[에너지관리기사 필기] 16년 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

기체연료는 공기와의 혼합이 균일하여 화염온도를 쉽게 올릴 수 있고, 회분·황분 등 고형 잔류물이 거의 없이 깨끗하게 연소되며, 액체연료보다 적은 공기비로도 완전연소가 가능하다.
또한 혼합이 균일한 만큼 연소장치의 온도 및 온도분포 조절이 오히려 용이한 것이 기체연료의 대표적인 장점이므로, "조절이 어렵다"는 설명은 실제 특징과 반대되어 틀린 내용이다.

단위 중량당 발열량을 비교하면 프로판(LPG)이 약 12,000kcal/kg 안팎으로 가장 크다. 중유는 대략 10,000~11,000kcal/kg 수준이고, 코크스·무연탄 같은 고체연료는 회분 등 불연 성분이 섞여 있어 대체로 7,000kcal/kg 이하에 머문다.
탄화수소 사슬이 짧고 수소 함량 비율이 높은 프로판 같은 경질 탄화수소 연료가 일반적으로 고체연료보다 단위 중량당 발열량이 크다.

듈롱식으로 고위발열량을 구하면 $H_h = 8100C + 34000\left(H-\dfrac{O}{8}\right)+2500S = 8100(0.815)+34000(0.045-0.01)+2500(0.02) \approx 7842\,\mathrm{kcal/kg}$이다.
저위발열량은 $H_l = H_h - 600(9H+W) = 7842 - 600(0.405+0.04) \approx 7575\,\mathrm{kcal/kg}$이 된다.
시간당 공급열량은 $1400 \times 7575 \approx 1.06\times 10^{7}\,\mathrm{kcal/h}$이고, 출력 3000kW를 $1\,\mathrm{kW}=860\,\mathrm{kcal/h}$로 환산하면 $3000 \times 860 = 2{,}580{,}000\,\mathrm{kcal/h}$이다. 따라서 열효율은 $\dfrac{2{,}580{,}000}{1.06\times 10^{7}} \approx 0.243$, 즉 약 24.3%로 제시된 값 중 25%에 가장 가깝다.

수소는 $\mathrm{H_2} + \tfrac12\mathrm{O_2} \to \mathrm{H_2O}$로 연소하며, 이론산소량은 수소 1kg당 8kg이므로 수소 4kg에 대한 이론산소량은 $4 \times 8 = 32\,\mathrm{kg}$이다.
과잉공기계수가 1.4이므로 실제 공급 산소량은 이론량의 1.4배가 되고, 그중 연소에 쓰이고 남는 잉여(과잉) 산소량은 $(1.4-1)\times 32 = 12.8\,\mathrm{kg}$으로 계산된다.

점화하기 전에 연소실과 배기 계통에 남아있을 수 있는 미연소가스나 잔류가스를 미리 몰아내어 폭발이나 역화 사고를 방지하는 환기 과정을 프리퍼지(pre-purge)라 한다.
포스트퍼지는 연소 정지 후에 실시하는 환기이며, 가압퍼지·불착화퍼지는 이 문제에서 다루는 점화 전 표준 환기 절차를 지칭하는 일반적 용어가 아니다.

배기가스 중 O2나 CO2 농도를 측정하면 현재 연소 상태의 공기비를 파악할 수 있다.
이를 근거로 과잉공기를 적정 수준으로 조절하면 배기가스에 의한 열손실을 줄여 열효율을 높이고 연료소비량을 절감할 수 있으므로, 이것이 배기가스 성분을 상시 측정하는 경제적 이유가 된다.

고온의 연소가스는 밀도가 낮고 외부의 찬 공기는 밀도가 높아, 이 밀도 차이로 인한 압력차(연돌효과)만으로 굴뚝을 통해 배기가스가 자연스럽게 빠져나가는 방식을 자연통풍이라 한다.
압입통풍과 유인통풍은 각각 송풍기로 공기를 밀어넣거나 배기가스를 빨아내는 강제통풍 방식이므로 밀도차만을 이용하는 방식과는 다르다.

C 86kg에서 발생하는 CO2 부피는 $\dfrac{86}{12}\times 22.4 \approx 160.5\,\mathrm{Sm^3}$이며, 이는 건연소가스 중 12.5%에 해당하므로 전체 건연소가스량은 $160.5/0.125 \approx 1284\,\mathrm{Sm^3}$이다.
이 중 N2 성분(83.8%)은 $1284 \times 0.838 \approx 1076\,\mathrm{Sm^3}$이며, 연료에 질소가 없으므로 이 N2는 모두 공급 공기에서 온 것이다. 공기 중 N2 비율(79%)로 환산하면 실제 공기량은 $1076/0.79 \approx 1362\,\mathrm{Sm^3}$가 되어, 제시된 값 중 1368Sm3이 정답에 해당한다.
이론공기량 $A_o = 8.89 \times 0.86 + 26.67 \times 0.14 \approx 11.38\,\mathrm{Sm^3/kg}$에 배가스 산소 3.7%로 구한 공기비 $m = \dfrac{21}{21-3.7} \approx 1.21$을 곱해 100kg 기준으로 환산해도 1,300Sm3대의 같은 값에 수렴한다.

기체연료는 별도의 기화 과정 없이 공기와 바로 섞이므로, 연료와 공기가 확산·혼합되며 타는 확산연소 방식이 대표적이다.
증발연소와 분무연소는 액체연료, 표면연소는 코크스 등 고체연료의 연소 형태이므로 기체연료의 연소방법과는 구분된다.

연료에 질소가 없는 경우 공기비는 배가스 중 산소 농도만으로 근사적으로 $m = \dfrac{21}{21-\mathrm{O_2}\%}$로 구할 수 있다.
O2 농도 8%를 대입하면 $m = \dfrac{21}{21-8} = \dfrac{21}{13} \approx 1.6$으로, 제시된 값 중 1.6에 해당한다.

연료 1 kg 속의 탄소분을 C(kg)라 하면, 탄소 12 kg(1 kmol)이 완전연소해 CO2 1 kmol = 22.4 Nm3가 되므로 발생하는 CO2량은 $\dfrac{22.4}{12}C = 1.867\,C\ \mathrm{[Nm^3/kg]}$ 이다.
이 CO2는 전부 건연소가스 G 속에 들어 있으므로 건연소가스 중 CO2 농도는 $(\mathrm{CO_2}) = \dfrac{1.867\,C}{G}$ 로 정의된다. 이 관계를 G에 대해 풀면 $G = \dfrac{1.867\,C}{(\mathrm{CO_2})}\ \mathrm{[Nm^3/kg]}$ 가 된다.
분자와 분모를 뒤집어 $\dfrac{(\mathrm{CO_2})}{1.867\,C}$ 로 쓴 형태는 단위가 $\mathrm{kg/Nm^3}$ 쪽이 되어 가스량이 될 수 없고, 공기 중 산소 비율 21을 곱하거나 나눈 형태는 이론공기량·최대탄산가스율(CO2max) 계산에 쓰이는 인자로, 탄소분과 CO2 농도만으로 건연소가스량을 구하는 이 식과는 무관하다.

고체연료는 회분이 많아 발열량이 낮고, 착화·소화 및 온도조절이 어렵다는 것이 일반적인 단점으로 꼽힌다.
또한 입자 크기와 성분이 불균일하여 완전연소가 어렵고 연료 품질도 균일하지 않은 편이므로, "완전연소가 가능하고 품질이 균일하다"는 설명은 고체연료의 실제 특징과 반대되어 틀린 내용이다.

플레임 아이(광전소자로 화염의 빛을 감지), 플레임 로드(화염의 이온화에 의한 전기전도성을 이용), 스택 스위치(배기통 내 열에 의해 작동하는 바이메탈식)는 모두 화염의 유무를 감지하는 화염검출기이다.
반면 스테빌라이저(stabilizer)는 버너 화염이 꺼지지 않고 안정적으로 유지되도록 돕는 화염 안정화 장치로, 화염을 검출하는 기능과는 무관하다.

건타입 버너는 송풍기, 점화장치, 연료 공급장치 등을 하나의 케이싱에 결합한 소형 패키지형 버너로, 버너 자체에 송풍기가 내장되어 있어 별도의 통풍장치 없이도 연소용 공기를 공급할 수 있다.
구조가 비교적 간단하고 소형이며 연소 상태도 양호한 편이어서 소형 보일러나 열교환기 등에 널리 사용되므로, 나머지 선택지들은 건타입 버너의 실제 특징과 맞지 않는다.

버드 네스트 현상은 석탄 연소 시 생성된 재(비산재)가 튜브 지지대나 튜브 사이에 걸려 새 둥지 모양으로 얽혀 쌓이는 현상이다.
이는 고온의 배가스가 지나가는 과열기 튜브열에서 주로 발생하여 전열을 방해하고 배가스 유로를 막는 피해를 일으킨다.

미분탄연소는 석탄을 매우 작은 입자로 분쇄하여 공기와 함께 노 내에 분사하는 방식으로, 연소실 공간을 효율적으로 활용할 수 있고 낮은 공기비로도 높은 연소효율을 얻을 수 있으며 부하변동에도 비교적 잘 대응한다.
다만 이러한 방식을 구현하려면 미분기, 버너, 대형 연소실 등 부대설비가 필요하여 대형 연소로에 적합하며, "소형의 연소로에 적합하다"는 설명은 실제 미분탄연소의 특징과 맞지 않는다.

공기를 예열하거나 연료를 완전연소시키거나 노벽 등의 방산 열손실을 줄이는 것은 모두 연소실 내 열을 보존·집중시켜 화염온도를 높이는 방법이다.
반면 과잉공기를 많이 사용하면 불필요한 여분의 공기가 연소열을 흡수하며 함께 데워지므로, 오히려 화염온도를 낮추는 방향으로 작용하여 화염온도를 높이려는 조작으로는 적절하지 않다.

수성가스 중 가연성분인 CO와 H2의 연소에 필요한 이론산소량은 $O_o = 0.5\times0.38 + 0.5\times0.52 = 0.45$이며(연료 중 산소 0.2%를 빼면 약 0.448로 사실상 같다), 이론공기량은 $A_o = O_o/0.21 \approx 2.14$이다.
공기과잉률 1.30을 곱하면 실제 공기량은 $A = 1.30 \times 2.14 \approx 2.77$이 되어, 연료 단위량당 약 2.77Nm3의 공기가 필요하다.

과잉공기량이 많아지면 연소에 필요한 산소가 충분히 공급되어 불완전연소로 인한 CO·매연 등의 발생이 줄어드는 효과가 있다.
반대로 여분의 공기가 연소가스와 함께 데워져 배출되므로 배기가스에 의한 열손실은 늘어나고, 그만큼 연소실 온도는 낮아지며, 열효율 저하를 보상하기 위해 연료소비량도 오히려 늘어나는 경향이 있다.

회분이 많은 연료는 연소되지 않는 무기물 성분이 많다는 뜻이므로, 발열량이 낮아지고 연소도 불균일해지며 잔류물(재)이 많이 남는다.
특히 회분이 녹아 굳으며 생기는 클링커가 화격자나 연도에 쌓여 통풍(공기·배가스 흐름)을 방해하는 것이 회분이 많은 연료의 대표적인 문제점이다.

역 Carnot 사이클(냉동기)의 성능계수는 저온부에서 흡수한 열량을 소요 일로 나눈 값이고, 가역이므로 열량비를 절대온도비로 바꿔 쓸 수 있다. 즉 $\varepsilon_R = \dfrac{q_L}{w} = \dfrac{T_L}{T_H - T_L}$ 로 표시된다.
성능계수의 정의는 냉동효과 ÷ 공급한 일이므로, 공급한 일을 냉동효과로 나눈 것이라는 설명은 분자와 분모가 뒤바뀐 것이다. 또 $\dfrac{T_H}{T_H - T_L}$ 는 같은 두 온도 사이에서 작동하는 열펌프의 성능계수이지 냉동사이클의 성능계수가 아니다(두 값은 정확히 1만큼 차이난다).
같은 두 온도 사이에서 작동하는 사이클 중에서는 가역 사이클의 성능계수가 최대이므로, 실제 냉동사이클의 성능계수가 역 Carnot 사이클보다 높을 수는 없고 항상 그보다 낮다.

비열비 $k = C_p/C_v$는 기체 분자의 자유도가 작을수록 커진다. 단원자 분자인 헬륨(He)은 병진 자유도만 가지므로 $k \approx 1.67$로 이상기체 중 가장 큰 값을 갖는다.
산소(O₂)와 같은 이원자 분자는 회전 자유도가 추가되어 $k \approx 1.4$ 정도이고, 이산화탄소(CO₂)나 메탄(CH₄)처럼 원자 수가 많은 다원자 분자는 진동 자유도까지 더해져 $k$가 1.3 이하로 더 작아진다.
따라서 상온에서 비열비가 가장 큰 기체는 단원자 기체인 헬륨이다.

클라우지우스(Clausius) 적분은 어떤 사이클에 대해서도 $\oint \dfrac{\delta Q}{T} \le 0$ 이고, 등호는 가역 사이클에서만 성립한다. 즉 가역 사이클이면 $\oint_{\text{가역}}\dfrac{\delta Q}{T} = 0$ 이다.
비가역 사이클에서는 마찰·유한 온도차 전열 등으로 엔트로피가 생성되므로 적분값이 반드시 $\oint_{\text{비가역}}\dfrac{\delta Q}{T} < 0$ 이 된다. 따라서 비가역인데 적분값이 0이라거나 0보다 크다고 쓴 식은 모두 성립하지 않는다.
가역 사이클의 적분값이 0보다 작다고 쓴 식도 틀리다. 가역 사이클에서 이 적분이 경로에 무관하게 0이 된다는 사실이 곧 $dS = \left(\dfrac{\delta Q}{T}\right)_{rev}$ 로 정의되는 엔트로피가 상태량임을 보증하는 근거가 된다.

물 1,000kg을 0℃ 얼음으로 응고시키는 데 필요한 열량은 응고잠열(용해열과 크기가 같음)을 이용해 $Q = m \cdot r = 1{,}000\,\mathrm{kg} \times 335\,\mathrm{kJ/kg} = 335{,}000\,\mathrm{kJ}$로 구한다.
이 열량을 24시간(=86,400초) 동안 제거해야 하므로 냉동능력은 $\dfrac{335{,}000\,\mathrm{kJ}}{86{,}400\,\mathrm{s}} \approx 3.88\,\mathrm{kW}$가 된다.

등온과정에서는 내부에너지 변화가 없으므로 방출된 열량은 압축일과 크기가 같다. 이상기체의 등온일은 $W = mRT\ln\dfrac{V_2}{V_1}$이며, 압축 과정에서 계가 114kJ의 열을 방출하므로 이 일도 -114kJ이 된다.
$mRT = 1\,\mathrm{kg}\times 0.287\,\mathrm{kJ/kg\cdot K}\times 300\,\mathrm{K} = 86.1\,\mathrm{kJ}$이므로 $\ln\dfrac{V_2}{V_1} = \dfrac{-114}{86.1} \approx -1.32$, 따라서 $\dfrac{V_2}{V_1} = e^{-1.32} \approx 0.27$이다.
즉 최종 체적은 초기 체적의 약 0.27배로 압축된다.

그림은 가로축이 엔트로피, 세로축이 온도인 선도로, 왼쪽 아래에서 올라와 정점(임계점)을 지나 오른쪽 아래로 완만하게 내려가는 포화선이 그려져 있고, 그 위쪽 기체 영역의 한 점에서 세 방향으로 화살표가 뻗어 있다.
왼쪽으로 향한 Ⓐ는 엔트로피가 줄어드는 방향, 즉 열을 뽑아내면서 압축·냉각하는 과정으로 화살표 끝이 포화선에 닿는다. 곧게 아래로 내려간 Ⓑ는 엔트로피가 일정한 단열(등엔트로피) 팽창으로 온도가 크게 떨어져 역시 화살표 끝이 포화선에 닿는다. 두 경우 모두 증기가 포화 상태에 이르므로 액화가 이루어진다.
반면 오른쪽 아래로 비스듬히 나간 Ⓒ는 온도가 내려가면서 동시에 엔트로피가 늘어나는 비가역 팽창(교축)이다. 포화선 자체도 오른쪽으로 갈수록 내려가기 때문에, 엔트로피가 커지는 쪽으로 움직인 이 화살표는 포화선과의 간격을 좁히지 못하고 끝점이 여전히 포화선보다 위쪽인 과열증기 영역에 머문다. 포화 상태에 도달하지 못하므로 이 과정으로는 액화가 일어나지 않는다.

일은 마찰 등을 통해 전부 열로 전환될 수 있지만, 열을 일로 전환하는 열기관은 저온부로 반드시 일부 열을 버려야 하므로 효율이 100%에 도달할 수 없다. 이는 열역학 제2법칙(비가역성, 방향성)이 규정하는 내용이다.
열역학 제1법칙은 에너지 보존만을 다룰 뿐 전환의 방향이나 효율 한계는 언급하지 않으며, 줄의 법칙이나 푸리에의 법칙은 각각 기체의 내부에너지·전도열전달에 관한 별개의 법칙이므로 이 설명과는 무관하다.

그림의 T-S 선도를 보면 낮은 온도의 수평선(복수기에서의 응축), 포화액선을 따라 온도가 올라가는 급수 가열, 높은 온도의 긴 수평선(보일러에서의 증발)까지는 일반적인 증기 사이클과 같다.
차이는 오른쪽 팽창부에 있다. 과열까지 올라간 증기가 수직으로 내려오다가 중간 지점에서 다시 위로 올라가 온도가 회복된 뒤 두 번째로 내려온다. 팽창 도중의 증기를 빼내 다시 가열한 다음 재차 팽창시키는 이 모양이 바로 재열(Reheat) 사이클의 전형적인 선도이며, 중간점에서 아래 수평선까지 곧게 이어진 점선은 재열 없이 한 번에 팽창했을 경우의 경로를 나타낸다.
재열을 하면 팽창 종료점이 포화증기선에서 멀어져 터빈 출구의 습분(건도 저하)이 줄고 평균 흡열온도가 높아져 열효율도 개선된다. 급수를 추기증기로 데우는 재생 사이클이라면 팽창선 도중에서 증기를 뽑아 급수가열 쪽으로 보내는 형태가 되어 팽창선이 다시 위로 꺾이지 않고, 디젤 사이클(정압가열·정적방열)이나 합성(사바테) 사이클(정적가열+정압가열)은 내연기관 사이클이어서 어느 쪽도 이런 선도가 나오지 않는다.

이상기체의 엔트로피 변화는 정압과정에서 $\Delta S_p = mC_p\ln\dfrac{T_2}{T_1}$, 정적과정에서 $\Delta S_v = mC_v\ln\dfrac{T_2}{T_1}$로 주어진다.
동일한 온도 상승량(150℃)에 대해 두 식의 비를 취하면 $\dfrac{\Delta S_p}{\Delta S_v} = \dfrac{C_p}{C_v} = K$가 되어, 정압과정의 엔트로피 변화는 정적과정의 K배이다.

카르노 효율은 절대온도를 사용해 $\eta = 1-\dfrac{T_2}{T_1} = 1-\dfrac{303}{1{,}073} \approx 0.718$이다(고온 800℃=1,073K, 저온 30℃=303K).
고온열원에서 받은 열 5,000kW에 이 효율을 곱하면 동력은 $W = \eta Q_1 \approx 0.718 \times 5{,}000 \approx 3{,}590\,\mathrm{kW}$가 된다.

30℃ 물을 100℃ 포화수로 가열하는 데 드는 현열과 100℃에서 증발시키는 데 드는 잠열을 더하면 단위질량당 필요열량을 구할 수 있다: $q = C_p\Delta T + r = 4.19\,\mathrm{kJ/kg\cdot K}\times 70\,\mathrm{K} + 2{,}257\,\mathrm{kJ/kg} \approx 2{,}550\,\mathrm{kJ/kg}$.
물 3kg에 대해서는 $Q = 3\,\mathrm{kg}\times 2{,}550\,\mathrm{kJ/kg} \approx 7{,}650\,\mathrm{kJ}$의 열량이 필요하다.

두 물체가 각각 제3의 물체와 열평형을 이루면 그 두 물체끼리도 열평형을 이룬다는 성질은 온도라는 물리량을 정의할 수 있게 해주는 근거로, 이를 열역학 제0법칙이라 한다.
제1법칙은 에너지 보존, 제2법칙은 과정의 방향성(엔트로피), 제3법칙은 절대영도에서의 엔트로피에 관한 법칙으로 이 설명과는 다른 내용을 다룬다.

단열 분출의 이론출구속도는 엔탈피 강하로부터 $V_{th} = \sqrt{2(h_1-h_2)\times 1{,}000}$로 구한다. $h_1-h_2 = 3{,}350-2{,}692 = 658\,\mathrm{kJ/kg}$이므로 $V_{th} = \sqrt{2\times 658{,}000} \approx 1{,}147\,\mathrm{m/s}$이다.
속도계수는 실제속도와 이론속도의 비이므로 $\varphi = \dfrac{V_{actual}}{V_{th}} = \dfrac{960}{1{,}147} \approx 0.837$이 된다.

카르노 사이클의 효율은 절대온도의 비로 결정되므로 $\eta = 1-\dfrac{T_2}{T_1} = 1-\dfrac{293}{1{,}073} \approx 0.727$이다(고온 800℃=1,073K, 저온 20℃=293K).

가역단열 분출속도는 $V=\sqrt{2C_p T_1\left[1-\left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{\frac{k-1}{k}}\right]}$로 구한다. 여기서 $C_p = \dfrac{kR}{k-1} = \dfrac{1.4\times 0.287}{0.4} \approx 1.005\,\mathrm{kJ/kg\cdot K}$, $T_1=97+273=370\,\mathrm{K}$, 분출 후 압력은 대기압 $P_2 \approx 101.3\,\mathrm{kPa}$이다.
$\dfrac{P_2}{P_1}=\dfrac{101.3}{150}\approx 0.675$이고 지수는 $\dfrac{k-1}{k}=0.286$이므로 $0.675^{0.286}\approx 0.894$, 대괄호 안의 값은 약 0.106이 된다.
따라서 $V \approx \sqrt{2\times 1{,}005\times 370\times 0.106} \approx 281\,\mathrm{m/s}$로, 보기 중 282m/s에 해당한다.

개방시스템(정상유동)의 에너지식에서 이상적(가역·단열) 유동일 때 단위질량당 축일은 $w_s = -\int_i^e u\,dP + \dfrac{V_i^2 - V_e^2}{2} + g(z_i - z_e)$ 형태가 된다(u는 비체적).
$\int P\,du$ 는 경계가 움직이며 하는 밀폐계의 팽창일이다. 유동계에서는 유체를 밀어 넣고 밀어내는 유동일 $Pu$ 가 함께 계산에 들어가므로, $\int P\,du = [Pu] - \int u\,dP$ 관계에 의해 축일은 부호가 반대인 $-\int u\,dP$ 로 바뀐다. 따라서 $\int P\,du$ 만으로 표현한 식은 축일이 될 수 없다.
또 문제에서 속도가 빠르고 입·출구 높이 차가 있어 운동에너지와 위치에너지를 무시할 수 없다고 했으므로, 두 항이 반드시 함께 들어 있어야 한다. 압력 적분항 없이 운동·위치에너지만 있거나 반대로 적분항만 있는 식은 조건을 만족하지 못하며, $-\int u\,dP$ 에 속도항과 $g(z_i - z_e)$ 가 붙은 식이 정답이 된다.

그림의 T-S 선도에서 A→B와 D→C 두 사선에는 P = const(정압)라고 명시되어 있고, 위쪽 B→C와 아래쪽 A→D는 온도가 변하지 않는 수평선(등온)이다. 즉 이 사이클은 등온과정 2개와 정압과정 2개로 구성된 평행사변형 모양이다.
등온 2개와 정압 2개로 이루어지고 두 정압선 구간에서 재생(regeneration)이 이루어지는 사이클이 Ericsson 사이클이다. 재생이 완전하다고 보면 두 정압선에서 주고받는 열이 서로 상쇄되어 외부와는 두 등온선에서만 열을 주고받으므로, 이론적으로 Carnot 사이클과 같은 효율을 갖는다.
Carnot 사이클은 등온 2개와 단열 2개로 이루어져 T-S 선도에서 직사각형이 되고, Stirling 사이클은 등온 2개와 정적(v = const) 2개, Brayton 사이클은 정압 2개와 단열 2개여서 수직선이 나타난다. 이 그림처럼 두 등온선을 정압선이 비스듬히 잇는 모양은 Ericsson 사이클에만 해당한다.

증기압축 냉동사이클의 성능계수는 $\mathrm{COP}=\dfrac{T_e}{T_c-T_e}$ 형태로 나타나듯, 응축온도가 일정할 때 증발온도가 높을수록 커진다. 증발온도가 높아지면 응축온도와의 온도차가 줄어 압축기가 해야 할 일이 작아지기 때문이다.
주어진 증발온도 −20℃, −25℃, −30℃, −40℃ 가운데 가장 높은 −20℃일 때 응축온도와의 차가 가장 작으므로 성능계수가 가장 크다.

정압하에서 이상기체의 부피는 절대온도에 비례하므로(샤를의 법칙) $\dfrac{V_1}{T_1}=\dfrac{V_2}{T_2}$가 성립한다.
$T_1 = 15+273=288\,\mathrm{K}$, $T_2=140+273=413\,\mathrm{K}$이므로 $V_2 = V_1\times\dfrac{T_2}{T_1} = 500\times\dfrac{413}{288} \approx 717\,\mathrm{m^3/min}$이 된다.

동력 900kW를 얻으려면 변환효율 50%를 감안해 실제로 공급해야 할 열량은 $\dfrac{900\,\mathrm{kJ/s}}{0.5}=1{,}800\,\mathrm{kJ/s}=1{,}800\times 60=108{,}000\,\mathrm{kJ/min}$이다.
연료의 저위발열량을 SI단위로 환산하면 $11{,}000\,\mathrm{kcal/kg}\times 4.186\,\mathrm{kJ/kcal}\approx 46{,}000\,\mathrm{kJ/kg}$이므로, 매분 연료소비량은 $\dfrac{108{,}000}{46{,}000}\approx 2.34\,\mathrm{kg/min}$이 된다.

보기의 세 가지 특징 — 가동부가 없어 구조가 간단하고, 가스의 유량·압력·점성 변화에 지시오차가 거의 없으며, 백금 열선을 유리로 피복해 가연성 가스에 대한 촉매작용을 막는다 — 는 산소의 강한 상자성(常磁性)을 이용한 자기식 O2계의 설명이다.
자기식 O2계(자기풍 방식)는 측정실에 자계를 걸어 산소가 자계 쪽으로 끌려 들어오면서 생기는 자기풍이 가열된 백금 열선을 식히는 정도를 저항 변화로 읽는다. 열선이 그대로 노출되면 시료 속 가연성 가스가 백금 표면에서 촉매 연소해 지시를 흐트러뜨리므로 열선을 유리로 피복하는 것이다.
연소식 O2계는 가연성 가스를 촉매 위에서 연소시킨 열량으로 측정하므로 오히려 가연성 성분의 영향을 크게 받고, 밀도식 CO2계는 회전자 같은 가동부가 있어 유량·압력 변화에 민감하다. 적외선 가스분석계는 광원·시료셀·검출기로 이루어져 구조가 복잡하고 O2·N2·H2 등 대칭 2원자 분자는 측정할 수 없다.

피토관은 흐름을 정면으로 받는 구멍에서 전압 Pt를, 옆면 구멍에서 정압 Ps를 재고 그 차이인 동압으로부터 유속을 얻는 계측기다.
베르누이 식에서 동압은 $P_t - P_s = \dfrac{\gamma V^2}{2g}$ 이므로, 이를 V에 대해 풀면 $V = \sqrt{\dfrac{2g\,(P_t - P_s)}{\gamma}}\ \mathrm{[m/s]}$ 가 된다.
전압과 정압을 더한 형태는 동압이 아니므로 성립하지 않고, 중력가속도를 제곱하거나 압력을 제곱한 형태는 근호를 벗긴 뒤의 차원이 $\mathrm{m/s}$ 가 되지 않아 유속 식이 될 수 없다. 또 정압에서 전압을 빼면 값이 음수가 되어 근호 안이 성립하지 않는다.

피드백(폐루프) 제어는 목표값과 출력을 항상 비교하는 검출·비교부가 반드시 필요하며, 그 편차를 스스로 수정하므로 개루프 제어보다 정확도가 높고 보일러 급수제어처럼 정밀한 제어에 널리 쓰인다.
또한 피드백을 걸면 계의 대역폭이 넓어지고 특성 변화나 외란에 대한 감도가 낮아진다. 따라서 다른 제어계보다 제어 폭이 감소된다는 서술은 피드백 제어의 실제 특성과 반대되는 틀린 설명이다.

개수로 유량 측정에 쓰이는 위어에는 절단면 형상에 따라 예봉위어, 삼각위어, 사각위어, 광정위어 등 표준화된 형식이 있으며, 각각 월류 수두와 유량의 관계식이 별도로 정립되어 있다.
제시된 보기 중 이각위어는 위어의 표준 분류 형식에 해당하지 않는 명칭으로, 실무나 규격에서 통용되는 위어 종류가 아니다.

월트만(Woltman)식 유량계는 관 내부에 설치된 회전날개(터빈)가 유체의 흐름에 의해 회전하는 속도를 검출하여 유량을 산출하는 방식으로, 유속식(터빈형) 유량계에 속한다.
전자식은 도전성 유체의 기전력을, 용적식(박막식)은 일정 체적의 반복 계량을, 차압식(노즐·벤투리)은 압력차를 이용하는 별개의 원리이므로 월트만식과는 구별된다.

하겐-포아젤 방정식은 모세관 내 층류 흐름에서 유량과 압력손실(점도)의 관계를 나타내는 식이다. 오스트발트 점도계는 일정 부피의 시료가 가는 모세관을 통과하는 시간을 측정하여 이 식으로부터 점도를 구하는 대표적인 계측기로, 하겐-포아젤 방정식의 원리를 직접 이용한다.
낙구식 점도계는 스토크스 법칙에 따른 구의 낙하속도를, 회전식 점도계는 뉴턴의 점성법칙에 따른 회전토크를 이용하므로 하겐-포아젤 방정식과는 원리가 다르다.

273.15K는 0℃와 같고, 0℃는 화씨로 32°F에 해당하며, 이를 랭킨온도로 환산하면 $(32+459.67)\,^\circ\mathrm{R} \approx 491.7\,^\circ\mathrm{R}$이 된다. 즉 273.15K, 0℃, 32°F는 모두 같은 온도를 가리킨다.
반면 460°R은 $\dfrac{460}{1.8}\approx 255.6\,\mathrm{K}$, 즉 약 -17.6℃에 해당하는 전혀 다른 온도이므로 나머지 셋과 값이 다르다.

백금저항온도계는 저항체의 물리적 특성상 사용 상한이 대체로 500~650℃ 수준으로 제한되어, 수백~수천℃에 이르는 노 내부의 고온을 직접 측정하기에는 부적절하다.
반면 제겔콘은 내화도 지시용으로 고온에서 연화되는 성질을 이용하고, 방사온도계와 광고온계는 비접촉식으로 물체가 방출하는 복사에너지를 이용하므로 접촉 없이도 매우 높은 온도까지 측정할 수 있어 고온 노내 온도측정에 적합하다.

오르자트법은 시료가스를 수산화칼륨, 피로갈롤, 암모니아성 염화제일구리 용액 등 특정 흡수제에 순차적으로 흡수시켜 흡수 전후의 부피 감소량으로 CO₂, O₂, CO 등의 성분을 정량하는 대표적인 화학적 흡수식 가스분석법이다.
밀도법, 자기법(자기적 성질 이용), 음향법(음속 이용)은 성분가스의 물리적 성질 차이를 이용하는 물리적 분석법으로 흡수 과정을 거치지 않는다.

방사온도계는 물체가 방출하는 복사에너지를 비접촉으로 검출하므로 고속으로 움직이거나 접근이 어려운 이동 물체의 온도도 측정할 수 있다는 장점이 있다.
반대로 방사율에 따른 보정량은 오히려 크고, 저온에서는 방사에너지가 약해 측정 정도가 떨어지며, 비접촉·전기적 검출 방식이므로 응답속도는 빠른 편이어서 나머지 설명들은 방사온도계의 실제 특성과 맞지 않는다.

액주식 압력계에 사용하는 액체는 온도변화에 따른 밀도(비중) 변화가 작아야 지시값의 오차가 줄어들며, 점도와 팽창계수, 모세관현상도 작아야 정확한 측정이 가능하다.
보기 중 온도변화에 의한 밀도 변화가 커야 한다는 서술은 이 요구조건과 정반대이므로 틀린 설명이다.

베르누이 방정식은 점성에 의한 에너지 손실이 없는 비점성유체, 밀도가 일정한 비압축성유체, 그리고 시간에 따라 유동 조건이 변하지 않는 정상상태 흐름을 가정하여 유도된다.
압축성유체나 비정상상태를 전제로 하는 다른 보기들은 베르누이 방정식이 성립하는 조건과 맞지 않는다.

관의 단면적은 $A = \dfrac{\pi}{4}D^2 = \dfrac{\pi}{4}(0.1\,\mathrm{m})^2 \approx 0.00785\,\mathrm{m^2}$이다.
체적유량은 $Q = AV = 0.00785\,\mathrm{m^2}\times 5\,\mathrm{m/s} \approx 0.0393\,\mathrm{m^3/s}$이고, 물의 밀도(1,000kg/m³)를 곱한 질량유량은 약 39kg/s가 된다.

가스분석계는 시료가스를 대표성 있게 채취하는 채취장치가 필요하고, 온도·압력 변화가 측정오차의 원인이 될 수 있으며, 계기의 교정에는 화학분석으로 성분이 검증된 표준시료가스가 사용된다.
그러나 성분가스에 대한 선택적 반응 여부, 즉 다른 공존가스의 간섭을 배제할 수 있는 선택성은 분석계 선정에서 반드시 고려해야 하는 요소이므로, 선택성에 대한 고려가 필요 없다는 설명은 틀린 서술이다.

피토관은 베르누이 방정식에 근거해 동압을 측정하며, 유속은 $V=\sqrt{2g\Delta h}$로 주어진다.
이 식에서 유속 V는 높이차 Δh의 제곱근에 비례하는 관계를 가진다.

광고온계는 시료로부터 나오는 단색광의 밝기를 표준전구 필라멘트의 밝기와 육안으로 맞추어 온도를 측정하는 방식으로, 비접촉식 온도계 중에서도 상대적으로 측정 정도(정확도)가 높은 편에 속한다.
다만 측정 가능 범위는 대략 700~3,000℃ 수준으로 한정되고, 밝기를 눈으로 맞추는 수동 조작이므로 개인오차가 발생할 수 있으며, 단색광을 이용하기 때문에 방사온도계보다 방사율에 대한 보정량은 오히려 작은 편이어서 나머지 설명들은 광고온계의 특성과 다르다.

자기(porcelain)관은 급격한 온도변화(급열·급랭)에 약해 열충격으로 파손되기 쉬운 대신 상용 사용온도가 약 1,450℃에 이르는 비금속 보호관으로, 접촉에 의한 오염을 막기 위해 안쪽에 금속관 등을 넣는 이중 보호관 구조의 외관으로 흔히 사용된다.
유리관과 석영관은 사용 가능 온도가 이보다 훨씬 낮고, 내열강은 비금속이 아닌 금속 재질이므로 조건에 맞지 않는다.

연소열법은 시료 중의 가연성 성분을 백금선 등으로 연소(산화)시켜 그 반응열을 검출하는 방식으로, 화학반응을 직접 이용한다는 점에서 화학적 가스분석법으로 분류된다.
열전도율법, 도전율법, 적외선흡수법은 성분가스가 갖는 열전도도, 전기전도도, 적외선 흡수 스펙트럼 등의 물리적 성질 차이를 측정하는 물리적 가스분석법이므로 화학적 방법과는 구분된다.

벤투리(Venturi)식 유량계는 조리개부(목부)가 완만한 유선형으로 설계되어 있어 유체가 급격히 수축·확대되지 않고 매끄럽게 흐르므로, 다른 차압식 유량계에 비해 압력손실이 가장 작다.
오리피스나 노즐은 조리개 형상이 상대적으로 급격하게 변하여 손실이 크고, 원판식은 용적식 계량 방식이므로 조리개부 유선형 설계와는 관계가 없다.

자동제어장치에서 조절계의 신호전송 방식은 일반적으로 전기신호를 이용하는 전기식, 압축유를 이용하는 유압식, 압축공기를 이용하는 공기압식의 세 가지로 분류된다.
수증기(스팀)를 신호전달 매체로 삼는 방식은 표준적인 신호전송 방식 분류에 포함되지 않으므로 나머지와 가장 거리가 멀다.

펄라이트(진주암을 팽창시켜 만든 경량 무기질 보온재)는 최고안전사용온도가 약 650℃ 수준으로, 제시된 보기 중 유일하게 600℃ 이상의 고온에서도 사용할 수 있는 재료이다.
폼 유리는 약 300℃, 규조토는 약 500℃ 수준이고 석면도 550℃ 이하에 그쳐 모두 600℃에 미치지 못하므로 저온·중온용 보온재로 분류된다.

샤모트(chamotte)질 벽돌은 카올린계 내화점토를 하소한 것을 주원료로 하며, 그 화학조성은 카올리나이트의 조성식인 $\mathrm{Al_2O_3\cdot 2SiO_2\cdot 2H_2O}$로 나타내는 함수 규산알루미늄이 주성분이다. 즉 알루미나와 실리카가 주가 되는 계통이다.
FeO·Cr₂O₃는 크롬철광으로 크롬질 내화물의 원료이고, MgCO₃(마그네사이트)는 마그네시아질 내화물의 원료에 해당하여 샤모트질과는 계통이 다르다.

에너지법에서는 에너지를 연료·열 및 전기로 정의하고 있어, 연소에 쓰이는 연료, 열에너지, 전기에너지는 모두 이 법의 적용 대상인 에너지에 해당한다.
원자력은 원자력 관련 별도 법령의 규율 대상으로 다루어지며 에너지법상 에너지의 정의에는 포함되지 않으므로, 보기 중 에너지법상 에너지가 아닌 것은 원자력이다.

단열재를 사용하면 재료의 열전도계수와 열확산계수가 작아져 열이 빠져나가는 속도가 느려지고, 노 내부의 온도 편차가 줄어들어 온도가 균일하게 유지되는 효과가 나타난다.
반대로 스폴링(spalling)은 급격한 온도변화로 인한 열응력 때문에 내화물 표면이 박리·파손되는 현상으로, 단열은 온도구배를 완만하게 하여 오히려 스폴링을 억제하는 방향으로 작용한다. 따라서 스폴링 현상을 촉진시킨다는 설명은 단열 효과와 반대되는 내용이다.

에너지이용합리화법은 위반행위의 중대성에 따라 벌칙 수위를 달리 정하고 있으며, 검사대상기기의 검사를 받지 않은 행위는 안전관리 제도의 근간을 훼손하는 것으로 보아 1년 이하의 징역 또는 1천만 원 이하의 벌금에 해당하는 죄로 규정되어 있다.
생산 또는 판매 금지명령을 위반한 경우는 이보다 무거운 징역·벌금이 적용되고, 검사대상기기 조종자를 선임하지 않은 경우는 징역 없이 벌금만, 효율관리기자재의 측정결과를 신고하지 않은 경우는 과태료가 각각 별도로 적용되어 서로 구분된다.

에너지이용합리화법상 에너지다소비사업자는 연료·열 및 전력의 연간 사용량을 합산한 값이 2,000 TOE(석유환산톤) 이상인 사업자를 말하며, 이 기준을 넘으면 에너지사용량 신고, 에너지진단 수검 등의 의무를 지게 된다.
이 기준량은 에너지다소비사업자 지정의 문턱값으로 법령에 명시된 수치이다.

보온재·단열재·보랭재는 용도와 재질이 비슷하지만, 이를 구분하는 실질적인 기준은 안전사용온도(최고사용온도)이다. 안전사용온도가 낮은 것부터 보랭재, 보온재, 단열재(내화단열재) 순으로 구분된다.
열전도율은 재료의 단열 성능을 나타내는 값일 뿐 종류를 구분하는 기준은 아니며, 압력이나 내화도 역시 이러한 재료 구분에는 사용되지 않는다.

용광로에서 코크스는 연소하여 선철 제조에 필요한 열을 공급하고, 연소 시 발생하는 일산화탄소 등 환원성 가스로 철광석을 환원시키며, 일부 탄소는 가스 상태로 용융된 선철에 흡수되어 선철의 탄소 성분이 된다.
반면 철광석 속의 황분을 제거하는 것은 코크스가 아니라 매용제인 석회석의 역할로, 석회석이 황분과 결합하여 슬래그로 배출시킨다. 따라서 황분 제거는 코크스의 역할이 아니다.

에너지이용합리화법에 따라 에너지다소비사업자는 전년도의 분기별 에너지사용량, 제품생산량 등을 매년 1월 31일까지 신고하여야 한다.
이는 전년도 실적을 새해 초에 집계하여 보고하도록 한 정기 신고 절차로, 이후 에너지관리진단 대상 여부 판단 등에 활용된다.

민간사업주관자가 에너지사용계획을 수립하여 산업통상자원부장관에게 제출해야 하는 대상 시설의 기준은 연간 연료 및 열 사용량이 5,000 TOE 이상이거나 연간 전력 사용량이 2,000만 kWh 이상인 시설을 설치하려는 경우이다.
이 기준은 공공사업주관자에게 적용되는 기준보다 높게 설정되어 있어, 민간 부문에서는 대규모 에너지 소비시설을 신설할 때에 한해 사전에 에너지사용계획을 제출하도록 한 것이다.

국가에너지절약추진위원회의 당연직위원은 에너지·산업 정책과 직접 관련된 정부 부처의 차관급 인사 및 관련 공공기관의 장으로 구성되며(출제 당시 법령 기준), 한국전력공사 사장, 국무조정실 국무2차장, 한국에너지공단 이사장 등이 여기에 포함된다.
고용노동부차관은 근로·고용 정책을 소관하는 자리로 에너지 정책과 직접적인 관련이 없어 이 위원회의 당연직위원 구성에는 포함되지 않는다.

보온재는 안전사용온도가 높을수록 고온 환경에서 사용할 수 있는데, 세라믹 파이버는 1,000℃를 넘는 고온에서도 사용 가능한 무기질 섬유계 단열재로, 제시된 보기 중 최고안전사용온도가 가장 높다.
폼글라스는 수백℃ 수준이고, 폴리스티렌 발포제(스티로폼 계열)는 80℃ 안팎, 탄화 코르크는 130℃ 정도의 저온용이어서 세라믹 파이버와는 사용 가능 온도 차이가 매우 크다.

진주암(펄라이트 원석)이나 흑요석 등을 고온에서 소성·팽창시켜 다공질 입자로 만든 뒤, 접착제와 석면 등 무기질섬유를 배합하여 성형한 단열재는 펄라이트(Perlite) 보온재이다.
유리면은 유리를 섬유화한 것, 규산칼슘은 규산질 원료를 화학적으로 반응시켜 만든 것으로 제조 방식이 다르며, 석고는 소성 팽창 공정과 관련이 없다.

에너지이용합리화법상 검사대상기기의 검사 종류 중 재사용검사는 사용을 중지하였던 검사대상기기를 다시 사용하고자 할 때 실시하는 검사이며, 사용 중 연속 재사용한다는 표현은 이 검사의 정의와 맞지 않는다.
용접검사는 동체·경판 등을 용접으로 제조할 때, 구조검사는 강판·관·주물류를 용접·확대·조립·주조 등으로 제조할 때, 개조검사는 증기보일러를 온수보일러로 개조하는 등 구조를 변경할 때 각각 실시하는 검사로 올바르게 짝지어져 있다.

유체가 한쪽 방향으로만 흐르도록 하여 역류를 방지하는 밸브는 체크밸브(역지밸브)이며, 밸브 디스크가 수직으로 오르내리는 리프트식과 힌지를 중심으로 회전하는 스윙식으로 크게 나뉜다.
게이트밸브는 유로를 완전히 열고 닫는 개폐용 밸브, 앵글밸브는 유체 흐름 방향을 직각으로 바꾸는 밸브로 역류 방지 기능과는 관련이 없다.

산업통상자원부장관의 에너지손실요인 개선명령을 정당한 사유 없이 이행하지 않은 경우, 1회 위반 시 부과되는 과태료는 300만 원으로 정해져 있으며, 위반 횟수에 따라 부과 금액이 달라진다.
이는 상대적으로 경미한 신고·표시 의무 위반에 부과되는 과태료보다 높은 수준으로, 개선명령 불이행이 에너지관리에 미치는 영향이 크다는 점을 반영한 것이다.

마그네시아 벽돌은 마그네사이트(MgCO₃)나 수산화마그네슘을 주원료로 하여 1,500℃ 이상의 고온에서 소성하여 만든 내화물로, 대표적인 염기성 내화물에 속한다. 따라서 산성벽돌이라고 한 설명이 마그네시아 벽돌의 성질과 어긋난다.
나머지 서술은 모두 옳다. 비중과 열전도율이 크고 열팽창률도 큰 것이 특징이며, 열팽창이 큰 만큼 급열·급랭에 따른 스폴링(박리)에 약한 단점이 있다. 원료와 소성온도에 관한 설명도 실제 제조 방식과 일치한다.

셔틀요는 여러 대의 대차를 번갈아 사용하여 하나의 가마에서 소성이 끝난 대차를 밖으로 빼내고 새 제품을 실은 대차를 바로 투입할 수 있도록 한 구조로, 가마 1개당 2대 이상의 대차가 필요하며 대차가 보유한 열을 다음 소성에 활용해 열 절약 효과를 얻고, 급랭파가 생기지 않는 온도에서 제품을 꺼낸다.
이러한 구조 덕분에 셔틀요는 오히려 작업이 편리하고 조업이 용이한 것이 특징이므로, 작업이 불편하여 조업하기가 어렵다는 설명은 셔틀요의 실제 특성과 거리가 멀다.

에너지법에 따라 국가에너지 기본계획 및 에너지 관련 시책을 효과적으로 수립·수행하기 위한 에너지총조사는 3년마다 정기적으로 실시하도록 규정되어 있다.
이 조사는 국가 전체의 에너지 수급 구조와 소비 실태를 파악하는 기초자료로 활용되며, 3년 주기라는 점이 법령상 명시된 고정된 기준이다.

내화도가 높고 고온에서 용융점 부근까지도 하중에 잘 견디는 성질을 가진 내화물은 규석질 내화물이며, 이러한 하중연화점이 높은 특성 때문에 각종 가마의 천장(아치) 부위에 주로 사용된다.
납석질·샤모트질 내화물은 규석질보다 내화도와 하중연화점이 낮고, 마그네시아질은 염기성 내화물로 용도가 다르다.

동일한 연소조건이라면 배기가스량이 적을수록 배기가스로 빠져나가는 열손실이 작아지고, 급수예열기나 공기예열기를 설치하면 배기가스의 열량을 회수하여 배기가스 온도를 낮추고 보일러 효율을 높일 수 있다.
다만 배기가스는 보일러에서 발생하는 증기의 포화온도보다 더 낮은 온도까지 열을 빼앗기기 어렵고, 증기압력이 높아질수록 포화온도도 높아져 배기가스 손실이 커진다. 그런데 16℃ 이상부터는 효율이 일정하다는 서술은 근거가 없는 임의의 수치로, 실제와 맞지 않는다.

줄-톰슨 계수는 $\mu = \left(\dfrac{\partial T}{\partial P}\right)_H$로 정의되며, 기체가 등엔탈피 과정으로 교축(팽창)될 때 압력 변화에 따른 온도 변화율을 나타낸다.
이 계수의 부호는 기체의 온도와 압력에 따라 달라지는데, 특정 온도(전환온도, 역전온도)를 경계로 양(+)에서 음(-)으로 바뀌므로 μ의 부호는 온도의 함수라고 할 수 있다.
μ가 양(+)일 때는 팽창 시 온도가 낮아지는 냉각 효과가 나타나고, μ가 음(-)일 때는 반대로 팽창 시 온도가 오히려 올라간다. 따라서 μ가 (-)일 때 팽창하면 온도가 내려간다거나, μ가 (+)일 때 팽창해도 온도가 일정하다는 설명은 실제와 반대이다.

사이폰관(Siphon Tube)은 고온의 증기가 직접 계측기 내부로 들어가지 않도록 U자 모양으로 굽혀 그 안에 응축수를 채워 완충 역할을 하는 관으로, 주로 부르동관식 압력계와 함께 설치되어 증기 배관의 압력을 측정할 때 사용된다.
사이폰관에 고인 물이 고온의 증기와 압력계 사이에서 열을 차단해 압력계 내부 기구가 증기의 고온에 직접 노출되지 않도록 보호하는 원리이다.

맞대기 용접의 그루브 형상은 판 두께에 따라 달라지는데, 얇은 판에는 I형·V형을, 두꺼운 판에는 X형·U형을 적용하고, 판 두께가 50mm 이상인 매우 두꺼운 판을 수동으로 용접할 때는 양쪽에서 U형 홈을 가공한 H형(양면 U형) 그루브를 사용한다.
H형 그루브는 두꺼운 판을 양면에서 용접함으로써 용착 금속량을 줄이고 용접 변형을 줄일 수 있어 후판 맞대기 용접에 적합하다.

맞대기 용접부의 인장응력은 하중을 용접 단면적(판 두께×용접 길이)으로 나누어 구한다. 판 두께 12mm=1.2cm, 용접길이 230cm이므로 단면적은 $A = 1.2\,\mathrm{cm} \times 230\,\mathrm{cm} = 276\,\mathrm{cm^2}$이다.
따라서 인장응력은 $\sigma = \dfrac{P}{A} = \dfrac{45{,}000\,\mathrm{kg}}{276\,\mathrm{cm^2}} \approx 163\,\mathrm{kg/cm^2}$로 계산되어, 제시된 값과 일치한다.

원통형 보일러는 구조가 단순하여 취급이 쉽고, 보유수량이 많아 부하 변동에도 압력 변화가 크지 않다는 장점이 있지만, 그만큼 보유수량이 많기 때문에 파열 사고가 발생하면 오히려 피해가 크다는 단점이 있다.
또한 구조상 전열면적을 크게 늘리기 어려워 고압·대용량 용도로는 부적당하다. 따라서 보유량이 적어 파열 시 피해가 적다는 설명은 원통형 보일러의 실제 특징과 반대된다.

만수보존법은 보일러 동체 내부를 물로 가득 채워 밀폐한 상태로 단기간(2~3개월 정도) 보존하는 방법으로, 겨울철에는 동결에 의한 파손을 특히 주의해야 한다.
이때 보일러수는 부식을 막기 위해 알칼리성(pH 11~12 정도)으로 유지해야 하며, pH가 6 정도와 같이 중성에 가깝거나 산성 쪽으로 유지한다는 설명은 만수보존의 취지와 맞지 않는다.

육용강제보일러 동체의 최소 두께는 안지름 구간별로 정해져 있는데, 안지름이 900mm 이하인 경우는 6mm를 기준으로 하되 스테이를 부착할 경우에는 8mm 이상으로 하여야 한다. 따라서 스테이를 부착하는 경우까지 6mm로 제시한 설명은 기준과 어긋난다.
나머지 구간은 기준과 같다. 안지름이 900mm를 초과하고 1,350mm 이하이면 8mm, 1,350mm를 초과하고 1,850mm 이하이면 10mm, 1,850mm를 초과하면 12mm이다.

보일러 급수의 청관제는 목적에 따라 종류가 나뉘는데, pH조정제로는 암모니아, 연화제로는 인산소다(인산나트륨), 탈산소제로는 히드라진이 사용되는 것이 맞다.
반면 아황산소다(아황산나트륨)는 산소를 제거하는 탈산소제 계열의 약품으로 주로 쓰이며, 가성취화방지제로는 질산나트륨이나 인산나트륨, 탄닌 등이 사용된다. 따라서 가성취화방지제와 아황산소다를 연결한 것은 목적과 약품이 서로 맞지 않는다.

보일러 효율을 입·출열법으로 계산할 때 입열 항목에는 연료의 발열량, 연료의 현열, 연소용 공기의 현열 등 보일러로 들어오는 열량이 포함된다.
반면 연소가스(배기가스)의 현열은 보일러에서 빠져나가는 손실 열, 즉 출열(손실) 항목에 해당하므로 입열 항목에는 속하지 않는다.

열교환량은 열관류율, 전열면적, 대수평균온도차의 곱으로 구하며 $Q = K \cdot A \cdot \Delta t_m$으로 계산한다.
주어진 값을 대입하면 $Q = 15\,\mathrm{kcal/m^2 \cdot h \cdot ^\circ C} \times 8\,\mathrm{m^2} \times 300\,^\circ\mathrm{C} = 36{,}000\,\mathrm{kcal/h}$로 계산되어, 제시된 값과 일치한다.

관 스테이(튜브 스테이)를 용접으로 부착할 때는 안전을 위해 세부 규격이 정해져 있는데, 그중 스테이관의 두께는 4mm 이상이 되도록 규정되어 있다.
스테이의 끝단은 화염에 직접 닿는 판의 바깥쪽으로 지나치게 돌출되어서는 안 되며, 판의 외면보다 안쪽으로 들어가 있어서도 안 되는 등 판의 표면과 거의 나란하게 마감되어야 하고, 용접 다리길이도 별도의 최소 기준을 만족해야 한다.

열매체보일러는 물 대신 오일 등 별도의 열매체를 사용하여 비교적 낮은 압력에서도 고온의 증기(또는 고온 유체)를 얻을 수 있고, 열매체 자체의 어는점이 낮아 겨울철 동결 우려가 적다는 장점이 있다.
또한 안전관리상 열매체보일러의 안전밸브는 밀폐식 구조로 설치하여 열매체가 대기 중으로 누출되지 않도록 한다.
그러나 열매체보일러는 물을 사용하지 않으므로 스케일이나 부식을 막기 위한 수처리 장치나 청관제 주입장치가 필요하지 않다는 것이 오히려 장점이며, 물 처리장치나 청관제 주입장치가 필요하다는 설명은 열매체보일러의 실제 특징과 맞지 않는다.

레스트레인트는 열팽창에 의한 배관의 이동을 구속하거나 제한하는 장치로, 배관을 완전히 고정하는 앵커(Anchor), 특정 방향의 이동만 제한하는 스토퍼(Stopper), 배관이 축 방향으로만 이동하도록 유도하는 가이드(Guide)가 대표적인 종류이다.
반면 리지드(Rigid)는 배관의 자중 등을 지지하는 서포트(지지장치)의 한 종류로, 열팽창에 의한 이동을 구속·제한하는 레스트레인트와는 목적과 분류가 다르다.

수관식 보일러는 다수의 수관 내부로 물을 통과시켜 가열하는 구조로, 바브콕 보일러·라몬트 보일러·벤손 보일러가 이에 해당한다.
반면 코르니쉬 보일러는 원통형 몸체 안에 노통을 1개 설치한 노통식(원통형) 보일러로, 수관식이 아니라 원통형 보일러로 분류된다.

인젝터는 별도의 동력 없이 고압 증기의 분사 작용만으로 급수를 밀어 넣는 장치로, 구조가 간단하여 소형 보일러에 널리 쓰이고 소량의 증기로도 다량의 급수를 공급할 수 있다는 장점이 있다.
다만 증기 분사에 의한 단순한 구조 특성상 급수량을 세밀하게 조절하기가 어렵다는 단점이 있으므로, 송수량의 조절이 용이하다는 설명은 인젝터의 실제 특성과 맞지 않는다.

먼저 시간당 부피유량을 구하면 질량유량 2.8ton/h=2,800kg/h에 비체적을 곱하여 $Q = 2{,}800\,\mathrm{kg/h} \times 0.4709\,\mathrm{m^3/kg} \approx 1{,}318.5\,\mathrm{m^3/h} \approx 0.366\,\mathrm{m^3/s}$가 된다.
배관 단면적은 $A = \dfrac{Q}{v} = \dfrac{0.366\,\mathrm{m^3/s}}{30\,\mathrm{m/s}} \approx 0.0122\,\mathrm{m^2}$이고, 이로부터 관경을 구하면 $d = \sqrt{\dfrac{4A}{\pi}} \approx 0.125\,\mathrm{m} = 125\,\mathrm{mm}$가 되며, 이는 1인치=25.4mm 기준으로 약 5인치에 해당한다.

용접이음은 리벳이음과 달리 판을 겹치거나 구멍을 뚫지 않고 모재를 직접 융합시키므로 이음효율이 리벳이음보다 훨씬 높다(거의 100%에 가까운 효율)는 것이 대표적인 장점이다.
반대로 용접이음은 급격한 가열·냉각 과정에서 잔류응력이 발생하기 쉽고, 이음부가 강성이 커서 진동에 대한 감쇠력이 낮으며, 용접부 형상이나 결함으로 인한 응력집중에 민감하다는 단점이 있어, 이 세 가지는 오히려 용접이음의 한계로 지적되는 특성이다.

최고사용압력이 0.43MPa 초과 1.5MPa 이하(약 4.3~15kgf/cm²) 구간에 있는 증기보일러는 수압시험압력을 최고사용압력의 1.3배에 3kgf/cm²(0.3MPa)를 더한 값으로 정한다. 이 보일러의 최고사용압력은 7kgf/cm²로 이 구간에 해당한다.
따라서 $1.3\times7+3=12.1\ \mathrm{kgf/cm^2}$가 수압시험 압력이 된다.
참고로 최고사용압력이 0.43MPa 이하인 강철제 보일러는 그 압력의 2배(다만 그 값이 0.2MPa 미만이면 0.2MPa), 1.5MPa를 초과하는 보일러는 1.5배로 정하므로, 압력 구간을 먼저 확인한 뒤 해당 식을 적용해야 한다.

보일러 옥내 설치기준에서는 보일러 동체 최상부로부터 천장·배관 등 상부 구조물까지의 거리를 통상 1.2m 이상(소형보일러 및 주철제보일러의 경우 0.6m 이상)으로 확보하도록 정하고 있어, 이보다 훨씬 작은 0.3m 이상이라는 서술은 기준에 미달하는 틀린 설명이다.
반면 불연성 물질의 격벽으로 구획된 장소에 설치하는 것, 연도 외측 0.3m 이내의 가연물을 금속 이외의 불연재로 피복하는 것, 소형보일러의 연료 저장 시 1m 이상 이격하거나 반격벽으로 대신할 수 있다는 내용은 모두 실제 설치기준과 부합한다.