2024 지방직 9급 15번 풀이 - 도시 폐기물의 저위발열량 계산 (Dulong식)

2024년 지방직 9급 환경공학개론 15번 문제는 폐기물을 태울 때 발생하는 열량 중, 실제로 우리가 이용할 수 있는 에너지가 얼마인지 계산하는 문제입니다. 고위발열량에서 수분과 수소가 증발하며 뺏어가는 열을 제외하는 것이 핵심입니다.

🔍 오늘의 문제 확인

15. 수소 분자가 10 wt%, 수분이 15 wt% 함유된 도시 폐기물의 고위발열량이 3600 kcal/kg일 때,

Dulong식을 사용하여 계산한 저위발열량[kcal/kg]은?

(단, 온도는 일정하고, 물의 증발열은 600 kcal/kg이다)

① 2730 ② 2850 ③ 2970 ④ 3150

💡 AI와 함께하는 명쾌한 풀이

폐기물을 태울 때 발생하는 열량 중, 수분이나 수소의 연소로 생긴 수증기가 응축되지 않고 날아갈 때 손실되는 열을 뺀 나머지가 우리가 실제로 이용 가능한 저위발열량( Hl )입니다.

1단계: 저위발열량 공식 이해

저위발열량은 다음과 같이 계산합니다.

👉 Hl = Hh − 600 × (9H + W)

• Hh : 고위발열량 → 3600 kcal/kg
• H : 수소 함량 → 10% → 0.10
• W : 수분 함량 → 15% → 0.15
• 600 : 물의 증발잠열 (kcal/kg)
• 9 : 수소가 연소되어 물이 될 때의 질량비 → 수소 1 kg → 물 9 kg 생성

2단계: 수치 대입 및 계산

• Hl = 3600 − 600 × (9 × 0.10 + 0.15)
• Hl = 3600 − 600 × (0.9 + 0.15)
• Hl = 3600 − 600 × 1.05
• Hl = 3600 − 630
• Hl = 2970

✅ 정답 및 해설

정답: ③ 2970

원리 이해: 폐기물 내의 수분(W)과 수소(H)가 연소하여 생성된 물(9H)이 증발할 때 열을 흡수하므로, 전체 고위발열량에서 이 증발잠열만큼을 공제해야 실제 이용 가능한 저위발열량이 됩니다.

📝 핵심 개념 정리 (티스토리 요약 노트)

발열량 핵심 포인트

• 고위발열량 (Hh): 수증기의 잠열을 포함한 전체 열량
• 저위발열량 (Hl): 실제 이용 가능한 열량 (Hh - 증발잠열)
• 저위발열량 공식: Hl = Hh - 600(9H + W)
• 공식 암기 팁: "고위에서 600배의 (9수소 + 수분)을 뺀다!"
• 단위 주의: 수소와 수분 함량(wt%)은 반드시 소수점 형태(0.10, 0.15)로 대입
• 수소 계수: 수소 1몰(2g)이 연소하면 물 1몰(18g)이 생성되므로 질량비는 항상 9를 적용

🌟 한 줄 요약

"Dulong식에 따라 수소와 수분이 뺏어가는 증발잠열(630)을 고위발열량에서 빼주면 됩니다."