에너지 20년기출A

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1️⃣이론공기량(A₀) 건연소가스량(Gd)

질량 기준으로 C 85[%], H 12[%], S 3[%]의 조성으로 되어 있는 중유를 공기비 1.3으로 연소할 때에 대한 물음에 답하시오.

(1) 실제 공기량[N㎥/kg]을 계산하시오.

(2) 건연소 가스랑[N㎥/kg]을 계산하시오.

G0 이론공기량(A₀)

\[ A_{0}[Nm/kg]=\frac{22.4}{0.21}(\frac{C}{12} +\frac{H-\frac{O}{8}}{4}+\frac{S}{32}) \]

$$ A_0[Nm/kg]=\frac{O_0}{0.21}=8.89C+26.67(H-\frac{O}{8})+3.33S \\ A_0[kg/kg]=\frac{O_0}{0.232}=11.49C+34.5(H-\frac{O}{8})+4.31S $$

$$ A_0=8.89C+26.67(H-\frac{O}{8})+3.33S $$

G5 건연소가스량(Gd)

\[ G_{0d}=8.89C+21.1(H-\frac{O}{8})+3.33S+0.8N \]

\[ G_d=G+B=G+(m-1)A_0 \]

\[ G_d=(m-0.21)A_0+1.867C+0.7S+0.8N \]

$$ G_d=(m-0.21)A_0+1.867C+0.7S+0.8N $$

2️⃣정압계산(피토관)

1기압, 0[°C] 상태의 공기가 원형 덕트에 흐르고 있을 때 원형 덕트 중심부에 피토관을 설치하여 측정한 U자관 마노미터의 눈금이 3[㎜H₂O] 이었다. 이 상태에서 원형 덕트의 지름을 1/2로 축소하면 원형 덕트 중심부의 유속[m/s]얼마인가 (단, 1기압, 0[°C]상태의 공기 밀도는 1.293[kg/㎥]이다.)

I2 정압계산(피토관)

\[ V=\sqrt{2g\frac{P_t-P_s}{\gamma}} \]

\[V=\sqrt{2gh\frac{\gamma_m-\gamma}{\gamma}} \]

\[ \gamma(물의 비중량) : 1000[kgf/m^3] \]

\[ 1[atm]=760[mmHg]\] \[=10332[mmHO]=101.325[kPa] \]

Pt 전압 Ps정압 γ공기밀도

$$ Q=A_1\times V_1=A_2\times V_2 \\ D_2=\frac{1}{2}D_1 $$

$$ \frac{\pi}{4}\times D_1^2\times V_1=\frac{\pi}{4}\times (\frac{1}{2}\times D_1)^2\times V_2 $$

$$ V_2=\frac{\frac{\pi}{4}\times D_1^2\times V_1}{\frac{\pi}{4}\times (\frac{1}{2}D_1)^2}=\frac{\frac{\pi}{4}\times D_1^2\times V_1}{\frac{\pi}{4}\times \frac{1}{2}^2 D_1^2} \\ =\frac{V_1}{(\frac{1}{2})^2}=4V_1 $$

$$ V=\sqrt{2\times g\times h\times \frac{\gamma_m-\gamma}{\gamma}} $$

$$ V_2=4V_1=4\times\sqrt{2\times g\times h\times \frac{\gamma_m-\gamma}{\gamma}} $$

$$ V_2=\sqrt{2\times 9.8\times 0.003\times \frac{1000-1.293}{1.293}}=26.956[m/s] $$

3️⃣절탄기(열불응연)

보일러 페열회수장치인 절탄기(economizer)를 사용하였을 때 장점 4가지를 쓰시오

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.

4️⃣세정식 집진장치

세정식 집진장치의 원리를 설명하시오.

F9 세정식 집진장치(장단점)

분진이 포함된 배기가스를 세정액이나 액막 등에 충돌시키거나 접촉시켜 액체에 의해 포집하는 방식이다.

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

5️⃣캐리오버

보일러 운전 중 발생하는 비수현상(carry over)의 방지대책 4가지를 쓰시오.

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

6️⃣저온부식

보일러에서 연소가스에 의하여 발생하는 부식에 대한 설명이다. 물음에 답하시오.

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.

(1) 부식 명칭을 쓰시오.

(2) 방지법 2가지를 쓰시오.

저온부식

P6 저온부식 방지대책

● 연소가스를 노점이상으로 유지한다 ● 연료중 황을 제거한다 ● 무수황산을 다른 생성물로 변경시킨다. ● 첨가제를 첨가하여 황산증기의 노점온도를 낮춘다 ● 과잉공기를 적게하여 배기가스중 산소를 감소시킨다.

7️⃣

요(嘉)를 조업방법에 의하여 분류할 때 연속식 요 3가지를 쓰시오

윤요, 연속식 가마, 터널 가마, 반터널식 가마

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

👍D7 열전도율계산8️⃣

노를 설계할 때 노벽을 내부부터 순서대로 내화벽돌 (λ1=5[W/m·℃], 두께 0.3[m]의 단열벽돌(λ2 =0.9[W/m·℃]), 두께 0.15[m]의 일반벽돌(λ3=3[W/m · ℃])의 3중구조로 하고자 한다. 노 내부의 온도가 1200[℃]이고 실내온도가 50[℃]라 할 때 단열벽돌의 내화도 때문에 단열벽돌의 온도를 900[℃]이하로 유지하려면 내화벽돌의 두께는 몇 [m]로 하여야 하는가? (단, 외기와 일반벽돌 외표면과의 열전달은 무시한다)

$$ Q=K\times F\times \Delta t \\ K=\frac{1}{R}=\frac{1}{\frac{1}{\alpha_1}+\frac{b}{\lambda}+\frac{1}{\alpha_2}} $$

😽 9️⃣

보일러 자동제어에 대한 각각의 명칭을 쓰시오

(1) 미리 정해진 순서에 따라 순차적으로 진행하는 제어방식이다

(2) 보일러의 안전한 운전을 위하여 어떤 일정한 조건이 충족되지 않으면 다음 단계의 동작이 작동하지 못하도록 저지하는 제어이다

시퀀스 제어, 인터록 제어

😽J5 보일러 자동제어

🔟 보일러 자동제어(ABC)의 종류 3가지를 쓰시오

자동연소제어(ACC), 급수제어(FWC), 증기온도제어(STC), 증기압력제어(SPC)

1️⃣1️⃣수관보일러

수관식 보일러의 보일러수 순환방식 3가지를 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

✋ 1️⃣2️⃣ 카르노사이클

동작물질 1[kg]이 고열원 600[°C], 저열원 100[°C]사이에서 분당 60사이클(cycle)로 회전하는 카르노 사이클 기관의 최고압력(P₃)이 400[kPa·a]이고, 등온팽창하여 압력(P₄)이 200[kPa·a]로 되었다면 1시간 동안에 수열되는 열량[kW]은 얼마인가? (단, 동작물질의 기체상수 R=287[J/kg·K]이다)

$$ Q_1=m\times P_3 \times v_3\ln\frac{v_3}{v_4}=m\times R \times T_H\times \ln\frac{P_3}{P_4} $$

$$ =1\times 0.287 \times (273+600)\ln\frac{400}{200}=173.668[kJ] $$

$$ 수열량=\frac{173.67\times 60\times 60}{3600}=173.67[kW] $$

$$ 수열량=\frac{1사이클당 수열량\times 1분당사이클수\times 60}{3600[kJ/h]} \\ =\frac{173.67\times60\times60}{3600}=173.67[kW] $$

1️⃣

기체연료 배관에 설치되는 가스필터의 역할을 쓰시오.

공급되는 도시가스 중에 포함된 이물질을 제거하여 압력조정기 및 버너의 고장을 방지한다

2️⃣수관보일러 A2

2동 D형 수관식 보일러 특징에 대한 설명 증 ( )안에 알맞은 용어를 선택하시오.

보유 수량이(많아, 적어) 증기 발생 시간이 (빠르고, ~~느리고~~) 파손 시 피해가(크고, 적고) 관경이 작아 (고압, 저압)에 견딜 수 있고 전열면적이 커서 (대용량, ~~소용량~~)에 적합하다.

3️⃣온도계의 측정원리

고온의 물체로부터 방사되는 특정 파장의 방사에너지를 렌즈 또는 반사경으로 수열판에 모으면 냉접점 부분과의 온도차가 생기고 이 온도차를 열기전력으로 측정하여 온도를 측정하는 비접촉식 온도계의 명칭을 쓰시오.

I7 온도계의 측정원리

바이메탈 : 선팽창계수가 다른 2종류의 앏은 금속판을 결합시켜 온도변화에 따라 구부러지는 정도가 다른 점을 이용
전기저항식 : 온도가 올라가면 금속제의 저항이 증가하는 원리를 이용
방사온도계 : 측정대상물체에서의 전방사에너지(복사에너지)를 렌즈 또는 반사경으로 열전대와 측온접점에 모아 열기전력을 측정하여 온도를 측정

4️⃣스프링식안전벨브

스프링식 안전밸브에서 증기가 누설되는 원인 2가지를 쓰시오.

K6 스프링식 안전밸브

증기 누설 원인

❶ 작동압력이 낮게 조정되었을 때
❷ 스프링의 장력이 약할때
❸ 밸브디스크와 밸브 시트에 이물질이 있을때
❹ 밸브 시트가 불량일 때
● 밸브 축이 이완되었을 때

안전밸브의 미작동원인

❶ 스프링의 탄력이 강하게 조정된 경우
❷ 밸브 시트의 구경. 밸브 각의 사이틈이 적은 경우
❸ 밸브 시트의 구경 밸브 각의 사이틈이 많은 경우
❹ 열 팽창 등에 의하여 밸브각이 밀착된 경우
❺ 밸브각이 뒤틀리고 고착된 경우

5️⃣ 태양열을 이용한 난방시스템에서 매니폴드(manifolder)의 역할을 설명하시오

전공관으로 구성된 집열기에서 태양열을 이용하여 온수를 가열하는 장치로 별도로 설치된 축열조에 온수를 저장하여 난방 및 급탕용으로 사용한다.

6️⃣ 부르동 압력계에 부착하는 사이펀관(siphon tube)의 역할을 쓰시오

압력계 내부의 부르동관을 보호하기 위하여 안지름 6.5[mm]이상의 관을 한바퀴 돌려 가공된 것으로 관 내부에 물을 투입하여 고온증기가 영향을 미치지 않도록 한다

🍀Q2 연료전지에 사용되는 재료
7️⃣ 신재생에너지 중 하나인 연료전지에 사용되는 재료 4가지를 쓰시오

수소, 천연가스, 나프타, 메탄올

8️⃣ 노내의 온도가 600[°C]인 상태에서 500*500[mm]의 노 문을 열었다. 이때 노 문을 통한 방사전열 손질 열량은 몇[W]인가 (단, 실내온도는 30[°C] 화염의 방사율은 0.38, 스테판-볼츠만 상수()는 5.67[W/m2 K4]이다.

$$ Q=\epsilon\times C_b\times \{(\frac{T_1}{100})^4-(\frac{T_2}{100})^4\}\times F $$

$$ =0.38\times 5.67\times \{(\frac{273+600}{100})^4-(\frac{273+30}{100})^4\}\times (0.5\times 0.5)=3083.3[W] $$