07년 4회차

연소용 공기를 노 앞쪽에서 불어넣어 통풍시키는 방식은 압입통풍이며, 공기가 차고 깨끗한 상태로 공급되어 송풍기 고장이 적고 점검·수리가 쉬운 것이 특징이다.

흡입통풍은 노 뒤쪽(굴뚝 쪽)에서 배기가스를 빨아내는 방식이라 고온 가스에 노출되어 송풍기 손상이 잦고, 자연통풍은 별도의 송풍기 없이 굴뚝의 온도차만으로 통풍하는 방식이다.

원통형 보일러는 본체 구조가 간단한 대신 보유 수량이 많아 파열 시 피해가 크다는 특징이 있다.

• 노통보일러는 구조가 간단해 내부 청소·점검이 오히려 쉬운 편이므로, 청소가 힘들고 수명이 짧다는 설명은 맞지 않다.
• 수관보일러는 전열면적이 커서 대용량·고압 보일러에 적합하다.
• 코르니시 보일러는 노통이 1개(랭커셔는 2개)이므로, 두 보일러 모두 노통이 2개 이상이라는 설명은 성립하지 않는다.

보일러 분출장치는 관수 중 불순물의 농축을 막고 스케일·슬러지 생성을 방지하며 관수의 pH를 조절하는 데 목적이 있을 뿐, 발생증기의 압력을 조절하는 장치가 아니다.

증기 압력 조절은 압력조절기나 연소 조절을 통해 이루어지며 분출장치와는 무관하다.

고압증기 터빈에서 팽창해 압력이 낮아진 증기를 다시 가열하는 장치는 재열기이며, 과열기는 포화증기를 가열해 과열증기로 만드는 장치이므로 이 설명은 과열기와 재열기의 정의를 바꿔 쓴 틀린 내용이다.

• 절탄기가 배기가스 열로 급수를 예열한다는 설명은 맞다.
• 공기예열기가 배기가스 열로 연소용 공기를 예열한다는 설명도 맞다.
• 오일프리히터가 기름을 예열해 점도를 낮추고 연소를 원활하게 한다는 설명도 맞다.

프로판(C₃H₈)이 완전연소하면 탄소는 CO₂로, 수소는 H₂O로 산화되어 이 두 가지가 생성된다.

$C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O$

연소실 열부하는 연료 사용량과 저위발열량을 곱한 값을 연소실 체적으로 나누어 구하며, 이 조건에서는 49,000 kcal/㎥·h가 된다.

$Q = \dfrac{G_f \times H_l}{V}$

$Q = \dfrac{150 \times 9800}{30} = 49{,}000\ \mathrm{kcal/m^3 \cdot h}$

건조도(x)가 1이라는 것은 증기 속에 수분이 전혀 섞이지 않고 모두 증기 상태라는 뜻이므로, 이는 건조포화증기를 의미한다.

건조도가 1보다 작으면 습포화증기, 포화온도보다 더 가열되면 과열증기가 된다.

드럼 없이 초임계압력 이상에서 고압증기를 만드는 보일러는 관류보일러이다.

관류보일러는 급수펌프로 밀어 넣은 물이 하나의 긴 관을 지나면서 예열-증발-과열을 거쳐 증기가 되는 구조로, 드럼이 필요 없어 초고압 영역에서도 사용할 수 있다.

LPG(액화석유가스)의 주성분은 프로판, 부탄, 프로필렌 등이며, 메탄은 LNG(액화천연가스)의 주성분이다.

보일러 1마력은 100℃의 물 15.65 kgf을 1시간 동안 같은 온도(100℃)의 증기로 바꿀 수 있는 능력으로 정의된다.

이는 상당증발량 15.65 kg/h에 해당하며, 열량으로 환산하면 약 8,435 kcal/h이다.

중유 중에서 예열이 필요 없고 비중이 가장 작은 것은 A급 중유이다.

중유는 점도에 따라 A·B·C급으로 나뉘며, A급이 가장 묽고 비중·점도가 낮아 예열 없이도 사용할 수 있는 반면, B·C급은 점도가 높아 사용 전 예열이 필요하다.

환원염은 산소가 부족한 상태에서 생기는 화염을 말하며, 불완전연소로 인해 일산화탄소 등 미연소 성분이 남는 특징이 있다.

반대로 공기(산소)가 과잉으로 공급되어 생기는 화염은 산화염이라 한다.

여과식 집진장치는 여과포(백필터)로 먼지를 걸러내는 방식으로, 타이젠 와셔는 이에 해당하지 않는다.

타이젠 와셔는 세정수로 배기가스를 씻어내는 세정식 집진장치의 한 종류이며, 여과식과는 원리가 다르다.

• 가압수식은 벤튜리 스크러버처럼 물을 분사해 먼지를 포집하는 방식이다.
• 원심력식은 사이클론과 같이 회전 기류의 원심력으로 먼지를 분리한다.
• 전기식은 코트렐 집진기처럼 고전압 정전기력으로 먼지를 포집한다.

보일러 전열면 증발률은 시간당 증발량을 전열면적으로 나눈 값이다.

$\dfrac{50000\ \mathrm{kg/h}}{730\ \mathrm{m^2}} = 68.5\ \mathrm{kg/m^2 \cdot h}$

따라서 이 보일러의 전열면 증발률은 약 68.5kg/㎡·h이다.

워싱턴펌프는 증기의 압력으로 피스톤을 왕복시켜 급수하는 왕복동식(직동식) 펌프이며, 기어의 회전력을 이용하는 방식이 아니다.

기어의 회전력을 이용하는 급수장치는 워싱턴펌프가 아니라 기어펌프이다.

• 환원기는 수두압과 증기압력 차를 이용해 응축수를 보일러로 되돌리는 장치이다.
• 인젝터는 보일러 자체 증기의 분사 에너지를 이용해 급수하는 무동력 장치이다.
• 회전펌프는 날개를 회전시켜 물을 밀어내는 방식으로 급수한다.

보일러 자동연소제어(ACC)에서 조작량은 연소 상태를 조절하기 위해 직접 가감하는 대상인 연료량이다.

공기량과 함께 연료량을 조절해 증기압력(제어량)을 목표값으로 유지하는 것이 연소제어의 목적이다.

• 급수량은 급수제어(FWC)의 조작량이다.
• 증기온도는 과열저감제어의 제어량(조절 결과값)이지 조작량이 아니다.
• 전열량은 연소의 결과로 나타나는 값이며, 직접 조작하는 대상이 아니다.

프리퍼지 인터록은 점화 전에 노 내부의 잔류 가연성가스를 배출하기 위해 송풍기를 일정 시간 가동하는 과정으로, 송풍기가 작동하지 않으면 전자밸브가 열리지 않아 점화가 저지된다.

이는 미연소가스가 남은 상태에서 점화될 때 발생할 수 있는 노 내 폭발을 방지하기 위한 안전장치이다.

일반적으로 보일러에 가장 많이 사용되는 안전밸브 형식은 스프링식이다.

스프링의 탄성력으로 밸브를 눌러 증기압력이 설정압을 초과하면 자동으로 밸브가 열려 증기를 분출시키는 구조로, 구조가 간단하고 취급이 용이해 널리 채택된다.

제시된 물질 중 비열이 가장 큰 것은 물이다.

물의 비열은 약 $1\ \mathrm{kcal/kg \cdot ^\circ C}$로, 동·아연 등의 금속이나 수은보다 훨씬 크다.

노통연관식 보일러는 원통형 보일러 중에서도 전열면적이 크고 효율이 높으며 증기 발생속도가 빠르고 증기량에 비해 소형·고성능이라, 제작과 취급이 어렵다는 설명은 옳지 않다.

노통연관식은 대부분 공장에서 조립된 패키지형으로 공급되어 설치와 취급이 비교적 간편한 편에 속하며, 그 덕분에 널리 보급된 형식이다.

보일러 자동연소제어를 나타내는 약호는 ACC(Automatic Combustion Control)이다.

• ABC는 보일러 전체를 아우르는 자동제어(Automatic Boiler Control)를 뜻한다.
• STC는 증기온도제어(Steam Temperature Control)이다.
• FWC는 급수제어(Feed Water Control)이다.

제시된 보일러 중 드럼이 없는 것은 슐쳐 보일러이다.

슐쳐 보일러는 벤슨·람진 보일러와 같이 드럼이 없는 관류식 보일러의 한 종류로, 급수펌프의 압력으로 관을 통과시키며 증기를 발생시킨다.

• 코르니시 보일러는 노통을 가진 원통형 보일러로 드럼(동체)이 있다.
• 야로우 보일러와 다쿠마 보일러는 드럼을 갖춘 수관식 보일러이다.

압력계에 연결하는 사이폰관(동관)은 안지름 6.5mm 이상이면 되도록 정해져 있어, "12.7mm 이상"이라는 설명은 옳지 않다.

사이폰관은 압력계 내부로 고온의 증기가 직접 들어가지 않도록 응축수를 채워 완충하는 역할을 한다.

• 압력계 콕은 그 핸들이 수직으로 놓인 증기관과 같은 방향에 있을 때 열린 상태가 되는 구조가 맞다.
• 압력계는 원칙적으로 보일러 증기실에, 눈금판이 잘 보이는 위치에 부착한다.
• 증기온도가 483K(210℃)를 넘으면 황동관·동관을 사용해서는 안 된다.

수관식 보일러에서 증기 중의 수분을 제거해 건조증기를 얻기 위해 설치하는 장치는 기수 분리기이다.

드럼 내부에서 증기와 물방울을 분리해 순도 높은 증기만 주증기관으로 보내는 역할을 한다.

보일러 고온부인 과열기·수관부처럼 고온의 열가스 통로에만 사용되는 매연분출장치는 롱레트랙터블형이다.

분출관을 길게 삽입해 분출한 뒤 다시 빼내는 구조여서, 고온 환경에 분출관이 상시 노출되지 않도록 한 것이 특징이다.

• 정치 회전형은 연관·절탄기·공기예열기처럼 비교적 저온의 전열면에 고정 설치해 사용한다.
• 쇼트레트랙터블형은 분출관을 짧게 삽입하는 방식으로 주로 연소실 노벽에 설치한다.

자동연료차단장치는 송풍기가 정지했을 때 작동해 연료 공급을 차단하는 것이 맞으며, "송풍기 팬이 가동 중일 경우"에 작동한다는 설명은 옳지 않다.

송풍기가 멈추면 연소용 공기 공급이 끊겨 불완전연소·역화 위험이 커지므로, 이때 자동으로 연료를 차단해 안전을 확보한다.

• 중유 사용온도가 지나치게 높거나 낮으면 무화 불량으로 이어져 연료가 차단된다.
• 연료유 압력이 너무 낮은 경우도 정상 연소가 어려워 차단 대상이다.

연료소비량은 실제증발량에 증기 엔탈피 상승분을 곱한 뒤, 보일러효율과 저위발열량의 곱으로 나누어 구한다.

$\dfrac{5000\ \mathrm{kgf/h} \times (656-56)\ \mathrm{kcal/kgf}}{0.85 \times 9750\ \mathrm{kcal/kgf}}$

계산하면 $\dfrac{3{,}000{,}000}{8287.5} \approx 362\ \mathrm{kgf/h}$로, 연료소비량은 약 362kgf/h이다.

대기압력은 절대압력에서 게이지압력을 뺀 값이다.

$\text{절대압력} = \text{대기압력} + \text{게이지압력}$의 관계를 대기압력 기준으로 정리하면 $\text{대기압력} = \text{절대압력} - \text{게이지압력}$이 된다.

고속으로 회전하는 분무컵(로터리컵)의 원심력으로 연료를 비산·무화시키는 버너는 회전식 버너이다.

구조가 간단해 자동화에 적합하고, 부하 변동에 대한 조절 범위가 넓은 것이 특징이다.

라미네이션은 보일러 본체나 수관 등의 강판 내부에 제작 결함으로 인해 2장의 층(겹)이 형성된 상태를 말한다.

재료 내부에 비금속 개재물이 얇게 존재하면서 압연 과정에서 층상으로 분리되는 결함으로, 사용 중 강도 저하나 파열의 원인이 될 수 있다.

주증기관으로 증기와 함께 수분 및 불순물이 함께 빠져나가는 현상을 캐리오버라 한다.

프라이밍(격심한 물방울 비산)이나 포밍(거품 발생)이 심해지면 그 결과로 캐리오버가 발생하기 쉽다.

보일러 건식 보존법에서 사용하는 건조제가 아닌 것은 염화나트륨이다.

생석회, 실리카겔, 염화칼슘은 흡습성이 강해 보일러 내부의 습기를 제거하는 건조제로 쓰이지만, 염화나트륨(소금)은 흡습 건조제로 사용되지 않는다.

보일러 용수처리 중 관외처리 방법이 아닌 것은 청관제 투입법이다.

청관제 투입법은 보일러 관내(보일러 내부)에서 약품을 투입해 스케일·부식을 방지하는 관내처리 방법이다.

• 이온교환법은 원수 중의 경도 성분을 보일러 외부에서 미리 제거하는 관외처리이다.
• 침전법과 탈기법도 보일러에 급수하기 전 외부에서 불순물·용존가스를 제거하는 관외처리에 속한다.

보일러가 정상운전 중일 때 수면계에 나타나는 수위는 수면계의 중간 위치에 오도록 유지하는 것이 원칙이다.

수위가 너무 높으면 프라이밍·캐리오버가 발생하기 쉽고, 너무 낮으면 저수위 사고의 위험이 커지기 때문이다.

보일러 파열사고의 원인 중 구조상의 결함에 해당하지 않는 것은 취급불량이다.

설계불량, 재료불량, 공작(제작)불량은 보일러를 만드는 과정에서 생기는 구조적 결함이지만, 취급불량은 운전·관리 과정의 인적 요인이라는 점에서 성격이 다르다.

맥동연소는 연소가 주기적으로 불안정하게 변동하는 현상으로, 연도의 단면변화가 작은 경우는 그 원인에 해당하지 않는다.

오히려 연도의 단면이 급격히 크게 변하는 경우 가스 흐름이 흐트러져 맥동연소를 유발하기 쉽다.

• 연료 속 수분이 많으면 연소가 불안정해져 맥동을 일으킬 수 있다.
• 연료량이 고르지 못하거나 공급공기량에 심한 과부족이 생겨도 연소가 흔들려 맥동연소로 이어진다.

증기난방은 통상 증기압력(고압식·저압식), 배관방법(단관식·복관식), 응축수 환수법(중력환수식·기계환수식·진공환수식) 등을 기준으로 분류하며, 송수관의 배관법은 증기난방의 분류 기준으로 들지 않는다.

증기난방에서 증기를 보내는 관의 계통은 이미 "배관방법" 항목에서 다루어지므로, 송수관의 배관법을 별도의 분류 기준으로 세우지 않는다.

주철제 보일러는 보일러 표면온도가 주위온도와 30℃ 이하의 차이가 나도록 관리해야 한다.

보일러 외벽 온도가 주위보다 지나치게 높으면 그만큼 방산에 의한 열손실이 커져 효율이 떨어지고, 접촉에 의한 화상 등 안전상의 위험도 커지기 때문이다.

개방형 팽창탱크는 온수난방 배관계통에서 가장 높은 곳에 있는 방열기에서 탱크 수면까지의 높이가 1m 이상이 되는 위치에 설치한다.

팽창탱크의 수면이 최고층 방열기보다 충분히 높아야 배관 내 공기 배출과 온수 순환이 원활하고, 배관계통에 필요한 압력을 확보할 수 있다.

난방부하는 건물의 벽체·유리창·천장·바닥 등을 통한 열손실을 합산해 산정하며, 에어컨 사용에 의한 열손실은 난방부하 계산과는 거리가 멀다.

에어컨은 냉방 설비이므로 냉방부하 계산에 관계되는 요소이지, 겨울철 난방에 필요한 열량 산정과는 무관하다.

온수난방은 물의 현열(감열)을 이용해 열을 운반하는 방식이므로, "물의 잠열을 이용하여 난방하는 방식"이라는 설명은 옳지 않다.

잠열을 이용하는 난방은 증기의 응축잠열을 이용하는 증기난방에 해당한다.

• 온수난방은 증기난방보다 예열에 시간이 걸리는 대신 쉽게 냉각되지 않는다.
• 방열면의 표면온도가 증기난방의 경우보다 낮다.
• 같은 방열량을 얻으려면 증기난방보다 방열면적이 더 많이 필요하다.

보온재로 쓰이는 규조토의 최고안전사용온도는 약 500℃이다.

규조토는 다공질 무기질 보온재로 비교적 낮은 열전도율을 가지지만, 사용온도가 이보다 높아지면 보온 성능과 내구성이 저하될 수 있다.

강철제 보일러의 수압시험압력은 최고사용압력이 0.43MPa 이하일 때 최고사용압력의 2배로 정한다.

$0.4\ \mathrm{MPa} \times 2 = 0.8\ \mathrm{MPa}$

따라서 최고사용압력 0.4MPa인 이 보일러의 수압시험압력은 0.8MPa이다.

천장·벽·바닥 등에 코일을 매설하고 온수 등의 열매체를 흘려 복사열로 실내를 데우는 난방 방식은 복사난방이다.

대류에 크게 의존하지 않고 넓은 패널 표면에서 고르게 열을 방출하므로 실내 온도 분포가 균일한 것이 특징이다.

증기난방의 응축수 환수방법은 구동 방식에 따라 중력 환수식·기계 환수식·진공 환수식으로 나뉘며, 습식 환수식은 이러한 환수방법의 분류에 해당하지 않는다.

습식·건식은 환수관이 보일러 수면보다 낮은지 높은지에 따른 배관 위치상의 구분으로, 환수를 일으키는 힘(방법) 기준의 분류와는 다른 개념이다.

배기가스 연도에 집진기를 설치하는 것은 대기오염물질(먼지)을 제거하기 위한 조치로, 배기가스의 열에너지를 회수해 절약하는 방안과는 거리가 멀다.

배기가스의 열을 활용해 에너지를 절약하려면 온도계를 부착해 배기온도를 가급적 낮게 관리하거나, 절탄기·공기예열기처럼 배기가스의 여열을 급수나 연소용 공기 예열에 회수하는 설비를 설치해야 한다.

점화봉은 불을 붙인 뒤 연소실 안에서 버너 끝(선단)의 전방 하부 가까운 위치에 두는 것이 올바른 방법으로, "1m 정도" 떨어뜨려 둔다는 설명은 옳지 않다.

점화봉을 버너 끝에서 지나치게 멀리 두면 분사되는 연료에 제때 점화되지 않아 미연소 연료가 노 내에 쌓여 역화·폭발의 위험이 커진다.

• 연소실 내 통풍압을 적절히 조절하는 것은 올바른 점화 준비 과정이다.
• 증기분사식 버너는 점화 전 배관 내 응축수를 배출해 주는 것이 맞다.
• 버너 가동스위치를 넣고 분무용 증기 또는 공기를 분사시키는 것도 정상적인 점화 절차이다.

증기보일러의 안전밸브는 원칙적으로 2개 이상 부착해야 하지만, 전열면적이 50㎡ 이하인 경우에는 예외적으로 1개만 부착해도 된다.

이는 소용량 보일러의 경우 증기 발생량이 적어 압력 상승 속도가 상대적으로 느리므로 완화된 기준을 적용하는 것이다.

보일러 조종자(운전자)는 수면측정장치(수면계)의 기능을 1일 1회 이상 점검해야 하므로, 점검 주기를 1주일에 1회로 서술한 것은 틀린 설명이다.

• 압력·수위·연소상태 감시는 조종자의 기본 직무이다.
• 급격한 부하 변동을 피하는 것은 안전 운전의 기본 원칙이다.
• 최고사용압력을 초과하지 않도록 하는 것은 보일러 안전관리의 핵심 준수사항이다.

보일러 운전에서 공기비를 높게 유지하면 과잉 공기로 인해 배기가스량이 늘고 배기손실이 커져 오히려 에너지 손실이 증가하므로 절감 방법으로 부적합하다.

전열면을 청결히 유지하는 것, 스케일 축적을 막는 것, 배기가스 출구온도를 낮추는 것은 모두 열효율을 높이는 절감 방법에 해당한다.

압력계와 연결되는 증기관을 동관으로 시공할 때는 안지름이 6.5mm 이상이어야 한다.

강관을 사용하는 경우에는 이보다 큰 12.7mm 이상이 적용되며, 재질에 따라 요구되는 최소 관경 기준이 다르게 규정되어 있다.

주철제 방열기의 호칭 기호에서 벽걸이형은 W(Wall), 부착 방향이 가로인 횡형은 H(Horizontal)로 표시하므로 벽걸이 횡형은 W-H로 나타낸다.

참고로 종형(세로)은 V(Vertical)를 사용해 W-V로 표기한다.

공기조화기는 공기를 가열한 뒤 그 공기로 실내를 데우는 간접 난방기기에 해당한다.

• 난로는 연료를 직접 연소시켜 실내를 데우는 직접 난방기기이다.
• 증기보일러·온수보일러는 증기나 온수를 만들어 방열기로 직접 보내 방열시키는 열원 설비로, 방열기를 통한 직접 난방 계통으로 분류된다.

워터해머는 고온의 증기가 차가운 응축수와 만나 급격한 응축으로 발생하는 현상이다. 주증기밸브를 단번에 완전히 열기는 과다한 증기가 갑자기 유입되어 남아있는 미량의 응축수를 급격히 응축시키므로 워터해머를 오히려 야기한다.

• 주증기관의 드레인 밸브를 열어 응축수를 완전히 배출하는 것은 워터해머 방지의 기본 조치이다.
• 소량의 증기로 관을 천천히 가열하여 온도 차이를 줄이는 것은 올바른 방법이다.
• 바이패스밸브를 통해 주증기관을 미리 예열하는 것은 표준 절차다.

따라서 밸브는 천천히 개방하여 관내 온도가 균등하게 상승하도록 제어해야 한다.

에너지이용합리화법에서 국민의 책무는 에너지의 합리적인 이용을 위하여 노력하는 것으로 규정되어 있다(출제 당시 법령 기준).

에너지절약형 기기 생산, 대체에너지 개발, 에너지 생산을 위한 노력은 사업자·국가 차원의 책무에 가까우며 국민 개개인의 책무로 규정된 내용과는 성격이 다르다.

에너지기본법상 지역에너지계획은 시·도 단위로 수립하도록 되어 있어, 특별시장·광역시장 또는 도지사가 수립 주체가 된다(출제 당시 법령 기준).

에너지관리공단이사장이나 중앙부처 장관은 국가 차원의 에너지기본계획 등을 담당하며, 지역 단위 계획의 수립 주체는 아니다.

에너지이용합리화법상 특정열사용기자재는 기관·압력용기·요로로 구분되는데, 온수보일러·구멍탄용 온수보일러·태양열집열기는 모두 기관에 속하는 반면 1종 압력용기는 압력용기로 별도 분류된다(출제 당시 법령 기준).

따라서 기관 구분에 포함되지 않는 품목은 1종 압력용기이다.

에너지이용합리화법상 효율관리기자재의 에너지소비효율·소비효율등급 등을 측정하는 기관은 시험기관으로 규정되어 있다(출제 당시 법령 기준).

진단기관은 에너지진단을 담당하고, 검사기관·점검기관은 검사대상기기의 검사·점검을 담당하는 등 기관별 역할이 서로 구분된다.

검사에 합격하지 않은 검사대상기기를 사용한 자에게는 1년 이하의 징역 또는 1천만 원 이하의 벌금에 해당하는 벌칙이 부과된다(출제 당시 법령 기준).

검사대상기기는 안전과 직결되는 설비이므로 단순 과태료가 아니라 징역·벌금이 함께 규정된 상대적으로 무거운 벌칙 대상이다.

에너지 사용량이 기준량 이상인 에너지다소비업자는 전년도 에너지 사용량 등을 매년 1월 31일까지 신고해야 한다(출제 당시 법령 기준).

연간 실적을 정리해 연초에 일괄 신고하도록 한 것으로, 3월·7월·12월 말일은 이 신고 기한에 해당하지 않는다.