14년 4회차

보일러의 여열을 회수해 효율을 높이는 부속장치는 절탄기(급수예열), 공기예열기(연소용 공기예열), 과열기(포화증기의 과열)이다.

버너·댐퍼·송풍기는 연소를 위한 장치, 수면계·압력계·안전밸브는 계측 및 안전장치, 인젝터·저수위경보장치·집진장치는 급수 보조 및 안전·환경 관련 장치로 여열 회수와는 목적이 다르다.

스팀헤더는 보일러의 주증기관과 부하측 증기관 사이에 설치해 여러 사용처로 증기를 배분하는 장치로, 필요한 곳에만 선택적으로 송기할 수 있어 오히려 불필요한 장소로의 송기를 막아 열손실을 줄이는 역할을 한다. 따라서 열손실이 증가한다는 설명은 틀리다.

스팀헤더는 이 밖에도 송기·정지 조작이 편리하고 각 사용처의 증기 과부족을 일부 해소할 수 있다는 장점이 있다.

보일러 인터록에는 저수위, 압력초과, 불착화, 저연소, 프리퍼지 인터록이 있다. 압력이 비정상적으로 높을 때 작동하는 것은 압력초과 인터록이며, 저압력 인터록이라는 항목은 없다.

슈미트 보일러는 1차 측에서 만든 고압증기로 2차 측의 물을 간접 가열해 증기를 얻는 간접가열식 특수 보일러이다. 2차 측에 급수 처리 부담이 적다는 점이 특징이다.

벤슨 보일러, 슐처 보일러, 소형관류 보일러는 모두 관류식(수관식 계열) 보일러로 분류되어 특수 보일러와는 구분된다.

스테빌라이저는 버너 화염을 안정시키기 위한 보염장치로, 화염의 유무를 검출하는 장치가 아니다.

화염 검출장치로는 화염의 이온화 현상을 이용하는 플레임 로드, 화염의 발광을 이용하는 플레임 아이, 배기가스 열을 이용하는 스택 스위치가 있다.

수관식 보일러는 다수의 좁은 수관으로 이루어진 구조상 구조가 복잡하여 청소·검사·수리가 오히려 어렵다는 특징이 있으므로, 구조가 간단해 이들이 용이하다는 설명은 틀리다.

대신 수관식은 전열면적이 커서 증기 발생이 빠르고 보일러수의 순환이 원활해 효율이 좋은 반면, 관경이 작아 스케일에 취약하므로 철저한 급수처리가 요구된다.

이론통풍력은 굴뚝 높이와 대기·배기가스의 비중량 차이로 구한다.

$Z = 273h\left(\dfrac{\gamma_a}{273+t_a}-\dfrac{\gamma_g}{273+t_g}\right)$

$Z = 273\times50\left(\dfrac{1.25}{303}-\dfrac{1.35}{523}\right)\approx 21.08\ \mathrm{mmAq}$

사이클론 집진기의 집진율을 높이려면 내면을 매끄럽게 처리해 가스 흐름의 마찰저항을 줄여야 하므로, 내면을 거칠게 처리한다는 설명은 틀리다.

이 밖에 입구 유속을 크게 하고, 블로우 다운 방식을 채택하며, 분진박스의 크기와 형상을 적절히 하는 것은 모두 집진율을 높이는 방법이다.

건포화증기의 엔탈피와 포화수의 엔탈피의 차이는 물이 증발하는 데 소비된 열, 즉 잠열이다.

포화수를 가열해 온도를 올리는 데 쓰이는 열은 현열이고, 액체열은 그렇게 포화수가 가지고 있는 열(현열)을 가리키는 말이며, 비열은 물질 1kg의 온도를 1℃ 올리는 데 필요한 열량을 나타내는 값으로 모두 잠열과는 다른 개념이다.

인젝터(injector)는 보일러에서 발생한 증기의 분사력을 이용해 급수를 밀어 넣는 예비급수장치이다.

증기 노즐에서 고속으로 분출되는 증기가 급수를 흡입·가압하여 보일러 내부로 밀어 넣는 원리로 작동하며, 별도의 동력 없이 증기 자체의 힘만으로 급수가 가능하다.

슬러지는 관 내 침전물, 콕은 유로 개폐용 밸브, 트랩은 증기와 응축수를 분리하는 장치로 급수 기능과는 관계가 없다.

연관식 보일러는 다수의 연관을 통해 연소가스가 지나가며 물을 가열하는 구조로, 외분식은 연소실이 보일러 밖에 있어 오히려 연료 선택의 폭이 넓다는 것이 특징이다.

따라서 외분식은 연료선택 범위가 좁다는 설명은 사실과 반대이다.

동일 용량의 노통 보일러보다 설치면적이 작고 전열면적이 커서 증기 발생이 빠르며, 관 내부의 스케일 부착을 막기 위해 양질의 급수가 필요하다는 나머지 설명은 모두 타당하다.

수위제어시스템은 급수량, 수위검출, 증기량검출 신호를 조합해 급수 밸브나 펌프를 제어하지만, 급수 자체의 온도는 제어 대상이 아니라 급수설비(급수예열기 등)에서 결정되는 조건값일 뿐이다.

급수온도는 수위제어시스템이 직접 조절할 수 있는 변수가 아니므로 답이 된다.

슈트블로워는 보일러를 정지시키지 않은 상태(운전 중)에서 사용하는 것이 원칙이므로, 가동을 정지한 후 사용한다는 설명은 틀렸다.

• 한 곳에 집중하지 않고 골고루 분사해야 국부적인 전열면 손상을 막을 수 있다.
• 분출관 내 응축수를 먼저 배출해야 열충격이나 관 부식을 막을 수 있다.
• 연도 내 배풍기로 유인통풍을 늘려 그을음과 가스를 원활히 배출해야 한다.

보일러수의 순환이 원활하면 열이 고르게 전달되어 국부적인 과열을 막아주므로, 오히려 과열을 방지하는 요인이지 과열 원인이 될 수 없다.

반대로 스케일이나 유지분이 전열면에 부착되면 열전달이 방해되어 금속이 국부적으로 과열되고, 화염이나 복사열을 국부적으로 심하게 받는 부위도 과열되기 쉽다.

분무 유압이 낮을 때 무화가 불량해져 화염이 불안정해지므로, 유압이 비교적 높은 경우는 오히려 무화가 양호해지는 조건이라 화염 불안정과는 무관하다.

연료 속 협잡물, 무화용 공기량 부적정, 과잉공기로 인한 노내 온도 저하는 모두 연소용 공기·연료 공급 불균형을 일으켜 화염을 불안정하게 만드는 실제 원인이다.

퓨리에의 법칙에서 전도열량은 $Q = \dfrac{\lambda A \Delta T}{d}$로 표현되며, 두면 사이의 거리(두께) d에는 반비례한다.

따라서 거리에 비례한다는 설명이 틀렸으며, 단면적과 온도차에 비례하고 시간에 비례해 열량이 누적된다는 나머지 설명은 옳다.

진공온수보일러는 대기압보다 낮은 진공 상태로 운전되어 열매수 온도가 100℃ 이하로 유지되고, 밀폐 순환 방식이라 운전 중 별도의 급수가 필요 없으며, 추기장치로 내부에 생기는 비응축가스를 배출한다는 점은 모두 맞는 설명이다.

다만 진공온수보일러는 내부 압력이 대기압보다 낮게 유지되어 압력 상승에 의한 파열 위험이 없는 방식이므로, 일반 보일러처럼 압력식 안전밸브를 본체 안전장치로 갖추지 않는다. 이상 과열에 대비한 용해전·온도퓨즈 등이 안전장치 역할을 하므로 안전밸브를 함께 나열한 설명이 실제와 다르다.

증발배수는 연료 1kg을 연소했을 때 실제로 발생시킨 증기량(kg)의 비율, 즉 실제증발량을 연료소모량으로 나눈 값이다.

전열면 증발량은 전열면적당 증발량, 연소실 열부하는 연소실 체적당 발생열량, 상당증발량은 100℃ 포화수를 기준으로 환산한 증발량이라는 점에서 이 값과는 정의가 다르다.

A.C.C(Automatic Combustion Control)는 연료량과 공기량을 자동으로 조절하는 자동연소제어의 약호이다.

A.B.C는 보일러 자동제어 전반, S.T.C는 증기온도제어, F.W.C는 급수제어를 가리키는 약호로 각각 다른 제어 영역을 의미한다.

프로판의 완전연소 반응식은 $\mathrm{C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O}$로, 프로판 1kmol(44kg)을 연소하는 데 이론산소량 5kmol이 필요하다.

프로판 1kg의 몰수는 $\dfrac{1}{44}\ \mathrm{kmol}$이므로 이론산소량은 $5 \times \dfrac{1}{44} = 0.1136\ \mathrm{kmol}$이다.

표준상태 부피로 환산하면 $0.1136 \times 22.4 = 2.55\ \mathrm{Nm^3}$가 되어, 이론산소량은 약 2.55 Nm³이다.

액체연료는 인화점을 가진 가연성 물질로 인화의 위험성이 존재하며, 취급이나 연소 조건에 따라 역화가 발생할 수도 있으므로 이 설명은 사실과 반대이다.

고체연료와 비교했을 때 품질이 균일하고 발열량이 크며 그을음이 적고 연소효율이 높으며 저장 중 변질이 적다는 점은 액체연료의 실제 장점에 해당한다.

터빈펌프는 임펠러 둘레에 안내날개(디퓨저)를 설치해 유속을 압력으로 효율적으로 바꾸는 원심펌프로, 고압·고양정이 필요한 중·고압 보일러 급수에 주로 사용된다.

볼류트펌프는 안내날개 없이 임펠러만으로 저양정에 사용되는 원심펌프이며, 워싱턴펌프와 웨어펌프는 왕복동식 급수펌프로 구조 자체가 다르다.

증기압력이 높아지면 포화온도는 함께 상승하지만, 포화수와 포화증기의 엔탈피 차이인 증발잠열은 압력이 오를수록 감소하여 임계압력에서는 0이 된다.

포화온도와 포화수 엔탈피는 압력 상승에 따라 증가하는 경향을 보이므로, 압력이 오를 때 감소하는 값은 증발잠열이다.

아담슨 조인트는 노통을 여러 개의 짧은 판으로 나누어 접합할 때 사용하는 이음 방식으로, 노통이 연소열로 인해 신축될 때 그 응력을 흡수·조절하기 위한 목적으로 설치한다.

부르돈관식, 벨로즈식, 다이어프램식은 모두 실제 산업 현장에서 널리 쓰이는 압력계의 종류이다.

유니버셜 압력계라는 명칭의 압력계는 존재하지 않으므로 압력계 종류가 아닌 것에 해당한다.

가열에 필요한 열량은 $Q = mc\Delta T = 2\,\mathrm{kg} \times 1\,\mathrm{kcal/(kg\cdot^\circ C)} \times (100-18)^\circ C = 164\ \mathrm{kcal}$이다.

1kcal는 약 4.186kJ이므로 $164 \times 4.186 = 686.5\ \mathrm{kJ} = 686{,}500\ \mathrm{J}$의 열량이 필요하다.

전열기 효율이 100%이므로 소요시간은 $t = \dfrac{686{,}500\ \mathrm{J}}{500\ \mathrm{W}} \approx 1373\ \mathrm{s} \approx 22.9\ \text{분}$으로, 약 23분이 걸린다.

랭커셔 보일러는 원통형 몸통 안에 2개의 큰 노통을 나란히 넣은 대표적인 노통 보일러이다.

연관 보일러나 수관 보일러, 관류 보일러와는 전열면 구성 방식 자체가 다른 별도의 보일러 형식이다.

무화는 연료를 미세한 입자로 분사해 단위 중량당 표면적을 넓혀 주위 공기와 혼합을 좋게 하고 연소효율을 높이는 것이 목적이다.

표면적이 커지고 연소가 잘 이루어지면 오히려 연소실의 열부하가 높아지는 방향으로 작용하므로, 열부하를 낮추는 것은 무화의 목적이 아니다.

기체연료는 이미 기체 상태로 공기와 잘 섞이므로 별도의 무화나 증발 과정 없이 공기와 접촉하며 타는 확산연소 방식이 가장 적합하다.

화격자연소는 고체연료, 증발연소·분해연소는 액체·고체연료의 연소 형태에 해당한다.

단관 중력환수식 온수난방에서는 배관 내에 공기가 정체되면 순환이 방해되므로, 방열기 입구 반대편 상부에 공기빼기 밸브를 설치해 관 내 공기를 배출한다.

방열기 밸브는 유량 조절, 온도조절 밸브는 실내 온도 제어, 배니 밸브는 배수용으로 각각 용도가 다르다.

슈트블로워로 그을음 제거 작업을 하기 전에는 분출기 내부에 고인 드레인(응축수)을 충분히 제거해야 열충격이나 관의 손상을 막을 수 있다.

• 부하가 높을 때를 골라 실시하라는 것은 원칙이 아니며, 부하와 통풍이 안정된 상태에서 실시해야 그을음이 고르게 제거된다.
• 보일러를 소화한 직후가 아니라 가동 중에 실시하는 것이 원칙이다.
• 흡출 통풍은 감소가 아니라 오히려 증가시켜 그을음과 가스를 원활히 배출해야 한다.

보일러 내부에 아연판을 매다는 것은 아연이 철보다 이온화 경향이 커서 먼저 부식되는 희생양극 역할을 하도록 하여, 보일러 강판 자체의 부식을 방지하기 위한 목적이다.

연화제(청관제)는 보일러수 중의 칼슘·마그네슘 등 경도 성분을 불용성 슬러지 형태로 만들어 스케일로 굳지 않고 관 밖으로 배출되도록 하는 약제이다.

가성취화 억제제는 알칼리 부식 방지, 슬러지 조정제는 이미 생긴 슬러지의 유동성 개선, 탈산소제는 용존산소 제거를 목적으로 하여 역할이 다르다.

보일러 내면을 염산으로 산세정할 때는 일반적으로 세정액 온도 60±5℃, 처리시간 4~6시간 정도를 기준으로 한다.

온도가 지나치게 높으면 강판의 부식이 과도해지고, 반대로 처리시간이 너무 짧으면 스케일 제거가 불충분해지므로 이 범위를 표준 조건으로 삼는다.

규조토는 다른 보온재에 비해 단열 성능은 다소 낮지만 내열성이 있어 500℃ 이하의 파이프, 탱크, 노벽 등에 널리 사용되는 보온재이다.

암면, 그라스울, 펠트는 단열 성능이 더 우수한 편이거나 사용 온도 범위가 달라 이 설명에 해당하지 않는다.

프리퍼지는 점화 전 댐퍼를 열고 송풍기를 가동해 노 내와 연도에 남아 있는 가연성 가스를 미리 배출하는 작업으로, 점화 시 역화나 폭발을 예방하기 위해 반드시 선행한다.

포스트퍼지는 소화 후 잔류가스를 배출하는 작업이라는 점에서 프리퍼지와 시점이 다르다.

바닥이나 벽 같은 구조체 속에 코일을 매설하고 온수·온풍 등의 열매체를 통과시켜 실내를 데우는 방식은 복사난방이다.

대류난방은 방열기 표면의 대류로, 간접난방은 별도의 열매체를 거쳐 데운 공기를 실내로 보내는 방식으로 구조체 매설 코일 방식과는 원리가 다르며, 전도난방은 난방 방식의 명칭으로 쓰이지 않는다.

EL은 배관의 높이를 관의 중심을 기준으로 표시하는 기호이다.

TOP과 BOP은 각각 관 윗면·아랫면을 기준으로, GL은 지면(Ground Level)을 기준으로 높이를 표시한다는 점에서 기준점이 다르다.

공기예열기로 연소용 공기를 예열하고 절탄기로 급수를 예열하며 과잉공기를 줄이는 것은 모두 배기가스 손실을 줄여 열효율을 향상시키는 직접적인 요인이다.

급수펌프로 원심펌프를 쓰는지 왕복동펌프를 쓰는지는 펌프의 형식 선택 문제일 뿐, 보일러 자체의 열효율과는 직접적인 관계가 없다.

포밍은 보일러수 표면에 거품이 계속 발생해 수위를 정확히 판단하기 어렵게 만드는 현상으로, 물속에 섞인 유지 성분(기름기)이 표면장력을 변화시켜 발생을 촉진하는 주된 요인이다.

pH나 용존산소, 경도 성분은 각각 부식이나 스케일과 관련이 크지만 포밍과의 직접적인 관련성은 유지 성분에 비해 낮다.

정상적인 점화 절차에서는 역화를 막기 위해 공기를 먼저 공급한 뒤 연료를 점화하는 것이 원칙이므로, 연료보다 공기를 먼저 공급하는 것은 오히려 역화를 예방하는 조치이지 원인이 아니다.

착화 지연, 연료밸브의 급격한 개방, 프리퍼지 부족은 모두 미연소 가스가 노 내에 쌓인 상태에서 뒤늦게 점화되어 역화를 일으키는 실제 원인이다.

유리 수면계의 파손은 대개 콕의 중심 불일치, 유리 자체의 알칼리 부식·노화, 콕 너트의 과도한 조임처럼 유리관에 국부적인 응력이나 열화가 누적되어 발생한다.

증기 압력을 갑자기 올리는 것은 이러한 국부 응력 집중과는 성격이 달라 유리 파손의 직접적인 원인으로 보기 어렵다.

온수는 가열되면서 체적이 팽창하는데, 팽창탱크는 이 팽창분을 흡수·저장해 배관이나 기기에 과도한 압력이 걸리지 않도록 하는 것이 주된 기능이다.

이물질 제거나 맥동 방지, 열효율 증대는 팽창탱크 본연의 기능이 아니라 다른 장치나 설계 요소가 담당하는 역할이다.

지역난방은 여러 건물에 공급할 열원을 한 곳의 대형 열원설비에서 집중 생산해 보내는 방식으로, 각 건물마다 개별 보일러실을 둘 필요가 없어 오히려 건물 내부 공간을 절약할 수 있다는 것이 장점이다.

따라서 개개 건물의 공간을 많이 차지한다는 설명은 사실과 반대이며, 배관이 길어져 손실이 생기고 초기 투자비가 높으며 대기오염 방지에 효과적이라는 나머지 설명은 타당하다.

유리수면계는 원칙적으로 2개 이상 설치해야 하지만 소형관류보일러는 예외적으로 1개만 설치해도 된다.

소형관류보일러는 보유수량이 적고 구조상 수위 변동에 따른 위험이 크지 않아 수면계 설치 기준이 완화된다.

리프트 피팅(lift fitting)은 저압환수관이 진공펌프의 흡입구보다 낮은 위치에 있을 때 응축수를 끌어올리기 위해 사용하는 배관 이음 방법이다.

진공환수식 난방에서 환수관이 진공펌프보다 아래에 위치하면 중력만으로는 환수가 어려우므로, 리프트 피팅으로 단차를 극복해 응축수를 흡입구까지 끌어올린다.

보일러 분출(누수) 사고 시에는 급수를 계속하여 수위 저하를 막아야 하지만, 압입 통풍기를 가동시키는 것은 옳지 않은 조치다.

• 연소를 정지시키는 것은 위험 확산을 막는 기본 조치다.
• 연도 댐퍼를 전개해 노 내 압력을 배출하는 것도 필요한 조치다.

압입 통풍기를 가동하면 오히려 연소실 내 가스 흐름을 흐트러뜨려 사고를 악화시킬 수 있으므로 정지시키는 것이 옳다.

유리솜과 암면은 보온재·보냉재·단열재로 널리 쓰이지만, 습기 침투를 막는 방습재로서의 기능은 없다.

섬유 형태의 다공질 재료라 오히려 흡습성이 있어 별도의 방습층을 함께 시공해야 한다.

파이프의 절단 길이는 212mm다.

그림에 적힌 250mm는 양쪽 엘보의 중심에서 중심까지 거리이므로, 엘보가 차지하는 길이만큼을 빼야 실제로 잘라야 할 파이프 길이가 나온다.

절단 길이 = 중심간 거리 − 2 × (엘보 끝단~중심 거리 − 물림 길이)
= 250 − 2 × (32 − 13)
= 250 − 38 = 212mm

엘보 하나당 32mm를 그대로 빼면 186mm가 되지만, 나사가 물려 들어가는 13mm는 파이프가 엘보 안에 들어가 있는 몫이므로 다시 더해 주어야 한다.

체적의 대부분이 기공으로 채워져 열전달을 차단하고 내수성이 뛰어난 보온재는 폴리스티렌 폼(흔히 스치로폴)이다.

경질 우레탄 폼, 코르크, 그라스 울도 보온재로 쓰이지만 발포 기공률과 흡수 특성 면에서 문제의 설명과는 차이가 있다.

표준 방열량 기준에서 증기 공급 조건은 게이지 압력 1kg/cm², 온도 약 102℃이며, 80℃는 온수 공급 시의 기준 온도다.

따라서 증기를 게이지 압력 1kg/cm², 온도 80℃로 공급한다는 설명은 온수 조건과 혼동된 잘못된 서술이다.

실내 온도(증기 21℃·온수 18℃)와 증기 방열량 650kcal/m²·h, 온수 방열량 450kcal/m²·h는 모두 표준값과 일치한다.

증기난방은 응축수 환수방식에 따라 중력환수식·기계환수식·진공환수식으로 분류되며, 이 중 기계환수식이 응축수 환수방식 분류에 해당한다.

고압식은 증기 압력에 따른 분류, 상향 공급식과 단관식은 배관(공급) 방식에 따른 분류로 응축수 환수방식과는 분류 기준이 다르다.

필요 방열기 쪽수를 구하려면 먼저 소요 방열면적을 구한 뒤 쪽당 면적으로 나눈다.

소요 방열면적 $A = \dfrac{5000\ \mathrm{kcal/h}}{450\ \mathrm{kcal/m^2 \cdot h}} \approx 11.11\ \mathrm{m^2}$

쪽수 $N = \dfrac{11.11\ \mathrm{m^2}}{0.26\ \mathrm{m^2}} \approx 42.7$이므로 43쪽이 필요하다.

온수난방에서 팽창관은 보일러 내 압력 상승분을 안전하게 배출하는 통로이므로 어떠한 밸브도 설치해서는 안 된다.

밸브를 달면 팽창수 배출이 막혀 배관이나 보일러가 파손될 위험이 있어, 조정용 밸브를 단다는 설명은 틀린 시공법이다.

• 끝올림 구배 1/250 이상은 통상적인 온수 배관 기울기 기준이다.
• 관경 변경 시 편심 레듀서를 쓰는 것은 공기 정체를 막기 위한 올바른 시공법이다.
• 지관이 주관 아래로 분기될 때 급한 끝내림 구배로 배관하는 것도 통상적인 방법이다.

에너지이용합리화법상 최저소비효율기준에 미달하는 효율관리기자재의 생산·판매금지 명령을 위반한 자에게는 2천만 원 이하의 벌금이 부과된다.

다만 이는 출제 당시(2014년) 법령 기준이며, 벌칙 금액은 이후 개정될 수 있으므로 최신 조문을 확인해야 한다.

빈칸에 들어갈 말은 각각 이산화탄소와 적외선이다.

법령이 정한 온실가스는 이산화탄소·메탄·아산화질소·수소불화탄소·과불화탄소·육불화황의 6종과 대통령령으로 정하는 물질이며, 일산화탄소는 여기에 들어가지 않는다.

또한 온실효과는 지표에서 방출되는 적외선 영역의 복사열을 대기 중 기체가 흡수·재방출하면서 일어나는 현상이므로, 흡수 대상은 자외선이 아니라 적외선이다.

2014년 출제 당시의 저탄소 녹색성장 기본법 조문을 기준으로 한 문항이다.

검사대상기기를 폐기한 경우에는 폐기한 날부터 15일 이내에 폐기신고서를 제출해야 한다.

이는 출제 당시(2014년) 에너지이용합리화법 시행규칙 기준이며, 신고 기한은 법령 개정에 따라 달라질 수 있다.

검사대상기기의 계속사용검사 신청서는 검사유효기간 만료 10일 전까지 제출해야 한다.

이는 출제 당시(2014년) 법령 기준이며, 신청 기한은 개정 이력이 있으므로 최신 규정을 확인해야 한다.

화석연료 의존도를 낮추고 청정에너지 사용·보급을 확대하며 녹색기술 연구개발과 탄소흡수원 확충 등으로 온실가스를 줄이는 것을 저탄소라 한다.

녹색성장은 저탄소와 녹색기술·녹색산업을 통한 경제성장을 함께 이루는 개념으로, 저탄소보다 상위·포괄적인 정의에 해당한다.

목표에너지 원단위는 에너지를 사용해 만드는 제품의 단위당 에너지 사용 목표량을 의미한다.

제품 생산량 대비 투입 에너지 비율의 목표치를 설정해 에너지 효율 개선을 유도하는 지표다.