에너지 17년기출B

1️⃣오리피스(계산)

안지름 80[㎜]인 배관에 지름 20[㎜]인 오리피스를 설치하여 공기의 유량을 측정하려 한다. 오리피스 전후의 차압이 120[㎜H₂O] 발생하였을 때 유랑[L/min]을 계산하시오. (단, 물의 밀도는 1000[kg/㎥], 공기의 밀도는 1.5[kg/m ] , 유동계수는 0.66 이다)

I4 오리피스(계산)

교축비계산

$$ m=(\frac{D_2}{D_1})^2 $$

유량계산

$$ Q=C\times A\times \frac{1}{\sqrt{1-m^2}}\times \sqrt{2\times g\times h} $$

교축비 계산

$$ m=(\frac{D_2}{D_1})^2 $$

$$ =(\frac{0.02}{0.08})^2=0.0625=0.06 $$

유량계산

$$ Q=C\times A\times \frac{1}{\sqrt{1-m^2}}\times \sqrt{2gh\times\frac{\gamma_m-\gamma}{\gamma}} $$

$$ =0.66\times(\frac{\pi}{4}\times 0.02^2)\times \frac{1}{\sqrt{1-0.06^2}} \\ \times \sqrt{2\times 9.8\times0.12\times\frac{1000-1.5}{1.5}} \\ \times60\times 1000=493.145[L/min] $$

2️⃣집진장치

보일러에서 연료를 연소 후 배출되는 배기가스 중에 함유된 분진등을 제거하는 집진 장치를 3가지로 분류하여 쓰시오.

F9 집진장치

건식집진장치 중력식, 관성력식, 원심식, 여과식,

3️⃣공기비(m) 계산

중유를 연소하는 가열로의 연소가스를 분석했을 때 체적비로 CO₂가 15.0[%], CO가 1.2[%], O₂가 8.0[%]이고, 나머지가 N₂인 결과를 얻었다. 이 경우의 공기비를 계산하시오. (단. 연료 증에는 질소가 포함되어 있지 않고, 공기 중 질소와 산소의 부피비는 79:21 이다.)

G2 공기비(m)계산

\[ m=\frac{N_2}{N_2-3.76(O_2-0.5CO)} \]

\[m=\frac{A}{A_0}=\frac{CO_{2max}}{CO_2}=\frac{21}{21-{O_2}} \]

$$ m=\frac{N_2}{N_2-3.76(O_2-0.5CO)} $$

$$ =\frac{100-15-1.2-8}{75.8-3.76(8-(0.5*1.2))}=1.579=1.58 $$

4️⃣역화의 원인

보일러에서 연소 중에 발생하는 역화의 원인 4가지를 쓰시오.

P4 역화의 원인

연도댐퍼의 개도를 너무 좁힌 경우
연도댐퍼가 고장이 나서 폐쇄된 경우
압입통풍이 너무 강한경우
흡입통풍이 부족한 경우
평형통풍인 경우 압입 흡입의 두 통풍 밸런스가 유지되지 못하는 경우
불완전 연소의 상태가 두드러진 경우
보일러 용량 이상으로 연소량을 증가시키는 무리한 연소를 한 경우
연료공급량 조절장치와 고장 등으로 인하여 분무량이 급격히 증가한 경우
연소실벽이나 노상 또는 버너 타일에 카본이 다량으로 부착된 경우
연소량을 증가시킬 경우는 공급공기량을 증가시키고 나서 연료량을 증가시키고 반대로 연소량을 감소시킬 경우에는 우선 연료걍을 감소시키고 나서 공급공기량을 감소시켜야 하는데 그 반대로 조작한경우

5️⃣전열면적(수관)

외경 100[mm], 두께 2.5[mm], 직관길이 2[m]인 연관 9개의 전열면적[m²]을 계산하시오.

B7 전열면적(수관)

\[A=\pi DLn=(\pi d+Wa)Ln\]

연관의 내경 계산

$$ D_i=D_o-2t=100-2*2.5=95 $$

$$ A=\pi DLn=\pi\times0.095\times2\times9=5.372=5.37[m^2] $$

6️⃣

펌프 입구 및 토출 측에 설치하는 플렉시블 조인트(flexible joint)를 설치하는 이유를 설명하시오.

펌프에서 발생하는 진동을 흡수하여 배관에 전달되지 않도록 하고 온도변화에 따른 배관의 열팽창을 흡수하여 고장이 발생하는 것을 방지하기 위하여 설치한다.

7️⃣열전도율계산

실내온도 20[℃], 실외온도 10[℃]일 때 두께 4[㎜]인 유리를 통한 단위면적1[㎡]당 이동열량 [W]을 구하시오. (단, 유리의 열전도율은 0.76[W/m·℃] 내면과 외면의 열저항은 10[m·°C/W], 50[m·°C/W]이다.)

D7 열전도율계산

\[Q=K\cdot F\cdot\Delta T \\ =\frac{1}{R_1+\frac{b}{\lambda}+R_2}\times F\times\Delta T \]

b 벽의두께, λ 열전도율, F 표면적

$$ Q=K\times F\times \Delta t $$

$$ Q=\frac{1}{\frac{b_1}{\lambda_1}}\times F\times \Delta t $$

$$ =\frac{1}{\frac{0.04}{0.76}+10+50}\times 1\times(20-10)=0.166=0.17[W] $$

🍀Q 신에너지, 재생에너지 8️⃣

다음 물음에 답하시오. (1) 신에너지의 종류 2가지를 쓰시오. (2) 재생에너지의 종류 4가지를 쓰시오.

Q1 신에너지, 재생에너지

● 신에너지 : 수소에너지, 연료전지, 석탄을 액화, 가스화한 에너지, 중질잔사유를 가스화한 에너지

기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 수소, 산소 등의 화학반응을 통하여 전기 또는 열을 이용하는 에너지

● 재생에너지 : 태양에너지, 풍력, 수력, 해양에너지, 지열에너지

햇빛, 물, 지열(地熱), 강수(降水), 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지로서 다음 어느 하나에 해당하는 것을 말한다.

● 해양에너지에 관련된 신재생에너지 종류 2가지를 쓰시오.

조수, 파도, 해류, 온도차

● 바이오에너지의 범위
생물유기체를 변환시킨 바이오가스, 바이오에탄올, 바이오액화유 및 합성가스 쓰레기 매립장의 유기성 폐기물을 변환시킨 매립지 가스 동물·식물의 유지를 변환시킨 바이오디젤 생물유기체를 변환시킨 땔감, 목재칩 펠릿 및 목탄 등의 고제연료

9️⃣관류 보일러

설명하는 보일러 명칭을 쓰시오.

급수펌프에 의해 급수를 압입하여 하나로 된 관에서 가열 증발 과열과정을 거쳐 순환하는 보일러로 벤슨 보일러, 슐저 보일러가 대표적이다.

A5 관류 보일러(명칭)

급수펌프에 의해 급수를 압입하여 하나로 된 관에서 가열, 증발, 과열과정을 거쳐 순환하는 보일러

🍀P1 슈트블로(soot blow) 🔟

보일러 전열면에 부착된 그을음이나 연소 잔재물 등을 제거하여 연소열 흡수를 양호하게 유지할 수 있도록 해 주는 장치의 명칭을 쓰시오.

슈트블로(soot blow)

👆F8 원심펌프의 비교회전도 1️⃣1️⃣

원심 펌프의 비교회전도를 구하는 공식을 쓰고 설명하시오

$$ N_s=\frac{N\sqrt{Q}}{(\frac{H}{n})^{\frac{3}{4}}} $$

1️⃣2️⃣캐비테이션

원심펌프에서 발생하는 캐비테이션(cavitation) 현상을 방지하기 위하여 펌프 선정, 설치 높이 또는 운전방법에 관련된 사항을 4가지로 구분하여 설명하시오

O4 캐비테이션

❶ 펌프의 위치를 낮춰 흡입양정을 짧게 한다 ❷ 수직축 펌프를 사용하여 회전차를 수중에 완전히 잠기게 한다 ❸ 양흡입 펌프를 사용한다 ❹ 펌프의 회전수를 낮춘다 ● 두대 이상의 펌프를 사용한다.

1️⃣

액체연료 연소장치인 로터리 버너의 특징 4가지를 쓰시오.

® 분무컵을 고속으로 회전시켜 연료를 분출하고, 1차 공기를 이용하여 무화시키는 방식이다. ® 종류에는 직결식(3000~3500[rpm]). 벨트식(7000~10000[rpm])이 있다. ® 설비가 간단하고 자동화가 쉽다. ® 점도가 작을수록 분무 상태가 양호해진다. ® 고점도 연료는 예열이 필요하다. ® 청소, 점검, 수리가 간편하댜 ® 분무각도 30~80, 연료 유압은 0. 3 ~0.5[kgf/cm]이다. ® 유량 조절범위가 1 : 5이다

2️⃣탈산소제

보일러 급수를 외처리하는 장치인 탈기기(脫氣器 : deaerator)의 기능을 쓰시오.

보일러 급수 중의 산소(O2), 탄산가스(CO2) 등의 용존가스를 제거하여 부식을 방지하는장치이다.

K2 탈산소제

아황산나트륨, 히드라진, 타닌

$$ 2Na_2SO_3+O_2→2Na_2SO_4 $$

$$ (2000\times10^6)\times\frac{9}{10^6}=18000[g] $$

$$ 2\times 126[g]:32[g]=x[g]:18000[g] $$

$$ x=\frac{2\times 126\times 18000}{32}=141750[g] $$

3️⃣보온재의 구비조건 (전내흡비온,두)

보온재의 구비조건 5가지를 쓰시오.

D4 보온재 구비조건(전내흡비온,두)

열전도율이 작을것
적당한 내구성을 가질것
흡습성 흡수성이 작을것
부피, 비중이 작을것
안전 사용온도 범위에 적합할것
시공성이 좋을것
내열성 내약성이 있을것

4️⃣

보일러 부속장치 중 하나인 저수위 차단장치에 의하여 동작되는 기능을 2가지 쓰시오

급수의 자동조절 최저수위가지 내려가기 직전에 저수위 경보 최저수위까지 내려가는 즉시 연료 차단

5️⃣자동제어(주의점-신불범응)

보일러 자동제어장치를 설계 및 작동시 주의할 점 4가지를 쓰시오

J4 자동제어(주의점-신불범응)

● 제어동작이 신속하게 이루어지도록할것 ● 제어동작이 불규칙한 상태가 되지않도록 할것 ● 잔류편차가 허용되는 범위를 초과하지 않도록 할것 ● 응답의 신속성과 안정성이 있도록할것

6️⃣보일러효율

보일러의 운전 조건이 [보기]와 같을때 물음에 답하시오.

급수사용량 : 4000[L/h]
B-C유 소비량 : 300[L/h]
급수온도 : 90[℃]
포화증기 엔탈피 : 673.5[kcal/ kg ]
연료 발열량 : 9800[kcal/kg]
급수 비체적 : 0.001036[㎥/kg]
급유온도 : 65 [℃]
15[℃]의 B-C유 비중 : 0.965
온도에 따른 체적 보정계수(k) : 0.9754- 0.00067(t-50)

(1) 시간당 증기 발생랑[kg]을 구하시오.
(2) 시간당 연료 소비량[kg]을 구하시오.
(3) 보일러 효율[%]을 구하시오 .

C4 보일러효율

$$ \eta=\frac{G_a\times (h_2-h_1)}{G_f\times H_l}\times 100 $$

$$ \eta=(1-\frac{손실열}{입열})\times 100 $$

시간당 증기발생량

$$ G_a=\frac{급수량[m^3/h]}{비체적[m^3/kg]} $$

$$ =\frac{4000\times10^{-3}}{0.001036}=3861.00[kg/h] $$

시간당 연료소비량

$$ G_f=d\times k\times V_t $$

$$ 0.965\times\{0.9754-0.00067*(65-50)\}*300=279.468=279.47[kg/h] $$

보일러효율