개념 한 쪽
에너지 사용량 문제는 보일러의 기준증발량과 환산계수, 연료의 발열량과 비중, 그리고 단위 환산을 정확히 적용하는 능력을 묻는다. 계산 과정에서 효율·발열량·단위(kg↔ton, kJ/h↔kW, kg↔ℓ) 변환을 올바르게 처리해야 정답을 구한다.
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출제기준 단원 「에너지 사용량」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 기준증발량→연료부피 계산 | 1 | 기준증발량과 효율·발열량·비중으로 연료 ℓ/h를 계산하는 법을 묻는다 |
| 열기관·발전 효율 계산 | 1 | 연료 소비량과 저위발열량으로 투입열을 kW로 환산해 효율을 구하는 방법을 묻는다 |
| 연료 선택 조건 판별 | 1 | 액체연료의 선택조건과 고체연료의 특성을 구분하는 것을 묻는다 |
기준증발량은 100℃의 물 1kg을 포화증기로 만드는 데 필요한 열량을 기준으로 하는 값이며 1kg당 539.8kcal를 기준 열량으로 사용한다. 보일러 문제에서는 기준증발량에 539.8을 곱해 필요 총열량을 구한 뒤 보일러 효율로 나누어 연료가 공급해야 할 열량을 산정한다.
연료의 질량으로 구한 열량을 부피로 바꿀 때는 연료의 저발열량과 비중을 함께 고려한다. 질량(kg)으로 구한 연료량을 저발열량(kcal/kg 또는 kJ/kg)으로 나누어 질량 단위의 연료 사용량을 구하고, 비중으로 나누어 부피(ℓ)를 계산한다. 이 과정에서 효율은 필요한 열량을 연료가 공급해야 하는 열량으로 올리기 위해 나누는 값으로 처리한다.
열효율 계산 문제는 출력(또는 생산전력)과 연료가 공급한 열량의 동일 단위 환산이 핵심이다. 연료의 저발열량이 kJ/kg으로 주어지고 연료 사용량이 kg/h인 경우 투입열량은 kJ/h 단위가 되므로 kJ/h를 kW로 바꾸려면 3600으로 나누어 초당 열량으로 환산해야 한다. 이 단위 정렬을 정확히 하지 않으면 크게 다른 값이 도출된다.
연료 선택 및 열관리 기대효과 문제는 연료별 특성(고체·액체·기체)과 열관리의 목표를 묻는다. 액체연료는 점도·인화점·잔류탄소·황분·유동점 등을 선택기준으로 삼고, 고체연료는 저장·수송과 설비비 측면에서 장점이 있으나 연소조절과 완전연소에 불리한 점이 있다는 점을 구분해서 이해해야 한다.
대표 계산 1 — 보일러의 연료 공급량 계산 문제: 기준증발량 5000kg/h, 보일러효율 88%, 벙커C유 저발열량 9700kcal/kg, 비중 0.96일 때 연료 부피 ℓ/h를 구하는 방법은 다음과 같다. 필요 총열량 = 5000 × 539.8 = 2,699,000 kcal/h. 연료가 제공해야 할 열량 = 2,699,000 ÷ 0.88 ≈ 3,067,045 kcal/h. 연료 질량 = 3,067,045 ÷ 9700 ≈ 316kg/h. 연료 부피 = 316 ÷ 0.96 ≈ 329.4ℓ/h로 약 330ℓ/h가 된다. 핵심은 '증발량×539.8 ÷ (효율×발열량×비중)' 공식을 적용하는 것이다.
대표 계산 2 — 발전·열기관 효율 계산 문제: 연료 소비량 1300kg/h, 저위발열량 28MJ/kg, 출력 2800kW인 경우 효율은 출력 ÷ 입력열로 구한다. 입력열(kW) = 1300kg/h × 28MJ/kg ÷ 3600 ≈ 10,111kW. 효율 = 2800 ÷ 10,111 ≈ 0.277 → 약 27.7%로 약 28%가 된다. 핵심은 kJ/h 또는 MJ/h 단위를 kW로 바꿀 때 반드시 3600으로 나누어 단위를 맞추는 것이다.
기준 증발량 5000kg/h의 보일러가 있다. 보일러효율 88%일 때에 벙커C유의 공급량은 약 얼마인가? (단, 벙커C유의 저발열량은 9700kcal/kg, 비중은 0.96으로 한다.)
정답 ④ · 보일러의 기준 증발량(발생 증기의 총열량)을 5000 kg/h * 539.8 kcal/kg = 2,699,000 kcal/h로 산출합니다. 보일러 효율이 88%이므로, 공급해야 할 총 연료 열량은 2,699,000 / 0.88 = 약 3,067,045 kcal/h입니다.
기준증발량(kg/h)×539.8을 효율·저발열량·비중으로 차례로 나눠 연료 ℓ/h를 구한다.
다음 중 열관리의 기대효과가 될 수 없는 것은?
정답 ④ · 문항은 열관리의 기대효과가 될 수 없는 항목을 고르는 문제이다. 열관리는 에너지 소비 절약과 폐열 등 미이용 자원의 활용을 통해 에너지 효율을 높이고, 연소 개선 등으로 매연 저감에도 기여할 수 있다.
열관리의 효과는 절약·매연 방지·미이용 자원 활용이지 생산 감소가 아니다.
액체연료의 선택조건이 아닌 것은?
정답 ③ · 문항은 액체연료를 선택할 때 고려하지 않는 조건을 묻는 문제이다. 액체연료는 점도, 인화점, 황분, 잔류탄소 등 유동성·안전·오염 관련 성능을 주요 선택조건으로 삼는다.
점결도는 석탄(고체연료) 선택조건이고, 액체연료는 점도·인화점·황분·잔류탄소 등으로 고른다.
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