에너지 19년기출A

👍D7 열전도율계산

1️⃣ 어느 공장에 설치된 노벽이 열전도율이 2.4[kcal/m·h·℃]인 내화벽돌로 두께 230[㎜], 열전도율이 0.12[kcal/m·h·℃]인 단열벽돌로 두께 100[㎜]로 설치되어 있다. 노내온도가 1100[℃], 실내온도가 35[℃]일 때 물음에 답하시오. (단. 노 내부와 실내 공기의 열전달은 무시한다.) (1) 노벽 1[㎡]단열벽에서 방열되는 열량[kcal/h]은 얼마인가? (2) 내화벽돌과 단열벽돌이 접촉하는 부분의 온도는 몇[℃] 인가?

(1) 노벽 1[㎡]단열벽에서 방열되는 열량[kcal/h]은 얼마인가?

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

$$ =\frac{1}{\frac{b_1}{\lambda_1}+\frac{b_2}{\lambda_2}}\times F\times \Delta t \\ =\frac{1}{\frac{0.23}{2.4}+\frac{0.1}{0.12}}\times 1\times (1100-35)=1146.188[kcal/h] $$

(2) 내화벽돌과 단열벽돌이 접촉하는 부분의 온도는 몇[℃] 인가?

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

$$ (t_2-t_0)=Q\times\frac{b_1}{\lambda_1} $$

$$ 1100-t_0=1146.19\times\frac{0.23}{2.4} \\ t_0=990.156 $$

2️⃣K2 탈산소제

급수 중의 용존산소를 제거하여 점식과 같은 부식을 방지하는 목적으로 사용하는 탈산소제의 종류 3가지를 쓰시오.

아황산나트륨, 히드라진, 타닌

3️⃣열전대(연안강경)

열전대(thermocouple)의 구비조건 4가지를 쓰시오.

I7열전대(구비조건)

❶ 열기전력이 크고, 온도상승에 따라 연속적으로 상승할 것
❷ 열기전력의 특성이 안정되고 장시간 사용해도 변형이 없을 것
❸ 기계적 강도가 크고 내열성, 내식성이 있을 것
❹ 재료의 구입이 쉽고(경제적이고) 내구성이 있을 것
● 재생도가 크고 가공이 용이할 것
● 전기저항, 온도계수와 열전도율이 낮을 것

4️⃣J2 자동제어(시퀀스,피드백,인터록)

자동제어에서 다음 제어를 간단히 설명하시오. (1) 시퀀스 제어 (2) 피드백 제어

❶ 시퀀스 제어 : 미리 정해진 순서에따라 다음 동작이 연속으로 이루어지는 제어로 자동판매기, 보일러의 점화 등이 있다. ❷ 피드백 제어 : 제어량의 크기와 목표값을 비교하여 그 값이 일치하도록 되돌림 신호를 보내어 수정동작을 하는 제어방식 ❸ 인터록제어 : 보일러의 안전한 운전을 위하여 어떤 일정한 조건이 충족되지 않으면 다음 단계의 동작이 작동하지 못하도록 저지하는 제어방식

5️⃣ 연돌 출구에서 배기가스의 평균온도가 150[℃]이고 출구 가스의 속도가 7.8[m/s]이다. 시간당 12,000[N㎥]의 배기가스가 배출되고 있을 때 연돌의 상부 단면적[㎡]을 구하시오.

배기가스 압력 (Pg)이 주어지지 않았으므로 대기압(760[mmHg])과 같은 것으로 하여 계산에서는생략한다

$$ F=\frac{G(1+0.0037t)\times (\frac{760}{P_g})}{36,00W} $$

$$ =\frac{12000(1+0.0037\times 150)\times (\frac{760}{P_g})}{36,00\times 7.8}=0.664[m^2] $$

6️⃣보온재 구비조건(전내흡비온,두)

보온재의 열전도율이 작아지도록 할 수 있는 방법 4가지를 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

👍E 수압시험압력

7️⃣ 강철제 보일러의 최고사용압력이 다음과 같을 때 수압시험압력은 얼마인가? (1) 0.35[MPa] : (2) 0.6[MPa] : (3) 1.8[MPa] :

● 0.43[MPa]이하 : 2배 ● 1.5[MPa]이하 : 1.3배+0.3 ● 1.5[MPa]초과 : 1.5배

😽J5 보일러 자동제어

8️⃣ 보일러 자동제어에서 제어랑 및 조작량 항목을 각각 쓰시오.

명칭	제어량	조작량
급수제어(FWC)	보일러 수위	(급수량)
증기온도제어(STC)	증기온도	(전열량)
자동연소제어(ACC)	노내압, (증기압력)	연소가스량, (공기량), 연료량
증기압력제어(SPC)	증기압력	연료공급량, 연소용 공기량

✋N7 폴리트로픽 9️⃣ 정적비열 Cv=0.72[kJ/kg·K]인 산소 10[kg]이 350[℃]에서 “PV1.3=일정”인 폴리트로픽 변화에 따라 압축일 90,000[kgf·m]하였을 때 엔트로피 변화는 몇[kJ/K]인가. (단, 산소의 기체상수는 26.5[kgf·m/kg·K]이다)

● 정압비열계산
기체상수 8.314[kJ /kmol•K]→1.987[kcal/kmol•K] 4.184[J]=1[cal]

$$ C_p-C_v=R \\ R=\frac{8.314}{M}[kJ/kg\cdot K] $$

$$ C_p=C_v+R=0.72+\frac{8.314}{32}=0.979[kJ/kg\cdot K] $$

● 산소의 비열비 계산

$$ k=\frac{C_p}{C_v}=\frac{0.98}{0.72}=1.361 $$

● 압축후 온도 계산

$$ W_t=\frac{n}{n-1}GR(T_2-T_1) \\ (T_2-T_1)=\frac{W_t}{\frac{n}{n-1}GR}

$$ T_2=T_1-\frac{W_t}{\frac{n}{n-1}GR} \\ =(350+273)-\frac{90000}{\frac{1.3}{1.3-1}\times10\times26.5}=544.625

● 엔트로피 변화 계산

$$ \Delta S=mC_n\ln\frac{T_2}{T_1}=10\times0.72(\frac{1.3-1.36}{1.3-1})\ln\frac{544.63}{360+273}=0.193[kJ/K]

👍 🔟 발열량 25000[kcal/kg]인 오일을 시간당 100[kg] 사용하는 보일러의 효율이 65[%]일 때 발생 증기량[kg/h]을 계산하시오. (단. 발생증기 엔탈피는 3000[kcal/kg], 급수엔탈피는 80[kcal/kg]이다)

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

$$ 0.65=\frac{G_a\times (3000-80)}{100\times 25000}\times 100 \\ Ga=556.506[kg/h] $$

1️⃣1️⃣집진장치

배기가스 중 매연 함유 입자를 중력으로 자연 침강시키는 집진장치의 이름은 무엇인가

F9 집진장치(중력침강식)

배기가스 중 매연 함유 입자를 중력으로 자연 침강시키는 집진장치의 이름은 무엇인가

👆F 액체연료의 분무방식 1️⃣2️⃣

액체연료의 일반적인 연소장치인 분무식 버너의 작동원리를 각각 설명하시오.

(1)가압 분사식

(2)회전식

(3)기류 분무식

● 가압 분사식 : 유압펌프를 이용하여 연료에 압력을 가한 후 연료 자체의 압력에 의해 노출에서 고속으로 분출시켜 미립화 시키는 버너

● 회전식 : 고속으로 회전하는 분무컵에 연료 공급관을 통해 연료가 공급되면, 이 연료는 분무컵의 원심력에 의해 분무컵 내면에 액막이 형성되고, 여기에 1차공기가 고속으로 분출되면서 미립화시키는 버너

● 기류 분무식 : 저압의 공기 또는 고압의 공기나 증기 분무매체를 이용하여 연료를 미립화시키는 버너로 2유체 버너라고도 한다

1️⃣오리피스

오리피스미터의 측정원리를 설명하시오.

I4 오리피스

유체가 흐르는 일정한 단면을 갖는 배관중에 조리개 기구를 삽입하고, 유체를 통과시키면 조리개 전후에 연결된 U자형 액주계에서 압력차에 의한 높이차가 발생하고 이것을 측정하여 유량을 계산하는 간접식 유량계 중 차압식 유량계에 해당된다. 측정원리는 베르누이 방정식이다.

장점

➕ 구조가 간단하고 제작이 쉬워 가격이 저렴하다. ➕ 협소한 장소에 설치가 가능하다. ➕ 유량계수의 신뢰도가 크다 ➕ 오리피스 교환이 용이하다.

2️⃣ 액체 연료 배관 중에 설치하는 유수분리기의 기능에 대하여 설명하시오.

보일러 액체 연료 공급 배관 중에 설치하여 액체 연료와 물과의 비중차이를 이용하여 액체 연료 중에 함유되어 있는 물을 분리하는 장치(기기)이다.

3️⃣ 급수배관계통에 플렉시블 조인트(flexible joint)를 설치하는 이유를 설명하시오.

펌프에서 발생하는 진동을 흡수하여 배관에 전달되지 않도록하고, 온도변화에 따른배관의 열팽창을 흡수하여 고장이 발생하는 것을 방지하기 위하여 설치한다.

4️⃣재생사이클 재열사이클

증기 원동소의 이상사이클인 랭킨(Rankine)사이클을 개선한 재열 사이클과 재생 사이클을 각각 설명하시오

N6 재생사이클 재열사이클

● 재열사이클 : 증기의 초압을 높이면서 팽창후의 증기 건조도가 낮아지지 않도록한 것으로 효율증대보다는 터빈의 복수장해를 방지하여 수명연장에 주안점을 둔 사이클

● 재생사이클 : 팽창 도중의 증기를 터빈에서 추출하여 급수의 가열에 사용하는 사이클로 열효율이 랭킨 사이클에 비해 증가한다

5️⃣오르자트법

보일러 연도에서 배기가스 시료를 채취하여 분석기 내부의 성분 흡수제에 흡수시켜 체적변화를 측정하여 CO₂ – O₂ – CO 순서로 분석하는 분석기 명칭을 쓰시오.

I 오르사트법 분석기

6️⃣ 급탕탱크에 시간당 공급되는 물 3000[kg]을 건도가 0.75인 습증기를 이용하여 30[℃]에서 80[℃]로 가열하여 공급할 때 발생되는 응축수량[kg/h]은 얼마인가? (단, 건포화증기 엔탈피는 661[kcal/kg]. 포화수 엔탈피는 171.3[kcal/kg], 물의 평균비열은 1.5[kcal/kg·℃]이고, 습증기의 현열은 고려하지 않는다.)

응축수량*습증기 잠열=급탕에 필요한 열량

$$ Q=\frac{GC\Delta t}{(h_2-h_0)\times x} \\ =\frac{3000\times 1.5\times (80-30)}{(661-171.3)\times 0.75}=612.619[kg/h] $$

7️⃣면적식유량계

면적식 유량계(또는 로터 미터) 장점 4가지를 쓰시오.

I2 면적식유량계

➕고점도 유체나 작은은 유체에 대해서도 측정이가능하다 ➕차압이 일정하여 오차의 발생이 적다 ➕압력손실이 적고, 균등 유량을 얻을수 있다 ➕슬러지나 부식성 유체의 측정이 가능하다

➖정도가 1~2%로 정밀측정에는 부적당하다 ➖측정하려는 유체의 밀도를 미라 알아야 한다

8️⃣절탄기(열불응연)

보일러 연도에 설치된 절탄기는 장점이 많은 반면 단점도 있는데 이중 3가지와 열정산시 절탄기 전,후단 온도계중 어느 쪽 온도를 사용하는가?

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.