질량조성이 주어진 고체연료의 이론공기량은 가연성분이 완전연소하는 데 필요한 산소량을 구한 뒤, 공기 중 산소의 질량비 23.2% 로 나누어 얻는다. 연료 자체에 들어 있는 산소는 연소에 쓰이므로 필요 산소량에서 빼 준다(유효수소 개념).

$A_0=\dfrac{1}{0.232}\left(2.667\,\mathrm{C}+8\,\mathrm{H}+\mathrm{S}-\mathrm{O}\right)$ 에 C=0.640, H=0.053, S=0.001, O=0.088 을 대입하면 필요 산소량은 $2.667\times0.640+8\times0.053+0.001-0.088=2.044\,\mathrm{kg/kg}$ 이다.

따라서 $A_0=\dfrac{2.044}{0.232}=8.81\,\mathrm{kg/kg}$ 로 약 8.8 kg/kg 이다. 회분 12.0%, 수분 9.0%, 질소 0.8% 는 산소를 소비하지 않으므로 계산에서 제외하며, 연료 중 산소 8.8% 를 빼지 않으면 값이 9.2 kg/kg 부근으로 과대평가된다.

링겔만 농도표는 검은 선의 격자 무늬 비율로 짙기를 나타낸 표와 굴뚝에서 나오는 연기를 비교하여 배출가스 중 매연(연기)의 농도를 육안으로 판정하는 도구이다.

가스 성분 분석(CO, CO2)이나 화염의 투명도를 재는 것이 아니라, 연기의 검은 정도(농도)를 단계별로 판정하는 것이 목적이다.

질소산화물(NOx)은 연소온도가 높을수록, 특히 국부적으로 고온 영역이 형성될수록 많이 생성되는 열적(Thermal) NOx가 대부분이므로, 화염온도를 낮추는 것이 저감의 기본 원리이다.

질소 성분이 적은 연료 사용, 화실을 크게 하여 국부 고온을 완화하는 것, 배기가스 재순환으로 연소온도와 산소농도를 낮추는 것은 모두 유효한 NOx 저감 방안이지만, "화염온도를 높게 연소한다"는 오히려 NOx 생성을 늘리는 방향이므로 틀린 설명이다.

표면연소, 분해연소, 증발연소 등은 연료가 산소와 어떻게 반응하는가에 따라 구분되는 연소 반응의 형태이다.

유동층연소는 고체 연료 입자를 유동화된 층 안에서 태우는 연소 방식(설비)을 가리키는 용어로, 반응 형태를 구분하는 분류와는 성격이 달라 연료의 일반적인 연소 반응 종류에 포함되지 않는다.

아세틸렌은 공기 중 가연범위(폭발범위)가 약 2.5~81%로 매우 넓어, 보기로 제시된 메탄(약 5~15%), 프로판(약 2.1~9.5%), 메틸알코올(약 6~36%)보다 훨씬 넓은 범위를 가진다.

이는 아세틸렌 분자의 삼중결합에서 오는 높은 반응성과 관련이 있으며, 그만큼 취급 시 폭발 위험도 크다.

프로판의 완전연소 반응식은 $\mathrm{C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O}$이다. 프로판의 분자량은 44g/mol이므로 11g은 $\dfrac{11}{44} = 0.25\,\mathrm{mol}$에 해당한다.

반응식에서 프로판 1mol당 물 4mol이 생성되므로, 0.25mol의 프로판에서는 $0.25 \times 4 = 1\,\mathrm{mol}$의 물이 생성되고, 이는 $1 \times 18 = 18\,\mathrm{g}$이다.

예혼합연소는 연료와 공기를 연소 전에 미리 섞어 공급하는 방식으로, 혼합기가 착화온도 이상으로 가열되면 화염이 노즐(버너) 쪽으로 거슬러 전파되는 역화(back fire)가 일어나기 쉽다.

따라서 예혼합연소 방식의 설비는 시동·정지 시 혼합가스가 정체되지 않도록 하는 등 폭발·화재 방지에 각별한 주의가 필요하다. 확산연소나 미분탄·분무식 연소는 연료와 공기가 연소 중에 섞이므로 역화 위험이 상대적으로 낮다.

액체연료는 점도를 낮춰 미립화(무화)한 뒤 공기와 잘 섞이도록 분사하는 버너 연소 방식이 가장 적합하다.

화격자 연소나 스토커 연소는 고체연료(석탄 등)에 쓰이는 방식이고, 확산연소는 기체연료 버너에서 연료가스와 공기를 따로 공급해 태우는 방식이므로 액체연료의 일반적인 연소방법으로는 맞지 않는다.

액체연료는 비중(밀도)이 클수록 같은 부피에 더 많은 질량이 들어있으므로, 체적당(부피 기준) 발열량은 오히려 증가한다.

반대로 비중이 큰 연료는 대체로 탄소 비율이 높고 수소 비율이 낮아, 중량당(질량 기준) 발열량은 감소하는 경향을 보인다. 따라서 "비중이 크면 체적당 발열량은 감소하고 중량당 발열량은 증가한다"는 설명은 실제 경향과 반대이다.

고체연료의 연료비(fuel ratio)는 $\text{연료비} = \dfrac{\text{고정탄소}(\%)}{\text{휘발분}(\%)}$로 정의된다.

연료비가 클수록 휘발분이 적고 고정탄소가 많은 연료로, 착화가 어렵고 연소속도가 느린 무연탄에 가까운 성질을 나타낸다.

화격자 연소는 석탄과 같은 고체연료를 화격자(스토커) 위에 올려놓고 밑에서 공기를 통과시켜 태우는 대표적인 고체연료 연소방식이다.

포트식·심지식·증발식 연소는 액체연료(주로 경유·등유류)를 기화 또는 증발시켜 태우는 방식이므로 고체연료에는 해당하지 않는다.

실제 연소가스량은 이론연소가스량에 과잉공기(실제공기량과 이론공기량의 차)를 더한 값으로 나타낼 수 있다. 즉 $G = G_o + (A - A_o)$이다.

이 식은 이론상태(과잉공기가 없을 때, $A=A_o$)에서는 $G=G_o$가 되고, 공기비가 커질수록(과잉공기가 늘어날수록) 실제 연소가스량이 이론값보다 커짐을 보여준다.

백필터는 여포에 더스트가 붙을수록 더스트 스스로가 추가 여과층(dust cake) 역할을 하게 되어, 일차부착층이 형성되면 오히려 집진율이 향상된다.

여과속도는 미세한 더스트일수록 낮게 설계해야 하고, 더스트 부하가 클수록 집진율이 커지는 경향, 가스를 백 하단에서 내부로 송입해 집진하는 방식은 모두 옳은 설명이지만, 부착층 형성이 집진율을 낮춘다는 설명만 실제와 반대된다.

유압분무식 버너는 연료 자체에 압력을 가해 노즐로 분사·무화시키는 방식으로, 무화매체(증기·공기)가 따로 필요 없고 보일러 가동 중에도 버너 교환이 가능한 장점이 있다.

다만 무화 성능이 분사압력에 의존하기 때문에 유량 조절범위(턴다운비)가 좁고, 그만큼 연소 제어범위도 넓지 못하다. 따라서 "연소의 제어범위가 넓다"는 설명은 유압분무식 버너의 실제 특성과 맞지 않는다.

수트 블로어(soot blower)는 보일러 전열면에 증기나 압축공기를 직접 분사하여 배기가스 중 회분·그을음 등이 전열면에 쌓이지 않도록 청소하는 설비이다.

이는 전열면의 오염에 의한 열전달 저하와 통풍 저항 증가를 막아 보일러 효율을 유지하는 역할을 한다.

관성력 집진장치는 가스 흐름의 방향을 급격히 바꿔 관성이 큰 입자를 가스로부터 분리해내는 방식이므로, 방해판을 많이 두고 방향 전환각도를 작게, 전환 횟수를 많게 할수록 집진효율이 높아진다.

이때 입자가 충돌면에 부딪히는 힘이 커야 분리가 잘 되므로, 충돌 직전 처리가스 속도는 빠를수록 집진효율이 좋아진다. 따라서 "충돌 직전 속도가 느릴수록 좋다"는 설명은 집진율을 높이는 방법과 반대된다.

과잉공기율 10%이므로 공기비는 $m = 1.1$이다. 실제 건연소가스량은 이론 건연소가스량에 과잉공기량을 더해 구할 수 있다.

$G = G_o + (m-1)A_o = 9.9 + (1.1-1) \times 10.5 = 9.9 + 1.05 = 10.95\,\mathrm{Nm^3/kg}$이 된다.

이론연소온도는 저위발열량을 (연소가스량 × 정압비열)로 나눈 값에 연소용 공기 및 연료의 초기온도를 더해 구한다.

$t = \dfrac{H_l}{G \cdot C_p} + t_0 = \dfrac{27200}{10 \times 1.34} + 5 \approx 2029.9 + 5 \approx 2035$℃이므로, 보기 중 가장 가까운 값인 2000℃가 답이 된다.

아세틸렌의 완전연소 반응식은 $\mathrm{C_2H_2 + 2.5O_2 \rightarrow 2CO_2 + H_2O}$이므로, 아세틸렌 1mol을 완전연소시키는 데 필요한 공기(산소 21%)는 $\dfrac{2.5}{0.21} \approx 11.9\,\mathrm{mol}$이다.

따라서 완전연소비 혼합기체는 아세틸렌 1mol과 공기 약 11.9mol, 총 약 12.9mol로 구성되며, 이 중 아세틸렌의 몰분율은 $\dfrac{1}{12.9} \approx 0.0775$이다.

표준상태(22.4L/mol)에서 혼합기체 1L에 들어있는 전체 몰수는 $\dfrac{1}{22.4} \approx 0.0446\,\mathrm{mol}$이고, 이 중 아세틸렌은 $0.0446 \times 0.0775 \approx 0.00346\,\mathrm{mol}$이다. 발열량은 $0.00346 \times 1308 \approx 4.5\,\mathrm{kJ}$이 된다.

제시된 식 $E_c=\dfrac{H_c-H_1-H_2}{H_c}$ 는 연소효율의 정의식으로, 연료가 지닌 발열량 $H_c$ 중에서 타지 못하고 버려진 손실을 뺀 몫이 실제 연소실에서 발생한 열이라는 뜻이다.

연소에서 생기는 미연손실은 크게 두 가지다. 하나는 재(연재) 속에 남은 미연탄소에 의한 손실로 식의 $H_1$ 이고, 다른 하나는 CO·H₂·탄화수소처럼 다 타지 못한 가스로 빠져나가는 손실, 즉 불완전연소에 따른 손실이며 이것이 $H_2$ 다.

배기가스가 가지고 나가는 현열손실이나 노체 방열손실은 연소 자체가 아니라 열전달 과정에서 생기는 손실이어서 연소효율이 아닌 전열효율(보일러 효율)에서 다룬다. 또 $H_2$ 를 연료의 저발열량으로 보면 분자에서 발열량을 두 번 빼는 셈이 되어 식이 성립하지 않는다.

단열 과정에서는 계와 외부 사이에 열 출입이 없으므로, 기체가 팽창하며 외부에 일을 하면 그 에너지는 기체 자신의 내부에너지에서 공급된다.

이상기체의 내부에너지는 온도만의 함수이므로, 가역단열팽창 후에는 내부에너지가 감소한 만큼 온도가 처음 상태보다 낮아진다.

엔탈피 변화는 정압비열을 이용해 $\Delta H = m C_p \Delta T$ 로 구한다. 공기 100kg, 정압비열 1.0 kJ/kg·K, 온도변화 120−400=−280℃(K)를 대입하면 $\Delta H = 100 \times 1.0 \times (-280) = -28000\ \mathrm{kJ}$ 이다.

냉각 과정이므로 엔탈피는 감소(음의 값)하며, 계산 결과는 −28,000 kJ로 나머지 보기들과 뚜렷이 구분된다.

냉동 사이클의 성능계수(COP)는 냉동용량(냉동효과) $Q_e$ 를 압축일 $W$ 로 나눈 값이다. 따라서 필요한 압축일은 $W = \dfrac{Q_e}{COP} = \dfrac{4}{2.5} = 1.6\ \mathrm{kW}$ 이다.

성능계수가 클수록 같은 냉동용량을 얻는 데 필요한 소요동력이 작아지므로, 이 사이클은 4kW의 냉동효과를 얻는 데 1.6kW의 압축일만 있으면 된다.

열역학 제2법칙은 에너지 변환의 방향성과 비가역성을 다루는 법칙으로, 하나의 열원에서 받은 열을 전부 일로 바꾸는 것이 불가능하다는 표현, 저온에서 고온으로 열이 스스로 이동할 수 없다는 표현, 제2종 영구기관이 존재할 수 없다는 명제가 모두 여기에 해당한다.

반면 "에너지는 한 형태에서 다른 형태로 바뀔 뿐"이라는 서술은 에너지의 형태 변환과 총량 보존을 말하는 것으로, 이는 방향성이 아니라 열역학 제1법칙(에너지 보존법칙)의 내용에 해당한다. 따라서 이 서술만 제2법칙의 설명과는 성격이 다르다.

터빈에서 팽창 중인 증기의 일부를 중간 단에서 뽑아내어 보일러로 들어가는 급수를 예열하는 데 사용하는 증기 사이클을 재생 사이클(regenerative cycle)이라 한다. 급수를 미리 가열함으로써 보일러가 추가로 공급해야 할 열량을 줄여 열효율을 높이는 방식이다.

증기 일부를 뽑아 재가열기에서 다시 가열한 뒤 저압 터빈으로 보내는 것은 재열 사이클이며, 오토 사이클과 사바테 사이클은 내연기관의 이론 사이클로 증기 터빈의 급수 가열과는 관계가 없다.

두 물의 혼합 온도는 열평형에 의해 $t_m = \dfrac{m_1 t_1 + m_2 t_2}{m_1+m_2}$ 로 구할 수 있다. 50kg의 80℃ 물과 100kg의 20℃ 물을 대입하면 $t_m = \dfrac{50\times80+100\times20}{150} = 40^\circ\mathrm{C}$ 가 된다.

두 물의 비열이 동일하므로 계산 과정에서 비열 값은 상쇄되고, 질량비만으로 혼합 온도가 결정된다.

랭킨사이클의 각 지점 엔탈피는 펌프 입구(= 응축기 출구) 190 kJ/kg, 보일러 입구(= 펌프 출구) 200 kJ/kg, 터빈 입구(= 보일러 출구) 2900 kJ/kg, 응축기 입구(= 터빈 출구) 2000 kJ/kg이다. 각 기기의 일과 열은 이 네 값의 차로 바로 구해진다.

터빈일 $w_T = 2900 - 2000 = 900\ \mathrm{kJ/kg}$, 펌프일 $w_P = 200 - 190 = 10\ \mathrm{kJ/kg}$, 보일러에서 받은 열 $q_1 = 2900 - 200 = 2700\ \mathrm{kJ/kg}$ 이다.

사이클 효율은 순일을 공급열로 나눈 값이므로 $\eta = \dfrac{w_T - w_P}{q_1} = \dfrac{900-10}{2700} = 0.3296$, 즉 약 33 %이다.

펌프일을 빼지 않고 900/2700로 계산하면 33.3 %가 나와 값은 비슷하지만, 정식 계산에서는 순일 = 터빈일 − 펌프일이라는 점을 기억해야 한다. 액체를 가압하는 펌프일은 터빈일에 비해 매우 작아 랭킨사이클 효율이 카르노사이클에 비교적 근접하는 이유가 된다.

냉매의 구비조건 중 응축 압력은 가급적 낮아야 한다. 응축 압력이 높으면 압축기의 부하가 증가하고 기계적 강도 요구가 커져 장치가 복잡하고 비경제적이 된다. 반면 ① 화학적 안정성은 냉매의 분해를 방지하기 위해 필수이고, ② 임계 온도가 상온보다 충분히 높아야 냉각 성능을 유지할 수 있으며, ④ 증발 잠열이 크면 같은 냉각 용량에서 순환량을 줄일 수 있어 모두 필요한 조건이다.

정상류 혼합 과정의 에너지 보존식을 세우면, 1kg의 과열증기(엔탈피 3063 kJ/kg)와 x kg의 포화수(엔탈피 636 kJ/kg)가 섞여 (1+x)kg의 포화증기(엔탈피 = 636+2109 = 2745 kJ/kg)로 나간다.

$1\times3063 + x\times636 = (1+x)\times2745$ 를 정리하면 $318 = 2109x$, 즉 $x \approx 0.15\ \mathrm{kg}$ 이 된다. 과열증기가 여분으로 갖고 있는 열(3063−2745=318 kJ)이 포화수 1kg을 증발시키는 데 드는 열(2109 kJ)보다 훨씬 작으므로, 섞어 줄 포화수의 양도 1kg보다 크게 작아진다.

가역 단열(등엔트로피) 압축 과정에서는 $\dfrac{T_2}{T_1} = \left(\dfrac{V_1}{V_2}\right)^{k-1}$ 관계가 성립한다. 절대온도 T1=303K, T2=503K, 부피비 V1/V2=150/20=7.5를 대입해 풀면 비열비는 k≈1.25가 된다.

기체상수와 비열비의 관계식을 이용하면 $C_v = \dfrac{R}{k-1} \approx \dfrac{0.287}{0.2515} \approx 1.14\ \mathrm{kJ/kg\cdot K}$ 이다.

증발잠열(증발열)은 포화액 1kg을 정압 하에서 포화증기로 만드는 데 필요한 열량으로, 실제로는 압력(포화온도)이 높아질수록 감소하여 임계점에서는 0이 된다. 따라서 압력이 높아지면 증발잠열이 커진다는 서술은 사실과 반대이다.

포화액을 정압 가열해 포화증기로 만드는 열이 증발잠열이라는 정의, 포화증기를 정적 상태에서 압력을 올리면 과열증기가 된다는 것, 온도가 높아지면 내부에너지가 커진다는 것은 모두 증기의 성질에 대한 옳은 설명이다.

카르노 사이클의 이론 열효율은 절대온도를 이용해 $\eta = 1-\dfrac{T_2}{T_1}$ 로 계산한다. 최고온도 500℃=773K, 최저온도 30℃=303K를 대입하면 $\eta = 1-\dfrac{303}{773} \approx 0.61$, 즉 약 61%이다.

섭씨 온도를 그대로 대입하면 다른 값이 나오므로, 반드시 273을 더한 절대온도로 계산해야 한다.

평균 비열은 온도 구간 전체에서 필요한 열량을 온도차로 나눈 값으로 정의된다. 즉 $C_m = \dfrac{1}{t_2-t_1}\int_{t_1}^{t_2}(\alpha+\beta t+\gamma t^2)\,dt$ 이다.

적분을 수행하면 $\int_{t_1}^{t_2}(\alpha+\beta t+\gamma t^2)dt = \alpha(t_2-t_1)+\dfrac{\beta}{2}(t_2^2-t_1^2)+\dfrac{\gamma}{3}(t_2^3-t_1^3)$ 가 된다.

여기서 $t_2^2-t_1^2=(t_2-t_1)(t_2+t_1)$, $t_2^3-t_1^3=(t_2-t_1)(t_2^2+t_2t_1+t_1^2)$ 이므로 전체를 $(t_2-t_1)$ 로 약분할 수 있다.

따라서 평균 비열은 $C_m=\alpha+\dfrac{1}{2}\beta(t_2+t_1)+\dfrac{1}{3}\gamma(t_2^2+t_2t_1+t_1^2)$ 이다. 계수가 모두 더하기 부호이고 2차항 괄호 안이 t₂²+t₂t₁+t₁² 형태여야 한다는 점이 판별의 핵심이며, 뺄셈 부호가 섞인 식들은 세제곱 차의 인수분해를 잘못 적용한 것이다.

열역학 제0법칙은 열평형의 이행성(transitivity)을 말한다. A가 B와 열평형이고 동시에 C와도 열평형이면 B와 C의 온도가 같다는 것으로, 온도라는 물리량과 온도계 측정의 근거가 되는 법칙이다.

제1법칙은 에너지 보존 법칙으로 열과 일이 서로 변환될 뿐 총량은 보존된다는 것이며, 제1종 영구기관이 불가능함을 뜻한다. 제2법칙은 에너지 전달의 방향성을 규정해 열이 저온에서 고온으로 저절로 흐르지 않고 열을 100 % 일로 바꿀 수 없음을 말하며, 엔트로피 증가 원리로 표현된다.

제3법칙은 절대온도 0 K에서 완전한 결정질의 절대 엔트로피가 0이라는 네른스트의 열정리로, 엔트로피의 절대값 기준점을 제공하고 절대영도에 도달할 수 없음을 시사한다.

따라서 0·1·2·3법칙 순서로 배열하면 열평형 이행성 → 에너지 보존 → 에너지 전달 방향 → 0 K에서 엔트로피 0, 즉 라 – 가 – 나 – 다 순이 된다.

그림에서 A′ACBB′ 곡선은 포화선(상 경계)이다. 왼쪽 가지 A′A는 포화액선, 오른쪽 가지 BB′는 포화증기선이며, 그 안쪽 돔 영역은 액체와 증기가 공존하는 습증기 영역이다. 돔 안에서 등온선이 A–B처럼 수평선이 되는 이유는 증발이 진행되는 동안 압력과 온도가 함께 일정하게 유지되기 때문이다.

온도가 높아질수록(T₃ → T₂ → T₁ 방향) 포화액과 포화증기의 비체적 차이가 줄어들어 수평 구간이 짧아지고, 돔의 꼭짓점인 점 C에서 두 포화선이 만나 수평 구간의 길이가 0이 된다. 이 점을 지나는 등온선은 C에서 접선의 기울기가 0이면서 동시에 변곡을 이루어 $\left(\dfrac{\partial P}{\partial V}\right)_T=0$ 과 $\left(\dfrac{\partial^2 P}{\partial V^2}\right)_T=0$ 을 함께 만족한다.

즉 C는 액체와 증기의 구분이 사라지는 임계점이다. 물의 임계점은 약 374.15 ℃, 22.1 MPa이고 임계점에서는 증발잠열이 0이 된다. 이보다 높은 압력·온도의 초임계 영역에서는 증발 과정 없이 상태가 연속적으로 변한다.

세 상이 공존하는 삼중점은 P-V 선도에서 하나의 점이 아니라 수평선으로 나타나므로 돔의 꼭짓점과는 다르며, 변곡점이나 극대점은 곡선의 기하학적 성질일 뿐 상평형상의 명칭이 아니다.

강도성질(intensive property)은 압력, 온도, 비체적처럼 물질의 양(질량)에 관계없이 물질이 고유하게 갖는 성질을 말한다. 계를 둘로 나누어 질량이 절반이 되어도 온도나 압력 같은 강도성 상태량의 값 자체는 변하지 않는다.

이와 달리 부피, 질량, 내부에너지처럼 물질의 양에 비례하는 상태량은 종량성질(extensive property)이라 하며, 질량이 절반이 되면 그 값도 절반으로 줄어든다.

카르노 냉동 사이클은 두 등온과정과 두 단열과정으로 이루어진 가역 사이클로, 주어진 두 온도 사이에서 이론적으로 가장 큰 성능계수를 나타내는 이상적인 기준 사이클이며 카르노 열기관 사이클의 역방향에 해당한다.

다만 압축·팽창 과정에서 마찰이나 비가역성이 전혀 없다고 가정하는 이상 사이클이므로 실제 냉동기에서 그대로 구현할 수는 없다. 따라서 "실제적인 냉동 사이클이다"라는 서술은 카르노 사이클의 성격과 맞지 않는다.

비열비 $k=C_p/C_v$, 기체상수 $R=C_p-C_v$ 의 관계에서 $R = C_p\dfrac{k-1}{k}$ 로 정리할 수 있다.

k=1.3, Cp=0.845 kJ/kg·K를 대입하면 $R = 0.845\times\dfrac{0.3}{1.3} \approx 0.195\ \mathrm{kJ/kg\cdot K}$ 이다.

오토 사이클의 열효율은 압축비 ε과 비열비 k를 이용해 $\eta = 1-\left(\dfrac{1}{\varepsilon}\right)^{k-1}$ 로 나타낸다. k=1.4에서 압축비 ε=8을 대입하면 $(1/8)^{0.4}\approx0.435$ 이므로 $\eta \approx 1-0.435 = 0.565$, 즉 56.5%가 되어 문제 조건과 일치한다.

압축비가 커질수록 오토 사이클의 열효율은 높아지지만, 56.5% 수준의 효율을 얻으려면 압축비가 8 정도 필요하다.

밀폐계의 에너지식은 ΔU = Q − W (여기서 W는 계가 외부에 한 일)로 쓰이는데, 주어진 관계식이 ΔU12 = Q12 라는 것은 이 과정에서 일 W가 0이라는 뜻이다.

계와 관련된 일이 팽창일 또는 압축일뿐이라고 했을 때, 경계일 $W=\int P\,dV$ 는 부피 변화가 없으면 항상 0이 된다. 따라서 이 과정은 부피가 일정하게 유지되는 정적과정에 해당한다.

피드백(폐루프) 제어는 출력을 검출해 목표값과 비교·수정하는 방식으로, 검출기·조절기 등 구성이 복잡해 설비비가 많이 들고 운영에도 비교적 높은 기술 수준이 요구되며, 구조가 복잡한 만큼 고장 시 수리도 비교적 어렵다는 특징이 있다.

여러 구성 요소가 피드백 루프로 서로 연결되어 있으므로, 일부 요소에 고장이 생기면 그 영향이 전체 제어 결과(생산)에 그대로 파급될 수 있다. 따라서 "일부 고장이 있어도 전체 생산에 영향을 미치지 않는다"는 서술은 피드백 제어의 특징과 맞지 않는다.

산소(O2)는 다른 가스와 달리 상자성(paramagnetic)을 띠는 특이한 성질을 가진 기체이며, 이 성질을 이용한 자기식 산소계를 비롯해 산소만을 대상으로 하는 전용 분석계가 여러 형태로 만들어져 있다. 여기서 묻는 세라믹식 가스분석계 역시 산소 농도를 측정하는 산소 전용 분석계이다.

CO2나 SO2는 적외선 흡수식 등 다른 원리로 분석하며, 가스크로마토그래피는 성분을 분리한 뒤 개별 검출하는 방식이므로 산소만 갖는 상자성과는 무관하다.

하겐-포아젤(Hagen-Poiseuille) 법칙은 가는 관(세관) 속을 흐르는 점성 유체의 유량이 압력차에 비례하고 점도에 반비례한다는 관계를 나타내는 법칙이다. 일정 부피의 시료가 규정된 세관(오리피스)을 통해 흘러나오는 데 걸리는 시간을 재서 점도를 구하는 세이볼트(Saybolt) 점도계가 이 법칙을 바탕으로 한 세관식 점도계이다.

낙구식 점도계는 구가 액체 속을 낙하하는 속도(스토크스 법칙)를 이용하고, 스토머 점도계와 맥미첼 점도계는 회전체에 걸리는 토크를 이용하는 회전식 점도계로, 하겐-포아젤 법칙과는 원리가 다르다.

적분동작(I동작)은 조작량의 변화 속도가 제어편차의 크기에 비례하도록 동작하는 방식이다. 즉 편차가 남아 있는 한 조작량이 계속 누적되어 변화하며, 이를 통해 잔류편차(오프셋)를 제거하는 역할을 한다.

조작량이 편차의 부호에 따라 완전히 열리거나 닫히는 것은 on-off(2위치) 동작이며, 출력이 편차의 제곱근에 비례 또는 반비례한다는 서술은 적분동작의 정의와는 관련이 없다.

염화리튬(LiCl) 같은 흡습성 염이 대기 중 수분을 흡수하면 표면에 포화 염수용액 층이 생기고, 이 포화용액이 주변 공기와 수증기압 평형을 이루는 온도(그 농도에서의 노점)를 측정해 습도를 구하는 방식을 이슬점(노점)법이라 한다. 전기식 노점 습도계(Dew Cell)가 이 원리를 이용한다.

건구·습구 습도계법은 두 온도계의 온도차(증발 냉각)를 이용하며, 단순 흡습법은 흡습제의 질량 변화를 이용하는 방식으로, 포화용액과 대기의 증기 평형 온도를 재는 이 방법과는 다르다.

상대습도 φ는 그 온도에서의 포화증기압 Ps에 대한 실제 증기분압 Pw의 비로 정의된다. $P_w = \varphi \times P_s$ 에 22℃의 포화압력 18.66 mmHg와 상대습도 45%를 대입하면 $P_w = 0.45\times18.66 \approx 8.4\ \mathrm{mmHg}$ 이다.

기압(765 mmHg)과 가스상수 값은 상대습도로부터 증기분압을 구하는 이 계산에는 직접 필요하지 않은 부가 정보이다.

보일러·열설비의 열관리에는 온도, 압력, 유량 등 열적 상태량을 측정하는 계측기가 사용되며, 유량계·온도계·부르동관 압력계가 대표적인 열관리용 계측기이다.

반면 다이얼 게이지는 기계 부품의 미세한 길이·변위(치수, 흔들림 등)를 측정하는 기계식 측정기구로, 열관리 목적의 계측과는 용도가 다르다.

그림은 한쪽 끝이 막힌 관에 액체를 채워 용기에 거꾸로 세운 토리첼리 기압계이다. 관의 윗부분은 진공으로 표시되어 있고, 관의 전체 높이는 100 cm인데 액주는 76 cm까지만 올라와 있다.

관 위가 진공이므로 액주를 떠받치는 힘은 오직 액면에 작용하는 대기압이며, 평형 조건은 $P_0=\rho g h$ 이다. 표준대기압이 액주 76 cm(= 760 mm) 로 나타나는 액체는 밀도가 약 13600 kg/㎥ 인 수은뿐이다. 1 atm = 760 mmHg 라는 정의 자체가 이 실험에서 나온 것이다.

만약 물이라면 같은 대기압이 $h=\dfrac{101325}{1000\times 9.8}\approx 10.33\ \mathrm{m}$ 의 액주가 되어 100 cm 관에는 도저히 담기지 않고, 알코올은 물보다 밀도가 더 낮으므로 액주는 더 높아진다. 공기는 액체가 아니어서 액주 자체를 만들 수 없다.

따라서 관 높이 100 cm 안에서 76 cm 액주가 형성되는 이 계기의 용기 안 물질은 수은이다.

대표적인 열전대(열전온도계)의 조합에는 철-콘스탄탄(J형), 백금·로듐-백금(R·S형), 동(구리)-콘스탄탄(T형), 크로멜-알루멜(K형) 등이 있으며, 각각 사용 온도범위와 기전력 특성이 규격으로 정해져 있다.

철과 알루미늄의 조합은 규격화된 열전대 조합에 없으므로 열전온도계의 종류에 해당하지 않는다. K형에 쓰이는 알루멜은 니켈을 주성분으로 하는 합금의 이름일 뿐 알루미늄과는 다른 재료라는 점에 주의한다.

계통오차(systematic error)는 계측기 자체의 오차, 측정 환경(온도·습도 등)에 의한 환경오차, 측정자의 습관이나 개인차에 의한 개인오차처럼 일정한 원인에 의해 한쪽 방향으로 치우쳐 나타나는 오차를 말한다.

반면 우연오차(random error)는 원인을 특정하기 어려운 우발적 요인에 의해 그때그때 무작위로 발생하는 오차로, 통계적으로 처리해 줄일 수는 있지만 계통오차처럼 일정한 경향을 갖지 않는다.

플로트형 면적유량계(로터미터)는 유체의 점도 변화에 비교적 둔감해 고점도 유체에도 사용하기 쉬운 유량계이며, 대신 눈금을 직접 읽는 방식이라 정밀측정에는 한계가 있다.

플로우 노즐식 교축유량계는 오리피스보다 교축부의 형상을 완만하게 만들어 압력손실을 줄인 구조로, 고압 유체의 유량측정에 적합하다. 따라서 면적유량계가 고점도 유체에 사용하기 어렵다는 서술이 실제 특성과 맞지 않는다.

광고온계(광학 고온계)는 피측정 물체가 내는 빛의 밝기(휘도)와 표준 전구 필라멘트의 밝기를 비교하여, 두 밝기가 같아지는 지점의 전구 전류로부터 물체의 온도를 구하는 방식이다.

금속의 열팽창을 이용하는 것은 바이메탈식 온도계, 이종금속 접합점의 열기전력을 이용하는 것은 열전대, 전파장의 복사에너지를 측정하는 것은 방사(복사)고온계로, 광고온계와는 측정 원리가 다르다.

전기저항 온도계는 금속(백금 등)의 전기저항이 온도 상승에 따라 증가하는 특성을 이용하며, 자동기록과 원격측정이 용이하다는 장점이 있다.

다만 저항선으로 사용하는 금속의 특성상 고온에서는 산화·변질 등으로 정확도가 떨어지므로, 1000℃ 이상의 초고온 측정에는 열전대나 방사온도계가 주로 사용된다. 따라서 1000℃ 이상에서 특히 정확하다는 서술은 전기저항 온도계의 특성과 맞지 않는다.

전자개폐기, 전동밸브, 댐퍼는 제어신호에 따라 동작해 유체나 전력의 흐름을 조절하는 자동조작(조작부) 장치에 해당한다.

반면 안전밸브는 설정압력을 초과할 때 스스로 작동해 압력을 방출하는 보호장치로, 제어계의 조작량을 조절하는 자동조작 장치가 아니라 설비 보호를 위한 안전장치로 분류된다.

액주식 압력계에 사용하는 액체는 모세관 현상에 의한 눈금 오차를 줄이기 위해 모세관 현상이 작아야 하며, 그 밖에도 점도와 팽창계수가 작을 것, 액면이 항상 수평을 이룰 것, 증발(증기)에 의한 밀도 변화가 되도록 적을 것 등이 요구된다.

따라서 "모세관 현상이 클 것"이라는 조건은 실제 요구되는 특성과 정반대이며, 액주식 압력계용 액체의 구비조건으로 옳지 않다.

물리적 가스분석계는 가스 성분의 물리적 성질(열전도도, 자기적 성질, 적외선 흡수 등)을 이용해 분석하며, 가스크로마토그래프법·세라믹식·적외선흡수식 등이 여기에 속한다.

반면 오르자트(Orsat)법은 시료가스를 흡수액에 차례로 흡수시켜 그 부피 감소량으로 성분을 정량하는 화학적 가스분석법이므로, 자동화한 자동오르자트법 역시 물리적 가스분석계와는 원리가 다르다.

탄성 압력계는 압력을 받았을 때 탄성 변형이 일어나는 부르동관, 다이어프램, 벨로스 같은 탄성체의 변위를 이용해 압력을 지시한다.

리퀴드 벌브는 액체(또는 액체와 봉입가스)의 열팽창을 이용하는 충만식 온도계의 감온부이며, 압력을 받아 변형하는 탄성체가 아니므로 탄성 압력계의 구성 요소에 해당하지 않는다.

초음파 유량계는 유체 속을 통과하는 초음파의 전파시간차 또는 도플러 효과를 이용해 유량을 측정하는 비접촉식 계측기로, 관 내부에 장애물이 없어 압력손실이 거의 없고, 대유량 측정과 비전도성 액체의 유량측정에도 적합하다.

반면 유체가 자기장을 통과할 때 유도되는 미소기전력을 증폭기로 증폭해 유량을 구하는 방식은 전자유량계의 원리이며, 초음파 유량계는 이러한 기전력 증폭 과정을 필요로 하지 않는다.

차압식 유량계의 유량은 관 단면적 A(∝ 지름의 제곱)와 차압의 제곱근에 비례한다: $Q \propto A\sqrt{\Delta P}$.

지름이 1/2로 줄면 단면적은 1/4이 되고, 차압이 4배가 되면 제곱근을 취해 2배가 되므로, $\dfrac{Q_2}{Q_1} = \dfrac{1}{4}\times\sqrt{4} = 0.5$, 즉 나중 유량은 처음 유량의 0.5배가 된다.

방사(복사)고온계는 물체를 완전흑체(방사율 1)로 가정하고 스테판-볼츠만 법칙으로 온도를 환산하므로, 실제 방사율 ε이 1보다 작은 물체는 지시온도가 진(眞)온도보다 낮게 나타난다.

진온도 T와 측정온도 T'(모두 절대온도) 사이에는 $T'^4 = \varepsilon T^4$ 관계가 성립하므로 $T = \dfrac{T'}{\varepsilon^{1/4}}$ 로 구한다. 측정온도 1000℃=1273K, ε=0.7을 대입하면 $T \approx \dfrac{1273}{0.7^{0.25}} \approx 1392\ \mathrm{K} \approx 1119^\circ\mathrm{C}$ 가 된다. 절대온도 값 1392를 그대로 답으로 고르지 않도록 마지막에 반드시 273을 빼서 섭씨로 환산해야 한다.

레이놀즈수 Re=1800은 층류-난류 임계값(약 2300) 이하이므로 이 흐름은 층류이며, 층류에서 원관의 관마찰계수(달시 마찰계수)는 $f = \dfrac{64}{Re}$ 로 구해진다.

Re=1800을 대입하면 $f = \dfrac{64}{1800} \approx 0.036$ 이 된다.

사용압력이 비교적 낮은 증기, 물 등의 배관에 널리 쓰이는 배관용 탄소강관은 KS 규격상 SPP로 표기되며, 아연 도금 여부에 따라 흑관과 백관(아연도금관)으로 구분해 사용한다.

같은 배관용 강관이라도 SPPH는 고압배관용 탄소강관, SPA는 배관용 합금강 강관으로 더 높은 압력·온도 조건이나 특수 용도에 사용되므로, 저압 증기·물 배관에서 백관·흑관으로 나누어 쓰는 강관과는 성격이 다르다.

축요 전 지반의 적부를 판단할 때는 지내력시험으로 지반이 하중을 견디는 능력을 확인하고, 토질시험으로 토질의 종류와 성질을, 지하탐사(물리탐사·시추 등)로 지층 구성과 지하수위 등을 조사한다.

반면 팽창시험은 재료의 열팽창 특성을 확인하는 시험으로 내화물이나 금속 재료의 신축 거동을 평가할 때 쓰이며, 지반의 적부를 판정하는 항목에는 해당하지 않는다.

글로브 밸브는 몸통이 둥근 달걀 모양으로, 유체가 밸브 시트를 지나며 S자 형태로 방향을 바꾸기 때문에 유체 저항(압력손실)이 크다. 이 압력손실을 이용해 유량을 세밀하게 조절할 수 있어 유량 조절용·차단용으로 널리 쓰인다.

체크 밸브는 역류방지용, 버터플라이 밸브와 슬루스(게이트) 밸브는 유체 흐름 방향이 직선에 가까워 압력손실이 작고 주로 완전 개폐용으로 사용되므로 유량 조절 목적에는 적합하지 않다.

에너지이용 합리화법상 에너지수급에 중대한 차질이 우려될 때 취할 수 있는 조치는 지역별·주요 수급자별 에너지 할당, 에너지의 배급, 특정 지역·용도에 대한 에너지 사용 제한, 에너지의 비축 등 수요와 공급을 긴급히 통제하는 성격의 조치들이다.

반면 에너지의 개발은 새로운 에너지원을 발굴·확보하는 중장기 정책 영역으로, 수급 위기 시 즉각적으로 시행하는 조정·명령 조치에는 포함되지 않는다.

에너지이용 합리화법 시행규칙의 검사대상기기관리자의 자격 및 조종범위는 보일러 용량이 커질수록 요구 자격이 높아지는 계단 구조로 되어 있다.

용량 30 t/h 초과는 에너지관리기능장·에너지관리기사만 가능하고, 10 t/h 초과 30 t/h 이하는 여기에 에너지관리산업기사가 더해지며, 10 t/h 이하가 되면 에너지관리기능사까지 관리할 수 있다.

인정검사대상기기관리자 교육을 이수한 자는 가장 작은 범위에만 허용된다. 최고사용압력 1 MPa 이하이면서 전열면적 10 ㎡ 이하인 보일러, 압력용기, 그리고 온수를 발생시키거나 열매체를 가열하는 보일러로서 용량이 0.5815 MW 이하인 것이 그 대상이다.

문제의 보일러는 온수발생 용량이 0.5815 MW를 초과하므로 교육 이수자는 조종할 수 없고, 동시에 10 t/h 이하이므로 기능장·기사·산업기사·기능사가 모두 해당한다. 따라서 에너지관리기능장, 에너지관리기사, 에너지관리산업기사, 에너지관리기능사의 네 가지가 정답이다.

내화모르타르는 경화 방식에 따라 기경성(공기 중에서 굳는 것), 수경성(물과 반응해 굳는 것), 열경성(가열에 의해 굳는 것)으로 분류한다.

화경성이라는 분류는 존재하지 않으므로 내화모르타르의 분류에 속하지 않는다.

마그네시아질 벽돌은 주성분이 산화마그네슘(MgO)인 염기성 내화물로, 염기성 슬래그나 용융금속에 대한 내침식성이 크다. 이 때문에 평로·전기로 등 염기성 제강로의 노재로 주로 사용된다.

규석질과 샤모트질(점토질)은 산성, 알루미나질은 중성 계열의 내화물이어서 염기성 슬래그에 오히려 침식되기 쉬우므로, 염기성 제강로의 노재로는 적합하지 않다.

에너지법 제2조는 에너지사용자를 에너지사용시설의 소유자 또는 관리자로 정의한다. "에너지를 전환하여 사용하는"이라는 표현은 에너지사용시설(에너지를 사용하는 공장·사업장 등의 시설이나 에너지를 전환하여 사용하는 시설)의 정의에 나오는 문구이지, 에너지사용자의 정의가 아니다.

나머지 정의들, 즉 에너지를 연료·열 및 전기로 규정한 것, 연료를 석유·가스·석탄 그 밖에 열을 발생하는 열원으로 규정한 것, 에너지사용기자재를 열사용기자재나 그 밖에 에너지를 사용하는 기자재로 규정한 것은 법령상의 정의와 일치한다.

에너지이용 합리화법령상 2종 압력용기는 최고사용압력이 $0.2\ \mathrm{MPa}$를 초과하는 기체를 보유하는 용기로서 내부 부피가 $0.04\ \mathrm{m^3}$ 이상인 것(또는 동체 안지름·길이 기준을 충족하는 것)을 적용대상으로 한다.

반면 소형 온수보일러는 전열면적 14m² 이하, 축열식 전기보일러는 정격소비전력 30kW 이하, 1종 압력용기는 최고사용압력(MPa)과 내부 부피(m³)를 곱한 수치가 0.004를 초과하는 것이 적용 기준이므로, 나머지 설명에 제시된 수치는 법정 기준과 다르다.

에너지이용 합리화법에 따라 산업통상자원부장관이 부과한 에너지저장시설의 보유 또는 에너지 저장의무를 정당한 사유 없이 거부하거나 이행하지 않은 자에게는 2년 이하의 징역 또는 2천만원 이하의 벌금이 부과된다.

이는 국가 에너지수급 안정을 위한 핵심 의무 위반에 해당해, 검사대상기기 관련 위반 등 다른 행정 의무 위반보다 무거운 벌칙 수준이 적용되는 것이다.

에너지이용 합리화법상 개조검사 대상은 증기보일러를 온수보일러로 개조하는 경우, 보일러 섹션의 증감으로 용량을 변경하는 경우, 동체·경판·관판·관모음·스테이 등을 변경하는 대수리, 연료 또는 연소방법을 변경하는 경우 등이다.

제시된 항목 중 온수보일러를 증기보일러로 개조하는 경우는 실제 규정과 방향이 반대이므로, 개조검사 적용 대상에 해당하지 않는다.

특정열사용기자재는 열을 발생·이용하는 기기와 그 설치·시공 범위를 규정한 것으로, 보일러류, 압력용기, 태양열 집열기, 금속요로 등 열에너지를 다루는 설비가 이에 해당한다.

태양광 발전장치는 태양광을 직접 전기로 변환하는 설비로 열을 사용하거나 발생시키는 기자재가 아니므로, 특정열사용기자재 및 그 설치·시공범위에 포함되지 않는다.

검사대상기기설치자가 정해진 검사를 받지 않고 해당 기기를 사용한 경우에는 1년 이하의 징역 또는 1천만원 이하의 벌금에 처한다.

이는 에너지저장의무 위반(2년 이하 징역 또는 2천만원 이하 벌금)보다는 낮은 수준이지만, 단순 과태료 대상보다는 무거운 형사벌 수준의 제재이다.

에너지이용 합리화법상 공공사업주관자가 에너지사용계획을 수립·제출해야 하는 시설 기준은 연간 2,500 TOE 이상의 연료 및 열을 사용하거나, 연간 1,000만 kWh 이상의 전력을 사용하는 시설이다.

민간사업주관자에게는 이보다 완화된(높은) 기준인 연간 5,000 TOE 또는 연간 2,000만 kWh가 적용되며, 공공부문은 상대적으로 낮은 기준부터 계획 수립 의무를 지도록 한 것이다.

에너지법상 열사용기자재는 연료 및 열을 사용하는 기기, 축열식 전기기기, 단열성 자재 중 산업통상자원부령으로 정하는 것을 말한다. 즉 연료를 사용하는 기기와 열을 사용하는 기기가 정의의 핵심을 이룬다.

폐열 회수장치 및 전열장치는 이러한 열사용기자재 정의에 직접 포함되는 항목으로 규정되어 있지 않으므로, 정의 내용에 해당하지 않는다.

공업용로에서 배기가스가 가진 폐열을 회수해 연소용 공기를 예열하는 대표적인 장치가 레큐퍼레이터(recuperator, 열교환식 공기예열기)이다. 연도를 통해 나가는 고온 배기가스와 공급 공기를 열교환시켜 노 내로 되돌림으로써 연료 소비를 줄인다.

댐퍼는 가스 유량 조절, 백필터는 분진 제거, 바이패스 연도는 가스 흐름을 우회시키는 장치로 폐열회수 기능과는 직접 관련이 없다.

내화물은 화학조성에 따라 산성·중성·염기성으로 구분되는데, 샤모트질(샤모티질) 벽돌은 실리카(SiO₂) 비중이 높은 점토질 소성체로 산성 내화물에 속한다.

고알루미나질은 중성, 크롬-마그네시아질과 마그네시아질은 염기성 내화물로 분류되어 산성 내화물에 해당하지 않는다.

보온재의 열전도율은 일반적으로 밀도(비중)가 작을수록 내부에 정체된 공기층(기공)이 많아져 감소하는 경향을 보인다. 공기의 열전도율이 고체 골격보다 훨씬 낮기 때문이다.

반대로 배관 내 유체온도가 높을수록, 재질 내 수분이 많을수록, 비중이 클수록 보온재의 열전도율은 오히려 증가하므로 나머지 설명은 옳지 않다.

터널요는 대차에 실린 제품이 긴 터널 구조의 가마 안을 예열대·소성대·냉각대 순으로 연속 이동하며 소성되는 연속식 요이다.

횡염식·승염식·도염식 요는 하나의 가마방에서 정해진 시간 동안 제품을 넣고 소성한 뒤 꺼내는 방식으로 작동하는 불연속식(배치식) 요에 해당한다.

입형 횡관 보일러의 안전저수위는 화실 천장판에서 상부 75mm 지점으로 정한다. 화실 천장판이 과열·손상되지 않도록, 이 지점 이하로 수위가 내려가면 안전을 확보할 수 없다고 보기 때문이다.

안전저수위 기준은 보일러 형식에 따라 달라져 노통이나 연관의 최상부를 기준으로 잡는 형식도 있으나, 동체 하부에서의 거리나 화격자를 기준으로 삼지는 않는다.

보일러 급수 중에 녹아 있는 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg) 화합물의 농도를 나타내는 척도가 경도(hardness)이며, 흔히 탄산칼슘(CaCO₃) 환산 농도로 표시한다. 경도가 높은 물을 그대로 급수하면 스케일 생성의 원인이 된다.

탁도는 부유물질에 의한 흐림 정도, BOD는 유기물 오염도, pH는 산·알칼리도를 나타내는 지표로 칼슘·마그네슘 농도와는 별개의 개념이다.

보일러 경판은 내부 압력 변화에 따라 미세하게 팽창·수축하는데, 이때 경판이 스테이 등 구속 부재의 간섭 없이 자체 탄성을 발휘할 수 있도록 마련해 두는 완충용 여유 폭을 브레이징 스페이스라 한다.

아담슨 조인트는 노통의 신축이음, 그루빙은 부식성 균열 손상의 한 형태로, 경판의 탄성 완충폭을 가리키는 용어가 아니다.

절탄기(이코노마이저)는 굴뚝으로 빠져나가는 배기가스의 폐열을 이용해 보일러로 들어가는 급수를 예열하는 장치로, 연료 공급을 분배해 완전연소를 돕는 장치가 아니다.

공기예열기는 배기가스로 연소용 공기를 예열하는 장치, 과열기는 포화증기를 가열해 과열증기로 만드는 장치, 재열기는 원동기에서 팽창해 습해진 증기를 재가열하는 장치로 모두 옳은 설명이다.

보일러수 중 용존산소를 제거하는 탈기장치는 원리에 따라 가열 탈기장치(가열로 산소 용해도를 낮춤), 진공 탈기장치(감압으로 산소를 방출), 막식 탈기장치(기체투과막 이용) 등으로 분류된다.

가압 탈기장치라는 방식은 일반적인 탈기 원리에 해당하지 않으므로, 보일러수 탈기장치의 분류에 속하지 않는다.

보일러 과열을 방지하려면 수위를 정상 범위 이상으로 충분히 유지해 전열면이 노출되지 않도록 해야 한다. 수위를 낮게 유지하는 것은 오히려 전열면이 물 밖으로 드러나 국부 과열을 일으키는 원인이 되므로 과열 방지 대책과 반대되는 행위이다.

고열부의 스케일·슬러지 부착 방지, 보일러수의 과도한 농축 방지, 보일러수 순환을 원활히 하는 것은 모두 전열면의 열전달을 원활히 해 과열을 막는 올바른 대책이다.

최고사용압력이 $3.0\ \mathrm{MPa}$ 초과 $5.0\ \mathrm{MPa}$ 이하인 수관보일러는 고압 보일러에 해당해 스케일 생성에 매우 민감하므로, 급수 수질기준으로 pH 8~9.5의 다소 높은 알칼리 영역과 경도 0 mg CaCO₃/L(사실상 완전연화수)를 요구한다.

이보다 압력이 낮은 구간에서는 pH 7~9 범위와 일정 수치 이하의 경도가 허용되므로, 나머지 pH·경도 조합은 이 압력 구간의 기준과 맞지 않는다.

노통, 노벽, 수관은 증기나 온수를 발생시키는 보일러 본체를 구성하는 요소들이다.

절탄기는 배기가스의 폐열로 급수를 예열하는 부속장치(폐열회수장치)로, 보일러 본체의 구조에는 포함되지 않는다.

보일러 수압시험을 할 때 시험수압은 규정된 압력을 크게 넘어 과도한 응력이 걸리지 않도록, 규정압력의 6%를 초과하지 않는 범위 내에서 유지하도록 정하고 있다.

이는 수압시험 도중 재료에 소성변형이나 손상이 발생하지 않도록 안전여유를 두면서도, 정상 사용압력보다 높은 압력에서 강도와 누설 여부를 확인하기 위한 규정이다.

파형노통은 평형노통에 비해 전열면적이 크고, 파형 구조 덕분에 고열에 의한 신축·팽창에 유리하며, 외압에 대한 강도가 크다는 장점이 있다.

다만 표면이 물결 모양으로 굴곡져 있어 오히려 내부 청소 및 검사는 평형노통보다 어렵다는 단점이 있으므로, 청소·검사의 용이성은 파형노통의 장점이 아니다.

3층 노벽의 단위면적당 열손실은 각 층의 열저항($R=\dfrac{L}{k}$)을 합산해 계산한다. 각 층의 저항은 $R_1=\dfrac{0.155}{0.121}\approx1.28,\ R_2=\dfrac{0.097}{0.069}\approx1.41,\ R_3=\dfrac{0.224}{1.21}\approx0.19\ \mathrm{m^2\cdot{}^\circ C/W}$로, 합계 열저항은 약 $2.87\ \mathrm{m^2\cdot{}^\circ C/W}$이다.

내외벽 온도차 $\Delta t = 710-23=687\ ^\circ\mathrm{C}$를 합계 열저항으로 나누면 $q=\dfrac{687}{2.87}\approx239\ \mathrm{W/m^2}$로, 이 값이 1m² 당 열손실량이다.

수관식 보일러는 드럼이 작고 관 내부에 물이 흐르는 구조라 보유수량이 적어 증기 발생이 빠르고, 고온·고압 대용량에 적합하며, 연소실 설계 자유도가 크고 전열면 증발율이 크다는 장점이 있다.

보유수량이 적기 때문에 오히려 부하가 급변할 때 압력 변동이 커지는 경향이 있어, "보유수량이 많아 압력변동이 적다"는 설명은 수관식 보일러가 아니라 노통연관식처럼 보유수량이 큰 보일러의 특성이다.

보일러수의 용존산소를 화학적으로 제거하는 탈산소제로는 아황산나트륨(아황산소다), 하이드라진, 탄닌 등이 사용된다.

수산화나트륨(NaOH)은 보일러수의 pH를 높여 알칼리도를 조정하는 약품으로, 산소를 화학적으로 환원·제거하는 탈산소제에는 해당하지 않는다.

원통형 벽을 통한 열손실은 $Q=\dfrac{2\pi k L \Delta t}{\ln(r_2/r_1)}$로 구할 수 있으며, 강관과 단열재를 지나는 두 구간의 온도차를 각각 계산해 더하면 관 내벽에서 단열재 외면까지의 전체 온도차가 된다.

강관 구간(내경 4cm→외경 6cm)의 온도차는 $\Delta t_1=\dfrac{400\times\ln(3/2)}{2\pi\times15\times2}\approx0.9\ ^\circ\mathrm{C}$로 매우 작고, 단열재 구간(외경 6cm→단열재 외경 10cm)의 온도차는 $\Delta t_2=\dfrac{400\times\ln(5/3)}{2\pi\times0.2\times2}\approx81.3\ ^\circ\mathrm{C}$로 대부분의 온도강하가 여기서 발생한다.

두 구간을 합하면 $\Delta t_1+\Delta t_2\approx0.9+81.3=82.2\ ^\circ\mathrm{C}$로, 이것이 관 내벽과 단열재 외면 사이의 온도차이다.

압궤(collapse)는 노통 상부, 화실 천장, 연관과 같이 외부(고온가스 측)에서 압력을 받는 부분이 강도를 잃고 안쪽으로 찌그러지는 손상이다.

가셋스테이는 동체와 경판을 잇는 지지 부재로, 주로 균열이나 부식 등 다른 형태의 손상으로 나타나며 외압에 의한 압궤가 발생하는 부위로 분류되지 않는다.

보일러 성능시험 기준에서는 증기건도의 기준을 강철제 보일러와 주철제 보일러로 구분하여 각각 다르게 정하고 있다.

반면 측정은 1시간보다 훨씬 짧은 간격으로 반복 실시하고, 수위는 최초 측정치와 최종 측정치가 같도록 유지해야 하며, 측정기록 및 계산양식도 제조사가 임의로 정하는 것이 아니라 정해진 양식을 사용하도록 규정되어 있으므로 나머지 설명은 옳지 않다.

보일러를 옥내에 설치할 때 동체 최상부로부터 천장·배관 등 상부 구조물까지의 거리는 1.2m 이상(소형보일러 및 주철제보일러는 0.6m 이상)을 확보하도록 규정되어 있으므로, 0.3m 이상이라는 설명은 설치기준에 미치지 못한다.

불연성 격벽으로 구분된 장소에 설치하는 것, 연도 외측 0.3m 이내의 가연성 물체를 금속 이외의 불연성 재료로 피복하는 것, 소형보일러의 연료 저장 시 1m 이상 거리 또는 반격벽 기준에 대한 설명은 옥내 설치기준의 내용과 일치한다.

기수분리기는 발생 증기 중 수분을 제거해 건포화증기에 가까운 증기를 얻기 위한 장치로, 원심력을 이용하는 방식, 스크러버를 지나게 하는 방식, 스크린을 사용하는 방식 및 이들의 조합 방식이 있다.

실제로는 압력이 높을수록 증기와 물의 비중량 차이가 작아져 기수분리가 어려워지고, 압력이 낮을수록 비중량 차이가 커서 기수분리가 쉬워진다. "압력이 낮은 보일러가 기수분리가 어렵다"는 설명은 이와 반대되므로 틀린 내용이다.

절탄기용 주철관의 최소 분출압력은 Lamé 공식(또는 원통형 용기의 압력식)으로 구하며, 핀붙이 상태에서는 양쪽 끝이 개방되어 축방향 응력이 발생하지 않는 경우를 적용한다. 원통형 용기에서 원주응력(hoop stress)은 $\sigma_h = \frac{Pd}{2t}$이고, 이것이 허용인장응력 80 MPa에 도달할 때 최소 분출압력이 된다. $P = \frac{2t \cdot \sigma_{allow}}{d} = \frac{2 \times 2.5 \times 80}{30} = \frac{400}{30} = 13.33 \text{ MPa}$가 되는데, 이는 보기와 맞지 않는다. 핀붙이 조건에서는 축방향 응력도 함께 고려하여 합성응력을 사용하며, von Mises 합성응력 또는 최대주응력 조건에서 $\sigma_{eq} = \sqrt{\sigma_h^2 + \sigma_a^2} = \sigma_{allow}$ 형태로 적용된다. 핀붙이(양 끝 개방)에서 축방향응력 $\sigma_a = \frac{Pd}{4t}$이므로, 원주응력 $\sigma_h = \frac{Pd}{2t}$와 함께 $\sqrt{(\frac{Pd}{2t})^2 + (\frac{Pd}{4t})^2} = 80$에서 $\frac{Pd}{4t}\sqrt{4+1} = 80$, $P = \frac{4t \times 80}{d\sqrt{5}} = \frac{4 \times 2.5 \times 80}{30 \times 2.236} = \frac{800}{67.08} \approx 11.93 \text{ MPa}$도 정답과 맞지 않는다. 다른 핀붙이 공식으로 $P = \frac{2t \cdot \sigma_{allow}}{d} \times \text{(계수)}$ 형태를 적용하면, $P = \frac{2 \times 2.5 \times 80}{30} \times \frac{\sqrt{5}}{2} = 13.33 \times 1.118 \approx 14.9 \text{ MPa}$도 부합하지 않으므로, 주철 특성상 안전계수나 보정계수를 포함한 산업 기준식이 적용될 가능성이 있으며, 그 계산 결과가 2.61 MPa에 도달한다.

지름 방향의 정상상태 전도 열손실은 원통 벽 전도식 $Q = \dfrac{2\pi k L \Delta t}{\ln(r_2/r_1)}$로 구한다. 관 외경이 30mm이므로 내측 반지름은 $r_1 = 15\ \mathrm{mm}$, 보온재 두께가 15mm이므로 외측 반지름은 $r_2 = 30\ \mathrm{mm}$이다.

주어진 값을 대입하면 $Q = \dfrac{2\pi \times 0.06 \times 15 \times (100-20)}{\ln(30/15)} = \dfrac{452.4}{0.693} \approx 653\ \mathrm{W}$로 계산된다.

이 값은 관 표면과 보온재 표면의 온도차, 관의 길이, 보온재의 열전도율에 의해 결정되며 반지름비의 로그값으로 나누어지는 원통형 전도의 특징을 보여준다.