11년 1회차

실제 건배기가스량은 이론 건배기가스량에 과잉공기량을 더하여 구하므로 $G = G_o + (m-1)A_o$로 계산한다.

여기서 $(m-1)A_o$는 이론공기량을 초과해 공급된 과잉공기량을 의미하며, 공기비 $m$이 1보다 클수록 실제가스량이 이론값보다 늘어난다.

인터록은 보일러의 운전 조건이 정해진 구비조건에 맞지 않을 때 자동으로 작동을 정지시켜 안전을 확보하는 제어 기능을 말한다.

정해진 순서대로 동작이 진행되는 것은 순차제어, 목표치와 제어량을 비교해 동작시키는 것은 피드백 제어에 해당하여 인터록과는 구분된다.

급수 15℃의 엔탈피를 약 15kcal/kg으로 보면, 증기 엔탈피와의 차는 $655.15 - 15 = 640.15\ \mathrm{kcal/kg}$이다.

상당증발량은 $G_e = \dfrac{G_a \times \Delta h}{539} = \dfrac{150 \times 640.15}{539} \approx 178.2\ \mathrm{kg/h}$로 계산된다.

1보일러 마력은 상당증발량 15.65kg/h이므로 $\dfrac{178.2}{15.65} \approx 11.4$마력이 된다.

안전밸브는 사고 시 즉시 작동해야 하므로 도중에 차단할 수 있는 바이패스 배관으로 설치해서는 안 되며, 보일러 동체에 직접 부착하는 것이 원칙이다.

검사와 점검이 쉬운 위치에 밸브 축을 수직으로 세워 설치해야 정상적인 작동이 보장된다.

외부와 열의 출입이 전혀 없는 상태변화를 단열변화라고 한다.

정압변화와 정적변화는 각각 압력·체적이 일정하게 유지되면서 열이 드나드는 변화이고, 폴리트로픽 변화는 정압·정적·등온·단열을 하나로 묶어 일반화한 변화여서 열의 출입이 있는 경우까지 포함하므로 단열변화와는 구분된다.

중유를 예열하는 목적은 점도를 낮추어 유동성과 분무상태를 좋게 함으로써 연소효율을 높이는 데 있으므로, 점도를 증대시킨다는 설명은 틀렸다.

점도가 높은 중유를 그대로 사용하면 오히려 무화가 불량해져 분무 상태가 나빠진다.

연관은 관 내부로 연소가스가 흐르고 관 외부에는 물이 차 있는 구조의 관을 말한다.

반대로 관 내부에 물이 흐르고 외부에서 연소가스가 접촉하는 구조는 수관이라고 하며 연관과 구분된다.

프라이밍은 보일러수 표면에서 물방울이 심하게 비산하는 현상으로, 부하를 급격히 증가시켜 증발속도가 급변할 때 발생하기 쉽다.

증기압력이 낮거나 보일러수가 농축되지 않은 상태, 급수가 원활한 상태는 오히려 프라이밍 발생 위험을 낮추는 조건이다.

용적식 유량계는 일정한 부피의 공간에 유체를 채워 보내는 횟수로 유량을 측정하는 방식으로, 로타리형·루트형·오벌기어형이 이에 속한다.

피토우관 유량계는 유체의 동압과 정압의 차로 유속을 구한 뒤 관 단면적을 곱해 유량을 얻는 유속식(속도식) 유량계로, 유체를 일정 부피 단위로 계량하는 용적식과는 원리가 다르다.

버너에서 분사되는 가스와 공기의 혼합기가 화염 전파 속도보다 빠르게 흐를 때, 화염이 버너 노즐에서 떨어져 떠서 연소하는 현상을 리프팅(lifting)이라 한다. 역화(1번)는 화염이 버너 내부로 역방향 진행하는 현상이고, 옐로우 팁(3번)은 불완전연소로 인해 화염 끝이 노란색을 띠는 현상이며, 불완전연소(4번)는 산소 부족으로 인한 연소 상태를 의미한다.

연료 소모량은 필요한 난방부하를 보일러 효율과 연료의 저위발열량으로 나누어 구한다.

$\text{연료소모량} = \dfrac{24{,}000}{0.8 \times 9{,}750} = \dfrac{24{,}000}{7{,}800} \approx 3.08\ \mathrm{kg/h}$

증기헤더는 여러 사용처로 증기를 나누어 공급하기 위한 장치로, 노통연관식 같은 원통형 보일러를 포함해 어떤 형식의 보일러에도 사용될 수 있어 원통보일러에 필요 없다는 설명은 틀렸다.

헤더를 두면 발생 증기를 효율적으로 배분하고 불필요한 열손실을 줄이며, 각 계통으로 공급되는 증기량을 조절할 수 있다.

절탄기는 배기가스의 여열로 보일러에 공급되는 급수를 예열하는 장치이며, 발생된 증기를 과열하는 장치는 과열기이므로 이 설명은 틀렸다.

• 슈트블로워는 전열면에 붙은 그을음을 제거하는 장치가 맞다.
• 공기예열기는 연소용 공기를 예열하는 장치가 맞다.
• 증기축열기는 증기 사용량 변동에 따른 과부족을 해소하는 장치가 맞다.

산소는 연소를 돕는 조연성 가스로, 그 자체가 타는 가연성가스가 아니다.

수소·아세틸렌·프로판은 모두 공기 중에서 스스로 연소하는 가연성가스에 해당한다.

고위발열량에서 수소 연소로 생긴 수증기의 응축잠열을 뺀 값이 저위발열량이며, $H_l = H_h - 600(9H + W)$로 계산한다.

$H_l = 9{,}800 - 600 \times (9 \times 0.15 + 0.01) = 9{,}800 - 600 \times 1.36 = 9{,}800 - 816 = 8{,}984\ \mathrm{kcal/kg}$

연료 3kg 전체로 환산하면 $8{,}984 \times 3 = 26{,}952\ \mathrm{kcal}$가 된다.

노 앞쪽에서 송풍기로 공기를 불어 넣는 방식은 압입통풍이며, 공기가 비교적 차고 깨끗한 상태에서 통과하므로 송풍기 고장이 적고 점검·수리가 쉽다.

흡입통풍은 연도 쪽에서 배기가스를 빨아들이는 방식이라 고온의 오염된 가스가 송풍기를 거쳐 상대적으로 고장이 잦다.

1보일러 마력은 상당증발량 15.65kg/h를 100℃ 물의 증발잠열(약 539kcal/kg)로 환산한 열량으로 정의된다.

$15.65 \times 539 \approx 8{,}435\ \mathrm{kcal/h}$

목표치와 실제 결과치의 차이를 검출해 그 값을 입력측으로 되돌려 계속 수정 동작을 반복하는 제어방식을 피드백 제어라고 한다.

순차제어는 정해진 순서대로 진행되는 제어이고, 인터록은 조건 불충족 시 정지시키는 안전기능이며, 캐스케이드 제어는 두 개의 제어계를 직렬로 연결한 방식이어서 피드백 제어와는 개념이 다르다.

서비스탱크는 보일러 및 버너와 일정 거리·높이 차를 두어 화재·역류 위험을 줄이도록 설치해야 하며, 보일러로부터 2m 이상 떨어지고 버너보다 1.5m 이상 높은 위치에 설치하는 것이 기준이다.

이 수치는 출제 당시 시행 중이던 기준으로, 실제 적용 시에는 최신 관련 기준을 따라야 한다.

벤슨 보일러는 드럼 없이 관 하나로 급수가 가열·증발·과열되는 관류식 계통의 보일러로, 원통형 보일러에 속하지 않는다.

입형 횡관식, 코르니시, 스코치 보일러는 모두 원통형 동체 안에 노통이나 연관을 둔 구조로 원통형 보일러로 분류된다.

증기건도 $X$는 습증기 중에서 증기가 차지하는 질량비율을 0에서 1 사이의 값으로 나타낸 것으로, 100과 같은 값으로 표현하는 것은 틀린 설명이다.

$X=0$은 포화수, $X=1$은 완전한 포화증기, $0 \lt X \lt 1$은 습증기 상태를 뜻한다.

1보일러 마력에 해당하는 상당증발량은 15.65kg/h이며, 27.25kg/h이라는 수치는 틀린 설명이다.

보일러 효율은 완전연소 시 발생 열량 대비 실제로 증기 발생에 이용된 열량의 비율이고, 증발률은 전열면 1㎡당 시간당 증발량, 증발계수는 상당증발량과 실제증발량의 비로 정의되며 이 세 설명은 옳다.

긴 관을 따라 급수가 펌프로 압송되면서 가열-증발-과열이 한 관 안에서 연속적으로 이루어지는 형식은 관류보일러의 특징이다.

노통보일러나 연관보일러는 드럼(동체) 안에 물을 채운 상태에서 관을 통해 열을 전달하는 방식이어서, 급수가 한 방향으로 흐르며 그대로 과열증기가 되는 관류식과는 구조가 다르다.

보일러 연소 자동제어(ACC)에서 공기량은 연료 공급량에 비례하도록 조절되어 적정 공기비를 유지한다.

연료량과 공기량의 비율이 맞지 않으면 불완전연소나 과잉공기로 인한 열손실이 발생하므로, 공기량은 증기 발생량이나 온도가 아니라 연료 공급량에 따라 조절된다.

절탄기를 통과한 배기가스는 급수에 열을 빼앗겨 온도가 낮아지므로, 오히려 통풍력이 감소하는 경향이 있어 통풍력이 증가한다는 설명은 틀렸다.

절탄기는 배기가스의 폐열로 급수를 예열해 보일러 증발량과 열효율을 높이고, 급수와 보일러수의 온도차를 줄여 동체에 걸리는 열응력을 완화하는 효과가 있다.

다만 배기가스 온도가 지나치게 낮아지면 배기 중 수분이 응축되어 저온부식을 일으키기 쉬운 것도 절탄기의 특징이다.

전기식 집진기는 전기장으로 미세먼지를 하전시켜 포집하는 방식으로, 관성력·중력식·원심력식 집진기보다 집진효율이 가장 높다.

중력식과 관성력식은 구조가 단순한 대신 미세입자 포집 효율이 낮고, 원심력식은 중간 정도의 효율을 보인다.

급수내관은 보일러 안전저수위보다 약 5cm 아래에 설치한다. 급수가 보일러수와 고르게 섞이도록 하여 국부적인 온도차로 인한 열응력을 줄이기 위해서이다.

인젝터는 오히려 급수온도가 낮을 때 원활히 작동하는 장치이고, 볼류트 펌프는 증기압이 아닌 전동기 등 별도의 동력으로 구동되며, 응축수 탱크도 급수탱크로 활용할 수 있어 나머지 설명은 틀렸다.

보일러 자동연소제어(ACC)에서는 증기압력을 제어량으로, 연료량을 조작량으로 삼아 압력이 목표치를 유지하도록 연료 공급을 조절한다.

보일러 수위는 급수량으로, 노내압력은 통풍량(공기량)으로 조절하는 것이 일반적이어서 나머지 조합은 옳지 않다.

상당증발량은 실제 증발량을 100℃ 포화수에서 건포화증기로 바꾸는 데 필요한 열량(539kcal/kg)을 기준으로 환산한 값이다.

급수엔탈피 h1과 발생증기엔탈피 h2의 엔탈피 차(h2-h1)를 539로 나눈 값에 실제증발량을 곱하여 구한다.

$G_e = G \times \dfrac{h_2 - h_1}{539}$

보일러는 사용 매체(내부를 채우는 유체)에 따라 증기·온수·열매체 보일러 등으로 분류된다.

• 증기 보일러 - 증기를 발생시키는 매체 기준 분류에 해당한다.
• 열매체 보일러 - 특수 열매체유를 사용하는 매체 기준 분류에 해당한다.
• 온수 보일러 - 온수를 발생시키는 매체 기준 분류에 해당한다.

반면 가스는 매체가 아니라 연료이므로 연료별 분류(가스·유류·고체연료 보일러)에 속한다.

이상 폭발음이 발생하면 추가 폭발이나 화재로 번지지 않도록 가장 먼저 연료공급을 차단해야 한다.

연료 공급을 끊어 연소를 정지시킨 뒤 원인을 점검하는 것이 우선이며, 급수 중단이나 증기출구 차단, 송풍기 정지는 오히려 노내 압력이나 온도를 불안정하게 만들 수 있어 후순위 조치다.

가성취화는 보일러판의 리벳 이음부나 응력이 집중되는 부분에서 농축된 알칼리(가성소다)가 강 조직을 국부적으로 침식해 균열(응력부식균열)을 일으키는 현상이다.

• 농도가 다른 동일 전해질에 의한 부식은 농담전지(통기차) 부식에 해당한다.
• 용해 염류의 분해에 의한 부식은 스케일·염류 관련 부식 설명이지 가성취화가 아니다.
• 수소이온 농도가 커지는(pH가 낮아져 산성화되는) 경우의 부식은 산 부식에 대한 설명으로, 알칼리가 원인인 가성취화와는 오히려 반대되는 내용이다.

점화용 가스는 착화가 안정적으로 이루어지도록 충분한 화력을 가진 것을 사용해야 하며, 화력이 낮은 가스를 쓰면 오히려 점화가 불안정해져 미연가스가 쌓여 폭발 위험이 커진다.

가스압력 점검, 화로·굴뚝의 통풍과 환기 철저, 착화 후 연소가 불안정할 때 즉시 가스공급 중단은 모두 가스폭발 예방을 위한 올바른 유의사항이다.

온수발생 보일러는 이상팽창압력을 배출하기 위해 방출관을 설치하며, 그 안지름은 전열면적 구간별로 정해진 최소 크기 이상이어야 한다.

전열면적이 10㎡ 미만인 경우 방출관 안지름은 25㎜ 이상으로 하는 것이 기준이다.

다만 이 수치는 법령 개정 이력이 있으므로 출제 당시(2011년) 기준임을 참고해야 한다.

기름보일러 수동 점화는 노 내 통풍압 조절 → 점화봉 배치 → 버너 기동 → 연료밸브 개방 순서로 한다.

가장 먼저 노 내 통풍압을 맞추어 프리퍼지를 한다. 노 안에 남아 있던 미연가스를 몰아내야 점화 순간의 가스폭발·역화를 막을 수 있기 때문이다.

이어 점화봉에 불을 붙여 연소실 안 버너 끝의 전방 하부 10㎝ 정도에 대기시킨 뒤 버너를 기동해 무화용 매체와 공기를 먼저 보낸다.

연료밸브는 맨 마지막에 연다. 화종이 준비되기 전에 기름을 먼저 흘려보내면 노 안에 기름이 고여 착화 지연과 폭발로 이어진다. 2011년 출제 당시의 점화요령 기준이다.

자연순환식(중력순환식) 난방은 온수의 온도차에 따른 비중차(밀도차)만으로 온수가 순환하는 방식이다.

별도의 순환펌프가 없어 설비가 간단하지만 순환력이 약해 배관 저항이 큰 대규모 건물에는 적합하지 않고, 단독주택이나 소규모 난방에 주로 사용된다.

난방부하는 난방면적에 열손실지수를 곱해 구한다.

$Q = 100\,\mathrm{m^2} \times 90\,\mathrm{kcal/m^2 \cdot h}$

계산하면 $Q = 9{,}000\,\mathrm{kcal/h}$가 된다.

기둥형 주철제 방열기는 벽면 복사열의 방해를 줄이고 공기 순환이 원활하도록 벽과 50~60㎜ 정도의 간격을 두고 설치하는 것이 표준적이다.

분출밸브(콕)의 크기는 보일러의 전열면적에 따라 최소 호칭지름이 정해져 있으며, 전열면적이 10㎡ 이하인 경우 호칭지름 20㎜ 이상으로 할 수 있다.

이 수치는 설치검사기준에 근거하므로 출제 당시(2011년) 기준임을 감안해야 한다.

노내에 쌓인 미연가스가 갑자기 착화해 급격한 폭발적 연소를 일으키면서, 화염과 연소가스가 정상적인 연도 경로 대신 연소실 입구나 점검창 밖으로 역류·분출하는 현상을 역화(back fire)라 한다.

수격작용(워터해머)을 막으려면 증기관 내에 드레인(응축수)이 고이지 않도록 배관하고 신속히 배출해야 한다.

대형밸브나 증기헤더처럼 응축수가 모이기 쉬운 곳에는 오히려 드레인 배출장치를 반드시 설치해야 하므로, 설치를 피해야 한다는 설명은 잘못된 예방조치다.

강제순환식 온수난방은 순환펌프의 힘으로 온수를 이송하므로 자연순환식보다 유속을 크게 잡을 수 있어, 같은 유량이라면 배관 직경을 오히려 더 작게 설계할 수 있다.

따라서 중력순환식에 비해 배관 직경이 커야 한다는 설명은 실제와 반대되는 잘못된 내용이다.

순환펌프 필요, 신속·균등한 순환, 대규모 난방에 적합하다는 설명은 모두 강제순환식의 옳은 특징이다.

방열기 방열량은 방열계수와 평균온도차의 곱으로 구한다.

$t_m = \dfrac{85 + 65}{2} = 75\,^\circ\mathrm{C}$이므로 실내온도와의 차는 $\Delta t = 75 - 18 = 57\,^\circ\mathrm{C}$이다.

$q = 7.4 \times 57 = 421.8\,\mathrm{kcal/m^2 h}$가 된다.

6개월 이상의 장기 휴지에는 보일러 내부의 물을 완전히 빼고 건조한 상태로 유지하는 건조보존법이 가장 적합하다.

만수보존법이나 습식보존법은 물을 채워두는 방식이라 장기간 방치 시 부식 위험이 커 단기 보존에 주로 쓰인다.

보일러설치검사 기준상 보일러 외벽의 온도는 주위 온도보다 30℃를 초과해서는 안 된다는 규정이 있다.

다만 이 수치는 검사기준 개정 이력이 있을 수 있으므로 출제 당시(2011년) 기준임을 참고해야 한다.

가스연소장치는 실화나 착화 실패 시 자동으로 재점화되지 않도록 하여, 미연가스가 쌓인 채 재점화되면서 폭발하는 사고를 막아야 한다.

• 점화 전 환기(프리퍼지)는 연소실 용적의 4배 이상 공기량으로 하는 것이 기준이며, 1/4배는 크게 부족한 수치다.
• 가스압력은 소정압력으로 안정되어 있는지 확인해야 하며, 소정압력의 2배 이상인 상태에서 점화하거나 착화를 여러 번 반복하는 것은 위험하다.
• 착화 실패나 실화 시에는 원인을 조사하기 전에 즉시 연료공급을 중단하는 것이 우선이다.

보일러를 정지시킬 때는 연료 → 공기(송풍) → 급수펌프 순으로 차단하고, 댐퍼는 노내 잔열과 가스를 배출시킨 뒤 가장 마지막에 닫는다.

댐퍼를 미리 닫으면 노내에 미연가스나 열기가 갇혀 위험할 수 있으므로 운전정지 조작 중 가장 나중에 수행한다.

하트포드 접속은 저압증기난방의 습식환수 방식에서 보일러수가 환수관으로 역류하는 것을 막고 저수위 사고를 예방하기 위해, 표준수면보다 50㎜ 정도 낮은 위치에 균형관을 두는 배관법이다.

환수관 응축수에서 발생하는 플래시증기 방지와는 관계가 없는 설명이므로 옳지 않은 내용이다.

급수 중에 녹아 있는 탄산가스(CO2)나 산소 같은 용존가스는 공기를 급수에 접촉시켜 날려 보내는 기폭법(폭기법)으로 제거한다.

침강법·응집법·여과법은 주로 부유물이나 현탁물질을 제거하는 청정처리 방법으로, 용존가스 제거와는 원리가 다르다.

벽이나 바닥 등에 가열용 코일을 매설하고 그 안에 온수를 흘려 복사열로 실내를 난방하는 방식을 복사난방법이라 한다.

강철제 보일러의 수압시험에서 시험수압은 규정 압력을 6%를 초과하지 않는 범위에서 유지해야 한다.

이 수치는 설치검사기준에 근거하므로 출제 당시(2011년) 기준임을 참고해야 한다.

가마울림(공명음, 노내 진동연소)은 연소실 내에서 연소가 불완전하거나 불안정할 때 발생하기 쉽다.

수분이 많은 연료를 사용하면 오히려 착화가 늦고 연소가 불안정해져 가마울림을 유발하므로, 이는 방지 대책이 아니라 잘못된 조치다.

2차 공기 예열과 적정 통풍조절, 완전연소, 연소실·연도의 원활한 가스 흐름 확보는 모두 올바른 방지 대책이다.

지역난방은 여러 건물의 열원을 대형 열원설비 한 곳에 집중시켜 공급하는 방식으로, 개별 보일러 설치보다 연소관리가 집중화되어 매연 발생이 오히려 줄어든다.

따라서 설비의 고도화로 도시 매연이 증가한다는 설명은 지역난방의 특징과 반대되는 내용이다.

열효율 향상, 연료비·인건비 절감, 건물 유효면적 증대는 지역난방의 실제 장점이다.

온수난방은 사용온수 온도에 따라 저온수식과 고온수식으로 나뉘며, 고온수식은 보통 100~150℃ 범위의 고온·고압 온수를 사용해 장거리·대규모 열수송에 적합하다.

열사용기자재 관련 검사대상기기 적용범위에서 소형온수보일러는 가스사용량이 17kg/h를 초과하는 경우부터 검사대상기기에 해당한다.

이 수치는 관련 규정 개정 이력이 있을 수 있으므로 출제 당시(2011년) 기준임을 참고해야 한다.

에너지이용합리화법상 에너지이용 합리화 기본계획에는 홍보·교육, 기술개발, 열사용기자재의 안전관리 등 에너지 절약과 효율 향상을 위한 정책적 사항이 포함된다.

반면 제품판매는 에너지이용 합리화의 목적과 직접 관련이 없어 기본계획 포함사항이 아니다.

에너지절약전문기업(ESCO)은 소관 행정기관에 등록하여야 하며, 당시 법령상 그 등록 업무는 에너지관리공단이사장에게 하도록 되어 있었다.

이후 소관 부처·기관 명칭이 개정되었을 수 있으므로 출제 당시(2011년) 기준임을 참고해야 한다.

목표에너지원단위란 에너지를 사용하여 만드는 제품의 단위당 에너지사용 목표량을 의미한다.

제품 종류별 연간 사용목표량이나 건축물 총 면적당·자동차 단위 연료당 주행거리 기준은 목표에너지원단위의 정의와는 다른 개념이다.

에너지이용합리화법상 에너지사용자와 에너지공급자는 에너지의 생산·이용에 따른 온실가스 배출을 줄이기 위해 노력해야 하는 책무를 진다.

효율의 극소화(효율은 극대화해야 한다), 기자재의 에너지효율을 높이기 위한 기술개발, 지역경제발전 시책 강구는 각각 다른 주체의 책무이거나 법 취지와 맞지 않는 내용이다.

평균효율관리기자재를 제조·수입하여 판매하는 자는 에너지소비효율 산정에 필요한 판매실적 및 효율측정 자료를 소관 행정기관의 장에게 제출해야 하며, 당시 법령상 그 대상은 지식경제부장관이었다.

이후 소관 부처 명칭이 개정되었을 수 있으므로 출제 당시(2011년) 기준임을 참고해야 한다.