수관식 보일러는 지름이 작은 다수의 수관에 물을 흐르게 하고 그 외부를 연소가스가 지나며 가열하는 구조로, 전열면적을 넓게 확보할 수 있어 원통형 보일러(노통·연관·입형)보다 열효율이 높다.
또한 고압·대용량에 적합하고 증기 발생 속도가 빨라 대형 발전·산업용 보일러에 널리 쓰인다.
연소제어는 연료의 공급량을 조절해 증기압력을 일정하게 유지하는 것이 목적이므로, 조작량은 연료량이고 제어량은 증기압이다.
- 공기량 역시 연소제어의 조작량이지만, 이때의 제어량은 수위가 아니다. 수위는 급수제어의 제어량이다.
- 급수량은 급수제어의 조작량으로 그 제어량은 수위이며 증기온도가 아니다.
- 전열량은 증기온도(과열도) 제어의 조작량이고, 노내압은 통풍제어의 제어량이다.
보일러 동(드럼) 내부의 정상 수위는 동 내경의 2/3~4/5 정도를 채우는 것이 표준이다.
수위가 이보다 낮으면 저수위 사고의 위험이 있고, 너무 높으면 증기실 공간이 부족해 프라이밍·캐리오버가 발생하기 쉽다.
증기트랩은 응축수만 배출하고 증기는 통과시키지 않는 장치이므로 증기의 흐름 저항을 줄여주는 역할을 하며, 저항을 증가시키는 것은 트랩의 기능이 아니다.
- 응축수를 신속히 배출해 관내 수격작용을 방지한다.
- 응축수 정체로 인한 관의 부식을 막는다.
- 증기와 응축수가 섞여 발생하는 열설비 효율 저하를 방지한다.
함진가스를 세정액이나 액막에 충돌·접촉시켜 분진을 포집하는 습식 집진장치를 세정식 집진장치라 한다.
여과식은 필터로, 원심력식과 관성력식은 건식으로 입자의 운동 특성을 이용해 분리하는 방식이므로 액체를 매개로 하지 않는다.
절탄기는 배기가스의 여열로 급수를 예열하는 장치로, 배기가스 통로에 전열면이 추가되면서 가스 흐름 저항이 늘어 통풍력은 오히려 감소한다.
- 배기가스 온도가 낮아지므로 절탄기 외부 표면에 저온부식이 발생할 수 있다.
- 재질에 따라 주철제·강철제로 나뉜다.
- 배기열을 회수해 급수를 예열하므로 보일러 열효율이 증대된다.
압입통풍은 노 앞(연소실 입구)에 송풍기를 설치해 연소용 공기를 밀어 넣는 방식이며, 굴뚝 아래에 흡출 송풍기를 두어 가스를 빨아내는 방식은 흡입(흡출)통풍이다.
- 자연통풍은 굴뚝의 높이에 따른 압력차(통풍력)를 이용한다.
- 강제통풍은 송풍기의 힘으로 통풍력을 만든다.
- 평형통풍은 압입 송풍기와 흡입 송풍기를 함께 사용해 노내압을 대기압 부근으로 유지한다.
증기 압력이 높아지면 포화온도가 상승하면서 현열은 증가하지만 증발잠열은 오히려 감소하므로, 압력이 오를수록 잠열이 커진다는 설명은 잘못된 것이다.
포화수 온도는 압력에 따라 함께 높아지므로 이 부분의 서술은 타당하다.
저항체(측온저항체)는 온도 변화에 민감하게 반응해야 정밀한 온도 측정이 가능하므로, 온도계수(저항 변화율)는 커야 하며 작을수록 좋다는 서술은 틀렸다.
- 재현성 있는 특성을 얻기 쉬운 균질한 금속이어야 한다.
- 화학적·물리적으로 안정된 재질이어야 한다.
- 부식에 강한 내식성을 가져야 한다.
보일러 효율은 발생증기가 흡수한 열량을 연료가 낼 수 있는 열량으로 나눈 값이며, 계산 결과 효율은 약 88%이다.
발생증기 흡수열량 = 시간당 증발량 × (증기 엔탈피 − 급수 엔탈피) =
공급 열량 = 연료 사용량 × 발열량 =
효율 =
A, B, C 중유는 점도의 차이로 등급을 구분하며, 점도가 낮을수록 A중유, 높을수록 C중유에 가깝다.
점도가 높을수록 예열이 더 많이 필요하고 무화·연소 특성도 달라진다.
보일러의 출열 항목 중 손실 비중이 가장 큰 것은 배기가스가 가지고 나가는 열손실이다.
불완전연소 손실, 블로우다운 손실, 방열손실도 발생하지만 일반적으로 배기가스 열손실의 비중이 가장 크다.
무화는 연료를 미세한 안개 상태로 분무하는 것으로, 그 목적은 단위 중량당 표면적을 넓혀 공기와의 접촉을 늘리는 데 있으므로 표면적을 작게 한다는 설명은 틀렸다.
- 표면적 증가로 연료와 공기의 혼합이 양호해진다.
- 혼합이 좋아지면 연소효율이 증가한다.
- 결과적으로 완전연소가 가능해진다.
벤슨 보일러는 드럼이 없이 급수펌프로 직접 가압해 관을 통과시키며 증기를 만드는 관류식 보일러로, 원통형 보일러에 속하지 않는다.
입형 횡관식, 코르니시, 스코치 보일러는 모두 원통 동체 안에 화실이나 관을 배치한 원통형 보일러이다.
실제공기량은 이론공기량에 공기비를 곱한 값이므로 로 나타낸다.
공기비는 실제공기량이 이론공기량보다 얼마나 많은지를 나타내는 배수 개념이기 때문이다.
연속동작은 조작량이 시간에 따라 연속적으로 변하는 제어 방식으로 비례(P)·적분(I)·미분(D)동작이 이에 속한다.
2위치동작(On-Off 동작)은 조작량이 두 값 중 하나로만 정해지는 불연속(단속) 동작이므로 연속동작에 속하지 않는다.
보일러 인터록은 위험 상황에서 연소나 기관 작동을 자동으로 정지시키는 안전장치로, 저수위·저연소·프리퍼지·압력초과·불착화 인터록 등이 대표적이다.
압력이 너무 낮다고 해서 위험한 것이 아니라 압력초과 시 위험하므로, 저압력을 기준으로 하는 인터록은 일반적으로 두지 않는다.
보일러의 안전장치는 이상 상태를 감지하거나 위험을 방지하는 장치로 고저수위 경보기, 안전밸브, 가용마개 등이 해당한다.
드레인 콕은 배관이나 기기 내부의 물을 배출하기 위한 단순 밸브로, 안전장치로 분류되지 않는다.
중유 예열은 점도를 낮춰 유동성과 분무 상태를 좋게 하기 위한 것이지만, 예열온도가 지나치게 높다고 무조건 좋은 것은 아니다.
온도가 과도하게 높아지면 연료 성분이 분해되어 가스가 발생하거나 탄화물이 생겨 분무 불량·맥동연소·역화 등의 위험이 커지므로 적정 온도로 관리해야 한다.
수면계 기능시험은 보일러를 가동하기 전, 가동 중 압력이 오르기 시작할 때, 두 개의 수면계 지시 수위가 서로 다를 때 등 수위를 정확히 확인해야 하는 시점에 실시한다.
수위의 움직임이 활발하게 흔들릴 때는 정확한 판독이 어려워 시험에 적합한 시기가 아니므로, 이때를 시험 시기로 보는 것은 틀린 설명이다.
인젝터는 증기의 분사력으로 급수를 밀어 넣는 예비 급수장치로, 구조가 간단하고 동력이 필요 없으며 소형이라 설치공간을 적게 차지하는 것이 특징이다.
따라서 설치장소를 많이 차지한다는 설명은 인젝터의 실제 특징과 반대된다.
다만 급수온도가 높으면 증기 응축이 원활하지 않아 급수가 곤란해지는 단점이 있다.
프로판() 1kg을 완전연소시킬 때 필요한 이론공기량은 약 12.12 Nm³/kg이다.
연소반응식은 이므로 프로판 1mol(44g)당 산소 5mol이 필요하다.
프로판 1kg의 몰수는 이고, 필요 산소량은 이다.
공기 중 산소 비율 21%를 적용하면 이론공기량은 이다.
보일러 전열면 외측(연소가스 접촉면)에 붙은 그을음이나 재를 증기나 압축공기로 불어내어 제거하는 장치를 슈트 블로워라 한다.
어큐뮬레이터는 증기를 저장했다가 부하변동에 대응하는 장치이고, 기수분리기와 사이클론 분리기는 증기 속 수분을 분리하는 장치로 그을음 제거와는 목적이 다르다.
연료가 연소할 때 도달하는 연소온도는 단위 연료가 낼 수 있는 열량, 즉 연료의 발열량에 가장 크게 좌우된다.
발화점이나 인화점은 연료가 불이 붙기 시작하는 온도 조건일 뿐 연소 후 도달온도를 결정하지 않으며, 회분은 불연성분으로 오히려 열손실 요인이다.
여러 개의 섹션을 조합하여 제작하는 보일러는 주철제 보일러이다. 주철제 보일러는 주철로 만든 작은 섹션(주철 블록)들을 여러 개 조합·연결하여 원하는 용량의 보일러를 구성하는 방식으로, 증기 또는 온수용으로 광범위하게 사용된다. 반면 강철제 보일러는 강철 판을 용접하여 일체형으로 제작하고, 관류 보일러는 관 내부에서 연소가스와 물이 직렬로 흐르는 방식이며, 열매체 보일러는 열전달 매체를 순환시키는 방식으로 각각 섹션 조합 구조와는 다르다.
열용량은 어떤 물질의 비열에 그 물질의 질량을 곱한 값으로, 물질 전체의 온도를 1℃ 올리는 데 필요한 열량을 의미한다.
비열은 단위 질량(1g 등) 기준의 값이지만 열용량은 물질 전체의 양(질량)에 비례하므로 질량이 클수록 열용량도 커지며, 단위는 로 비열의 단위()와 구별된다.
과열증기는 포화증기를 추가로 가열해 온도를 높인 증기로, 같은 압력의 포화증기보다 보유열량이 많고 마찰손실이 적어 증기 소비량을 줄일 수 있다.
다만 과열증기는 열전달률이 낮아 가열 표면에 온도 분포가 균일하지 않기 쉬우므로, 가열 표면 온도가 균일하다는 설명은 옳지 않다.
상당증발량은 실제증발량을 기준 증발잠열(539kcal/kg, 100℃ 포화수→건포화증기) 기준으로 환산한 값으로, 계산하면 약 1204kg/h이다.
급수온도 20℃의 엔탈피는 약 20kcal/kg이므로 증발에 사용된 열량은 이다.
상당증발량 = 이다.
온도차에 의해 유체(기체·액체) 분자 자체가 이동하면서 열을 옮기는 전달 형태를 대류라 한다.
전도는 물질 내부에서 분자의 진동·충돌로 열이 전달되는 것이고, 복사(방사)는 매질 없이 전자기파 형태로 열이 전달되는 것이므로 유체의 이동을 전제로 하지 않는다.
방열기의 표준방열량은 증기와 온수의 공급 조건이 서로 다르게 정해져 있는데, 증기 난방의 표준 공급온도는 약 102℃이며 80℃는 온수 난방의 표준 공급온도이므로 증기를 80℃로 공급한다는 설명은 잘못되었다.
- 증기 공급 시의 표준 방열량은 약 650kcal/㎡·h이다.
- 실내온도 기준은 증기 난방 시 약 21℃, 온수 난방 시 약 18℃로 제시된다.
- 온수 공급 시의 표준 방열량은 약 450kcal/㎡·h이다.
지역난방에서 증기 대신 온수를 열매로 사용하면 유량이 많아지고 유속이 느려 관내 저항손실이 커지는 것이 특징이다.
- 유량이 많아 관경이 커지므로 배관 설비비가 많이 든다.
- 먼 거리 수송 시 저항손실과 열손실이 커 넓은 지역난방보다는 비교적 좁은 지역에 적합하다.
- 증기는 응축수량으로 공급열량 계량이 쉬운 반면, 온수는 유량과 온도차를 함께 측정해야 해 열량 계량이 상대적으로 어렵다.
보일러 연료는 연소가 잘 되면서도 발열량이 커야 효율적인 연료로 적합하므로, 발열량이 작을 것을 조건으로 드는 것은 잘못된 설명이다.
공해요인이 적고 저장·취급·운반이 쉬우며 점화·소화가 쉬운 것은 연료가 갖추어야 할 조건이 맞다.
압력계 연결관의 밸브는 항상 열려 있어야 압력계가 정상적으로 작동해 압력을 감시할 수 있으므로, 밸브가 열려 있는 상태 자체는 압력초과의 원인이 아니다.
- 수면계 연락관이 막히면 실제 수위를 오판해 위험 운전으로 이어질 수 있다.
- 압력계가 고장 나면 실제 압력 상승을 알아채지 못한다.
- 안전밸브가 고장 나면 설정압력에서 증기를 배출하지 못해 압력이 계속 오른다.
오히려 압력계 연결관 밸브가 닫혀 있는 경우가 압력을 제대로 감시하지 못하게 되는 위험 요인이 된다.
급수 중에 녹아 있는 , 등의 용존기체를 분리·제거하는 급수처리 방법을 탈기법이라 한다.
여과법은 부유물 제거, 석회소다법과 응집법은 경도 성분(스케일 유발 물질)을 제거하는 데 쓰이는 방법으로 용존가스 제거와는 목적이 다르다.
보일러 운전을 정지할 때는 폭발이나 이상연소를 막기 위해 가장 먼저 연료 공급을 차단해야 한다.
이어서 공기 공급을 정지(노 내 잔류가스를 배출하는 포스트퍼지 후)하고, 급수를 하여 압력을 낮춘 다음 주증기밸브를 닫는 순서로 진행한다.
연료를 끊지 않은 채 다른 조작을 먼저 하면 노 내에 연료가 남아 위험할 수 있으므로 연료 차단이 최우선이다.
수격작용을 막으려면 송기(증기를 보내는 작업) 시 주증기밸브를 서서히 천천히 개방해야 하며, 급하게 여는 것은 오히려 수격작용을 유발하므로 급개하라는 설명은 틀렸다.
- 송기 전 드레인 빼기장치로 증기관 내 응축수를 완전히 배출한다.
- 송기 전 관을 충분히 예열해 온도차로 인한 응축을 줄인다.
- 송기 이외의 경우에도 증기관 계통 밸브는 조용히 서서히 조작한다.

그림은 진공환수식 증기난방에서 낮은 곳의 응축수를 높은 곳으로 끌어올리는 리프트 피팅(리프트 이음)이다.
진공환수관이 진공펌프보다 낮게 지나갈 때, 그림처럼 환수주관보다 한 치수 작은 관을 세워 응축수를 위로 뽑아 올리고 이 단을 여러 번 되풀이해 펌프까지 연결한다. 진공펌프가 만든 부압이 물을 빨아올리는 힘이 된다.
그림에 단마다 1.5m 이내라는 치수가 표기되어 있는데, 한 단의 올림 높이를 이 정도로 제한해야 흡상력이 모자라 응축수 흐름이 끊기는 일을 막을 수 있기 때문이다.
- 건식·습식 환수관은 환수주관이 보일러 수면보다 위에 있는지 아래에 있는지를 구분하는 배관 방식의 이름이다.
- 루프형 배관은 관을 U자로 구부려 신축을 흡수하는 이음이어서, 응축수를 끌어올리는 이 장치와는 목적이 다르다.
보일러 과열은 전열면이 물에 잠기지 못하거나 열을 제때 흡수하지 못해 금속 온도가 비정상적으로 올라갈 때 발생한다. 따라서 수위가 지나치게 낮은 이상저수위가 대표적인 과열 원인이며, 수위가 이상고수위인 경우는 과열의 원인이 아니다.
다음과 같은 경우가 실제 과열 원인이 된다.
- 보일러 내면에 유지분이 부착하면 열전달이 저해되어 국부적으로 온도가 상승한다.
- 보일러수의 순환이 원활하지 않으면 열을 제때 흡수하지 못해 금속이 과열된다.
- 버너 화염 등 복사열을 국부적으로 심하게 받으면 그 부위가 과열된다.
압력초과는 보일러 사용 중 취급 부주의로 발생하는 취급상의 원인이며, 제작 단계에서 생기는 결함이 아니다.
설계불량·구조불량·재료불량은 모두 보일러를 만드는 과정에서 생기는 제작상의 원인에 해당한다.
가스 누설 여부를 점검할 때는 비눗물을 발라 기포 발생으로 확인하는 것이 원칙이며, 소다수로 누설을 확인한다는 방법은 옳지 않다.
점화용 가스는 확실한 착화를 위해 화력이 좋은 것을 쓰고, 점화 전 연소실·굴뚝의 환기를 충분히 하며, 착화 후 연소가 불안정하면 즉시 가스 공급을 중단하는 것은 모두 올바른 주의사항이다.
보일러에서 분출사고가 발생하면 연소를 즉시 정지시켜야 하므로, 압입 통풍기를 가동시키는 것은 오히려 연소를 부추겨 사고를 악화시키는 잘못된 조치이다.
연도 댐퍼를 전개하여 노내 열가스를 배출하고, 급수를 계속하여 수위 저하를 막으며 수위 유지에 힘쓰는 것은 올바른 긴급조치이다.
증기난방의 응축수 환수방식은 중력환수식·기계환수식·진공환수식의 세 가지로 분류되며, '제어 환수식'이라는 분류는 존재하지 않는다.
지역난방은 대형 열원설비를 집중 관리하여 연소를 효율적으로 제어하고 방지설비를 갖출 수 있으므로 도시 매연이 오히려 감소한다. 설비의 고도화로 매연이 증가한다는 설명은 틀렸다.
각 건물마다 보일러를 두는 방식보다 열효율이 좋고 연료비·인건비가 절감되며, 개별 보일러실이 필요 없어 건물의 유효면적이 늘어나는 것은 지역난방의 실제 장점이다.
지름이 다른 관을 접속하면서 상향 구배를 유지하려면 편심 레듀셔를 사용해야 관 상부의 높이가 어긋나지 않아 공기가 고이지 않는다.
동심 레듀셔를 쓰면 관 중심이 일치해 관 윗면에 단차가 생기고 그 자리에 공기가 정체되므로, 구배가 필요한 배관에는 적합하지 않다.
보일러 설치기준상 안전밸브 및 압력방출장치의 크기는 호칭지름 25A 이상으로 하는 것이 원칙이다.
다만 최고사용압력이 낮은 소형 보일러나 소용량 강철제·주철제 보일러 등 기준에서 정한 예외에 해당하면 20A 이상으로 할 수 있다.
보일러 계속사용검사의 운전성능 검사기준에서 성능시험 시 각 측정값은 10분마다 측정하도록 정해져 있다.
일정 간격으로 반복 측정하여 운전이 안정된 상태의 평균값으로 성능을 판정하기 위한 규정이다.
소화기는 화재 발생 시 누구나 신속히 찾아 사용할 수 있도록 눈에 잘 띄는 곳에 비치하는 것이 원칙이다.
방화수나 방화사가 있는 곳은 소화기의 고유한 비치 기준이 아니며, 불이 나면 폭발할 수 있는 곳은 접근 자체가 위험하므로 비치 장소로 적절하지 않다.
증기난방용 방열기를 벽면에 설치할 때 적정 이격 거리는 50~60mm 정도로 하여 벽면과의 사이로 공기가 흐르게 해 대류 방열 효과를 확보한다.
보일러 기동 초기에는 관과 동체 안에 공기가 남아 있으므로, 공기빼기 밸브는 증기가 발생하기 전까지 열어 두어 내부 공기를 배출시켜야 한다.
증기가 발생한 뒤에는 밸브를 닫아 증기가 새어 나가지 않도록 한다.
보일러수 중 염화물이온과 용존산소가 다량 존재하면 금속 표면의 국부가 구멍 형태로 깊게 파여 들어가는 부식이 발생하는데, 이를 점식(피팅)이라 한다.
가성취화는 알칼리 농축에 의한 결정입계 균열성 부식이고, 스케일은 관석이 전열면에 침착되는 현상이므로 점식과는 성격이 다르다.
벽체를 통한 손실열량은 열관류율 × 벽체면적 × 온도차 × 방위계수로 구한다.
열관류율 6 × 벽체면적 40m² = 240kcal/h·℃
실내외 온도차 20-(-8) = 28℃이므로 240 × 28 = 6720kcal/h
여기에 방위계수 1.15를 곱하면 6720 × 1.15 = 7728kcal/h가 된다.
저온부식은 연소가스 중 황산증기가 노점 이하로 냉각·응축될 때 발생하므로, 방지대책의 핵심은 황산증기의 노점을 낮추거나 응축 자체를 피하는 데 있다.
따라서 중유에 첨가제를 넣어 황산증기의 노점을 높인다는 설명은 방지 원리와 반대이므로 틀린 대책이다.
연소가스가 노점까지 내려가기 전에 굴뚝으로 배출시키는 것, 무수황산을 다른 생성물로 바꾸어 버리는 것, 연소방법을 개선해 가급적 완전연소시키는 것은 모두 올바른 저온부식 방지대책이다.
보일러 설치기준상 강철제 또는 주철제 보일러는 용량이 1t/h 이상이면 급수량계·급유량계 등 각종 유량계를 설치하여 사용량을 계측하도록 정하고 있다.
연료와 급수의 사용량을 계측해야 열정산과 효율 관리를 할 수 있기 때문이다.
소다끊임에는 탄산나트륨·수산화나트륨·제3인산나트륨 등 알칼리성 약품을 사용하여 신품이나 수리한 보일러 내부에 남은 유지분·페인트·녹을 제거한다.
염화나트륨(소금)은 염화물이온을 공급해 오히려 부식을 촉진하는 물질이므로 소다끊임 약액에 포함되지 않는다.
TOE(티·오·이)는 에너지이용 합리화법에서 서로 다른 종류의 연료 사용량을 하나의 기준으로 비교하기 위해 쓰는 단위로, 석유환산톤을 의미한다.
효율관리기자재의 에너지소비효율·소비효율등급 등을 측정하는 시험기관은 주무부장관이 지정하도록 정해져 있으며, 이 문항이 출제된 당시의 소관 부처가 지식경제부장관이었다.
이후 정부조직 개편으로 소관 부처가 산업통상자원부장관으로 바뀌었으므로, 현행 법령을 볼 때는 산업통상자원부장관으로 읽어야 한다.
건설산업기본법 시행령상 난방시공업 중 제1종이 강철제·주철제 보일러와 함께 2종 압력용기를 시공할 수 있는 업종이다.
제2종은 태양열이용 온수기 등, 제3종은 요업요로·금속요로 등으로 시공범위가 나뉜다.
에너지다소비사업자가 매년 1월 31일까지 신고하는 사항은 전년도 실적과 사용 현황에 관한 항목들이다.
전년도 에너지 사용량, 전년도 제품 생산량, 에너지사용 기자재 현황은 모두 신고사항에 해당한다.
반면 당해 연도 에너지관리진단 현황은 아직 이루어지지 않은 사항이므로 1월 31일까지의 신고사항과는 관계가 없다.
온실가스는 적외선복사열을 흡수하거나 재방출하여 온실효과를 유발하는 대기 중의 기체 상태 물질로 정의된다.
온실효과는 자외선이 아니라 적외선의 흡수·재방출로 일어나므로 자외선을 흡수하거나 방출한다는 설명은 틀렸고, 온실가스는 이산화탄소·메탄·아산화질소 등으로 일산화탄소는 포함되지 않는다.
에너지이용 합리화법상 검사에 불합격한 검사대상기기를 사용한 자는 1년 이하의 징역 또는 1천만 원 이하의 벌금에 처한다.
검사에 합격하지 않은 기기의 사용은 사고 위험이 크기 때문에 벌금형만이 아니라 징역형까지 규정하고 있다.