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에너지 20년기출D

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제공

4
안
에너지 20년기출C
19A19B19C
20A‘20B‘20C 20D
21A*21B‘21C

1️⃣ 기수분리기 ☑️

20d01 24a08
19C07  18A07  18B08  16B03

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

2️⃣ 자동제어(시퀀스,피드백,인터록)

보일러 자동제어 중 시퀀스 제어를 설명하시오

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

3️⃣ 과열기

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

B5 과열기

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
  • 적은 증기로 많은 열을 얻을 수 있다
  • 장치 내 부식을 방지한다

4️⃣ 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.

5️⃣

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.

6️⃣

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

7️⃣수관보일러

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

8️⃣P1 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.

9️⃣전열면적(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

\[G_a=전열면적\times 전열면적당 증발량 \]
$$ =103.14\times 26.1=2691.954[kg/h] $$

🔟 G5 건연소가스량

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.)

G5 건연소가스량(Gd)

\[ G_{0d}=8.89C+21.1(H-\frac{O}{8})+3.33S+0.8N \]
\[ G_d=G+B=G+(m-1)A_0 \]
\[ G_d=(m-0.21)A_0+1.867C+0.7S+0.8N \]

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

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

1️⃣1️⃣보일러효율

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.)

C2 상당증발량, 환산증발량
\[G_e=\frac{G_a(h_2-h_1)}{539\times 4.1868}=\frac{G_a(h_2-h_1)}{100[℃]증발잠열}\] \[=\frac{G_a(h_2-h_1)}{\gamma}\]

►환산증발량계산

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

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

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

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

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

1️⃣2️⃣

1️⃣3️⃣

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

1️⃣5️⃣

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?

$$ 공연비=\frac{m\times A_0}{연료의 질량}=\frac{m-\frac{O_2}{0.232}}{연료의질량} $$
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1️⃣6️⃣ 전도열계산

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.)

D8 다층벽 열전도열 계산

\[Q=\frac{1}{\frac{b_1}{\lambda_1}+\frac{b_2}{\lambda_2}+\frac{b_3}{\lambda_3}}\cdot F\cdot\Delta t\]

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

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

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

1️⃣7️⃣

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

$$ kW=\frac{\gamma \times Q\times H}{102 \times \eta} $$
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1️⃣8️⃣

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

$$ W_{T1}=h_2-h_3 $$
$$ =3259.2-2801.4=457.8[kJ/kg] $$
$$ W_{T1}=h_4-h_5 $$

저압터빈의 일량 계산

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

터빈 출력 계산

$$ N_T=\frac{m(W_{T1}+W_{T2}-W_P)}{3600} $$
$$ =\frac{500\times(457.8+1125.6-10.04)}{3600}=218.52[kW] $$
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에너지 20년기출C

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