에너지 22년기출C"

에너지 22년기출C

1️⃣수냉노벽(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

2️⃣폐열회수계산

보일러를 가동하는데 소요되는 연료를 절약하기 위해 배기가스의 여열을 회수하여 급수를 예열하는 장치를 연도에 설치하였을 때 다음 물음에 답하시오.

급수량 : 4000[kg/h]
배기가스량 : 49500[kg/h]
장치 입구 급수온도 : 45[℃]
장치 출구 급수온도 : 75[℃]
장치 입구 배기가스 온도 : 330[℃]
장치 출구 배기가스온도 : 320[℃]
급수 비열 : 4.18[kJ/kg·℃]
배기가스 평균비열 : 1.35[kJ/kg·℃]

(1) 이 장치의 명칭을 쓰시오.

절탄기

(2) 이 장치의 운전조건이 [보기]와 같은 때 효율[%]을 구하시오

B3 절탄기효율

\[ m_f\times C_{pf}\times(T_{fi}-T_{fo})=m_a\times C_{pa}\times(T_{ai}-T_{ao}) \]

$$ Q_w=Q_f\times \eta $$

$$ m_w\times C_w\times \Delta t_w=G_f\times C_f\times\Delta t_f\times \eta $$

$$ 4.18\times4000\times(75-45) = 1.35\times49500\times(330-320)\eta \\ \eta=\frac{4.18\times4000\times(75-45)}{1.35\times49500\times(330-320)}=0.7506 $$

3️⃣가마울림현상(수밸량면2)

가마울림 현상의 방지대책 4가지를 쓰시오.

K4 가마울림현상 (수밸량면2)

❶ 연료 속에 함유된 수분이나 공기는 제거한다
❷ 연료량과 공급되는 공기량의 밸런스를 맞춘다
❸ 무리한 연소와 연소량의 급격한 변동은 피한다
❹ 연도의 단면이 급격히 변화하지 않도록 한다
● 2차 연소를 방지한다
● 2차 공기를 가열하여 통풍조절을 적정하게 한다
● 노 내의 연도 내에 불필요한 공기가 유입되지 않도록 한다
● 연소실내에서 완전연소시킨다
● 연소실이나 연도를 연소가스가 원활하게 흐르도록 개량한다

4️⃣전도열계산(구형용기)

안쪽 반지름 50[㎝], 바깥반지름 90[㎝], 열전도율(λ) 41.87[W/m·K]인 구형 고압반응용기 내외의 표면온도가 각각 563[K], 543[K]일 때 열손실은 몇[kW]인가?

D8 구형용기의 열전도 계산

$$ Q=L\frac{4\pi(T_i-T_o)}{\frac{1}{r_i}-\frac{1}{r_o}} $$

$$ Q=\lambda \frac{4\pi (t_i-t_o)}{\frac{1}{r_i}-\frac{1}{r_o}} $$

$$ =41.87\times10^{-3}\times \frac{4\pi(563-543)}{\frac{1}{0.5}-\frac{1}{0.9}}=11.838[kW] $$

5️⃣이론산소량(O₀)

조성이 중랑비로 C 70[%], H 20[%], O 2[%], S 3[%], 기타 5[％]인 중유를 연소시킬때 필요한 이론산소량을 계산하시오.

G0 이론산소량(O₀)

\[O_{0}[Nm/kg]=22.4(\frac{C}{12} +\frac{H-\frac{O}{8}}{4}+\frac{S}{32}) \\ O_0[Nm/kg]=1.867C+5.6(H-\frac{O}{8})+0.7S\]

$$ O_{0}=\frac{22.4}{12} C+\frac{22.4}{4}(H-\frac{O}{8})+\frac{22.4}{32}S $$

$$ O_0=1.867C+5.6(H-\frac{O}{8})+0.7S $$

$$ O_0\\=(1.867\times 0.7)+5.6\times(0.2-\frac{0.02}{8})+(0.7\times 0.03) \\ =2.433[Nm^3/kg] $$

6️⃣증기감압밸브 (근스기패압)

증기 감압밸브 설치 시 주의사항 5가지를 쓰시오.

P2 증기감압밸브 (근스기패압)

보일러에서 발생된 고압의 증기를 저압의 증기로 만들고, 부하측의 증기압력을 일정하게 유지시키고, 부하변동에 따른 증기의 소비량을 절감시킨다.

피스톤식, 다이어프램식, 벨로즈식

감압밸브는 가능한 사용처에 가깝게 설치한다.
감압밸브 입구측에 반드시 스트레이너를 설치한다
감압밸브 앞에서 기수분리기 또는 스팀트랩에 의해 응축수가 제거되도록 한다
감압밸브 앞에 사용되는 리듀서는 편심리듀서를 사용한다
바이패스 배관 및 바이패스 밸브를 설비하여 고장 등에 대비한다
감압밸브 입구 및 출구측에 압력계를 설치하여 입출구 압력을 확인할 수 있도록 한다
감압밸브 전 후 배관의 관경 선정에 주의하여야 한다

7️⃣노즐의속도

건조 포화증기가 노즐 내를 단열적으로 흐를 때 출구 엔탈피가 입구 엔탈피보다 400[kJ/kg]만큼 감소한다. 노즐 입구에서의 속도가 10[m/s]일 때 노즐 출구에서의 속도[m/s]를 구하시오.

I5 노즐의속도

$$ w_2=\sqrt{2(h_1-h_2)+w_1^2} $$

$$ w_2=\sqrt{2\frac{k}{k-1}\times RT_1\times\{1-(\frac{P_2}{P_1})^{\frac{k-1}{k}}\}} $$

$$ w_2=\sqrt{2(h_1-h_2)+w_1^2} $$

$$ =\sqrt{2\times(400\times10^3)+10^2}=894.483[m/s] $$

8️⃣노통보일러(코,랭)

노통 보일러의 종류 2가지를 쓰시오.

A1 노통보일러

❶ 코르니쉬(Cornish) ❷ 랭커셔(Lancashire)

9️⃣보온재 구비조건(전내흡비온,두)

보온재의 열전도율이 낮아지는 조건에 대하여 하단 표에 ‘증가’ 또는 ‘감소’를 쓰시오

두께가 두꺼울수록 기공률이 클수록 재질 내 수분이 많을수록 내외부 온도차가 클수록

증가, 증가, 감소

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

🔟미분탄연소기

석탄을 200메쉬(mesh)이하로 분쇄해서 1차 공기와 혼합하여 연소실에 분사하는 보일러의 연소장치 명칭과 단점 3가지를 쓰시오

F 미분탄연소기

석탄을 200메쉬(mesh)이하로 분쇄해서 1차 공기와 혼합하여 연소실에 분사하는 보일러의 연소장치

➕ 적은공기비로 완전 연소가 가능하다 ➕ 점화, 소화가 쉽고 부하변동에 대응하기 쉽다 ➕ 대용량에 적당하고, 사용연료 범위가 넓다

➖ 설비비 유지비가 많이소요된다 ➖ 회, 분진 등이 많이 발생하여 집진장치가 필요하다 ➖ 연소실이 크고, 폭발의 위험성이 크다

1️⃣1️⃣냉매순환(압응수팽증)

[보기]에 제시된 기기의 명칭을 보고 냉매순환 순서를 쓰시오.

수액기 증발기 팽창벨브 응축기

압축기→( )→( )→( )→( )→압축기

N9 냉매순환(압응수팽증)

압축기→( 응축기 )→( 수액기 )→( 팽창밸브 )→( 증발기 )→압축기

1️⃣2️⃣E 원통보일러 동판의 최소두께

동체의 안지름이 2500[㎜], 최고사용압력이 1.5[MPa]인 원통보일러 동판의 최소두께[㎜]를 구하시오. (단, 강판의 인장강도 450[N/㎟] 안전율 4.5, 용접부의 이음효율 0.71, 부식여부는 2[㎜], 동체의 증기온도에 대응하는 값(k)은 무시한다)

$$ t=\frac{PD}{2\times \sigma_a\times\eta-2P(1-k)}+\alpha $$

$$ =\frac{1.5\times 2500}{2\times\frac{450}{4.5}\times 0.71-2\times 1.5\times(1-0)}=28.978[mm] $$

1️⃣3️⃣저온부식

보일러 보급수 2,000[톤] 중에 용존산소가 9[ppm] 용해되어 있을 때 이를 제거하기위하여 아황산나트륨(Na₂SO₃)은 몇 [kg]이 필요한가?

P6 저온부식

연료 중에 함유된 유황분이 연소되어 (아황산가스(SO₂))가 되고 이것이 다시 (오산화바나듐(V₂O₅))의 촉매작용에 의하여 과잉공기와 반응하여 일부분이 (무수황산(SO₃))이 되고 이것이 연소가스 중의 (수증기(H₂O))와 화합하여 (급수예열기나 공기예열기) 등과 같은 저온의 전열면에 응축되어 황산(H₂SO₄)이 되어서 심한 부식을 일으키는 것이다.

$$ 2000\times10^{6} \times 9\times10^{-6}=18000[g] \\ 2126:32=x:18000 \\ x=\frac{2126*1800}{32}=141750[g] $$

2Na₂SO₃+O₂→Na₂SO₄

1️⃣4️⃣대수온도차

대향류 열교환기에서 냉각수를 0.8[kg/s]로 순환시켜 고온유체를 80[℃]에서 50[℃]로 냉각시키고 냉각수는 20[℃]로 유입되어 열교환 후 40[℃]로 상승될 때 열교환기 전열면적[㎡]을 구하시오 (단, 냉각수 비열은 4180[J/kg℃] 열교환기 전열벽의 열관류율은 125[W/㎡℃], 기타 손실은 없는 것으로 한다)

E3 대수온도차

\[\Delta t_m=\frac{\Delta t_1-\Delta t_2}{\ln(\frac{\Delta t_1}{\Delta t_2})} \]

$$ Q_1=mC\Delta t $$

$$ =0.8\times4180\times(40-20)=66880[J/s] $$

$$ \Delta t_m=\frac{\Delta t_1-\Delta t_2}{\ln(\frac{\Delta t_1}{\Delta t_2})} $$

$$ =\frac{40-30}{\ln(\frac{40}{30})}=34.760[℃] $$

$$ F=\frac{Q}{K\Delta t_m} $$

$$ =\frac{66880}{125\times34.76}=15.392[m^2] $$

1️⃣5️⃣이상증발

보일러에서 이상증발을 초래하는 원인 중 운전방법에 따른 원인을 4가지

O1 이상증발

● 주증기밸브를 급개할 때 ● 고수위 운전시 ● 증기 부하가 과대할때 ● 보일러수에 불순물 다량 함유시 ● 보일러수의 농축시 ● 증기압력을 급격히 강하시킨 경우

1️⃣6️⃣

검사대상기기의 계속사용검사 증 운전성능검사 대상에서 제외되는 보일러 종류 3가지를 쓰시오

혼소용 보일러 폐목 등 고체연료용 보일러 공정 부생가스 또는 폐가스를 사용하는 보일러

열사용기자재의 검사 및 검사면제에 관한 기준 제25장

1️⃣7️⃣N4 랭킨사이클

랭킨 사이클에서 최고압력 8[MPa], 최고온도 600[℃],
배압 100[kPaJ] 터빈효율이 90[％]일 때 주어진 선도와 표를 이용하여 물음에 답하시오.

(단, 랭킨사이클 선도에서 2-3’구간은 열손실이 발생하였고 나머지 구간은 이론 변화가 정상적으로 이루어 졌다.)

(1) 복수기 입구의 실제 엔탈피(h3)를 구하시오.

(2) 보일러 입구의 엔탈피(h1)를 구하시오. (단 펌프 압축률은 무시한다)

(3) 랭킨 사이클 효율을 구하시오.

복수기 입구의 건조도 계산 터빈이 팽창과정은 등엔트로피과정이므로 s2=s3이고 s2=s3’+x3(s3’’-s3’)에서 건조도 x3를 구한다

$$ x_3=\frac{s_2-s_3′}{s_3”-s_3′}=\frac{7.0206-1.3026}{7.3589-1.3026}=0.9441 $$

1)복수기 입구(터빈출구)의 비엔탈피(h3)계산

$$ h_3=h_3’+x_3(h_3”-h_3′) \\ =417.51+0.9441*(2675.0-417.51) \\ =2548.806[kJ/kg] $$

2)복수기 입구(터빈출구)의 실제 엔탈피계산 : 터빈의 열효율

$$ \eta_T=\frac{실제터빈일}{이론터빈일}=\frac{h_2-h_3′}{h_2-h_3} $$

$$ h_3’=h_2-\eta_T(h_2-h_3) \\ =3642.0-0.9(3642.0-2548.81)=2658.129[kJ/kg] $$

$$ W_P=h_1-h_4=v’_4(P_2-P_1) $$

$$ h_1=h_4+v_4(P_2-P_1) \\ =417.51+0.001043*((8*1000)-100)=425.749[kJ/kg] $$

3)펌프일을 감안한 이론 열효율 계산

$$ \eta_R=\frac{(h_2-h_3)-(h_1-h_4)}{h_2-h_1}\times 100 \\ \frac{(3642.0-2548.81)-(425.75-417.51)}{3642.0-425.75}\times100=33.733[\%] $$

1️⃣8️⃣

그림과 같이 A→B→C→A 순서로 작동하는 사이클에서 Pa= 300 [kPa]. Pb =200[kPa] va=2[m]이 vb =5[m]가, 외기온도 20[℃]일 때 1사이클에서 한 일[kJ]과 엔트로피 변화(kJ/kg·K]는 얼마인가?

$$ W=\Delta ABC=\frac{1}{2}\times(300-200)\times(5-2)=150[kNm]=150[kJ] $$

$$ \Delta S=C_p\ln(\frac{v_b}{v_a})+C_v\ln(\frac{P_a}{P_b}) \\ =1.006\times \ln(\frac{5}{2})+0.718\times \ln(\frac{300}{200})=1.212[kJ/kgK] $$

에너지 22년기출C

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