23년기출B

에너지 23년기출B

22A	22B“	22C*
23A	23B	23C
24A	24B	24C

1️⃣☑️ 캐리오버 B22

이상현상	22C07	17C06
캐리오버	24C04	23B01	20C08
	20A04	17A05
프라이밍	23c02	21c17	16a08	16c01
포밍	23A05
캐비 테이션	21B13	16a06
수격작용	21B15	16A07

다음 보기에서 설명하는 보일러에서 발생할 수 있는 이상현상의 명칭을 쓰시오

보일러수 중에 용해되고 부유하고 있는 고형물이나 물방울이 보일러 내에서 생산되는 증기에 혼입되어 보일러 외부로 튀어나가는 현상으로 기수공발이라고도 한다. 이는 프라이밍과 포밍에 의해 발생한다.

B22 캐리오버

보일러 운전 중 수분 일부가 증기와 함께 취출되는 현상으로 프라이밍, 포밍현상이 발생할 때 나타나는 현상

❶ 보일러수를 농축시키지 않는다
❷ 보일러수 중의 불순물을 제거하다
❸ 주증기 밸브를 급격히 개방하지 않는다
❹ 과부하가 되지 않도록 한다
● 수위를 고수위로 하지 않는다
● 비수방지관을 설치한다

2️⃣☑️ 요,로 D1

조업방식에 따른 요 의 분류 3가지를 쓰시오

슬래킹	21C04	16A10
온도	22A11	23A11	20C04	18B07
가마울림	22C03	23B03	25A12
요로	20B02	16B08
	23B02	20A06

D1 요의 조업방식

연속요 : 윤요, 연속식 가마, 터널 가마, 반터널식 가마 등
반연속요 : 등요, 셔틀 가마 등
불연속요 : 승염식요, 횡염식요, 도염식요, 종가마 등

3️⃣☑️ 가마울림 D13

슬래킹	16A10	17A06	17C07	21C04
온도	22A11	23A11	20C04	18B07
가마울림	23B03	22C03
요로	16B07	16b08	23B02	20B02

►연소실이나 연도 내에서 지속적으로 발생하는 울림현상인 가마울림현상 방지대책 4가지를 쓰시오

D13 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

2602

4️⃣☑️ 집진장치☑️ J91

종류	23B04	22A03	17B01
장단	20A02	20C06	16C07
건식	22B12	19B04	17C03
수트블로어	22A01	19B08

보일러에서 연료 연소 후 발생되는 배출가스에 함유된 분지 공해물질 등이 대기 중에 방출되지 않도록 모아 제거하는 집진장치의 종류 6가지를 쓰시오

F9 집진장치(종류)

습식집진장치:
벤투리 스크러버, 제트 스크러버, 사이클론 스크러버, 충전탑, 유수식,
건식집진장치:
중력식, 관성력식, 원심식, 여과식,
전기식집진장치:
코드렐 집진장치

5️⃣☑️ 원통형보일러 ☑️A1

노통	22C06	23B05	22B09	18C09
연관	17B08
수관	22A08	20A07	20D07
장점	17C02	20a07	23c07
노벽	22C01

원통형 보일러를 4가지로 분류하고 각각의 종류를 2가지 쓰시오

A1 원통형보일러(*종류)

입형보일러 – 코그란, 입형연관, 입형횡관
노통보일러 – ❶코르니쉬, ❷랭커셔
연관보일러 – 횡연관식, 기관식, 케와니
노통연관보일러 – 스코치, 하우덴존스, 노톤연관패키지

2601

6️⃣☑️ 재생에너지 Q1

다음 보기의 ( )안에 해당하는 내용 2가지를 쓰시오

해양에너지 설비는 해양의(파도, 조류, 해류, 온도 )등을 변화시켜 전기나 열을 생산하는 설비이다.

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

7️⃣☑️ 탈산소제 K1

청관제	18A01	22B05
탈산소	19A03	21B10	23b07
	24a11	24b06

►보일러 내처리제 중 슬러지 조정제이면서 가성취제의 역할을 하는 것 2가지를 쓰시오

타닌 리그린

K2 탈산소제

아황산나트륨, 히드라진, 타닌

$$ 2Na_2SO_3+O_2→2Na_2SO_4 $$

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

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

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

8️⃣☑️ 과열기 B32

명칭	19C01	18C03
	24C02	20B03	17C05
과열기	23B08	21B02	19B03	20D03
				17A02
조절	18A08	18B06
절탄기 열불응연	25A01	23C08	20A01	18A10
공기예열 효불효연	23C04	20C03

►보일러에서 과열증기 사용 시의 장점 4가지를 쓰시오

B32 과열기(*장단-열수마부 일응손)

✲보일러에서 발생한 습포화증기를 가열하여 압력은 일정하게 유지하면서 증기 온도만을 올려서 과열증기를 만드는 장치

1)과열증기 사용 시의 단점

가열 표면의 일정 온도를 유지하기 곤란하다
가열장치에 큰 열응력이 발생한다
직접 가열 시 열손실이 증가한다
높은 온도로 인하여 제품의 손상 우려가 있다
과열기 표면에 고온부식이 발생할 우려가 있다

2)과열증기 사용 시의 장점

열효율이 증가한다
수격작용을 방지한다
관내 마찰저항이 감소한다
장치 내 부식을 방지한다
적은 증기로 많은 열을 얻을 수 있다

2601

9️⃣☑️ 착화

착화지연시간에 대해 설명하시오

착화지연시간은 어느 온도에서 가열하기 시작하여 발화에 이르기까지의 시간으로 고온, 고압일수록, 가연성 가스의 산소의 혼합비가 완전 산화에 가까울수록 짧아진다.

🔟☑️ 폐열회수장치 ☑️ B41

효율	20D18	16B14	22C02
절감율	16C10	24B18	21A14
온도	23A01	16A13	22A14
감소량	23A15	18A13
손실감소	24A10	23A07	22B09	20C15
절감금액	23B10

►현재 공기비를 측정한 결과, 공기비 1.6으로 과잉공기가 유입되고 있는 보일러를 자동 공기비 제어시스템을 구성하여 공기비를 1.2로 개선했을때, 다음의 자료를 이용하여 개선 후 연간 배출가스 절감금액을 구하시오

연료사용량 350[Nm³/h]
가동시간 연간 300일, 일일 12시간
보일러 효율 90[%]
사용열료 LNG(발열량 9540[kcal/Nm³])
연료금액 : 600[원/Nm³]
이론연소공기량 10.685[Nm³/Nm³]
이론배기가스량 11.687[Nm³/Nm³]
배기가스 비열 0.33[kcal/Nm³℃]

B41 폐열회수계산

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

연간연료사용량

$$=350[Nm^3/h]\times3600[h]=150,260,000[Nm^3]$$

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

$$=\{11.687+(1.6-1)\times10.685\}\times0.33\times(225-25) \\ =1188[kcal/kg] $$

$$ Q_2=G’w\times C_w\times\Delta t \\ =(G_{0w}+(m’-1)\times A_0)\times C_w\times\Delta t $$

$$=\{11.687+(1.2-1)\times10.685\}\times0.33\times(225-25) \\ =858[kcal/kg] $$

절감 열손실

$$\Delta Q=(Q_1-Q_2)$$ $$1188-858=330[kcal/Nm^3]$$

절감연료량

$$=\frac{330\times1260000}{0.9\times9540}=48,427.67Nm^3$$

절감금액

$$48,427.67\times600=29,056,603$$

1️⃣1️⃣☑️ 이론산소량(O₀) G0

22C05	24A03	21A13	20A13	17A11
22B13	21C10	19C11	23B11

►에틸렌 C₂H₄ 20kg연소 시 실제공기량이 800kg 일때 과잉공기량 kg을 구하시오 (단 공기중 산소의 실량비는 23.2%이다)

에틸렌(C2H4)의 완전연소 반응식은 다음과 같습니다.

C₂H₄+3O₂→2CO₂+2H₂O

1몰의 에틸렌은 3몰의 산소를 필요로 합니다.

몰 질량 계산

에틸렌(C2H4)의 몰질량 = 2×12+4×1=28 kg/kmol

1. 이론 산소량 계산

주어진 연소량은 20kg 에틸렌입니다.

연소에 필요한 산소 질량은

$$필요\ 산소\ 몰수=\frac{20 kg}{28 kg/kmol}×3=2.14 kmol$$

산소 몰 질량 = 32 kg/kmol 이므로,

필요 산소 질량=2.14×32=68.48 kg

2. 이론 공기량 계산

공기 중 산소 실량비가 23.2%라고 주어졌으므로,

$$이론\ 공기량=\frac{필요\ 산소량}{0.232}=\frac{68.48}{0.232}=295.17 kg$$

3. 과잉공기량 계산

실제 공기량은 800 kg이고, 이론 공기량은 295.17 kg이므로,

과잉공기량=실제 공기량−이론 공기=800−295.17=504.83 kg

결론

에틸렌 20kg 연소 시 실제 공기량 800kg일 때 과잉공기량은 약 505 kg입니다.

1️⃣2️⃣☑️ 열전달계산 D7

	17B14	17C12	18B11	20C17
중간온도	16B12	19A12	20A12
	22A07			21B11
중공원통	16C11	18C13	19C12
다층벽	22B18	21A18	20D12	23B12
구형용기	22C13	16A14	24B17
스케일	16C09	20D16

단열재의 전후 양쪽에 두께 30[mm]의 금속판으로 구성된 일반 냉동창고의 내부온도는 -25[℃]로 유지되고 있고 이때의 외기온도는 22[℃]이다 냉동창고 외부면의 온도가 19[℃] 미만이될 때 수분이 응축되어 이슬이 맺힌다고 가정할 때 다음의 자료를 이용하여 냉동창고의 외벽면에 대기 중의 수분이 응축되어 이슬이 맺히지 않도록 하기 위한 단열재의 최소두께 를 구하시오

대류 열전달율
벽내측 7.7[W/m·℃] 벽외측 15.5[W/m·℃]
열전도율
금속판 17.5[W/m·℃] 단열제 0.033[W/m·℃]

D7 열관류(통과)계수

\[K=\frac{1}{R}=\frac{1}{\frac{1}{\alpha_1}+\frac{L}{\lambda}+\frac{1}{\alpha_2}}[W/m^2\cdot K] \]

D7 열관류에 의한 손실열량

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

b 벽의두께, λ 열전도율, F 표면적

1️⃣3️⃣☑️ 마찰손실계수 H

길이가 25m이고 안지름 50mm인 원형관에서 마찰손실수두는 운동에너지의 3.2%일때 마찰손실계수f를 구하시오

\[h_L=f\frac{L}{d}\frac{V^2}{2g}\]

\[f\frac{L}{d}=0.32\] \[f=0.32\times\frac{d}{L}=0.32\times\frac{0.05}{25}=0.000064\]

1️⃣4️⃣☑️ 폐열회수장치

16A13	16B14	22C02		21A14
16C10	22A14	23B10
24B18	24A10	23C04	20C03	23A07
20C15	20B03	18C03	17C05
19C01	20D03

연도에 설치된 공기예열기에 연소용 공기 100[Nm³/h]가 20[℃]로 유입되고 400[℃]의 배기가스 120[Nm³/h]가 공기예열기를 통과한 후 온도가 150[℃]로 배출되었다. 이때, 연소용 공기가 공기예열기를 통과한 후 출구온도는 몇 [℃] 가 되는가?
(단, 연소용 공기의 비열은 1[kJ/Nm³℃]이고, 배기가스의 비열은 1.2[kJ/Nm³℃]이다.

\[G_aC_a(t_{a2}-t_{a1})\]

\[t_{a2}=T_{a1}+\frac{G_gC_g(t_{a2}-t_{a1})}{G_ac_a}\\ =20+\frac{120\times1.2\times(400-150)}{100\times1}=380\]

보일러 연도에 설치된 공기예열기에 20도 인 연소용 공기가 유입되고 온도 400도 인 배기가스가 공기예열기를 통과한 후 150도의 온도로 변하였다 이때 다음의 자료를 이용하여 공기예열기를 통과한 연소용 공기의 출구온도를 구하시오

공기예열기를 통과하는 공기량

1️⃣5️⃣☑️ 엔트로피계산

랭킨 사이클로 작동되는 증기원동소에서 비엔탈피 3000[kJ/kg] , 내부에너지 2700[kJ/kg] 인 과열증기를 10[kg/s] 로 공급하여 터빈에서 단열팽창이 일어나게 하여 건도 0.9, 100[kPa]인 습증기로 나오게 된다고 한다. 다음 표를 참고하여 터빈 출력[kW]을 계산하시오

구분	포화수	건포화증기
내부에너지 [kJ/kg]	420	2510
비엔탈피 [kJ/kg]	420	2680

터빈 출구 증기의 비엔탈피

\[h_2=h’+x(h”-h’)\\ =420+0.9\times(2680-420)=2454\]

터빈출력

\[m(h_1-h_2)=10\times(3000-2454)=5460[kJ/s]\]

1️⃣6️⃣☑️ 고위발열량계산 H1

18B01
19B11	20B14	17A14
23A17	23B16

에틸렌 20kg 연소시 공기량이 800kg이었다. 과잉공기량은 몇 kg인가

단 공기중 산소의 질량비는 23.2%이다.

다음의 반응식을 참고하여 프로판 1kg의 완전연소 시 고위발열량 을 구히시오(단, 물의 증발잠열 2.5MJ/kg]이다)

1️⃣7️⃣☑️ 보일러효율 C4

압력이 0.7[MPa]인 건포화증기를 시간당 2,000[kg]을 발생하는 보일러에 저위발열량이 40,820[kJ/kg d]인 연료 150[kg/h]를 사용할 때 보일러의 효율은 몇[%]인가

	16a15	24A02	18C15	21B06
	22B16	20B13	17B15
효율	25B02	23B17	23A02	17A12
	21C08

(단 0.7[MPa]의 헌열은 697[kJ/kg] 잠열은 2065.8[kJ/kg]급수엔탈피는 167[kJ/kg]이다.)

C4 보일러효율*

입출열법에 의한 효율

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

열손실법에 의한 효율

$$ \eta=(1-\frac{L_s}{H_h-Q})\times 100 $$

Ga실제증발량 h2포화증기엔탈피 h1급수엔탈피
Gf연료소비량 Hh연료의고위발전량

\[보일러의 효율 \\=\frac{열매체사용량\times 비열\times 열매체 입출구온도차}{연료소비량\times 연료의저위발열량}\times 100\]