가스 조성은 CO 8%, CO₂ 1%, H₂ 50%, CH₄ 37%, N₂ 4%이다. 가연분은 CO·H₂·CH₄뿐이므로 이론산소량은

$O_0 = 0.5(\mathrm{CO})+0.5(\mathrm{H_2})+2(\mathrm{CH_4}) = 0.5(0.08)+0.5(0.50)+2(0.37)=1.03$

$A_0 = \dfrac{1.03}{0.21} = 4.905\ \mathrm{Nm^3/Nm^3}$

이론습연소가스량은 공기에서 온 질소 + 연료 중 질소 + 가스 중 CO₂(연료에 들어 있던 몫 포함) + 생성 H₂O의 합이다. 공기 질소 0.79×4.905 = 3.875, 연료 질소 0.04, CO₂ = 0.01(연료 중) + 0.08(CO 연소) + 0.37(CH₄ 연소) = 0.46, H₂O = 0.50 + 2×0.37 = 1.24 이므로

$G_{0w} = 3.875+0.04+0.46+1.24 \approx 5.61\ \mathrm{Nm^3/Nm^3}$

수증기 1.24를 뺀 이론건연소가스량은 약 4.37 이므로, 습(wet)과 건(dry)을 혼동하면 답이 달라진다는 점에 주의한다. 특히 CH₄는 산소를 2배 쓰고 물을 2배 만들기 때문에 메탄 함량이 습가스량을 크게 좌우한다.

스테빌라이저(보염기)는 버너에서 나오는 화염이 노 내 공급공기의 흐름에 의해 꺼지거나 흔들리지 않도록 붙잡아 안정시키는 장치이다. 공기에 회전을 주어 화염을 유지하는 선회기 방식과, 판 형태의 저항체로 화염을 붙드는 보염판 방식으로 크게 나뉜다.

윈드박스는 연소용 공기를 버너로 고르게 공급하는 통로, 버너타일은 노벽 개구부를 형성하는 내화물, 콤버스터는 화염을 노 중심으로 유도하는 구조물로 각각 역할이 다르다.

보일러 효율은 $\eta=\dfrac{G_a(h_2-h_1)}{B\times H}\times 100$(Ga: 증발량, h2-h1: 증기-급수 엔탈피차, B: 연료 사용량, H: 연료 발열량)로 구한다.

주어진 값 중 6,040 kcal/kg이 석탄의 발열량이고 1,784는 시간당 석탄 사용량(kg/h)이다. 시간당 증기발생량 13,200 kg, 증기 엔탈피 742 kcal/kg, 급수 엔탈피 23 kcal/kg과 함께 대입하면 $\eta=\dfrac{13200\times(742-23)}{1784\times 6040}\times100\approx 88\%$가 된다.

유압분무식 버너는 기름 자체에 압력을 가해 노즐로 분사·무화시키는 방식으로, 구조가 간단해 유지·보수가 쉽고 대용량 버너 제작에도 적합하다는 장점이 있다.

하지만 유량이 압력과 직결되어 있어 부하가 변하면 무화 상태와 분무각이 함께 나빠지기 때문에, 오히려 분무 유량조절 범위가 좁은 것이 대표적인 단점이다. 따라서 '분무 유량조절의 범위가 넓다'는 설명은 사실과 반대이다. 기름의 점도가 높을수록 무화가 나빠진다는 설명은 옳다.

기체연료는 연소용 공기와의 혼합이 쉬워 적은 과잉공기로도 완전연소가 가능하고, 연소조절이 정밀하며, 회분이나 매연 발생이 없어 청결하다는 것이 장점이다.

반면 기체 상태의 특성상 부피가 크고 압축·저장을 위한 고압용기나 배관망 같은 별도 설비가 필요해, 액체·고체연료에 비해 운반과 저장은 오히려 불리하다. 따라서 기체연료의 장점이 아닌 것은 운반과 저장의 용이성이다.

CO=0%인 완전연소 조건에서 (CO2)max는 $(\mathrm{CO_2})_{max}=\dfrac{21\times \mathrm{CO_2}}{21-\mathrm{O_2}}$로 구한다.

주어진 값을 대입하면 $(\mathrm{CO_2})_{max}=\dfrac{21\times10.6}{21-4.4}=\dfrac{222.6}{16.6}\approx13.4\%$이다.

사이클론, 백필터(여과집진), 멀티클론은 물을 사용하지 않고 관성력·원심력·여과작용만으로 분진을 포집하는 건식 집진장치이다.

반면 사이클론 스크러버는 명칭처럼 세정수를 분사해 분진을 액적에 흡착시켜 제거하는 습식 집진장치이므로 건식집진장치로 분류되지 않는다.

중유연소에서 화염이 불안정해지는 대표적 원인은 유압의 변동, 연소용 공기의 과다 공급, 수분이나 협잡물에 의한 분무의 단속(끊김)이다. 이들은 무화 상태나 착화·화염 유지 조건을 흐트러뜨린다.

반대로 노내 온도가 높은 것은 오히려 착화와 연소를 촉진해 화염을 안정시키는 방향으로 작용하므로, 화염 불안정의 원인으로 볼 수 없다.

중유는 점도에 따라 A급(경질)·B급·C급(중질, 벙커C유)으로 구분되며, 점도가 낮은 A중유는 수분 함유량도 적어 별도 예열 없이도 사용이 가능해 소형 디젤기관이나 소형 보일러에 주로 쓰인다.

반대로 점도가 매우 높은 C중유는 예열 설비를 갖춘 대형 보일러나 대형 디젤기관 등 대용량 설비에 주로 사용되므로, 'C중유가 소형 디젤기관 및 소형보일러에 사용된다'는 설명은 틀렸다.

완전연소 반응식 $\mathrm{CH_4}+2\mathrm{O_2}\rightarrow \mathrm{CO_2}+2\mathrm{H_2O}$에서 이론산소량은 CH4 1kmol당 2kmol이므로, 이론공기량은 $A_o=\dfrac{2}{0.21}\approx9.52\,\mathrm{kg\text{-}mol}$이다.

배기가스 중 CO가 존재하는 경우의 공기비는 질소 수지를 이용한 $m=\dfrac{\mathrm{N_2}}{\mathrm{N_2}-3.76(\mathrm{O_2}-0.5\,\mathrm{CO})}$로 구할 수 있으며, 주어진 조성을 대입하면 $m=\dfrac{86.36}{86.36-3.76\times(5.02-0.205)}\approx1.27$이다.

따라서 실제 공기량은 $A=m\times A_o\approx1.27\times9.52\approx12.1\,\mathrm{kg\text{-}mol}$로, CH4 1kg-mol당 약 12.1kg-mol의 건조공기가 필요하다.

여과집진장치의 여과재는 사용 조건에 맞춰 내열성·내산성·내알칼리성을 고려해 선정하는데, 이 중 비닐론은 산성 분위기와 알칼리성 분위기 모두에서 비교적 안정적으로 견디는 특성을 가져 내산성과 내알칼리성이 함께 요구되는 조건에 적합한 재질로 꼽힌다.

반면 테트론(폴리에스테르)이나 글라스(유리섬유)는 내열성·내산성은 우수한 편이지만 내알칼리성이 상대적으로 떨어지고, 사란은 내열온도가 낮아 사용 조건이 제한된다. 따라서 내산성과 내알칼리성을 함께 갖춘 여과재로는 비닐론이 꼽힌다.

이론공기량은 실제 연소에 사용되는 공기량이 아니라, 단위량의 연료를 과부족 없이 완전히 연소시키는 데 이론적으로 필요한 최소한의 공기량을 말한다.

실제 연소에서는 불완전연소를 막기 위해 이보다 많은 양의 공기(실제공기량)를 공급하며, 이론공기량 대비 실제공기량의 비를 공기비라 한다.

링겔만 농도표는 흰 바탕에 검은 격자선을 굵기를 달리해 인쇄한 표준 도표로, 굴뚝에서 배출되는 매연의 짙기를 일정한 거리에서 육안으로 비교해 0~5도의 등급으로 판정하는 매연농도 측정 도구이다.

보염장치는 화염을 안정시키는 장치, 레드우드 점도계는 액체연료의 점도를 재는 계기, 사이클론 장치는 집진 설비로 매연 짙기 측정과는 목적이 다르다.

예혼합 연소방식은 연소 전에 가스와 공기를 미리 섞어 공급하는 내부 혼합형으로, 화염 내에서 별도로 공기를 끌어들이며 타는 확산연소에 비해 불꽃 길이가 짧고 연소가 빠르다.

다만 가스와 공기가 이미 혼합된 상태로 노즐 앞까지 와 있기 때문에, 유속이 화염전파속도보다 낮아지는 순간 불꽃이 노즐 안쪽으로 역행하는 역화(back fire) 위험이 오히려 크다는 것이 예혼합연소의 대표적 단점이다. 따라서 '역화 위험이 없다'는 설명은 틀렸다.

배기가스 중 CO가 없는(완전연소) 경우 공기비는 질소 수지를 이용한 $m=\dfrac{\mathrm{N_2}}{\mathrm{N_2}-3.76\times\mathrm{O_2}}$로 구할 수 있다.

주어진 값을 대입하면 $m=\dfrac{82.4}{82.4-3.76\times6.0}=\dfrac{82.4}{59.84}\approx1.38$로 계산된다.

고체연료의 연료비는 연료 중 고정탄소분과 휘발분의 비, 즉 고정탄소/휘발분으로 정의한다.

연료비가 클수록 휘발분이 적고 착화가 어려운 대신 발열량이 높은 무연탄에 가까운 성질을, 연료비가 작을수록 휘발분이 많아 착화가 쉬운 갈탄·역청탄 계열의 성질을 나타낸다.

탄소의 완전연소 반응 $\mathrm{C}+\mathrm{O_2}\rightarrow \mathrm{CO_2}$에서 탄소 12kg당 산소 22.4Nm³이 필요하므로, 탄소 1kg당 이론산소량은 $O_o=\dfrac{22.4}{12}\approx1.867\,\mathrm{Nm^3/kg}$이다.

이론공기량은 $A_o=\dfrac{O_o}{0.21}=\dfrac{1.867}{0.21}\approx8.89\,\mathrm{Nm^3/kg}$로 계산된다.

평형통풍은 압입송풍기(강제통풍)와 유인송풍기(흡입통풍)를 함께 사용하는 방식으로, 노 내 압력을 임의로 조절할 수 있어 연소상태를 안정적으로 유지할 수 있고, 통풍력이 큰 만큼 소음도 비교적 큰 편이다.

이러한 장점 때문에 오히려 대용량 보일러를 포함한 중형 이상의 보일러에 널리 채택되는 방식이므로, '중형 이상의 보일러에는 사용할 수 없다'는 설명은 사실과 반대이다.

분젠버너는 가스가 노즐을 빠져나오면서 주위 공기를 끌어들여 미리 섞인 뒤 연소하는 방식으로, 유속이 느릴 때는 흐름이 층류를 이루어 화염이 길게 뻗는다.

가스유속을 높이면 흐름이 난류로 바뀌면서 가스와 공기의 혼합이 촉진되어 연소반응이 짧은 거리 안에서 빠르게 완료되기 때문에, 유속이 빨라질수록 불꽃의 길이는 오히려 짧아진다.

연도 출구에 설치하는 댐퍼는 통풍력을 조절하고, 필요할 때 배기가스의 흐름을 차단하며, 주연도와 부연도가 있는 경우 가스가 흐르는 경로를 전환하는 등 통풍(가스 흐름) 자체를 제어하는 것이 주된 목적이다.

연소용 공기의 과잉률(과잉공기) 조절은 버너 쪽 공기댐퍼나 송풍기 풍량 조절로 이루어지는 별개의 기능이므로, 연도 댐퍼를 부착하는 주된 이유로 보기 어렵다.

등온과정에서 이상기체의 엔트로피 변화는 $\Delta S=nR\ln\dfrac{V_2}{V_1}$로 구한다.

1몰, R=8.314 J/(mol·K), 부피가 23L에서 45L로 팽창했으므로 $\Delta S=1\times8.314\times\ln\dfrac{45}{23}\approx5.58\,\mathrm{J/K}$이며, 부피가 늘어나는 팽창이므로 엔트로피는 증가한다.

발전기에 공급되는 연료의 에너지율은 $25\,\mathrm{kg/h}\times42000\,\mathrm{kJ/kg}=1{,}050{,}000\,\mathrm{kJ/h}\approx291.7\,\mathrm{kW}$이다.

전환효율은 $\eta=\dfrac{100\,\mathrm{kW}}{291.7\,\mathrm{kW}}\times100\approx34\%$로 계산된다.

정압 비열은 $C_p=\dfrac{kR}{k-1}=\dfrac{1.289\times0.189}{1.289-1}\approx0.843\,\mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$이다.

정압과정의 엔트로피 변화는 $\Delta S=mC_p\ln\dfrac{T_2}{T_1}=15\times0.843\times\ln\dfrac{500}{300}\approx6.46\,\mathrm{kJ/K}$로 계산된다.

밀폐 용기(부피 일정)에서 이상기체 상태식 $PV=mRT$를 이용하면, 나중과 처음 질량의 비는 $\dfrac{m_2}{m_1}=\dfrac{P_2/T_2}{P_1/T_1}$로 구할 수 있다.

대입하면 $m_2=49\times\dfrac{415/300}{850/325}\approx25.9\,\mathrm{kg}$가 남은 기체 질량이며, 누출된 기체량은 $49-25.9\approx23.1\,\mathrm{kg}$이다.

노점온도(이슬점온도)는 공기와 수증기의 혼합물을 냉각시켜 갈 때, 그 안에 들어있는 수증기의 분압에 해당하는 포화온도, 즉 수증기가 응축(이슬 맺힘)을 시작하는 온도를 말한다.

혼합물을 가열해 수증기가 완전히 없어지는 온도나, 단순히 수증기의 과열상태 온도를 가리키는 것이 아니라는 점에서 나머지 설명과 구분된다.

증발온도가 같을 때 증기압축 냉동사이클의 성능계수(COP)는 응축온도가 낮을수록 커진다.

응축온도가 낮으면 압축기가 감당해야 하는 압력비(고압과 저압의 비)가 작아져 압축일이 줄어드는 반면, 팽창 전 액체의 엔탈피가 낮아져 냉동효과는 오히려 커지기 때문이다. 따라서 제시된 응축온도 중 가장 낮은 15℃일 때 성능계수가 가장 크다.

몰리에 선도(Mollier chart)는 엔탈피(H)와 엔트로피(S)를 두 축으로 하여 상태변화를 나타내는 선도이다. 증기의 단열(등엔트로피) 팽창·압축 과정을 그래프 위에서 수직선으로 표현할 수 있어 터빈이나 노즐의 열역학적 해석에 널리 쓰인다.

압력-체적(P-V), 온도-엔트로피(T-S), 엔탈피-압력(H-P) 선도는 각각 다른 상태량 조합으로 그린 별개의 선도이며, 증기원동소 해석에서 몰리에 선도라고 하면 엔탈피-엔트로피 선도를 가리킨다.

습공기에서 건조공기의 분압은 전체 대기압에서 수증기 분압을 뺀 값이므로 $758.7 - 9.5 = 749.2\,\mathrm{mmHg}$이다.

이상기체의 밀도는 압력에 비례하고 절대온도에 반비례하므로, 0℃(273K), 760mmHg 기준밀도 1.293kg/m³에 압력비와 온도비를 곱해 보정한다.

$\rho = 1.293 \times \dfrac{749.2}{760} \times \dfrac{273}{273+15} \approx 1.21\,\mathrm{kg/m^3}$로 계산되어 이 값이 건조공기의 밀도가 된다.

다단 왕복압축기에서 압축일을 최소로 하는 중간압력은 각 단의 압축비(압력비)를 동일하게 하는 조건에서 얻어진다.

2단압축이므로 흡입압력과 토출압력의 기하평균으로 중간압력을 구하면 $P_m = \sqrt{P_1 \times P_2} = \sqrt{1 \times 9} = 3\,\mathrm{atm}$이다.

이때 1단과 2단의 압축비가 각각 3으로 동일해져 전체 압축에 필요한 일이 최소가 된다.

물은 4℃ 부근에서 밀도가 최대가 되며, 비체적(밀도의 역수)은 반대로 최소가 된다. 따라서 4℃ 부근에서 비체적이 최대라는 서술은 실제 물성과 반대이다.

물이 얼어 고체(얼음)가 되면 부피가 팽창하여 밀도가 감소하는 것은 사실이며, 임계온도 이상에서는 액상과 기상의 구분이 사라져 하나의 초임계 상태로 존재하는 것도 맞는 설명이다.

액체 상태에서 상변화 없이 온도만 상승시킬 때 공급되는 열을 현열이라 부르는 것도 올바른 정의이다.

0℃ 물을 100℃까지 데우는 데 필요한 현열은 $Q_1 = m c_p \Delta T = 3 \times 4.18 \times 100 = 1254\,\mathrm{kJ}$이다.

100℃ 물을 100℃ 수증기로 만드는 데 필요한 증발잠열은 $Q_2 = m \times r = 3 \times 2250 = 6750\,\mathrm{kJ}$이다.

두 값을 더하면 100℃ 수증기와 0℃ 물 사이의 엔탈피 차이는 $1254 + 6750 = 8004 \approx 8005\,\mathrm{kJ}$이 된다.

터빈을 흐르는 증기의 일부를 중간에서 추기(抽氣)하여 보일러로 들어가는 급수를 예열하는 방식의 증기 사이클을 재생 사이클이라 한다. 급수 온도를 높여 보일러에서 필요한 가열량을 줄임으로써 열효율을 향상시키는 것이 목적이다.

재열 사이클은 팽창 도중의 증기를 다시 보일러(재열기)로 보내 재가열한 뒤 저압 터빈으로 보내는 방식으로 재생 사이클과는 구분되며, 사바테 사이클과 오토 사이클은 내연기관의 이론 사이클로 증기 사이클과는 무관하다.

물의 임계점은 약 374℃, 22MPa 부근으로 알려져 있으며, 이 압력을 넘으면 액상과 기상의 구분이 사라지는 초임계 상태가 된다. 보기 중 이 값에 가장 가까운 것은 22MPa이다.

1.03kPa과 100kPa은 대기압 수준의 매우 낮은 압력이고, 63MPa은 물의 임계압력보다 훨씬 높은 값이어서 임계압력과는 거리가 멀다.

두 온도 사이에서 작동하는 냉동기가 낼 수 있는 최대 성능계수는 카르노 냉동사이클의 성능계수로 주어지며, 반드시 절대온도(K)로 환산하여 계산해야 한다.

$COP_{max} = \dfrac{T_L}{T_H - T_L} = \dfrac{30+273}{(100+273)-(30+273)} = \dfrac{303}{70} \approx 4.33$

정압과정에서는 $V \propto T$이므로 체적이 절반이 되면 절대온도도 절반이 된다. 초기온도 $T_1 = 200+273 = 473\,\mathrm{K}$이므로 나중온도는 $T_2 \approx 236.5\,\mathrm{K}$이다.

정압비열은 $c_p = \dfrac{k}{k-1}R = \dfrac{1.4}{0.4} \times 0.297 \approx 1.04\,\mathrm{kJ/kg\cdot K}$이며, 방출열량은 $Q = m c_p (T_2-T_1) = 5 \times 1.04 \times (236.5-473) \approx -1230\,\mathrm{kJ}$로, 냉각되며 열을 방출한다.

선도를 따라가면 1→2는 곡선을 타고 압력이 오르는 단열압축, 2→3은 압력이 일정한 수평 구간의 정압가열(연소), 3→4는 곡선을 따라 팽창하는 단열팽창, 4→1은 체적이 그대로인 수직 구간의 정적방열이다. 정압가열 뒤 정적방열로 닫히는 이 형태가 디젤 사이클의 P–V 선도다.

단절비(cut-off ratio, σ)는 정압으로 열을 받는 동안 체적이 늘어난 비, 즉 연소 종료점의 체적 ÷ 연소 시작점의 체적으로 정의된다. 이 선도에서 정압가열 구간은 2에서 3까지이므로 $\sigma=\dfrac{V_3}{V_2}$ 이다.

구분해 둘 것은 압축비 $\varepsilon=\dfrac{V_1}{V_2}$(흡입 최대체적÷압축 후 체적)이고, 4에서 1로 내려오는 구간은 체적이 변하지 않으므로 비를 정의할 대상이 아니다. 디젤 사이클 효율 $\eta=1-\dfrac{1}{\varepsilon^{k-1}}\cdot\dfrac{\sigma^{k}-1}{k(\sigma-1)}$ 에서 보듯 단절비가 커질수록(연소기간이 길수록) 효율은 떨어진다.

0℃의 물 1톤(1,000kg)을 24시간 동안 0℃의 얼음으로 만드는 데 필요한 냉동능력을 1냉동톤(RT)이라 정의한다. 물의 응고(융해)잠열을 기준으로 정한 냉동능력의 단위이다.

냉동효과는 냉매 1kg이 증발하면서 흡수하는 열량(kJ/kg)을, 냉동마력은 동력을 기준으로 표시한 냉동능력을 뜻하는 별개의 용어로, 물 1톤을 24시간 기준으로 정의한 이 단위와는 구분된다.

그림은 포화곡선(돔)이 그려진 T–S 선도이며, A→B에서 온도가 살짝 오르는 급수펌프의 단열압축, B→C에서 포화수까지의 가열, C→D의 수평 구간에서 일정 온도로 진행되는 증발, D→E에서 포화증기선을 넘어서는 과열, E→F의 수직 강하로 나타나는 터빈 단열팽창, F→A의 아래쪽 수평 구간인 복수기 정압방열로 한 바퀴가 닫힌다.

이렇게 정압가열 → 단열팽창 → 정압방열 → 단열압축의 네 과정으로 구성되고, 작동유체가 물과 증기로 상변화하며 포화곡선을 드나드는 것이 증기원동소의 기본 사이클인 랭킨 사이클의 특징이다. 그림은 여기에 과열기를 둔 과열증기 랭킨 사이클에 해당한다.

디젤 사이클(정압가열+정적방열)과 오토 사이클(정적가열+정적방열)은 작동유체가 기체뿐이라 T–S 선도에 포화곡선이 나타나지 않고, 냉동 사이클은 일을 넣어 저온부에서 열을 뽑는 반시계 방향 사이클이라 진행 방향 자체가 반대다.

습증기의 비체적은 포화수와 건포화증기의 비체적을 건도 x로 가중평균한 값이다.

$V_x = V' + x\,(V''-V')$

이를 x에 대해 풀면 $x=\dfrac{V_x-V'}{V''-V'}$ 가 된다. 즉 분자는 (습증기 비체적 − 포화수 비체적), 분모는 (건포화증기 비체적 − 포화수 비체적)이다.

검산하면 포화수 상태(V_x=V′)에서 x=0, 건포화증기 상태(V_x=V″)에서 x=1 로 0~1 범위가 정확히 나온다. 분자와 분모가 뒤바뀐 형태나 분자에 V″−V′가 오는 형태는 x가 1을 넘거나 음수가 되어 건도의 정의와 어긋난다. 같은 꼴이 엔탈피·엔트로피에도 그대로 적용되어 h_x = h′ + x(h″−h′) 로 쓴다.

노즐에서의 단열팽창은 엔탈피 감소분이 운동에너지로 전환되는 과정이며, 유입속도를 무시하면 유출속도는 $V_2 = \sqrt{2(h_1-h_2)}$로 구할 수 있다. 단, 엔탈피의 단위를 J/kg로 맞춰야 한다.

$V_2 = \sqrt{2 \times (326-322) \times 1000} = \sqrt{8000} \approx 89.4\,\mathrm{m/s}$

비례동작(P동작)만 사용하는 연속동작 제어는 제어량이 목표값과 정확히 일치하지 못하고 잔류편차(off-set)가 남는 것이 특징이다. 비례이득을 아무리 크게 해도 오프셋을 완전히 없앨 수는 없다.

온-오프 동작은 연속동작이 아닌 단속(불연속) 동작이며, 비례적분동작(PI)이나 비례적분미분동작(PID)은 적분요소가 추가되어 정상상태에서 편차를 0으로 수렴시킬 수 있어 잔류편차 문제가 해결된다.

연소열식은 가연성 가스를 연소시켜 발생하는 반응열이나 온도 변화를 측정하는 방식으로, 화학반응(연소)을 이용하는 화학적 가스분석법에 해당한다.

적외선 흡수식, 열전도율식, 자기식(O₂의 상자성을 이용)은 모두 가스 고유의 물리적 성질(광 흡수, 열전도도, 자화율)을 이용해 성분을 분석하는 물리적 가스분석법이다.

세라믹식(지르코니아식) 산소계는 고온에서 산소이온을 선택적으로 투과시키는 지르코니아 고체전해질을 이용해, 측정가스와 기준가스의 산소 분압차에 비례하는 기전력을 발생시켜 산소농도를 계측한다.

자기식 O₂계는 산소의 상자성을, 밀도식은 가스 밀도차를, 연소식은 가연성분과 산소의 반응(연소)을 이용하는 방식으로, 기전력을 이용한 전기화학적 측정과는 원리가 다르다.

스트레인게이지식 압력계는 압력에 의한 변형(스트레인)이 저항체에 가해질 때 저항이 변화하는 압전 저항효과를 이용하여 압력을 전기신호로 변환한다.

액주형과 아네로이드 압력계는 각각 액주의 높이차, 탄성 금속판의 변위를 기계적으로 이용하는 방식이며, 박막식 압력계도 다이어프램의 변형을 이용하는 별도 방식이다.

부자식(플로트형) 면적유량계는 테이퍼관 속을 유량에 따라 부자가 상하로 움직이며 유량을 지시하는 방식으로, 구조상 부자의 자중을 이용하므로 수직배관에서만 정확하게 사용할 수 있다.

압력손실이 비교적 작고 소~중유량 측정에 주로 쓰이는 반면 정밀측정용으로는 적합하지 않다. 따라서 대유량 측정에 적합하다는 설명은 이 계기의 일반적 특성과 맞지 않는다.

개방형 마노미터로 측정한 150mmH₂O는 대기압을 기준으로 한 게이지압이다. 절대압력은 여기에 대기압을 더해 구한다.

표준대기압을 기준(약 10332 kg/m²)으로 하면, 절대압력은 $10332 + 150 \approx 10480\,\mathrm{kg/m^2}$이 된다.

전기저항 온도계(측온저항체)는 온도 상승에 따라 금속의 전기저항이 증가하는 성질을 이용하며, 자동기록과 원격측정에 유리하다는 것은 맞는 설명이다.

다만 전기저항 온도계는 금속선의 특성상 주로 저온~중온 영역에서 정확도가 높고, 700℃ 이상의 고온에서는 오히려 열전대 등을 사용하는 것이 일반적이다. 따라서 700℃ 이상 고온측정에서 특히 정확하다는 설명은 옳지 않다.

바이메탈 온도계는 열팽창계수가 서로 다른 두 금속판을 맞붙여 만든 것으로, 온도가 변하면 두 금속의 열팽창계수 차이 때문에 팽창량이 달라져 판이 휘어지는 원리를 이용해 온도를 지시한다.

아스만(Asman) 습도계는 통풍장치(팬)로 건구·습구 온도계에 일정한 속도로 공기를 통과시켜 측정오차를 줄인 통풍형 건습구 습도계의 일종으로, 휴대가 가능하고 상온에서 비교적 정도가 높다.

간이 건습구 습도계는 통풍장치가 없어 정도가 상대적으로 낮고, 저항 습도계와 냉각식 노점계는 건습구 방식이 아닌 별도의 원리(전기저항 변화, 이슬점 냉각)를 이용하는 습도계이다.

밀폐된 관(감온부)에 수은 같은 액체나 기체·증기를 봉입하고, 온도 변화에 따른 체적 팽창이 만들어 내는 관 내부의 압력 변화를 부르동관 등으로 읽어 온도를 지시하는 온도계를 압력식 온도계라 한다. 봉입 물질에 따라 액체압력식, 기체압력식, 증기압식으로 나뉜다.

반면 부자식은 액면에 띄운 부자(플로트)의 부력과 위치 변화를 이용해 액면의 높이를 측정하는 액면계 방식이므로, 봉입물질의 압력 변화를 온도로 환산하는 압력식 온도계 계열과는 가장 거리가 멀다.

치환법은 다이얼게이지처럼 정확한 기준(표준량)과 측정하려는 대상을 서로 바꿔가며 비교 측정함으로써, 측정기 자체가 가진 고유의 오차(계기오차)를 상쇄·제거하는 측정법이다.

편위법은 측정량을 지침의 편위(눈금)로 직접 읽는 방식, 영위법은 기준량과 측정량을 평형시켜 눈금이 0이 되는 지점을 찾는 방식, 보상법은 미지량을 기준량으로 보상하여 측정하는 방식으로 각각 치환법과는 원리가 다르다.

백금-백금·로듐(R형) 열전대는 순도 높은 백금계 금속을 사용해 정도가 높고 내열성이 강하여 고온 측정에 널리 쓰이지만, 백금이 환원성 분위기나 금속증기에 노출되면 오염되어 특성이 쉽게 열화되는 약점이 있다.

구리-콘스탄탄, 철-콘스탄탄은 비교적 저온용 열전대이고, 크로멜-알루멜은 산화성 분위기에서 널리 쓰이는 중고온용 열전대로, 백금계만큼 정도가 높지는 않다.

제어 대상의 난이도(외란, 시간지연 등)가 큰 경우에는 비례(P), 적분(I), 미분(D) 동작을 모두 결합한 PID동작을 사용하는 것이 가장 적합하다. 비례동작으로 신속한 응답을, 적분동작으로 잔류편차 제거를, 미분동작으로 응답 지연 보상을 함께 얻을 수 있기 때문이다.

헌팅은 제어량이 목표값 부근에서 진동이 계속되는 불안정 현상을 가리키는 말이지 제어동작의 한 종류가 아니며, PD동작은 잔류편차를 없애지 못하고, 적분·미분만 결합한 동작은 비례동작이 빠져 응답이 느려진다. 따라서 난이도가 큰 제어계에는 PID동작이 가장 널리 쓰인다.

그림은 왼쪽 끝 A에서 서로 다른 두 소선이 한 점에 접합되고, A~B 구간은 열전대 소선, B~C 구간은 파선으로 그린 보상도선, C~D 구간은 실선의 일반 구리 도선, 그리고 D가 오른쪽 사각형(지시계) 단자에 물리는 결선을 나타낸다.

열전대는 두 접점의 온도차로 열기전력을 만든다. 측정 대상에 넣어 두 소선이 접합된 A가 측온접점(열접점)이고, 기준온도를 유지해야 하는 반대쪽 접점이 냉접점(기준접점)이다. 냉접점은 열전대(또는 이를 연장한 보상도선)와 구리 도선이 만나는 지점에 형성되므로, 파선이 실선으로 바뀌는 C가 냉접점이다.

B는 열전대 소선과 보상도선의 접속점으로, 보상도선은 열전대와 열기전력 특성이 거의 같아 냉접점을 계기 쪽까지 연장해 줄 뿐 그 자체가 기준접점이 되지는 않는다. D는 지시계 단자에 지나지 않는다. 냉접점 온도가 흔들리면 지시값이 그대로 틀어지므로 실제로는 이 지점을 0℃ 항온조에 넣거나 냉접점 보상회로로 온도를 잡아 준다.

자동제어계의 안정성은 목표값에 대해 응답이 얼마나 벗어났다가 다시 수렴하는지로 평가하며, 대표적인 척도가 목표값을 초과해서 나타나는 최대 편차인 오버슈트이다. 오버슈트가 클수록 시스템이 불안정한 경향을 보인다.

감쇠는 진동이 줄어드는 정도를, 정상편차는 정상상태에서 남는 오차를, 지연시간은 응답 속도를 나타내는 지표로, 안정성 자체를 직접 나타내는 척도로는 오버슈트가 대표적으로 쓰인다.

액주식 압력계는 U자관, 단관식, 링밸런스식처럼 액체 기둥의 높이차를 이용해 압력을 측정하는 방식이다.

격막식(다이어프램) 압력계는 탄성체(격막)의 변형을 이용하는 탄성식 압력계에 속하므로 액주식으로 분류되지 않는다.

열전대 재료는 미소한 온도차에도 충분히 큰 열기전력을 내면서, 온도 상승에 따라 열기전력이 직선적(연속적)으로 증가해야 정확한 온도 환산이 가능하다.

따라서 열기전력이 적고 온도상승에 따라 연속적으로 상승하지 않는 것이 바람직하다는 설명은 실제 요구조건과 반대이며, 나머지 이력현상·내열성·내식성·재현성·가공성에 관한 조건은 열전대 재료가 갖춰야 할 올바른 요건이다.

정밀도(정밀성)는 같은 조건에서 반복 측정했을 때 측정값들이 서로 얼마나 가깝게 모이는지(흩어짐이 작은 정도)를 나타내는 개념이다. 따라서 흩어짐이 큰 측정을 정밀하다고 하는 것은 정의와 반대되는 설명이다.

오차가 적은 계량기를 정확도가 높다고 하는 것, 계기 고유의 오차를 기차라 하는 것, 눈금을 비스듬히 볼 때 생기는 오차를 시차라 하는 것은 모두 올바른 설명이다.

피토관은 전압과 정압의 차, 즉 동압을 측정한다. 베르누이 식에서 압력차 ΔP(kg/m²)와 유체의 비중량 r(kg/m³)로부터 유속은

$v=\sqrt{\dfrac{2g\,\Delta P}{r}}\ \mathrm{(m/s)}$

유량은 여기에 측정관의 단면적 A를 곱한 값이므로, A와 피토관계수를 상수 k로 묶으면

$W=k\sqrt{\dfrac{2g\,\Delta P}{r}}\ \mathrm{(m^3/s)}$

가 된다. 근호 안에서 비중량 r은 반드시 분모에 와야 하며(같은 동압이면 무거운 유체일수록 유속이 느리다), 2g는 분자에 있어야 근호 안이 (m/s)²의 차원이 된다. r을 곱한 형태나 2g를 분모에 둔 형태는 차원부터 성립하지 않는다. 또한 유량이 ΔP의 제곱근에 비례하므로, 유량을 2배로 하려면 차압은 4배가 필요하다.

에너지이용합리화법령상 에너지다소비사업자는 전년도의 에너지 사용량·제품 생산량, 에너지사용기자재의 현황 등을 매년 1월 31일까지 관할 시·도지사에게 신고하여야 한다.

SPP(배관용 탄소강관)는 사용압력이 비교적 낮은 증기·물·기름·가스 등을 수송하는 배관에 사용되며, 표면처리에 따라 백관(아연도금)과 흑관(무도금)으로 구분된다.

SPPH는 고압배관용, SPHT는 고온배관용, SPA는 배관용 합금강관으로 각각 SPP보다 높은 압력이나 온도 조건에서 사용하는 강관이다.

제겔콘(SK)은 일정 온도에서 연화·굴복하는 표준 삼각추로 내화도를 표시하는 지표이며, 내화물은 통상 SK 26(약 1,580℃) 이상의 내화도를 갖는 재료로 정의한다.

그런데 표준 제겔콘 번호 계열은 20번 다음이 곧바로 26번으로 건너뛰어 22번이라는 번호 자체가 없고, 1,530℃급 내화도에 해당하는 것은 SK 20이다. 따라서 제겔콘 22번의 내화도가 1,530℃라는 서술은 옳지 않다.

샤모트질 벽돌을 카올린을 1차 소성·탈수 후 분쇄한 것으로 설명한 것, 중성질 내화물로 고알루미나질·탄소질·탄화규소질·크롬질을 든 것, 용융내화물을 원료를 용융시킨 뒤 주조한 내화물로 설명한 것은 모두 옳다.

내화물의 스폴링(박락)은 원인에 따라 급격한 온도변화로 인한 열적 스폴링, 외력이나 충격에 의한 기계적 스폴링, 슬래그 등과의 반응으로 조직이 변질되어 일어나는 조직적(구조적) 스폴링의 세 가지로 분류하는 것이 일반적이다.

화학적 반응 자체는 조직적 스폴링을 일으키는 원인 중 하나로 다뤄질 뿐, '화학적 스폴링'이라는 별도의 분류 명칭으로는 통상 쓰이지 않는다.

물로 반죽해서 바르는 보온재는 한 번에 두껍게 바르면 건조 과정에서 수축·균열이 생기고 자중으로 탈락하기 쉽다. 그래서 1차 시공은 25mm 안팎으로 얇게 바르고 충분히 건조시킨 뒤 여러 번 나누어 덧발라 소요 두께를 확보한다. 1차 시공 두께로 50mm가 적당하다는 서술은 이 원칙과 맞지 않는다.

판상 보온재를 붙일 때 두께가 75mm를 넘으면 층을 나누어 시공하는 것, 보온재 선정 시 열전도성과 내열성을 함께 검토하는 것은 모두 올바른 시공 원칙이다.

에너지이용합리화법상 산업통상자원부장관이 에너지저장의무를 부과할 수 있는 대상은 전기사업법에 따른 전기사업자, 도시가스사업법에 따른 도시가스사업자, 석탄산업법에 따른 석탄가공업자, 집단에너지사업법에 따른 집단에너지사업자, 그리고 연간 2만 석유환산톤 이상의 에너지를 사용하는 자로 한정되어 열거되어 있다.

석유를 소비자에게 유통·판매하는 석유판매업자는 이 열거 대상에 들어 있지 않으므로, 에너지저장의무를 부과할 수 있는 자와 가장 거리가 멀다.

배소(roasting)는 광석을 용융되지 않는 온도로 가열하여 화학적 성질을 변화시키는 예비처리 공정으로, 화합수와 탄산염의 분해를 촉진하고 황·인 등의 유해성분을 휘발·산화시켜 제거하며, 산화도를 조절해 후속 제련(환원·용융) 공정을 쉽게 만드는 것을 목적으로 한다.

이 과정에서 광석 입자는 다공질화되는 등 오히려 물리적 성질이 적극적으로 변화하도록 유도되므로, 물리적 변화를 방지하는 것은 배소의 목적이 될 수 없다.

효율관리기자재의 제조업자 또는 수입업자는 효율관리시험기관으로부터 측정결과를 통보받으면, 그 결과를 정해진 기한 내에 한국에너지공단에 신고하여야 한다.

에너지이용합리화법령상 이 신고 기한은 측정결과를 통보받은 날로부터 90일 이내로 정해져 있다.

에너지법에서 "연료"란 석유·가스·석탄, 그 밖에 열을 얻을 목적으로 사용할 수 있는 가연성 물질을 말한다.

다만 제철용 원료탄과 같이 제품의 원료로 사용되는 것은 연소를 목적으로 사용되는 것이 아니므로 이 법이 정의하는 연료의 범위에서 제외된다. 석유·원유가스·천연가스는 모두 연소용 에너지원으로 연료에 해당한다.

에너지이용합리화법에서는 특정 행정행위를 신청하는 자에게 정해진 바에 따라 수수료를 납부하도록 하고 있는데, 이에 해당하는 대표적인 경우가 검사대상기기의 검사를 받고자 하는 경우이다.

제조업 허가 신청, 에너지관리대상자 지정, 열사용기자재의 형식승인은 각각 별도의 절차로 규정되어 있을 뿐 수수료 납부 대상으로 규정된 항목이 아니다.

효율관리기자재는 에너지 소비가 많아 효율관리가 필요한 기자재로서 산업통상자원부장관이 고시하며, 전기냉장고·전기냉방기·조명기기·자동차 등 일상적으로 대량 보급되는 가전·설비류가 지정 대상이다.

개인용 PC는 이러한 효율관리기자재 고시 품목에 포함되지 않으므로 해당하지 않는다.

출제 당시 에너지이용합리화법령은 국가 차원의 에너지절약 시책을 심의하기 위한 국가에너지절약추진위원회를 두고, 그 구성을 위원장 1명을 포함하여 25명 이내의 위원으로 정하고 있었다.

따라서 10명·15명·20명 이내는 규정된 구성 인원수와 다르다. 다만 이 위원회에 관한 조문은 이후 법령 개정 과정에서 정비되었으므로, 이 문제는 출제 당시 법령 기준으로 이해하면 된다.

배관의 방열은 원통형 다층 전도로 계산한다. 보온재 내면(관 외경) 반지름은 $r_1=38\ \mathrm{mm}$, 외면 반지름은 두께 50mm를 더한 $r_2=88\ \mathrm{mm}$이다.

원통 전도 열손실 공식 $Q=\dfrac{2\pi k L (t_1-t_2)}{\ln(r_2/r_1)}$에 $k=0.068\ \mathrm{kcal/m\cdot h\cdot ^\circ C}$, $L=10\ \mathrm{m}$, $t_1-t_2=260-30=230^\circ C$를 대입하면 $Q=\dfrac{2\pi \times 0.068 \times 10 \times 230}{\ln(88/38)}=\dfrac{982.8}{0.840}\approx 1170\ \mathrm{kcal/h}$가 된다.

강관의 표준적인 이음 방법은 나사이음, 용접이음, 플랜지 이음 세 가지다. 나사이음은 양쪽 끝을 나선형으로 가공하여 나사 조인트로 연결하고, 용접이음은 두 관의 끝을 맞닿게 하여 용접으로 일체화하며, 플랜지 이음은 양쪽 관 끝에 플랜지를 부착하고 볼트로 체결하는 방식이다. 플레이어 이음은 강관의 표준 이음 방법이 아닌 용어로, 강관 이음에서 사용되지 않는다.

캐스터블 내화물은 시멘트 등을 결합재로 사용해 상온에서 굳는 부정형 내화물로, 소성 과정 없이 현장에서 필요한 형상으로 직접 시공(성형)할 수 있고 이음매(줄눈) 없이 노체를 구축할 수 있어 열충격 저항성도 우수하다.

온도 급변에 따라 균열·박리가 일어나는 스폴링 현상은 오히려 캐스터블 내화물이 강한 내스폴링성을 보이는 부분이므로, 스폴링을 일으키기 쉽다는 설명은 캐스터블의 특징과 반대된다.

에너지이용합리화법 시행규칙은 교육대상자별로 교육과정과 교육기간을 정하고 있으며, 이 중 에너지관리자 기본교육과정의 교육기간은 1일이다.

교육대상자로 지정된 사람은 지정된 교육기관에서 이 과정을 이수해야 하며, 3일·5일·7일은 해당 규정에서 정한 기간이 아니다.

내화물은 고온 사용 중 형태와 강도를 유지해야 하므로, 사용온도에서 연화·변형되지 않고 내마모성·내침식성이 뛰어나며 상온 압축강도가 커야 한다는 조건들은 모두 타당한 구비조건이다.

반면 재가열 시 부피가 크게 수축하면 노체에 균열이나 이음부 벌어짐이 생겨 내구성이 떨어지므로, 내화물은 재가열 수축률이 작아야 한다. 따라서 수축이 크게 일어나야 한다는 설명은 구비조건으로 틀렸다.

점토질 단열재는 내화점토를 주원료로 하여 내화재와 단열재의 역할을 겸하며, 노벽을 얇게 시공할 수 있어 노체 중량을 줄이고 안전사용온도는 대략 1300~1500℃ 수준으로 비교적 높다.

또한 온도 급변에도 균열·박리가 잘 일어나지 않는 내스폴링성이 우수한 재료로 알려져 있으므로, 내스폴링성이 작다는 설명은 점토질 단열재의 특징과 맞지 않는다.

터널가마는 긴 터널 형태의 노 내부를 대차에 실린 성형물이 서서히 통과하며 예열-소성-냉각 구간을 거치는 연속식 가마로, 배기가스의 폐열을 예열 구간에 활용할 수 있어 열효율이 높다.

또한 구간별 온도 프로파일이 고정되어 있어 자동 제어 설비를 적용하기 쉬우므로, 1300℃ 정도의 고온 소성에서 열효율과 자동화 측면 모두 유리한 가마로 꼽힌다.

산업통상자원부장관은 에너지이용합리화법에 따라 에너지 수급의 안정과 합리적 이용을 위한 에너지이용합리화 기본계획을 5년마다 수립하도록 되어 있다.

보일러를 구성하는 3대 요소는 증기를 발생시키는 본체, 연료를 태워 열을 공급하는 연소장치, 그리고 급수장치·안전장치 등을 포함하는 부속장치로 구분한다.

분출장치는 보일러수 중의 슬러지·농축수를 배출하는 부속설비의 하나일 뿐, 별도의 3대 구성요소로 분류되지 않는다.

원통보일러는 드럼 등 원통형 동체 내부에 많은 양의 물을 보유하는 구조로, 구조가 간단한 대신 보유수량이 많아 증기 발생까지 시간이 오래 걸리고 파열 시 피해가 크다는 특징을 가진다.

보유수량이 많다는 것은 부하 변동에 대한 완충 작용도 크다는 의미이므로, 오히려 압력변동은 작은 편이다. 따라서 압력변동이 크다는 설명은 원통보일러의 특징과 반대된다.

얇은 두께의 원통(박육원통)에 내압이 작용하면 응력은 원주방향과 축방향 두 갈래로 생긴다. 원주방향(후프) 응력은 원통을 축을 따라 세로로 갈랐다고 보고 그 단면의 힘 평형에서 구한다.

길이 L 구간에서 내압이 벌리는 힘은 P·d·L, 이를 버티는 벽의 단면적은 양쪽 두 곳이므로 2·t·L 이다. 따라서

$\sigma_t=\dfrac{P\,d\,L}{2\,t\,L}=\dfrac{P\,d}{2\,t}$

한편 원통을 가로로 자른 단면에서 구한 축방향 응력은 $\sigma_z=\dfrac{P\,d}{4\,t}$ 로 원주방향 응력의 절반이다. 그래서 내압을 받는 용기는 길이 방향으로 먼저 찢어지며, 보일러 동판이나 원통형 압력용기의 두께 계산도 더 큰 값인 Pd/2t를 기준으로 삼는다.

절탄기는 재질에 따라 강관식·주철관식 등으로 나뉘는데, 이 중 주철관식은 내식성이 커서 저압·저온 배기가스 조건에 적합하고 관 내부 청소가 쉬운 구조로 되어 있다.

이러한 특성 때문에 증기압이 2kg/cm² 이하인 저압 보일러에 주로 사용된다.

1보일러마력(BHP)은 100℃의 물을 100℃의 증기로 바꾸는 기준(증발잠열 539kcal/kg)으로 정의된 단위로, 시간당 8435kcal의 발생열량에 해당한다.

이를 상당증발량으로 환산하면 $\dfrac{8435}{539}\approx 15.65\ \mathrm{kg/h}$가 되어, 1보일러마력은 약 15.65kg/h의 상당증발량과 같다.

고체연료의 연소방식에는 연료를 화격자 위에서 태우는 화격자 연소, 미세하게 분쇄한 연료를 노 내에 분사해 태우는 미분탄 연소, 유동매체 위에서 부유·연소시키는 유동층 연소 등이 있다.

확산연소는 연료와 공기가 미리 혼합되지 않은 상태에서 확산에 의해 접촉·연소가 이루어지는 방식으로 주로 기체연료의 연소에 적용되는 방식이므로 고체연료 연소방식에 해당하지 않는다.

보일러 과열은 대개 전열면이 물에 충분히 접촉하지 못해 국부적으로 열이 축적될 때 발생한다. 고열부에 스케일·슬러지가 붙어 열전달을 방해하거나, 보일러수가 지나치게 농축되거나, 보일러수 순환이 나쁠 때 이런 국부 과열이 일어나기 쉬우므로 이를 막는 조치들은 모두 타당한 과열 방지 대책이다.

반면 수위가 지나치게 높다고 해서 전열면 노출·국부 과열이 유발되는 것은 아니며, 오히려 수위가 너무 낮을 때 전열면이 물 밖으로 드러나 과열이 발생하기 쉽다. 따라서 수위를 너무 높게 하지 말라는 항목은 과열 방지 대책과는 거리가 멀다.

ppm은 100만분의 1을 나타내는 농도 단위이고, epm(당량농도)은 용액 1kg 중에 녹아 있는 용질의 당량수(mg당량)로 나타내는 농도 단위이며, 알칼리도는 물속의 알칼리분을 중화하는 데 필요한 산의 양으로 표시한다는 설명은 모두 옳다.

다만 보일러수는 금속 부식과 스케일 생성을 억제하기 위해 약알칼리성으로 관리하는 것이 일반적이며, pH 7의 중성을 유지해야 한다는 설명은 실제 보일러수 관리 기준과 맞지 않는다.

수관보일러는 다수의 가는 수관에 물을 채워 순환시키는 구조로, 전열면적을 크게 확보할 수 있어 증발률과 열효율이 높고 고압·대용량 증기 발생에 적합하며 보유수량이 적어 시동시간이 짧고 파열 시 피해도 상대적으로 적다.

반면 수관이 많고 구조가 복잡하여 청소와 검사가 까다롭다는 것이 수관보일러의 일반적 단점이므로, 구조가 간단하고 청소가 용이하다는 설명은 수관보일러의 장점으로 볼 수 없다.

보일러수 중의 칼슘·마그네슘 등 경도 성분은 가열되면서 탄산칼슘, 규산칼슘, 탄산마그네슘 등의 난용성 화합물로 석출되어 전열면에 스케일을 형성한다.

과산화수소는 스케일 성분이 아니라 산화력을 이용한 약제의 일종으로, 스케일의 주성분과는 관련이 없다.

최고사용압력 490kPa는 약 $5\ \mathrm{kgf/cm^2}=0.05\ \mathrm{kgf/mm^2}$이고, 허용응력은 최대인장강도를 안전계수로 나눈 $\sigma_a=8/2=4\ \mathrm{kg/mm^2}$이다.

내경 $D=600\ \mathrm{mm}$인 원통 동체의 두께는 $t=\dfrac{P\,D}{2\,\sigma_a\,\eta}=\dfrac{0.05\times600}{2\times4\times0.94}=\dfrac{30}{7.52}\approx 3.99\ \mathrm{mm}$로 계산되어, 부식여유를 고려하지 않을 때 강판두께는 약 4mm가 적당하다.

역화(back fire)는 노 내에서 점화가 지연되어 연료가 불완전연소·미연소 상태로 체류하다가 뒤늦게 한꺼번에 착화되면서 화염이 연소실 밖(버너 쪽)으로 역류하는 현상이다.

따라서 역화는 착화가 늦어지거나 통풍이 부족하거나 연료가 공기보다 먼저 공급될 때 일어나기 쉽다. 반대로 착화가 빠르고 공기가 연료보다 앞서 공급되며 통풍이 과대한 경우는 미연소가스가 체류할 여지를 줄이는 방향으로 작용하므로 역화의 직접적 원인으로 보기 어렵다.

누셀트수는 $Nu=\dfrac{h\,d}{k}$로 정의되므로 열전달계수는 $h=\dfrac{Nu\,k}{d}$로 구할 수 있다.

주어진 값 $Nu=160$, $k=0.68\ \mathrm{W/m\cdot K}$, $d=0.05\ \mathrm{m}$를 대입하면 $h=\dfrac{160\times0.68}{0.05}=2176\ \mathrm{W/m^2\cdot K}$가 된다.

맞대기 용접부의 단면적은 용접선 길이와 판 두께의 곱으로 구하며, $A=30\ \mathrm{mm}\times2\ \mathrm{mm}=60\ \mathrm{mm^2}$이다.

인장응력은 하중을 단면적으로 나눈 값이므로 $\sigma=\dfrac{120\ \mathrm{kg}}{60\ \mathrm{mm^2}}=2\ \mathrm{kg/mm^2}$이다.

관류보일러는 드럼 없이 긴 하나의 관으로 이루어진 구조로, 급수 펌프로 관 일단에 물을 압입하면 그 관을 지나는 동안 가열-증발-과열이 연속적으로 이루어져 관의 타단에서 과열증기가 얻어진다.

드럼이 있는 이중 증발 보일러나 특수 열매 보일러, 다수의 연관을 갖는 연관 보일러와는 구조적으로 구분된다.

히드라진($\mathrm{N_2H_4}$)은 보일러수 중 용존산소와 반응하여 질소와 물만을 생성하며($\mathrm{N_2H_4+O_2 \rightarrow N_2+2H_2O}$), 반응 후 새로운 용해고형물을 남기지 않는다.

이 때문에 아황산소다처럼 반응 생성물이 보일러수 농도를 높이는 약제와 달리, 급수 순도가 중요한 고압보일러의 탈산소제로 널리 사용된다.

어큐뮬레이터(증기축압기)는 부하가 낮을 때 보일러에서 발생한 잉여 증기를 저장해 두었다가, 부하가 급격히 늘어나거나 과부하가 걸릴 때 저장된 증기를 방출하여 증기 공급을 안정시키는 장치이다.

탈기기는 급수 중 용존가스를 제거하는 장치, 인젝터는 증기를 이용한 급수장치, 재열기는 터빈 중간에서 증기를 재가열하는 장치로 각각 목적이 다르다.

보일러 안전밸브는 최고사용압력을 초과하는 압력이 걸릴 때 자동으로 증기를 분출시켜 파열을 막는 장치로, 분출압력을 조정하는 방식에 따라 스프링식, 레버(지렛대)식, 중추식으로 구분한다.

전자식은 안전밸브의 표준 분출압력 조정형식으로 사용되지 않으므로 여기에 해당하지 않는다.

증기측은 150℃ 포화상태로 일정하고 공기는 20℃에서 70℃로 가열되므로, 입구측 온도차는 130℃, 출구측 온도차는 80℃이다.

대수평균온도차를 구하면 $\Delta t_m=\dfrac{130-80}{\ln(130/80)}=\dfrac{50}{0.4855}\approx 103^\circ C$이고, 총괄열전달계수는 $U=\dfrac{Q}{A\,\Delta t_m}=\dfrac{3090}{12\times103}\approx 2.5\ \mathrm{kJ/h\cdot m^2\cdot^\circ C}$로 계산된다.

온수보일러는 사용온도에 따라 부착하는 안전장치가 달라지는데, 온수 온도가 120℃를 초과하는 경우에는 압력 상승에 대비해 안전밸브를 설치하도록 하고 있다.

반대로 120℃ 이하의 저온수 보일러에는 방출밸브(또는 방출관)를 설치하도록 하므로, 120℃ 초과 조건에 방출밸브를 설치한다는 설명은 서로 뒤바뀐 것이다. 또한 증기보일러의 유리수면계는 원칙적으로 2개 이상(소형 보일러는 1개 허용) 부착하므로 4개 이상이라는 설명도 설치기준과 다르다.