23년기출A

1️⃣폐열회수장치(응용)

배기가스의 열량을 전부 회수하여 절탄기에서 온도 20[℃]인 4,500[kg/h]의 급수를 예열하는 데 사용하고자 한다. 이때 다음의 조건을 이용하여 절탄기로부터 나오는 급수 출구의 온도를 구하시오

(단, 절탄기에서 열손실을 무시하고 급수 비열은 4.18[kJ/kg·℃] 배출되는 연소 생성물과 과잉공기의 비열은 1.42[kJ/kg·℃] 이다)

연소 사용량: 300[Nm³/h]
배기가스의 온도:
절탄기입구 220[℃], 절탄기출구 100[℃]
이론공기량: 10.7[Nm³/Nm³]
이론연소가스량(연소 생성물의 양): 11.86[Nm³/Nm³]
공기비 1.2

$$ G_f=\{G_0+(m-1)\times A_0\} \times C$$

$$ G_f =\{11.86+(1.2-1)\times 10.7\} \times 300=4200$$

B3 폐열회수계산(응용)

$$ Q_1=G_w\times C_w\times\Delta t \\ =(G_{0w}+(m-1)\times A_0)\times C_w\times\Delta t \\ $$

$$ Q_1=4500\times 4.184\times(20-t_{w2}) \\ =4200\times 1.42\times(220-100) \\ $$

$$t_{w2}=\frac{715,680}{18,828}+20=58.01[℃]$$

2️⃣보일러의 효율

중유를 연소시험한 결과 증기압이 800[kPa], 증기엔탈피 2,850[kJ/kg], 증발량이 2,400[kJ/h], 급수엔탈피가 134[kJ/kg], 중유의 발열량이 37,700[kJ/kg], 중유의 비중이 0.90 일때 보일러의 효율[%]을 구하시오

(단, 중유 소비량은 250[L/h] 이다)

C4 보일러효율

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

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

►보일러효율

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

$$ \eta=\frac{2,400\times (2850-134)}{(250\times 0.9)\times37700}\times 100 \\=76.85[\%]$$

3️⃣이론공기량

에탄올 1[mol]을 이론공기량으로 완전연소시킬 때 질량 기준 공기-연료비를 구하시오

(단, 공기 중 산소의 질량비는 23.2%이다)

에탄올의 연소방정식

C₂H₅OH + 3O₂ -> 2CO₂ + 3H₂O

$$공연비=\frac{\frac{3\times32}{0.232}}{46}=9.0[kg]$$

4️⃣신에너지, 재생에너지

다음 보기는 신재생에너지의 종류이다 각 질물에 답하시오

태양에너지, 지열에너지, 수소에너지, 해양에너지
연료전지, 수력, 풍력

1)신에너지를 쓰시오
2)재생에너지기호를 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

5️⃣프라이밍, 포밍현상

프라이밍 및 포밍현상 발생 시의 조치사항 4가지를 쓰시오

프라이밍, 포밍현상 조치사항

연료를 차단한다(줄인다)
공기를 차단한다(줄인다)
주증기 밸브를 닫고. 수위를 안정시킨다.
급수 및 분출작업 반복한다
계기류를 점검한다

6️⃣화염검출장치

화염검출기의 기능에 대해 설명하고, 화염검출기의 종류 3가지 쓰시오

B9 화염검출장치

보일러에 점화가 되었는지 확인하고 점화가 되지 않은 경우 연료를 차단하여 폭발을 방지한다.

50[°C]

● 황화카드뮴(CdS)셀, 적외선광전관, 황화납(PbS)셀, 자외선광전관

스택스위치(stack switch) : 연도에 바이메탈을 설치하여 연소가스의 발열체를 이용하여 화염유무를 검출한다
플레임 아이(flame eye) : 화염이 발광체임을 이용하여 화염의 방사선을 감지하여 화염의 유무를 검출한다.
플레임 로드(flame rod) : 화염의 이온화 현상에 의한 전기 전도성을 이용하여 화염의 유무를 검출한다

7️⃣폐열회수계산

다음의 자료를 활용하여 보일러 연도에 절탄기를 설치한 후의 연료절감률을 구하시오

절탄기 설치 전 배치되는 연소가스의 온도: 420[℃]
절탄기 설치 후 절탄기를 통하여 배출되는 연소가스의 온도: 120[℃]
보일러의 연료 소비량: 1.8[kg/s]
연소가스의 유량: 12[kg/s]
연료가스의 정압비열: 1.2[kJ/kg･K]
연료의 저위발열량: 20,000[kJ/kg]
배출가스 열량을 전부 절탄기를 통하여 회수하는것으로 가정(즉 절탄기 효율을 100%로 가정)

\[Q_s=12\times 1.2\times (420-120)=4,320[kJ/s]\]

$$연료절감률=\frac{회수한열량}{공급된열량}\times100 \\=\frac{4320}{1.8\times20,000}\times100=12%$$

8️⃣탈기기

탈기기의 설치목적을 쓰시오

K3 탈기기

보일러 급수 외처리장치인 탈기기는 급수 중에 녹아 있는 산소, 이산화탄소가스 등의 용존가스를 제거하여 부식을 방지할 목적으로 설치한다

9️⃣

강판의 두께가 6.4[㎜]이며, 인장하중이 4,356[kgf]인 맞대기 용접이음에서 용접부의 길이를 계산하시오(단, 맞대기 용접부의 허용인장응력은 137.88[N/㎜²]이다

$$\sigma_a=\frac{W}{h \times l}$$

$$l=\frac{W}{h\times\sigma_a}=\frac{4.356\times9.8}{6.4\times137.88}=48.38[㎜]$$

🔟자동제어

다음의 설명에 대한 자동제어의 명칭을 각각 쓰시오

1)미리 정해진 순서에 다음동작이 연속으로 이루어지는 제어로 보일러 점화등에 사용된다
2)일정한 조건이 충족되지않으면 다음 단계의 동작이 작동되지 않게 저지하는 제어로, 보일러의 안전운전을 위해 반드시 필요하다.

J2 자동제어(시퀀스,피드백,인터록)

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

1️⃣1️⃣보온재

다음 보기의 보온재들의 최고안전사용온도가 낮은 것부터 높은 순서대로 쓰시오

펄라이트 세라믹파이버 폴리우레탄폼

1️⃣2 기수분리기

보일러에 스팀트랩을 부착했을 때 얻는 이점을 3가지 쓰시오

워터해머를 방지한다
장치 내 부식을 방지한다
열효율 저하를 방지한다

O6 기수분리기

공급되는 증기 중에 포함되어 있는 수분을 제거하여 증기의 건도를 높여 건조 증기만 설비에 공급되도록 하는 기기

증기 속에 혼입된 수분을 분리하여 수격작용을 방지한다
습증기 발생을 방지하여 증기의 건도를 높인다.
증기관 내의 마찰손실을 감소시킨다
증기관의 부식을 방지한다.

1️⃣3 열전도계산

안쪽은 두께 20cm의 내화벽돌(열전도 1.3[W/m·℃])이고 바깥쪽은 두께 10cm의 플라스틱 절연체(열전도율 0.5[W/m·℃])로 시공된 이중 노벽의 내부 온도는 500℃ 이고 외부 온도가 100℃ 일때 다음의 값을 구하시오

1)이중 노벽의 단위면적당 전열량
2)내화벽돌과 플라스틱 절연체 간의 접촉면의 온도

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

\[Q=\frac{1}{\frac{0.2}{1.3}+\frac{0.1}{0.5}}\cdot F\cdot(500-100)=1,130.44[W/m^2]\]

$$Q=K\cdot F\cdot\Delta T$$

$$\frac{1}{\frac{0.2}{1.3}}\times 1\times (500-x)=1,130.44$$

$$x=500-1,130.44\times\frac{0.2}{1.3}=326.09[℃]$$

1️⃣4 이상기체

이상기체 0.4[kg] 시스템의 절대압력 200[kPa] 부피 0.2[m²]의 상태에서 정압과정으로 부피가 2배가 되었으며 기체의 정압비열. 일때 다음의 물음에 답하시오

1)정압과정 전 기체의 처음온도 T₁[K]을 구하시오

2)정압과정 후 기체의 최종 온도 T₂[K]을 구하시오

3)시스템으로 전달된 열량 Q[kJ]을 구하시오

$$ PV=GRT $$

$$T_1=\frac{PV_1}{GR}=\frac{200\times0.2}{0.4\times0.250}=400[K]$$

$$T_2=\frac{PV_2}{GR}=\frac{200\times0.2\times2}{0.4\times0.250}=800[K]$$

$$Q=mc_pdT=0.4\times(C_{p0}+\alpha T)dT\\ =0.4\times (1.68+0.002T)dT $$

$$=0.4\times \int^{800}_{400}(1.68+0.003T)dT\\ =0.4\times [ 1.68T+\frac{0.002T^2}{2}] ^{800}_{400} \\ =0.4\times[1.68\times(900-400)+\frac{0.002\times(800^2-400^2)}{2}]\\ =460.8[kJ]$$

1️⃣5

배열 보일러에 설치된 열교환기에 온도 400[℃], 3000[Nm³/h]의 배기가스가 들어가서 열교환을 한 후 배기가스의 온도가 150[℃] 일때의손실열량[kW]을 구하시오

(단, 온도 0[℃] 300[kg/h]의 급수가 공급되어 0.8[MPa]의 포화증기로 발생되며 포화증기의 엔탈피는 2,769[kJ/kg]이고, 배기가스의평균비열은 1.38[kJ/Nm³℃]이다.)

$$Q_f=G_fC_f(t_2-t_1)=300\times 1.38\times(400-150)=1,035,000[kj/h]$$

1️⃣6

연료의 연소과정에서 매연, 슈트, 분진의 발생원인을 4가지 쓰시오

통풍력의 과대 또는 과소
낮은 연소실의 온도
작은 연소실 크기
연소장치의 불량

1️⃣

17.다음 보기의 연료들을 단위체적당 총발열량이 큰 것부터 작은 순서대로 쓰시오

B-C유 > B-A유 > 등유 >휘발유

1️⃣8

비중 0.8의 알코올이 든 U자관 압력계가 있다. 이 압력계의 한끝은 피토관의 전압부에, 다른 끝은 정압부에 연결하여 피토관으로 기류의 속도를 재려고 한다. U자관의 읽음의 차가 78.8[mm] 대기압력이 1.0266×10⁵[Pa abs], 온도 21[도] 일때 기류의 속도를 구하시오

(단 기체상수 R=287[N m/kg K]이다

I2 속도,유량계산(피토관)

교축비계산

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

속도계산

\[V=C\sqrt{2\times \frac{P_t-P_s}{\rho}} =C\sqrt{2\times \frac{P_t-P_s}{\frac{\gamma}{g}}} \\ =C\sqrt{2gh\frac{\gamma_m-\gamma}{\gamma}}\]

Pt : 전압 Ps : 정압
γm마노미터의비중량 γ유체의 비중량
ρm마노미터액체밀도 ρ 유체밀도

유량계산

\[Q=CAv_{m}=CA\sqrt{2g\times \frac{P_t-P_s}{\gamma}}=CA\sqrt{2gh\times \frac{\gamma_m-\gamma}{\gamma}}=CA\sqrt{2gh\times \frac{\rho_m-\rho}{\rho}}\]

$$ \rho=\frac{P}{RT}=\frac{1.0266\times10^5}{287\times(21+273)=1.217[kg/m^3]} $$

$$v=\sqrt{2gh(\frac{\rho_s}{\rho}-1)} $$

$$v=\sqrt{2\times9.8\times\frac{78.8}{1000} (\frac{1000\times0.8}{1.217}-1)} \\ =31.8[m/s]$$