09년 4회차

한 물체 내부를 차례로 거치거나 접촉한 두 물체 사이에서 열이 전해지는 현상은 열전도이다.

• 열대류는 유체(기체·액체)의 이동에 의해 열이 전달되는 현상이다.
• 열복사와 열방사는 매질 없이 전자파 형태로 열이 전달되는 현상이다.

전열면 증발율은 실제 증발량을 전열면적으로 나누어 구하며, 계산 결과는 100kg/㎡·h이다.

$30\ \mathrm{t/h} = 30{,}000\ \mathrm{kg/h}$

$\dfrac{30{,}000\ \mathrm{kg/h}}{300\ \mathrm{m^2}} = 100\ \mathrm{kg/(m^2 \cdot h)}$

증기드럼이 없는 보일러는 슐쳐 보일러이다.

슐쳐 보일러는 관류식 보일러의 대표적인 예로, 급수가 관을 따라 흐르며 순차적으로 예열-증발-과열되어 나가므로 별도의 증기드럼이 필요 없다.

• 스털링 보일러는 자연순환식 수관보일러로 드럼을 갖는다.
• 야로우 보일러도 자연순환식 수관보일러로 드럼을 갖는다.
• 다쿠마 보일러 역시 드럼형 수관식 보일러이다.

부르동관 압력계 부착 시 사용하는 사이폰관 속에는 물을 채운다.

사이폰관 속의 물은 고온의 증기가 직접 부르동관에 닿아 열손상을 입히는 것을 막아주는 완충·냉각 역할을 한다.

중유 보일러의 연소보조장치에 속하지 않는 것은 인젝터이다.

인젝터는 증기의 분사력을 이용해 물을 밀어 넣는 보조 급수장치로, 연소를 돕는 장치가 아니라 급수 계통에 속한다.

• 여과기는 연료 속 이물질을 걸러내는 연소보조장치이다.
• 오일프리히터는 중유를 예열해 점도를 낮추는 연소보조장치이다.
• 화염검출기는 연소 상태를 감시하는 연소보조장치이다.

분사관이 짧고 노즐 1개로 국부적인 노벽 부착 이물질을 제거하는 매연분출장치는 쇼트 레트랙터블형이다.

분사관이 짧아 특정 부위만 국소적으로 청소하는 방식이며, 롱 레트랙터블형은 이보다 긴 분사관으로 노 내부 깊숙이 삽입되어 넓은 범위를 청소한다.

여과식 집진장치의 분류에 해당하지 않는 것은 유수식이다.

여과식 집진장치는 여재를 통해 먼지를 걸러내는 방식으로 원통식, 평판식, 역기류 분사형 등으로 나뉘는 반면, 유수식은 물을 이용해 먼지를 포집하는 습식 집진장치로 분류가 다르다.

중유 첨가제 중 분무를 순조롭게 돕는 것은 연소촉진제이다.

연소촉진제는 연료의 미립화(분무)와 연소 반응을 촉진해 불완전연소를 줄이는 역할을 한다.

• 회분개질제는 회분의 융점을 높여 고온부식을 억제하는 첨가제이다.
• 유동점 강하제는 저온에서도 연료의 유동성을 유지시키는 첨가제이다.
• 슬러지분산제는 연료 속 슬러지의 침전·응집을 막는 첨가제이다.

보일러 자동제어의 목적과 관계없는 것은 효율적인 운전으로 연료비를 증가시킨다는 설명이다.

자동제어는 경제적인 열매체 확보, 안전한 운전, 인원 절감을 통한 인건비 절약을 목적으로 하며, 효율적인 운전은 연료비를 감소시키는 방향이지 증가시키는 방향이 아니다.

유류용 온수보일러에서 버너가 정지하고 리셋버튼이 돌출하는 대표적인 원인은 오일 배관 내의 공기가 빠지지 않고 있는 경우이다.

점화 시도 중 연료 배관에 공기가 남아 있으면 연료 공급이 원활하지 않아 정상 점화가 이루어지지 않고, 이때 안전장치가 작동해 버너를 정지시키고 리셋버튼을 돌출시킨다.

보일러 열손실 중 일반적으로 가장 큰 비중을 차지하는 것은 배기가스에 의한 열손실이다.

연소가스가 굴뚝으로 빠져나가면서 가지고 나가는 현열이 전체 열손실 중 가장 큰 부분을 차지하며, 그다음으로 불완전연소·미연소분·복사 및 전도에 의한 손실이 따른다.

탄소 5kg을 완전 연소시키는 데 필요한 산소량은 약 13.3kg이다.

$\mathrm{C} + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{CO_2}$의 반응에서 탄소 12kg당 산소 32kg이 필요하다.

$5\ \mathrm{kg} \times \dfrac{32}{12} = 13.3\ \mathrm{kg}$

상당증발량을 계산하는 올바른 식은 매시발생증기량에 발생증기엔탈피와 급수엔탈피의 차를 곱한 뒤 539로 나눈 형태이다.

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

여기서 539는 100℃ 포화수의 증발잠열(kcal/kg)이며, 발생증기엔탈피에서 급수엔탈피를 뺀 값이 실제로 증기를 만드는 데 쓰인 열량이 된다.

흡입통풍 방식이란 연도의 끝이나 연돌 하부에 송풍기(유인송풍기)를 설치해 연소가스를 빨아들이는 방식이다.

• 노의 입구에 송풍기를 설치하는 것은 압입통풍 방식이다.
• 연소용 공기를 연소실로 밀어 넣는 것도 압입통풍의 특징이다.
• 배기가스와 외기의 비중차를 이용하는 것은 자연통풍 방식이다.

비열 0.5kcal/kg·℃인 연료 20kg을 30℃에서 80℃까지 예열하는 데 필요한 열량은 500kcal이다.

$Q = c \times m \times \Delta T$

$Q = 0.5\ \mathrm{kcal/(kg \cdot ^\circ C)} \times 20\ \mathrm{kg} \times (80-30)^\circ \mathrm{C} = 500\ \mathrm{kcal}$

주철제 보일러의 특징 설명 중 틀린 것은 대용량의 저압보일러에 적합하다는 부분이다.

주철제는 인장강도가 약해 고압이나 대용량에는 부적합하며, 주로 소용량 저압보일러에 사용된다. 대신 쪽(섹션)의 증감으로 용량 조절이 편리하고 내열성·내식성이 우수하지만, 열에 의한 부동팽창으로 균열이 생기기 쉬운 단점이 있다.

도시가스와 같은 기체연료의 일반적인 연소형태는 확산연소이다.

연료가스와 공기가 버너에서 각각 분출되어 서로 확산·혼합되면서 연소가 진행되는 방식으로, 화염 안정성이 좋아 가스버너에 널리 쓰인다.

보일러 급수제어의 3요소식과 관련이 없는 것은 연소량이다.

3요소식 급수제어는 수위, 증기유량, 급수유량을 동시에 검출해 급수량을 조절하는 방식이며, 연소량은 연소제어 계통에서 다루는 요소이다.

방폭문은 연소실 후부 또는 좌·우측에 설치한다.

연소실 내에서 이상연소나 역화로 인한 폭발압력이 발생했을 때 이를 안전하게 외부로 방출시켜 보일러 본체 파손을 막기 위한 장치이기 때문에, 압력이 집중되기 쉬운 연소실 벽면 부위에 설치한다.

연도에서 폐열회수장치의 올바른 설치순서는 과열기 → 재열기 → 절탄기 → 공기예열기이다.

배기가스는 보일러 본체를 나온 직후 온도가 가장 높으므로, 고온의 증기를 다루는 과열기·재열기를 먼저 거치고, 이후 상대적으로 저온을 다루는 절탄기(급수 예열)와 공기예열기(연소용 공기 예열) 순으로 배치해 폐열을 단계적으로 회수한다.

중유 연소장치에서 사용되는 버너의 종류에 해당하지 않는 것은 교차분사식이다.

중유용 버너는 일반적으로 유압분사식, 저압공기분사식, 고압기류식(고압공기분사식), 회전분무식 등으로 분류되며, 교차분사식이라는 명칭은 표준적인 버너 분류에 해당하지 않는다.

수위계는 보일러 내부 수위를 눈으로 확인하는 계측장치로, 이상 시 자동으로 작동해 사고를 막는 안전장치와는 성격이 다르다.

• 방폭문은 노 내 폭발압력을 배출해 보일러를 보호하는 안전장치이다.
• 화염검출기는 실화(失火) 시 연료 공급을 차단하도록 신호를 보내는 안전장치이다.
• 가용마개는 일정 온도 이상에서 녹아 증기를 방출시키는 안전장치이다.

용량자동제어는 보일러 자동제어(ABC)의 일반적 분류에 포함되지 않는다.

보일러 자동제어는 보통 급수자동제어(급수량·수위 조절), 증기온도자동제어(과열증기 온도 조절), 연소자동제어(공기비·연소량 조절)의 세 가지로 나뉜다.

코르니쉬 보일러의 전열면적은 노통의 외표면적으로 계산하며, 원통의 표면적 공식 $A = \pi D L$을 적용한다. 여기서 D는 외경 3,000mm = 3m, L은 노통 길이 4,500mm = 4.5m이다. 전열면적 = $\pi \times 3 \times 4.5 = 13.5\pi \approx 42.4 \text{ m}^2$로, 두께는 강도 계산에는 영향을 주지만 외표면적 계산에는 직접 반영되지 않는다.

겔로웨이관은 노통 내부를 가로질러 설치하는 관으로, 노통의 전열면적을 늘리고 노통 강도를 보강하며 관수 순환을 촉진하는 역할을 한다.

아담슨조인트는 노통의 신축을 흡수하는 이음이고, 브레이징 스페이스는 화실 연소실의 완충 공간, 반구형 경판은 동체 양 끝을 막는 부재로 목적이 다르다.

전열면은 한쪽은 연소가스 등 고온 열원과 접하고 다른 쪽은 보일러수·증기와 접하여, 외부의 열을 물과 증기에 전달하는 부위를 말한다.

동체는 보일러의 몸체 구조물, 노는 연료가 연소하는 공간, 연도는 연소가스가 굴뚝으로 빠져나가는 통로로 각각 열전달의 매개 기능과는 구분된다.

증기트랩은 응축수만 배출하고 증기 누설은 막아야 하므로 마찰저항이 작을 것이 요구되며, 마찰저항이 크면 응축수 배출 성능이 떨어진다.

동작이 확실하고 내식·내마모성이 있으며 응축수를 연속적으로 배출할 수 있어야 한다는 조건은 모두 증기트랩에 요구되는 정상적인 구비조건이다.

급수펌프는 회전식이라도 고속회전에 지장이 없어야 하며, 고속회전에 지장이 있다면 구비조건을 충족하지 못한다.

고온·고압에 견디고 급격한 부하변동에 신속히 대응하며 작동이 확실하고 조작이 간편해야 한다는 것은 급수펌프에 요구되는 정상적인 조건이다.

$1\ \mathrm{J} = 1\ \mathrm{N \cdot m}$로, 줄(J)은 힘과 거리의 곱으로 정의되는 일(에너지)의 단위이다.

1cal는 약 4.186J, 1mol은 물질량 단위, 1erg는 CGS 단위계의 일 단위($10^{-7}\ \mathrm{J}$)로 1J과 값이 다르다.

보일러 내부에 매다는 아연판은 철보다 이온화 경향이 커서 먼저 부식되는 희생양극 역할을 하여, 보일러 판(강판)의 부식을 방지하기 위한 것이다.

기수공발(캐리오버)·프라이밍은 증기 발생부의 수위·수질 관리 문제이고, 스케일 생성은 급수 중 경도 성분에 의한 것으로 아연판 부착 목적과는 다르다.

보일러 비상정지 시에는 가장 먼저 연료의 공급을 차단하여 연소를 멈추는 것이 최우선이다.

연료 차단 이후에 순차적으로 공기 투입 정지, 댐퍼 조작, 증기밸브 차단 등의 후속 조치를 진행한다.

열전달율은 유체와 고체 표면 사이의 단위 면적당 열전달 능력을 나타내므로 단위에 면적(㎡)이 포함되어야 하는데, 제시된 $\mathrm{kcal/(m \cdot h \cdot {}^{\circ}C)}$는 면적 단위가 빠진 열전도율의 단위와 같아 틀린 표기이다.

열전도율은 $\mathrm{kcal/(m \cdot h \cdot {}^{\circ}C)}$, 열관류율과 열저항은 각각 $\mathrm{kcal/(m^2 \cdot h \cdot {}^{\circ}C)}$와 그 역수 형태가 맞는 표기이다.

개방형 팽창탱크는 온수가 넘치지 않고 순환이 원활하도록 최고층 방열기보다 1m 이상 높은 위치에 수면을 두어야 한다.

이는 온수의 팽창과 순환압을 확보하기 위한 최소 높이 기준이다.

저수위 차단장치의 통수관은 분출관 및 수면계의 분출관과 별도로 연결해야 하며, 이를 통합해서 연결하면 분출 시 검출부가 오작동할 수 있어 잘못된 설치 방법이다.

2개를 별도의 통수관에 각각 연결하고, 통수관 호칭지름을 25㎜ 이상으로 하며, 밸브의 개폐상태를 명확히 표시하는 것은 정상적인 설치 주의사항이다.

가성취화는 알칼리 농도가 높은 보일러수가 리벳이음부·관 구멍 등 응력이 집중되고 농축이 일어나기 쉬운 좁은 틈에서 발생하는데, 이러한 부위는 주로 수면 하부에 위치하므로 수면상부라는 설명은 틀렸다.

고압보일러에서 보일러수의 알칼리 농도가 높을 때 발생하기 쉽고, 외견상 뚜렷한 부식 흔적 없이 미세하고 불규칙한 방사상 균열 형태를 보인다는 설명은 가성취화의 정상적인 특징이다.

보일러수 중 용존산소는 금속 표면 국부에 작은 구멍 형태의 부식을 일으키는 점식(pitting)을 1차적으로 유발한다.

고온부식은 주로 연소가스 중 바나듐·황 성분에 의한 것이고, 그루빙은 응력과 부식이 겹친 홈 모양 손상, 가성취화는 알칼리 농축에 의한 균열로 각각 원인이 다르다.

공기빼기밸브는 증기압이 오르기 시작할 때 미리 열어 두었다가 공기가 완전히 배제된 뒤(증기가 나오기 시작하면) 닫는 것이 올바른 순서이므로, 공기 배제 후에 연다는 설명은 순서가 뒤바뀐 것이다.

분출장치 누설 확인, 수위 변동 확인, 급수장치 기능 확인은 증기압 상승 시 점검해야 할 정상적인 취급 항목이다.

응축수 환수방식에 의한 증기난방 분류는 보통 중력환수식, 기계환수식, 진공환수식의 세 가지로 나뉜다.

건식환수방식은 환수관의 배관 위치(건식·습식)에 따른 분류로, 환수 동력 방식에 의한 분류와는 기준이 다르다.

보일러 분출은 부하가 가장 작을 때(연소가 약한 상태) 실시해야 안전하므로, 부하가 가장 클 때 분출을 행한다는 설명은 틀렸다.

2대의 보일러를 동시에 분출하지 않고, 분출작업 중에는 다른 작업을 하지 않으며, 야간에 정지했던 보일러는 조업 직전에 분출하는 것은 정상적인 분출 원칙이다.

전극식 수위검출부의 전극봉은 스케일이 부착되면 검출 기능이 저하되므로, 통상 3개월 정도의 주기로 샌드페이퍼로 닦아 청소해 준다.

주기가 이보다 길어지면 스케일 부착으로 저수위 감지가 늦어져 안전사고로 이어질 수 있다.

전열면적 10㎡ 이하인 보일러의 분출밸브는 호칭지름 20mm 이상으로 할 수 있다는 것이 출제 당시 검사기준이었다.

다만 관련 수치는 개정 이력이 있을 수 있으므로 실제 적용 시에는 최신 법령·검사기준을 확인해야 한다.

전열면적이 10㎡를 초과하는 강철제·주철제 증기보일러의 급수밸브·급수관 크기는 호칭 20A 이상이어야 한다는 것이 출제 당시 기준이다.

전열면적 12㎡는 이 10㎡ 초과 구간에 해당하므로 20A 이상 규격이 적용된다. 관련 수치는 개정될 수 있어 최신 기준 확인이 필요하다.

매연은 주로 공기 공급량이 과부족하거나 무리한 연소, 연소장치 불량 등 연소 조건이 나쁠 때 발생하며, 배기가스 온도가 낮은 경우는 매연 발생의 직접적인 원인과는 거리가 멀다.

배기가스 온도가 낮은 것은 오히려 열손실이 적다는 의미에 가까워 매연 발생 원인으로 보기 어렵다.

온수난방의 개방형 팽창탱크는 온수가 역류하지 않고 팽창분을 자연스럽게 흡수하도록 반드시 최고층 방열기보다 높은 위치에 설치해야 한다.

• 고온수 난방설비는 압력을 유지해야 하므로 밀폐식 팽창탱크를 사용한다.
• 일수관·통기관은 대기에 개방된 개방식 팽창탱크에 설치하는 부속이다.
• 팽창관에는 안전을 위해 밸브를 설치하지 않는 것이 원칙이다.

온수온돌은 바닥에 매설한 배관의 온수 열이 바닥 전체를 통해 실내로 퍼지는 저온 복사 방식의 난방이다.

대류나 전도가 일부 작용하더라도 온돌 난방의 대표적 방열 특성은 낮은 온도로 넓은 면에서 고르게 열을 내보내는 복사 난방으로 설명된다.

사용 중 검사는 보일러가 정상 가동 상태에서 이루어지는 검사이므로, 보온재나 케이싱을 분해한 채로 손상이 있어도 무방하다는 설명은 틀렸다. 손상이 있으면 사용해서는 안 된다.

지지대 균열·변형 여부, 배관·밸브 이음부의 누기·누수 여부, 연소실 청소 상태와 축로의 변형·이탈 여부를 확인하는 것은 사용 중 검사의 정상적인 점검 항목이다.

저압증기난방에서는 통상 $0.15 \sim 0.35\ \mathrm{kgf/cm^2}$ 범위의 낮은 압력의 증기를 사용한다는 것이 출제 당시 기준이다.

이보다 높은 압력대는 고압증기난방으로 구분되며, 저압증기난방은 배관과 방열기에 걸리는 부담을 줄이기 위해 낮은 압력을 쓴다.

보일러 용량을 정하는 정격출력에는 난방부하, 급탕부하, 배관부하, 예열부하가 포함되며, 채광(採光)과 관련된 부하는 정격출력 산정 항목에 해당하지 않는다.

채광부하는 조명·채광 설계에서 다루는 개념으로 보일러 용량 산정과는 직접 관련이 없다.

신설보일러 내부점검에서는 이물질 확인, 수압시험용 평판 제거 확인 등을 마친 뒤 맨홀·검사구 등의 뚜껑을 모두 닫아야 하며, 이후 만수 및 가압 시험으로 이어지므로 뚜껑을 전부 열어 개방한다는 설명은 순서와 목적이 맞지 않는다.

공구·볼트·너트·헝겊조각 등 이물질 확인, 만수 후 공기빼기밸브를 닫고 정상사용압력의 10% 이상 수압을 가하는 시험, 급수 중 저수위 경보기·연료차단장치 인터록 작동 확인은 정상적인 점검 절차이다.

신축곡관이라고도 불리는 루프형 신축이음은 관을 구부려 만든 곡관의 탄성으로 신축을 흡수하며, 옥외의 고온·고압 증기배관에 널리 쓰인다.

벨로스형·슬리브형·스위블형은 각각 주름관, 미끄럼 슬리브, 회전 이음의 구조로 신축을 흡수하며 주로 실내·저압 배관에 적합하다.

표준방열량을 적용하면 온수방열기의 방열면적은 $\dfrac{\text{난방부하}}{\text{표준방열량}}$으로 구한다.

온수 표준방열량 $450\ \mathrm{kcal/(m^2 \cdot h)}$을 적용하면 $\dfrac{36{,}900}{450} = 82\ \mathrm{m^2}$로, 방열면적은 82㎡가 된다.

온수보일러 설치·시공도면에는 배관의 크기·치수·경로, 안전장치의 설치위치, 밸브의 종류·설치위치 등을 표시하도록 정해져 있었으며, 연도 및 굴뚝의 높이는 이 표시 항목에 포함되지 않는다는 것이 출제 당시 기준이다.

관련 항목은 법령 개정에 따라 달라질 수 있으므로 최신 기준을 함께 확인하는 것이 좋다.

재료 및 설계 불량은 보일러 제작(설계·제조) 단계의 결함에 해당하므로, 운전자의 취급상 잘못으로 발생하는 사고 원인과는 구분된다.

사용압력 초과 운전, 저수위 운전, 급수처리 불량은 모두 운전·관리 과정에서 발생하는 대표적인 취급상 사고 원인이다.

소용량 및 소형 관류보일러는 예외적으로 수면계를 1개 이상 설치하면 되도록 완화되어 있으므로, 2개 이상의 유리 수면계를 부착한다는 설명은 틀렸다.

일반 증기보일러는 2개 이상의 유리 수면계 부착이 원칙이며, 최고사용압력 1MPa 이하이고 동체 안지름 750㎜ 미만인 경우나 원격지시 수면계를 2개 이상 갖춘 경우에는 유리 수면계 개수를 완화할 수 있다.

에너지이용합리화법상 제품의 단위당 에너지사용목표량, 건축물의 단위면적당 에너지사용목표량을 정하여 고시하는 자는 산업통상자원부장관(구 지식경제부장관)이다.

고용노동부장관, 시·도지사, 에너지관리공단이사장은 각각 산업안전, 지역행정, 검사업무 등 다른 소관 업무를 담당한다.

에너지이용합리화법상 특정열사용기자재 중 검사대상기기를 설치하거나 개조하여 사용하려는 자는 시·도지사의 검사를 받아야 한다.

실제 검사 업무는 한국에너지공단(구 에너지관리공단)에 위탁되어 수행되지만, 법령이 정한 검사 권한의 주체는 시·도지사이다. 검사대상기기제조업자나 시공업자단체의 장은 검사를 시행하는 주체가 아니다. 위탁 관계와 기관 명칭은 개정될 수 있으므로 최신 법령을 함께 확인해야 한다.

에너지이용합리화법상 에너지관리자, 시공업의 기술인력, 검사대상기기 조종자는 특정열사용기자재의 안전관리를 위한 교육 대상자로 정해져 있다.

효율관리기자재 제조업자는 신고 등 별도의 의무는 있으나 이 안전관리 교육 대상에는 해당하지 않는다는 것이 출제 당시 기준이다.

에너지이용합리화법은 에너지의 수급을 안정시키고 효율적인 이용을 증진하여 국민경제 발전과 환경피해 감소에 이바지함을 목적으로 한다.

따라서 에너지 소비촉진은 법의 취지와 반대되는 내용이라 목적에 해당하지 않는다.

자발적 협약 이행계획에는 협약 체결 전년도의 에너지소비현황, 효율향상목표 이행을 위한 투자계획, 에너지관리체제 및 관리방법 등이 포함된다.

온실가스 감축을 위한 목표와 이행방법을 다룰 뿐, 배출증가 현황을 담는 항목은 협약의 취지와 맞지 않아 포함되지 않는다.

※ 09년 출제 당시 기준이며 세부 항목은 이후 시행규칙 개정을 따른다.

에너지다소비사업자는 매년 1월 31일까지 전년도의 에너지 이용합리화 실적 및 해당 연도의 계획, 해당 연도의 에너지사용예정량·제품생산예정량, 에너지사용기자재의 현황 등을 신고해야 한다.

전년도의 손익계산서는 에너지 사용·관리와 무관한 재무자료로 신고 대상에 포함되지 않는다.

※ 09년 출제 당시 기준이며 세부 신고항목은 이후 법령 개정을 따른다.