10^{3} \, \text{Nm³}$

• 예

  • HHV 기준

    $1 \, \text{Mcal} = \frac{1}{11,000} \times 10^{3} = 0.0909 \, \text{Nm³}$

  • LHV 기준

    $1 \, \text{Mcal} = \frac{1}{9,500} \times 10^{3} = 0.1053 \, \text{Nm³}$