에너지 15년기출B

1️⃣절탄기(열불응연)

보일러 배기가스 여열을 이용하여 급수를 예열하면 보일러 열효율이 항상되고 연료가 절감되며, 급수와 관수의 온도차로 인한 열응력을 감소시킨다. 이 장치의 명칭을쓰시오.

B2 절탄기(열불응연)

✲온도계는 절탄기 입구

➕ 보일러 열효율이 향상된다. ➕ 급수 중 불순물을 일부 제거한다. ➕ 열응력 발생을 방지한다. ➕ 연료 소비량이 감소한다.

➖ 통풍저항 증가된다. ➖ 연돌의 통풍력이 저하된다. ➖ 연소가스 온도 저하로 인한 저온부식의 우려가 있다. ➖ 연도의 청소가 어렵다. ➖ 연도의 점검 및 검사가 곤란하다.

2️⃣K 급수처리

보일러 급수 관리에 관한 물음에 답하시오.

(1)가성소다, 탄산소다, 생석회 등을 사용하여 보일러수 중의 경도성분을 불용성의 화합물인 슬러지로 만들어 스케일 생성을 방지하는 내처리제 명칭을 쓰시오.

(2)경도성분을 제거하여 연수로 만드는 방법으로 고체의 이온 교환체 입자층에 처리하여야 할 급수를 통하게 하여 이온교환체의 특정이온과 처리하여야 할 급수 중의 이온과 교환하는 방법으로 급수를 처리하는 외처리법의 명칭을 쓰시오.

1)연화제, 2)이온교환법

3️⃣자동제어

제어 편차를 없애기 위하여 조작량을 주는 방식을 3가지

J1 자동제어(비례,적분,미분)

●비례동작(P) : 조작부를 편차의 크기에 비례하여 움직이게 하는 동작 외란이 있으면 잔류편차가 발생한다. 비례동작으로 동작신호에 대하여 조작량의 출력변화가 일정한 비례관계에 있는 제어동작으로 외란이 있으면 잔류편차가 발생한다.

●적분동작(I) : 제어량에 편차가 생겼을 때 편차의 적분차를 가감하여 조작단의 이동속도가 비례하는 동작으로 잔류편차가 제거되지만 진동하는 경향이 있어 제어의 안정성이 떨어진다.

●미분동작(D) : 조절계의 출력 변화가 편차의 변화속도에 비례하는동작 조작량이 동작 신호의 미분치에 비례하는 동작으로 제어량의 변화 속도에 비례한 정적동작을 한다. 일반적으로 진동이 제거되어 빨리안정되며 비례동작과 함께 사용된다.

● 비례적분동작(PI)

● 비례적분미분동작(PID)

4️⃣단열재효과

요로의 효율을 좋게 운전하기 위한 방법 2가지를 쓰시오.

D2요로의 효율개선

단열조치를 강화하여 방사열량을 감소시칸다.
가열온도를 적정온도로 유지시켜 과열이 발생하지
적정 공기비를 유지시켜 완전연소가 되도록 한다.
연소용 공기는 배열을 이용하여 예열시켜 공급한다.

5️⃣열전도율계산(전도,대류)

두께 40[㎝]의 벽체로 차단된 곳의 내부온도가 220[℃], 외부 벽체 표면온도 20[℃], 외부의 대류 열전달률이 20[W/m·K]인 경우 0[℃]에 노출되었다 이 벽체의 열전도율[W/m·K]을 구하시오.

D7열전도율계산

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

b 벽의두께, λ 열전도율, F 표면적

$$ Q_1=K\times F\times \Delta t \\ =\frac{b}{\lambda}\times F\times \Delta t $$

$$ Q_2=\alpha\times (T_1-T_2) $$

$$ \frac{b}{\lambda}\times F\times \Delta t=\alpha\times (\Delta T_2) \\ \lambda=b\times\frac{\alpha\times (\Delta T_2)}{ F\times \Delta t} $$

$$ \lambda=0.4\times\frac{20\times1 \times((273+20)-(273+0))}{ 1\times((273+220)-(273+20))} \\ =0.8[W/m\cdot K] $$

6️⃣열선식유량계

다음( )안에 알맞은 숫자및 용어를 넣으시오

(1) 열전대 온도계의 기준접점(냉접점)은 열전대와 도선 또는 보상도선과 접합점으로 얼음통속에 넣어 항상 ( 0 )℃ 로유지시켜야 한다

I2 열선식유량계

저항선에 ( 전류 )를 흐르게 하여 ( 열 )을 발생시키고 여기에 직각으로 ( 유체 )를 흐르게 하면 온도가 변화하는 변화율로부터 유속을 측정하는 방식과 유체의 온도를 전열선으로 일정온도 상승시키는데 필요한 전기량을 측정하여 유랑을 측정하는 방식으로 분류된다.

(2) 열선식유량계는 저항선에 ( 전류 )를 흐르게 하여 ( 열 )을 발생시키고 여기에 직각으로 ( 유체 )를 흐르게 하면 온도가 변화하는 변화율로부터 유속을 측정하는 방식과 유체의 온도를 전열선으로 일정온도 상승시키는데 필요한 전기량을 측정하여 유랑을 측정하는 방식으로 분류된다.

7️⃣수냉노벽(면흡보열무)

수관식 보일러의 연소실 벽면에 수냉노벽을 설치하였을 때의 장점 4가지

A3 수냉노벽(면흡보열무)

전열면적의 증가로 증발량이 많아진다
연소실내의 복사열을 흡수한다
연소실 노벽을 보호한다
연소실 열부하를 높인다
노벽의 무게를 경감시킬 수 있다

8️⃣복사전열량, 대류전열량

외기온도 21[℃]일 때 표면온도 221[℃]인 관 표면에서 방사에 의한 전열량은 자연대류에 의한 전열량의 몇 배가 되는지 계산하시오. (단, 방사율은 0.9, 스테판-볼츠만 상수는 5.67 X 10-8[W/m2•K], 대류 열전달률은 5.56[W/m2•K)이다.)

D9 복사전열량

$$ Q_1=\epsilon \sigma(T_1^4-T_2^4) $$

● 관 표면적 1[m²]당 방사 전열량 계산

$$ Q_1=\epsilon \sigma(T_1^4-T_2^4) $$

$$ =0.9\times5.67\times((\frac{273+227}{100})^4-(\frac{273+27}{100})^4)=2776.032[W/m^2] $$

D9 대류전열량

$$ Q_2=\alpha\times (T_1-T_2) $$

● 관 표면적 1[m²]당 대류 전열량 계산

$$ Q_2=\alpha\times (T_1-T_2) $$

$$ =5.56\times \{(273+227)-(273+27)\}=1112[W/m^2] $$

● 전열량 비교

$$ 전열량비=\frac{2776.03}{1112}=2.496[배] $$

9️⃣

보일러 운전 중 연소용 공기의 온도를 20[℃] 상승시키면 연료소비량이 1%감소되는 것으로 가정할 경우 10[°C] 외기를 80[°C]로 예열하여 공급할때 연료의 총 감소율은 몇[%]인가 계산하시오

$$ 연료감소율[\%]=1\times\frac{상승된공기온도}{20}=1\times\frac{80-10}{20} \\ =3.5[\%] $$

🔟H1 고위발열량계산

메탄(CH4) 가스를 공기 증에서 연소시키려 한다. 메탄의저위발열량 50,000[kJ/kg]이라면, 고위발열량[kJ/kg]은 얼마인가? (단, 물의 증발잠열은 2480[kJ/kg]이다)

● 매탄(CH,1)의 완전연소 반응식

CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O

● 메탄 l[kg] 연소 시 발생되는 수증기량 계산

16[kg] : 2 x 18[kg] = 1kg : x [kg]

$$ x=\frac{1\times2\times18}{16}=2.25[kg] $$

● 고위발열량 계산 : 매탄 연소 시 발생되는 수증기량과 물의 증발잠열을곱한수치를 저위발열량에 더한 값이 고위발열량이 된다

Hh=Hl+(발생수증기량 x 증발잠열) = 50000 + (2.25 X 22480) = 55580 [kJ/kg]

👆G0 이론산소량(O₀) 1️⃣1️⃣

보일러의 배기가스 성분을 분석한 결과 공기비가 1.3이고 이론 배기가스랑이 11.4 [N㎥/kg], 배기가스 평균비열 0.33[kcal/Nm3·℃]. 이론 공기량 10.7[N㎥/kg], 배기가스온도 280[℃]. 연소용 공기 공급온도 20[℃]이었다. 다음 물음에 답하시오.

(1) 배기가스랑[N㎥/kg]을 구하시오.

(2) 배기가스에 의한 손실 열량[kcal/kg]을 구하시오. (단, 소수 둘째자리에서 반올림하시오.)

$$ G_w=G_{0w}+(m-1)\times A_0 \\ =11.4+(1.3-1)*10.7=14.61[Nm^3/kg] $$

$$ Q=G_w\times C_w\times\Delta t \\ =14.61\times0.33\times(280-20)=1253.53[kcal/kg] $$

1️⃣2️⃣수관보일러

수관식 보일러의 보일러수 유동방식 3가지를 쓰고 설명하시오

A2 수관보일러

❶ 자연순환식 : 보일러수의 비중량차에 의하여 자연순환하는 형식

❷ 강제순환식 : 순환펌프를 설치하여 보일러수를 강제로 순환시키는 형식 (라몬트, 벨록스)

❸ 관류식 : 증기드럼 폐지하고 긴관을 제작, 구성하여 관의 한 끝에서 펌프로 압송된 물을 가열, 증발, 과열의 과정을 거쳐 증기가 발생되는 형식

1️⃣

자동차가 다니는 터널 내부의 환기를 목적으로 천장부에 일정한 간격으로 매달아 설치되는 팬의 명칭을 쓰시오

제트팬

2️⃣

지하에 설치되는 시수 저수조 외부 표면을 엠보싱처리가 되어있는 이유를 설명하시오

저수조 재료로 사용하는 스테인리스제 강판의 강도를 보강하여 내부에 저장되는 물의 압력 및 무게에 의한 파손을 방지하기 위한것이다.

3️⃣압력계

진공압력과 게이지압력을 측정할 수 있는 연성계에서 진공압력이 50[㎝Hg]일때 절대 압력은 얼마인가.(단 대기압은 760[㎜Hg]이다.)

I1 절대압력=대기압-진공압력

$$ 1.0332-(\frac{500}{760}\times 1.0332)=0.353[kgf/cm^2\cdot a] $$

절대압력=대기압-진공압력=760-500=260[mmHg]

$$ 환산압력=\frac{주어진 압력}{주어진 표준대기압}\times 구하려는 표준대기압 \\ =\frac{200}{760}\times1.0332=0.353[kgf/cm^2\cdot a] $$

4️⃣흡수식 냉온수기(압하진물)

흡수식 냉온수기의 장점 2가지를 쓰시오.

A7흡수식 냉온수기(압하진물)

압축기를 사용하지 않으므로 전력소비량이 적다.
냉온수기 하나로 냉방과 난방을 할 수 있다.
설비 내부의 압력이 진공상태로 압력이 높지 않아 위험성이 적다
냉매로 물(H₂O)을 사용하는 경우 위험성이 적다

5️⃣

보일러 드럼의 내압을 받는 동체에 생가는 응력 중 길이 방향의 인장응력과 원둘레방향의 인장응력의 비는 얼마인가.

길이방향의 인장응력

$$ \sigma_B=\frac{PD}{4t} $$

원둘레방향 인장응력

$$ \sigma_A=\frac{PD}{2t} $$

6️⃣보온재의 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

7️⃣

선박을 이용해 운반하는 LNG의 주성분을 쓰시오.

메탄(CH4)

에너지 15년기출B