에너지 20년기출C

1️⃣D8 전도열전달

노 내부부터 두께 40[cm] 열전도도 1.2[W/m·K]인 내화벽돌, 그 외측에 열전도도가 0.12[W/m·K]인 단열재로 노벽을 시공하고자 한다. 노 내부의 온도가 1300[℃]이고 실내온도가 30[℃]라 할때 단열재는 안전사용온도 850[℃]로 유지되고 있다면 단열재의 두께는 몇 [㎜]로 시공하여야 하는가? (단, 외벽 표면의 대류열전달계수는15[W/㎡·K]이다.)

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

$$ =\frac{1}{\frac{0.4}{1.2}}\times 1\times (1300-850)=1350[W] $$

$$ Q=\frac{1}{\frac{b_2}{\lambda_2}+\frac{1}{\alpha}}\times F\times \Delta T_2 \\ b_2=0.12\times\{\frac{1\times1\times(850-30)}{1350}-\frac{1}{15}\}\times 1000 \\=64.888[mm] $$

2️⃣자동제어(시퀀스,피드백,인터록)

자동제어에서 다음 제어를 간단히 설명하시오.

(1) 시퀀스제어 (2) 피드백 제어

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

3️⃣세정식 집진장치(장단점)

집진장치 중 세정식 집진장치의 장점과 단점을 각각 2가지씩 쓰시오.

F9 세정식 집진장치(장단점)

구조가 간단하고 처리가스량에 비해 장치의 고정면적이 적다
가동부분이 적고 조작이 간단하다
포집된 분진의 취출이 용이하고 작동 시 큰 동력이 필요하지 않다
연속 운전이 가능하고
분진의 입도, 습도 및 가스의 종류 등에 의한 영향을 받지 않는다.
가연성 함진가스의 세정도에도 편리하게 이용할 수 있다.

설비비가 비싸다
다량의 물 또는 세정액이 필요하다
집진물을 회수할 때 탈수, 여과, 건조 등의 하기 위한 별도의 장치가 필요하다
한랭시 세정액의 동파 방지 대책이 필요하다

4️⃣관류 보일러

관류 보일러의 종류 4가지를 쓰시오.

A5 관류보일러(종류)

슐저 보일러,
벤슨 보일러,
소형 관류 보일러 ,
강제 순환식 소형 관류보일러

5️⃣공기예열기(장점)

공기예열기를 설치하였을 때의 장점 4가지를 쓰시오.

B2 공기예열기장점(효불효연)

전열효율 연소효율이 향상된다
예열공기의 공급으로 불완전 연소가 감소된다
보일러의 열효율이 향상된다.
품질이 낮은 연료도 사용할 수 있다

6️⃣대수온도차

어느 대향류 열교환기에서 가열유체는 80[℃]로 들어가서 50[℃]로 나오고, 수열유체는 30[℃]로 들어가서 40[℃]로 나온다. 이 열교환기의 대수 평균온도차[℃]는 얼마인가?

E3 대수온도차

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

$$ =\frac{40-20}{\ln(\frac{40}{20})}=28.85 $$

👍B3 폐열회수계산 7️⃣

LNG를 사용하는 보일러에서 배기가스 온도를 연도에서 측정하니 180[°C]이었다. 연도에 절탄기를 설치하였더니 배기가스 온도가 100[℃]로 낮아졌다면, 절탄기 설치후에 배기가스에 의한 손실열량[W] 감소는 얼마인가.

배기가스 비열은 1382 [J/㎥·℃],
공기비 1.1,
이론공기량 10.742[㎥/㎥],
이론배기가스량 11.853[㎥/㎥],
LNG 소비량 50[㎥/h]

$$ 손실열량감소 =\{이론배기가스량+(m-1)\times A_0\}\times C\times \Delta t\times G_f $$

$$ 손실열량감소 =\{11.853+(1.1-1)\times 10.742\}\times 1382\times (180-100)\times\frac{50}{3600} \\ =19850.433[J/s] $$

8️⃣

CH4의 생성열량[kJ]을 구하시오.

C + O2 → CO2 + 400[kJ] H2 + 1/2 O2 → H2O + 280[kJ] CH4 + 2 O2 →CO2 + 2H2O + 800[kJ]

😽I7 열전대(연안강경)9️⃣

열전대 온도계 형식에 따른 명칭과 각각의 측정범위를 [보기]에서 찾아쓰시오.

형식	명칭	측정범위
K	크로멜-알루멜	-20~1200[℃]
R	백금-백금로듐	0~1600[℃]
T	동-콘스틴탄	-180~350[℃]
J	철-콘스틴탄	-20~800[℃]

👍D2 보온제의 안전사용온도 🔟

[보기]의 보온재 중 최고 안전사용온도가 높은 것에서 낮은 순서로 번호로 나열하시오.

세라믹 화이버→암면→폼글라스→탄화코르크

1️⃣1️⃣캐리오버

보일러 운전 중 수분 일부가 증기와 함께 취출되는 현상으로 프라이밍, 포밍현상이 발생할 때 나타나는 현상을 무엇이라 하는가?

O3 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

👆N5 습증기엔탈피계산 1️⃣2️⃣

보일러로부터 압력 2[MPa]로 공급되는 수증기의 건도가 0.8일 때 이 습증기의 엔탈피[kJ]는 얼마인가? (단, 2[MPa]에서 포화수엔탈피는 1,000[kJ/kg], 포화증기엔탈피는 3,000[kJ/kg]이다.)

$$ h_2=h’+(h”-h’)\times x $$

$$ =1000+(3000-1000)\times 0.8=2600[kJ] $$

1️⃣오르자트법

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

오르사트(Orsat)법 분석기

I 오르사트법 분석기

👍B0 급수장치 2️⃣

펌프 입구 및 출구 측에 플렉시블 조인트(flexible joint)를 설치하는 이유를설명하시오.

펌프에서 발생한 진동을 흡수하여 배관에 전달되지 않도록 하고, 온도변화에 따른 배관의 열팽창을 흡수하여 고장이 발생하는것을 방지하기위하여 설치한다

3️⃣재생사이클 재열사이클

증기 원동소의 이상사이클인 랭킨(R)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

4️⃣바이패스

배관 중에 바이패스 배관을 설치하는 이유를 설명하시오

P3 바이패스

배관 중에 유량계, 수량계, 감압밸브, 순환펌프 등의 설치 위치에 고장, 보수등에 대비하여 설치하는 우회배관이다

5️⃣ 증기보일러 수면계에 대한 물음에 답하시오

(1)수면계의 종류 3가지를 쓰시오.

(2)보일러 상용수위는 수면계 어느지점에 위치하는지 쓰시오.

(3)수면계 최소 설치수는 몇 개인가.

유리관 수면계 평형 반사식 수면계 평형투시식 수면계 2색식 수면계 멀티 포트식 수면계

중심선(수면계의 1/2지점)

2개

6️⃣쉘 앤 튜브식 열교환기

쉘앤 튜브식 열교환기에 스파이럴 튜브를 사용하였을 때 장점 2가지를 쓰시오

E2 쉘 앤 튜브식 열교환기

튜브 전열면적이 증가된다.
유체의 흐름이 난류가 되어 전열효과가 우수하다

7️⃣ 내경 25[mm]인 원관에 20[°C]물이 임계레이놀즈수 2320으로 흐르고 있을 때 유속[m/s]은 얼마인가(단 20[°C]물의 동점성계수는 1.5*10-6[m2/s]이다)

$$ Re=\frac{\rho DV}{\mu}=\frac{DV}{v} $$

$$ 2320=\frac{0.025\times V}{1.5\times 10^{-6}} $$

1️⃣

전열면적 400[㎡]인 수관보일러에서 저위발열량이 28.25[MJ/kg)인 석탄을 매시간 1580[kg]을 연소시켜 2.5[MPa], 340[℃]인 과열증기를 시간당 1200[kg]발생시킨다. 급수온도가 25[℃] 환산증발량[kg/h]과 보일러 효율[%]을 계산하시오.

(단, 25[℃] 급수엔탈피는 0.105[MJ/kg], 340[℃] 과열증기 엔탈피는 2.62[MJ/kg], 100 [℃] 물의 증발잠열은 2.257[MJ/kg]이다.)

👆 환산증발량계산

$$ G_e=\frac{G_a(h_2-h_1)}{100[℃]증발잠열} $$

$$ =\frac{12000\times(2.62-0.105)}{2.257}=13371.732[kg/h] $$

👍 보일러효율

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

$$ =\frac{2.257\times G_e}{G_f\times H_l}\times 100=\frac{2.257\times 13371.73}{1580\times 28.25}\times 100=67.615 $$

👆G5 건연소가스량 2️⃣

보일러 연소장치에 과잉공기 30[%]가 필요한 연료를 완전연소할 경우 이론 건연소 가스량[N㎥/kg]은 얼마인가? (단, 연료의 이론공기량 10.7[N㎥/kg], 이론건연소가스량 11.4[N㎥/kg]이다.)

$$ G_d=G_{0d}+B=G_{0d}+(m-1)A_0 $$

$$ =11.4+(1.3-1)\times10.7=14.61[Nm^3/kg] $$

👍D8 전도열전달 3️⃣

두께 20[㎜]강관에 스케일이 3[㎜] 부착하였을 때 열전도 저항은 초기상태인 강관의 몇 배에 해당되는가? (단, 강관의 열전도율은 40[W/m·K]스케일의 열전도율은 2[W/m·K]이다.)

$$ R_1=\frac{b}{\lambda}=\frac{0.02}{40}=0.0005[m^2K/W] $$

$$ R_2=\frac{b_2}{\lambda_2}=\frac{0.003}{2}=0.0015[m^2K/W] $$

$$ =\frac{0.0005+0.0015}{0.0005}=4배 $$

👆C2 상당증발량, 환산증발량 4️⃣

시간당 증발량이 2,200[kg]인 보일러에서 급수온도 60[°C], 발생증기 엔탈피가 2775.23[kJ/kg]인 경우 상당증발량[kg/h]은 얼마인가? (단. 60[°C] 급수엔탈피는 251.1[kJ/kg], 증발잠열은 2257[kJ/kg]이다.)

$$ G_e=\frac{G_a(h_2-h_1)}{2257} $$

5️⃣자동제어(시퀀스,피드백,인터록)

보일러 자동제어 중 시퀀스 제어를 설명하시오

J2 자동제어(시퀀스,피드백,인터록)

6️⃣기수분리기

수관식 보일러 기수드럼에 부착하여 송수관을 통하여 상승하는 증기 속에 혼입된 수분을 분리하는 기수분리기의 종류 4가지를 쓰시오.

O6 기수분리기

사이클론형 : 원심 분리기를 사용,
스크러버형 : 파형의 다수 강판을 조합한것,
건조스크린형 : 금속망판을 이용한 것,
배플형 : 급격한 방향 전환을 이용한 것,
다공판형

7️⃣전열면적(수관)

외경 76[㎜], 내경 68[㎜], 유효길이 4500[㎜]인 수관 96개로 이루어진 수관식 보일러에서 전열면적 1[㎡]당 증발랑이 26.1[kg/h]일 때 전열면적[㎡]과 시간당증발량[kg/h]을 각각 구하시오. (단, 수관 이외의 전열면적은 무시한다.)

B7 전열면적(수관)

\[A=\pi DLn=(\pi d+Wa)Ln\]

\[ =\pi\times 0.076\times4.5\times96=103.144 \]

🌐 시간당 증발량계산

\[G_a=전열면적\times 전열면적당 증발량 \]

$$ =103.14\times 26.1=2691.954[kg/h] $$

8️⃣

두께 1[㎜]의 금속판 사이에 단열재를 충진한 냉장고 벽이 있다. 외기온도 25[℃], 냉장고 내부는 3[℃]로 유지될 때 냉장고 외벽 표면에 대기 중의 수분이 응축되어 이슬이 맺히지 않도록 하기 위한 단열재의 최소 두께[㎜]는 얼마로 하여야 하는지 [보기]의 조건을 이용하여 계산하시오. (단, 냉장고 외부표면이 20[℃]미만이 되면 수분이 응축되어 이슬이 맺히는 것으로 한다.)

● 금속판 열전도율 : 15[W/m·℃] ● 단열재 열전도율 : 0.035[W/m·℃] ● 벽 내측 대류 열전달률 : 5[W/㎡·℃] ● 벽 외측 대류 열전달률 : 10[W/㎡·℃]

$$ K\times F\times (T_o-T_i)=\alpha_2 \times F\times (T_o-T_s) $$

9️⃣

과열기 출구압력 10[MPa], 온도 450[℃] 인 증기를 공급받아 처음에 포화증기가 될때까지 고압 터빈에서 단열팽창을 시킨 다음 추기하여 추가한 압력 밑에서 처음의 온도까지 재열(reheating)한 다음 저압 터빈에 다시 유입시켜 4[kPa]까지 단열팽창시키는 사이클에서 시간당 증기 소비량이 500[kg]일 때 터빈 출력[kW]을 계산하시오. (단, 과재열기 출구 엔탈피(h4) 3259.2[kJ/kg], 고압 터빈에서 단열팽창 후 엔탈피(h3) 2801.4[kJ/kg], 재열기 출구 엔탈피(h2) 3372.6[kJ/kg], 저압 터빈에서 단열팽창 후 엔탈피(h5) 2247[kJ/kg], 복수기에서 정압방열 후 엔탈피(h6) 120.33[kJ/kg], 4[kPa]에서의 포화수 비체적은 0.001004[㎥/kg]이다.)

급수펌프를 구동하는데 소비된 열량계산

$$ W_P=h_1-h_6=v’\times (P_2-P_1) $$

$$ =0.001004\times (10\times 10^3-4)=10.035[kJ/kg] $$

고압터빈의 일량 계산

$$ W_{T1}=h_2-h_3 $$

$$ =3259.2-2801.4=457.8[kJ/kg] $$

저압터빈의 일량 계산

$$ W_{T1}=h_4-h_5 $$

$$ =3372.6-2247=1125.6[kJ/kg] $$

터빈 출력 계산

$$ N_T=\frac{m(W_{T1}+W_{T2}-W_P)}{3600} $$

$$ =\frac{500\times(457.8+1125.6-10.04)}{3600}=218.52[kW] $$

🔟과열기

보일러에서 발생한 습포화증기를 가열하여 압력은 일정하게 유지하면서 증기 온도만을 올려서 과열증기를 만드는 장치를 설치 사용했을 때의 단점 4가지를 쓰시오.

B5 과열기

➖ 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

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

1️⃣1️⃣

증기 보일러에서 수부가 클때 나타나는 현상 5가지를 쓰시오

● 부하변동에 대한 압력 변화가 적다 ● 건조증기를 얻기 어렵다 ● 동체 파열사고시 피해가 크다 ● 증기발생 시간이 길어진다 ● 캐리오버현상이 발생될 가능성이 높다

1️⃣2️⃣ 자동제어

자동제어 연속 제어동작 중 비례동작의 특징 4가지를 설명하시오.

J1 자동제어(비례동작의 특징)

동작신호에 대하여 조작량의 출력변화가 일정한 비례관계에 있는 제어동작이다.
외란이 있으면 잔류편차(off set)가 발생한다
반응온도 제어 보일러 수위제어 등과 같이 부하 변화가 작은 곳에 사용된다.
비례대를 좁게 하면 조작량(밸브의 움직임)이 커진다.
비례대가 좁게 되면 2위치 동작과 같게 된다.

1️⃣3️⃣대수온도차

병행류 열교환기에서 고온 유체가 90[℃]로 들어가 50[℃]로 나오고, 이와 열교환되는 유체는 20[℃] 에서 40[℃]까지 가열되었다. 열관류율이 58.125[W/㎡·℃]이고, 전열량이7096[W] 일 때 이 열교환기의 전열면적[㎡]은 얼마인가?

E3 대수온도차

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

$$ =\frac{70-10}{\ln(\frac{70}{10})}=30.833 $$

\[ Q=K\times F\times \Delta t \]

\[ F=\frac{Q}{K\Delta t_m}=\frac{7096}{58.125\times 30.83}=3.959 \]

1️⃣4️⃣

기체 연료를 연소할 때 발생할 수 있는 비정상적인 연소상태 4가지를 쓰시오.

® 역화(back fire) ® 선회(lifting) ® 불로 오프(blow off) ® 엘로 팁(yellow tip)

기체 연료 연소 시 발생되는 이상 현상 ® 역화(back fire) : 가스의 연소속도가 염공에서의 가스 유출속도보다 크게 됐을 때 불꽃은 염공에서 버너 내부에 침입하여 노즐의 선단에서 연소하는 현상이다. ® 선화(lifting) : 염공에서의 가스의 유출속도가 연소속도보다 커서 염공에 접하여 연소하지 않고 염공을 떠나 공간에서 연소하는 현상이다. ® 불로 오프(blow off) : 불꽃 주변 기류에 의하여 불꽃이 염공에서 떨어져 연소하는 현상 ® 엘로 팁(yellow tip) : 불꽃의 끝이 적황색으로 되어 연소하는 현상으로 연소반응 이 충분한 속도로 진행되지 않을 때, 1차 공기량이 부족하여 불완전연소가 될때 발생한다.

1️⃣5️⃣수관보일러

강제 순환식 수관보일러 종류 2가지를 쓰시오.

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

🍀P1 슈트블로

슈트 블로(soot blow)에 대하여 설명하시오.

보일러 전열면 외측 또는 수관 주위에 부착된 그을음이나 연소 잔재물등을 증기나 공기를 분사시켜 제거하여 연소열 흡수를 양호하게 유지할 수 있도록 해 주는 장치이다.

1️⃣7️⃣

C8H18 1몰을 과잉공기비 150%로 완전연소할 때에 대한 물음에 답하시오. (1) 공연비(air fuel ratio)는 얼마인가? (2) 배기가스 중 CO2, H2O, N2, O2 몰(mol) 비율[%]은 각각 얼마인가?

$$ 공연비=\frac{m\times A_0}{연료의 질량}=\frac{m-\frac{O_2}{0.232}}{연료의질량} $$

1️⃣8️⃣

내경 20[cm]인 원형관에 비중 0.9인 액체가 펌프에서 토출압력 120[kPa] 속도 2[m/s]로 5[m] 높이로 송출 되고 있다. 흡입으로부터 최종 토출구까지 수평거리 15[m], 흡입측에 설치된 연성계의 압력은 완전진공 상태일 때 축동력[kW]을 계산하시오.

(단 펌프의 효율은 90[%], 대기압은 101[kPa] 관마찰계수는 0.02, 엘보 및 밸브의 관상당길이는 각각 1.5, 2이고 관로에는 토출측 밸브만 있는 것으로 가정하고 주어지지 않은 조건은 무시한다)

송출유량 계산

$$ Q=A\times V=\frac{\pi}{4}\times D^2\times V $$

전양정 계산

$$ h_f=f\times \frac{L}{D}\times \frac{V^2}{2g} $$

축동력 계산

$$ kW=\frac{\gamma \times Q\times H}{102 \times \eta} $$