개념 한 쪽
연료별 특성과 발열량, 연료비를 비교하여 에너지 관리의 판단 근거로 삼는 분석을 다룬다. 연료의 상태별 특성, 고위발열량의 개념, 그리고 연료별 비용과 취급상의 장단점을 중심으로 원단위 비교를 수행한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「에너지 원단위 비교 분석」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 액체연료의 결점 판별 | 1 | 액체연료의 장단점을 비교하여 틀린 결점 고르기 |
| 연료비 비교 | 1 | 탄종별 특성과 채굴·품질로 연료비 우열 가리기 |
| 고위발열량 비교 | 1 | 수소 함량을 기준으로 연료의 고위발열량 최댓값 가리기 |
연료는 상태에 따라 고체·액체·기체로 분류한다. 고체연료는 석탄류와 같이 조직 안에 산소 성분이 상대적으로 남아 있고 수소 함량이 적은 반면, 액체연료는 탄화수소로서 수소 함량이 크고 산소 함량이 거의 없다는 점을 구분하여 이해한다.
고위발열량은 연료가 완전연소할 때 발생하는 총열량으로 수증기의 응축에 의해 방출되는 잠열까지 포함하는 개념이다. 따라서 연료 중 수소 함량이 클수록 고위발열량이 크다. 이로 인해 동일 질량 기준에서는 수소 함량이 많은 연료가 더 큰 고위발열량을 보인다.
액체연료는 분무 연소로 공기와 잘 혼합되어 화염온도가 높고 연소가 균일한 장점이 있다. 반면 화재·역화 위험, 버너별 소음, 국내 자원 부족에 따른 수입 의존 등의 단점이 존재한다. 문제에서는 액체연료의 장점을 결점으로 뒤바꿔 제시하는 선지를 주의해야 한다.
연료의 비용은 탄종의 성숙도와 채굴·생산 난이도에 의해 결정된다. 석탄류에서는 무연탄이 가장 고급 탄종으로 채굴 난이도와 취급 특성 때문에 연료비가 가장 높다는 점을 비교 기준으로 삼는다.
예 1 — 발열량 비교 판단: 고위발열량은 연료의 수소 함량에 비례하므로 연료들을 고위발열량 순으로 비교할 때는 '가스류(프로판 등) > 액체연료(중유 등) > 고체연료(석탄류)' 순으로 예상한다. 따라서 제시된 보기에서 프로판이 고위발열량이 가장 크다고 판단한다.
예 2 — 특성 판별 문제: 액체연료의 결점 여부를 묻는 문제에서는 '연소가 균일하여 국부과열이 생긴다'는 서술이 반대 서술임을 확인하여 정답 처리한다. 액체연료는 분무 연소로 화염온도가 높고 연소가 균일하므로 국부과열을 결점으로 보지 않는다.
액체연료는 고체연료 등에 비하여 연료로는 우수하지만 다음과 같은 결점도 있다. 결점 내용이 틀린 것은?
정답 ① · 문제는 액체연료의 결점 중 잘못된 진술을 찾는 문제이다. 액체연료는 분무연소로 혼합이 균일하고 화염온도가 높으므로 ‘연소온도가 낮아 국부과열을 일으키기 쉽다’는 문장은 모순되고 틀린 설명이다.
액체연료는 화염온도가 높고 연소가 균일하므로 '국부과열' 서술은 틀린 결점이다.
다음 연료중 연료비가 가장 큰 것은?
정답 ④ · 탄종별 연료 비용은 채굴 및 수송의 난이도, 그리고 연료로서의 품질에 따라 달라집니다. 무연탄은 휘발분이 거의 없고 고정 탄소가 높아 연소 시 연기가 나지 않는 장점이 있으나, 지하 깊은 곳에서 채굴해야 하고 불붙기 어려워 취급이 까다로워 일반적으로 연료비가 가장 비쌉니다.
탄종 중 무연탄은 탄화도가 높고 채굴이 어려워 연료비(가격)가 가장 비싸다.
다음 연료중 고위발열량이 가장 큰 것은?
정답 ② · 연료 1kg 당 고위 발열량은 수소의 연소로 발생하는 수증기가 응축할 때 방출하는 잠열까지 모두 포함한 열량입니다. 주요 연료들의 고위 발열량을 비교해보면, 코크스는 약 7000kcal/kg, 석탄은 약 7500kcal/kg, 중유는 약 10000~11000kcal/kg, 그리고 프로판 가스(LPG)는 약 12000kcal/kg 수준으로 가장 높은 수치를 나타냅니다.
수소 함량이 가장 많은 프로판의 고위발열량(약 12,000kcal/kg)이 최대이다.
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