09년 1회차

보일러 분출은 포밍이나 프라이밍의 발생을 억제하기 위한 조치이지, 이를 좋게 만들기 위한 것이 아니다.

• 불순물이 농축되는 것을 방지한다.
• 스케일이 전열면에 붙는 것을 방지한다.
• 관수의 순환을 원활하게 한다.

회전방향과 반대로 굽은 후향 날개(터보형) 송풍기는 효율이 60~75%로 높고 고압·대용량 송풍에 적합하며, 같은 풍량이라도 상대적으로 작은 동력으로 운전할 수 있다.

다익형은 전향 날개로 효율이 낮고, 축류형은 저압 대풍량에, 플레이트형은 특수 용도에 적합해 이 조건과 맞지 않는다.

브리딩 스페이스는 노통이 열을 받아 신축할 때 그 변형을 흡수하도록 가셋트 스테이 하단과 노통 사이에 두는 여유 거리다. 이 간격이 부족하면 응력이 집중되어 경판이나 노통에 균열이 생긴다.

경판의 두께에 따라 필요한 최소 간격이 정해져 있으며, 두께 13㎜ 이하인 경우에는 230㎜ 이상을 확보해야 한다.

동력(PS)을 열량으로 바꿀 때는 1PS가 시간당 약 632kcal에 해당한다는 환산관계를 사용한다.

$1\text{PS} = 75\,\mathrm{kgf \cdot m/s} \times 3600\,\mathrm{s/h} \div 427\,\mathrm{kgf \cdot m/kcal} \approx 632\,\mathrm{kcal/h}$

따라서 30PS가 1시간 동안 한 일은 $30 \times 632 \approx 18{,}970\,\mathrm{kcal}$로 환산된다.

터빈펌프는 임펠러의 회전으로 유체를 이송하는 원심식 펌프의 한 종류로, 피스톤이나 플런저의 왕복운동으로 유체를 밀어내는 왕복동식 펌프가 아니다.

플런저펌프, 워싱턴펌프, 웨어펌프는 모두 왕복운동을 이용하는 왕복동식 펌프에 속한다.

안전밸브 및 압력방출장치의 크기는 원칙적으로 호칭지름 25A 이상으로 하되, 최고사용압력 0.1MPa 이하의 보일러나 소용량 강철제보일러 등은 20A 이상으로 완화할 수 있다.

증기보일러에는 안전밸브를 2개 이상 설치하는 것이 원칙이고, 전열면적 50㎡ 이하인 증기보일러에 한해 1개 이상으로 할 수 있다. 그 기준 면적을 100㎡로 적은 설명이 실제 기준과 어긋난다.

ON-OFF 동작은 조작량이 두 가지 상태(온/오프)만을 가지는 제어 방식으로, 이를 자동제어에서는 2위치 동작이라 부른다.

비례동작·적분동작·복합동작은 조작량이 연속적으로 변하는 제어 방식이어서 ON-OFF와는 다른 범주에 속한다.

탄성체의 변형을 이용해 압력을 측정하는 탄성식 압력계에는 부르동관식, 벨로스식, 다이어프램식이 있다.

단관식 압력계는 액주의 높이차로 압력을 재는 액주식(마노미터) 계열이어서 탄성식으로 분류되지 않는다.

유압분무식 오일버너는 기름 자체를 고압으로 가압해 노즐에서 분사하는 방식으로, 유량조절범위가 좁다는 것이 대표적인 단점이다.

대용량 버너 제작이 가능하고 별도의 무화 매체가 필요 없다는 점, 점도가 높으면 무화가 어렵다는 점은 유압분무식의 실제 특징과 일치한다.

프라이밍은 증발능력에 비해 보일러수의 표면적이 작을 때 기포가 원활히 빠져나가지 못해 발생하며, 표면적이 크다는 것은 오히려 프라이밍 발생을 억제하는 조건이다.

• 보일러 수위가 높을 때 발생하기 쉽다.
• 보일러수가 농축되어 있을 때 발생하기 쉽다.
• 증기밸브를 급개하여 압력이 급변할 때 발생하기 쉽다.

보일러에서 발생하는 여러 열손실 중 가장 큰 비중을 차지하는 것은 배기가스에 의한 열손실이다.

배기가스는 연소 후 미처 회수되지 못한 현열을 그대로 대기로 가지고 나가기 때문에, 불완전연소나 복사·전도에 의한 손실보다 그 양이 훨씬 크다.

완전연소를 전제로 할 때 배기가스 중 산소농도로부터 공기비를 구하는 간이식은 $m = \dfrac{21}{21 - \mathrm{O_2}(\%)}$이다.

$m = \dfrac{21}{21-2} = \dfrac{21}{19} \approx 1.1$이므로 공기비는 약 1.1로 계산된다.

온수발생보일러는 온수 온도가 393K(120℃) 이하로 유지되도록 방출밸브를 설치해야 한다(출제 당시 설치검사기준).

이보다 높은 온도로 운전되는 온수보일러에는 방출밸브 대신 방출관을 설치하는 방식으로 구분된다.

기체연료는 공기와의 혼합이 쉬워 적은 과잉공기로도 완전연소가 이루어지므로 연소실 용적을 크게 할 필요가 없다. 연소실 용적이 커야 한다는 설명이 기체연료의 실제 특징과 어긋난다.

• 연소 조절이 쉽다.
• 회분이 없고 대기오염 발생이 적다.

다만 기체 상태로 저장·수송하려면 압축·액화 등 큰 시설이 필요하다는 단점은 실제 특징과 일치한다.

여러 신호전달 방식 중 전기식은 배선을 통해 신호를 보내므로 전송지연이 적고 가장 먼 거리까지 전송이 가능하며, 조작력도 크게 확보할 수 있다.

공기압식은 전송거리에 제약이 있고, 유압식은 배관 문제로 원거리 전송이 어려우며, 기계식은 근거리에서만 사용 가능하다.

연도나 전열면에 붙은 그을음·재를 증기나 압축공기를 분사해 제거하는 장치를 슈트 블로워라 한다.

수저분출장치는 보일러수 배출, 증기트랩은 응축수 배출, 기수분리기는 증기 중 수분 제거를 위한 장치로 그을음 제거와는 목적이 다르다.

게이트밸브(사절밸브)라고도 불리는 슬루스 밸브는 밸브체를 유로와 직각으로 오르내려 개폐하는 구조로, 완전 개방 시 유체 저항이 작고 퇴적물이 체류하지 않는다는 장점이 있다.

다만 개도를 조금씩 조절하면 유체가 밸브 시트를 침식시키기 쉬워 유량조절용으로는 부적합하고 주로 차단용으로 사용된다.

절탄기는 배기가스의 여열로 급수를 예열하는 장치이므로, 설치 후에는 배기가스 온도가 낮아져 통풍력이 오히려 감소한다.

• 급수 예열로 보일러 증발량과 열효율이 높아진다.
• 보일러수와 급수의 온도차가 줄어 동체의 열응력이 경감된다.
• 배기가스 온도가 낮아지면서 저온부식이 발생하기 쉬워진다.

연료의 가연성분은 연소하면서 열을 내는 원소로, 탄소(C)·수소(H)·황(S)이 이에 해당한다.

질소(N)는 연소에 관여하지 않는 불연성분으로, 오히려 연소 시 질소산화물(NOx) 생성의 원인이 되는 성분이다.

상당증발량은 실제 발생증기량을 100℃ 포화수에서 100℃ 건포화증기로 바꾸는 기준(539kcal/kg)으로 환산한 값이다.

$G_e = \dfrac{G_a (i' - i)}{539}$ 형태로, 매시 발생증기량에 증기와 급수의 엔탈피차를 곱하고 539로 나누어 구한다.

프레임 아이는 화염을 감시하는 장치이므로 기본적으로 불꽃의 중심부를 향하도록 설치해야 한다. 불꽃의 중심을 향하지 않도록 설치한다는 설명은 화염검출장치의 실제 설치 원칙과 어긋난다.

• 프레임아이 주위 온도는 과열 오작동을 막기 위해 50℃ 이상 되지 않도록 관리한다.
• 광전관식은 유리나 렌즈를 주기적으로 청소해 감도를 유지한다.
• 프레임 로드는 검출부가 불꽃에 직접 접하므로 소손에 유의해 자주 청소한다.

열정산은 이미 파악된 연료의 발열량을 바탕으로 보일러에 투입된 열이 어디로 소비되는지를 분석하는 작업으로, 연료 자체의 발열량을 알아내는 것은 열정산의 목적이 아니다.

• 열의 손실 부분을 파악하기 위해 실시한다.
• 열설비의 실제 능력을 확인하기 위해 실시한다.
• 투입된 열이 어떻게 쓰이는지 행방을 파악하기 위해 실시한다.

보일러 부하율은 실제 증발량을 정격용량(최대연속증발량)으로 나눈 값으로 나타낸다.

$\text{부하율} = \dfrac{4.5}{5} \times 100 = 90\%$

연관식 보일러는 연소실을 비교적 자유롭게 구성할 수 있어 연료 선택의 범위가 넓다. 연료선택 범위가 좁다는 설명이 실제 특징과 반대다.

• 연관을 많이 배치할 수 있어 전열면적이 크고 효율이 좋다.
• 전열면적이 큰 만큼 증기발생 시간이 빠르다.
• 연소실을 넓게 잡을 수 있어 연소상태가 양호하다.

주철제 보일러는 내열성·내식성이 우수하고 쪽수(섹션)의 증감으로 용량 조절이 쉬우며 고압·대용량에는 부적당한 반면, 재질이 주철이라 충격에 약해 균열이 발생하기 쉽다.

따라서 “충격에 강하다”는 설명은 주철제 보일러의 실제 특성과 반대된다.

전열면 증발률은 시간당 증발량을 전열면적으로 나눈 값이다.

$\dfrac{20{,}000\ \mathrm{kg/h}}{458\ \mathrm{m^2}} \approx 43.7\ \mathrm{kg/m^2 \cdot h}$

20ton/h를 kg/h로 환산(20,000kg/h)한 뒤 전열면적 458㎡로 나누면 약 43.7kg/㎡·h가 된다.

보일러 인터록은 이상 상태가 감지되면 연소를 자동 정지시키는 안전장치로, 저수위·압력초과·불착화 인터록 등이 대표적이다.

“저온도 인터록”이라는 항목은 표준 인터록 종류에 포함되지 않는다.

수관식 보일러는 물이 흐르는 수관을 가열하는 방식으로, 자연순환식·강제순환식·관류식으로 구분된다.

“입형횡관식”은 수관식이 아니라 원통형 보일러 중 입형(수직) 보일러의 한 종류로, 수직 동체에 횡관을 설치해 전열면적을 늘린 소용량 보일러이다.

표면연소는 고체 연료 표면에서 산소가 직접 반응하며 불꽃 없이 타는 연소 형태로, 목탄(숯)·코크스 등 휘발분이 거의 없는 연료가 대표적이다.

중유와 석탄은 열분해로 생긴 가연성 가스가 타는 분해연소, LPG는 기체연료가 공기와 섞이면서 타는 확산연소에 해당하므로 표면연소와 다르다.

보일러수의 연화제는 경도 성분(칼슘·마그네슘)을 침전시켜 스케일을 방지하는 청관제로, 수산화나트륨·탄산나트륨·인산나트륨이 대표적으로 쓰인다.

황산나트륨은 경도 성분을 침전시키는 연화 작용을 하지 않으므로 연화제로 사용되지 않는다.

온수의 온도차에 의한 비중력차만으로 순환시키는 방식은 자연순환식 난방이며, 순환펌프가 없어 배관 저항이 큰 대규모 건물에는 부적합해 단독주택이나 소규모 난방에 주로 쓰인다.

강제순환식은 펌프로 강제 순환시키는 방식이고, 상향·하향순환식은 배관 방식에 따른 분류로 이 설명과는 다르다.

온수난방의 표준방열량은 $450\ \mathrm{kcal/m^2 \cdot h}$로, 증기난방의 표준방열량 $650\ \mathrm{kcal/m^2 \cdot h}$보다 작다.

이는 온수의 방열 온도가 증기보다 낮기 때문이며, 주철제 보일러라 해도 온수를 사용하는 경우의 표준방열량은 이 값을 기준으로 한다.

증기실 꼭대기에 구멍 뚫린 대형 관을 부착해 상부에서 증기를 고르게 인출하고, 물방울은 하부 구멍으로 걸러내 보일러수로 되돌리는 장치는 비수방지관이다.

이는 프라이밍(비수동반)으로 증기에 물방울이 섞여 나가는 것을 막기 위한 장치이며, 사이폰관·급수내관·드레인관과는 기능이 다르다.

연관 최고부보다 노통 윗면이 더 높은 노통연관 보일러에서는 더 높은 쪽인 노통을 기준으로 최저수위를 정한다.

이때 안전저수면의 위치는 노통 최고부 위 100㎜이다.

보일러 운전을 정지할 때는 연료 공급 차단 → 공기(송풍) 공급 정지 → 급수펌프 정지 순으로 진행하고, 댐퍼를 닫는 작업은 노 내부의 잔류 가스를 충분히 배출시킨 뒤 가장 마지막에 한다.

댐퍼를 미리 닫으면 미연소 가스가 노 안에 남아 역화·폭발의 위험이 있으므로 맨 뒤로 미루는 것이다.

경도는 물 속의 칼슘·마그네슘 등을 탄산칼슘(CaCO3) 상당량으로 환산해 나타낸다.

1ppm은 물 1ℓ 중에 탄산칼슘 1mg이 포함된 농도를 뜻한다.

장기간 정지했던 보일러를 다시 가동하기 전의 연소계통 점검은 연료·화염검출기·댐퍼를 바로 가동할 수 있는 상태로 갖추어 두는 것이 목적이다.

연료배관의 누설 여부를 점검하는 것까지는 옳지만, 점검 후 연료밸브를 닫아 놓는 것은 연료 공급이 되지 않아 가동 준비 상태가 아니므로 사용 전 준비사항으로 맞지 않는다. 점검을 마친 연료계통은 열어 두어 연료가 공급될 수 있게 해야 한다.

기름탱크 유량·가스압력 확인, 화염검출기 유리면 청소, 연도 댐퍼를 열어 두는 것은 모두 정상적인 점검·준비 절차이다.

증기 송기 시에는 수격작용(워터해머)을 막기 위해 응축수를 배출시키면서 서서히 승온해야 한다.

“응축수가 배출되지 않도록 한다”는 설명은 반대로 응축수를 관 내에 남겨 두는 것이므로, 오히려 수격작용을 유발하는 잘못된 조치이다.

과열기 드레인 배출, 주증기밸브를 조금 열어 배관을 예열한 뒤 완전 개방했다가 살짝 되돌려 놓는 것은 모두 올바른 송기 절차이다.

방열기 인입 배관에는 스위블 이음을 쓰고, 공급관은 역구배, 환수관은 순구배로 한다.

스위블 이음은 엘보 두 개 이상을 조합해 나사부의 회전으로 관의 신축을 흡수하는 방식이다. 값싸고 시공이 간단해 신축량이 크지 않은 방열기 주위 저압 배관에 널리 쓰인다.

구배는 상향공급식을 기준으로 정한다. 공급관은 흐름 방향으로 올라가는 역구배로 놓아 관 안의 공기가 상승해 방열기 쪽 공기빼기로 모이게 하고, 환수관은 흐름 방향으로 내려가는 순구배로 놓아 물과 응축수가 자연히 흘러내리게 한다.

슬리브형 신축이음은 주관의 큰 신축을 흡수하는 데 쓰는 것이어서 방열기 인입부에는 맞지 않는다. 2009년 출제 당시 배관 시공기준에 따른 문항이다.

복사난방은 가열면의 위치에 따라 천장·바닥·벽 난방으로 분류한다.

온풍난방은 데운 공기를 직접 불어넣는 대류 방식의 난방으로, 가열면을 통한 복사난방의 분류에 해당하지 않는다.

난방부하는 난방면적에 열손실지수를 곱해 구한다.

$100\ \mathrm{m^2} \times 90\ \mathrm{kcal/m^2 \cdot h} = 9{,}000\ \mathrm{kcal/h}$

따라서 이 건물의 난방부하는 9,000kcal/h이다.

온수발생 보일러의 방출관은 전열면적 구간별로 안지름 기준이 정해져 있으며, 전열면적 15~20㎡ 미만 구간의 방출관 안지름은 40㎜ 이상이다(출제 당시 규정 기준).

전열면적이 커질수록 방출 가능한 유량을 확보하기 위해 방출관 지름도 단계적으로 커지도록 정해져 있다.

리프팅(선화)은 분출가스 속도가 연소속도보다 빨라 불꽃이 염공에서 들뜨는 현상으로, 가스압이 너무 높거나 1차 공기 과다로 분출속도가 커질 때 발생한다.

“가스압이 너무 낮은 경우”라는 설명은 오히려 역화(백파이어)를 일으키는 조건에 해당하므로 리프팅의 원인 설명으로는 틀렸다.

역화는 불꽃이 염공을 따라 버너 내부로 거꾸로 들어가는 현상으로, 버너 과열이나 가스압 저하 시 발생한다.

고압가스 용기는 가스 종류별로 도색이 정해져 있으며, 수소 용기의 도색은 주황색이다.

참고로 산소는 녹색, 아세틸렌은 황색, 액화탄산가스는 청색 계열로 구분된다.

보일러 성능시험에서 각종 측정값은 매 10분마다 기록하는 것이 원칙이다.

“매 20분마다 실시한다”는 측정 주기가 실제 기준보다 길게 서술되어 있어 틀린 설명이다.

수위를 최초·최종 측정 시 일치시키는 것, 실측이 불가능한 주철제 보일러의 증기 건도를 97%로 보는 것, B-B유 비중을 0.92로 두는 것은 모두 표준 시험 조건에 해당한다.

급수밸브 및 체크밸브의 크기는 전열면적 10㎡ 이하인 보일러에서 호칭 15㎜(15A) 이상으로 하도록 정해져 있다.

전열면적이 10㎡를 초과하면 20㎜(20A) 이상으로 더 큰 호칭 지름을 적용한다.

보온재는 열전도율이 작을수록 단열 성능이 좋으므로, 선정 시에는 열전도율이 가능한 한 작아야 한다.

“열전도율이 가능한 한 커야 한다”는 설명은 보온재 선정 기준과 반대된다.

안전 사용 온도범위 적합, 물리·화학적 강도, 단위 체적당 저렴한 가격은 모두 올바른 선정 조건이다.

개방형 팽창탱크는 온수난방 계통에서 가장 높은 부분보다 최소 1.0m 이상 높게 설치해야 팽창수를 흡수하고 배관 내 압력을 안정적으로 유지할 수 있다.

프라이밍·포밍은 정상 수위 유지, 과부하 운전 방지, 보일러수 농축 방지 등으로 예방한다.

주증기밸브는 서서히 천천히 열어야 하며, “급개(급히 여는 것)”는 오히려 압력 급변으로 비수를 유발해 프라이밍·포밍을 촉진하므로 방지대책과 반대되는 설명이다.

안전밸브를 2개 이상 설치할 때, 그중 1개는 최고사용압력 이하에서 작동하도록 하고 나머지 1개는 최고사용압력의 1.03배 이하에서 작동하도록 정해져 있다.

온수난방은 증기난방에 비해 방열면적이 넓고 예열시간이 길며 동결 우려가 적다는 특징이 있다.

반면 배관 전체가 물로 채워져 있어 건물이 높아질수록 하부 배관에 걸리는 정수두 압력이 커지고, 자연순환식에서는 순환에 필요한 수두 확보도 어려워진다. 따라서 온수난방은 오히려 건축물의 높이에 제한을 받는다.

“건축물의 높이에 제한을 받지 않는다”는 설명은 온수난방의 실제 특성과 반대되므로 틀렸다.

단관식 증기난방은 응축수와 증기가 하나의 배관을 함께 흐르는 방식으로, 배관에 적절한 기울기를 주지 않으면 응축수가 역류해 수격현상이 발생하기 쉽다.

구조가 간단해 시공비는 저렴하지만 이러한 문제로 인해 소규모 난방에서만 제한적으로 사용된다.

소다 끓임(자비)은 신설·수리한 보일러 내부에 남아 있는 유지분·페인트·녹·이물질을 알칼리 용액으로 끓여 제거하는 작업이다.

즉 소다 끓임 자체가 유지분을 제거하는 공정이므로, 그에 앞서 기름 세척을 해두는 것이 좋다는 설명은 맞지 않는다. 오히려 세척에 쓴 기름이 관 내부에 남으면 제거해야 할 유지분이 늘어난다.

불필요한 장착물을 떼어내고 수면을 조금 높게 유지하는 것, 작업과 무관한 구멍·맨홀을 막는 것, 액체의 순환과 검수를 위한 배관을 하는 것은 모두 올바른 소다 끓임 준비 절차이다.

저온부식은 배기가스 중의 황(S) 성분이 연소되어 생긴 SO3(무수황산)가 수증기와 결합해 황산(H2SO4)을 만들고, 이것이 저온의 전열면(절탄기·공기예열기 등)에 응축되어 부식을 일으키는 현상이다.

따라서 가장 근본적인 방지대책은 연료 중의 황분을 제거하는 것이다.

저온 전열면의 보호피막을 없애는 것은 부식을 막아 주던 방벽을 걷어내는 조치이고, 배기가스 온도를 노점온도 이하로 낮추거나 노점을 올리는 것은 황산 응축을 촉진하는 방향이므로 모두 방지대책이 될 수 없다.

에너지이용합리화법은 국가·지방자치단체·에너지공급자·에너지사용자·국민 등 주체별로 책무를 다르게 규정하고 있다.

그중 국민의 책무는 일상생활에서 에너지를 합리적으로 이용하고 온실가스 배출을 줄이도록 노력하는 것으로 정해져 있다(출제 당시 법령 기준).

기자재·설비의 에너지효율 향상 기술 개발·도입 노력은 에너지사용자·공급자의 책무, 관할지역 특성을 참작한 국가에너지정책의 수행은 지방자치단체, 에너지 수급안정을 위한 시책 강구·시행은 국가(정부)의 책무에 해당한다.

에너지수급 안정을 위한 조치를 시행하려는 경우, 주무 부처는 그 사유·기간·대상자 등을 정하여 조치 예정일 7일 이전에 이를 예고하도록 정해져 있다(출제 당시 시행령 기준으로, 소관 부처 명칭은 이후 산업통상자원부로 개편되었다).

검사대상기기에 대해 받아야 할 검사를 받지 않은 자에게는 1년 이하의 징역 또는 1천만원 이하의 벌금이 부과된다(출제 당시 법령 기준).

에너지기본법상 에너지기술개발계획에는 에너지 효율 향상 기술개발, 온실가스 감축 기술개발, 개발된 기술의 실용화 촉진에 관한 사항 등이 포함된다.

“에너지수급의 추이와 전망에 관한 사항”은 에너지기술개발계획이 아니라 에너지기본계획에 포함되는 사항이므로, 기술개발계획의 포함 사항으로는 해당하지 않는다.

열사용기자재관리규칙상 소형온수보일러는 전열면적 14㎡ 이하이면서 최고사용압력 0.35MPa 이하의 온수를 발생시키는 보일러를 말한다(출제 당시 규칙 기준).

전열면적과 최고사용압력 두 조건을 모두 만족해야 하며, 어느 하나라도 이 범위를 벗어나면 소형온수보일러로 분류되지 않는다.

목표에너지원단위란 에너지를 사용해 만드는 제품의 단위당 에너지 사용 목표량을 뜻한다.

즉 제품 한 단위를 생산하는 데 사용하도록 목표로 정한 에너지 소비 기준으로, 폐연료·폐열 사용량과는 다른 개념이다.