개념 한 쪽
열정산은 보일러·열기관 등에서 필요한 열량을 계산하고 연료 소요량이나 효율을 판단하는 기초 계산이다. 기준증발량과 539.8kcal/kg 환산, 연료의 발열량·비중·효율을 이용한 연료량 산출법, 그리고 시간당 에너지를 초당 단위로 바꾸는 3600 환산을 핵심으로 다룬다.
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출제기준 단원 「열정산」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 기준증발량으로 연료량 산출 | 1 | 기준증발량·효율·발열량·비중을 이용해 연료 ℓ/h를 계산하게 한다 |
| 열관리 기대효과 판단 | 1 | 열관리 활동의 기대효과 중 옳지 않은 항목을 고르게 한다 |
| 열효율 계산 문제 | 1 | 연료 소비율과 저위발열량으로 열기관의 열효율을 구하게 한다 |
기준증발량은 100℃의 물 1kg을 건조포화증기로 변화시키는 데 필요한 열량을 기준으로 한 값이며, 1kg당 539.8kcal를 쓴다. 보일러의 필요한 총열량은 기준증발량에 539.8을 곱해 구한다.
보일러가 공급해야 할 연료의 열량은 필요한 총열량을 보일러효율로 나누어 구한다. 연료의 질량은 연료열량(저발열량)을 이용해 결정하고, 연료의 부피는 질량을 비중으로 나누어 얻는다. 따라서 기준증발량 문제는 '증발량×539.8 ÷ (효율×발열량×비중)' 형태의 계산으로 정리된다.
열기관의 열효율은 유효 출력(일 또는 동력) ÷ 연료가 공급한 열량으로 정의한다. 연료 소비율이 kg/h 단위로 주어질 때에는 연료 소비율×저위발열량으로 시간당 공급열량을 구하고, 이를 초당 출력 단위와 맞추기 위해 3600으로 나누어 kW 등과 비교해야 한다.
열량 단위 환산은 실수 유발 요인이다. kJ/h 단위를 kW로 바꾸려면 ÷3600을 사용하며, 이를 빠뜨리면 전혀 다른 효율·출력 값이 나오므로 주의해야 한다.
1) 보일러 연료량 산출 예: 기준증발량 5000kg/h, 보일러효율 88%, 벙커C유 저발열량 9700kcal/kg, 비중 0.96인 경우 필요한 총열량은 5000×539.8 = 2,699,000 kcal/h이고, 연료가 내야 할 열량은 2,699,000 ÷ 0.88 ≈ 3,067,000 kcal/h이다. 연료 질량은 3,067,000 ÷ 9700 ≈ 316 kg/h이고, 부피는 316 ÷ 0.96 ≈ 329 ℓ/h로 약 330 ℓ/h가 된다.
2) 열기관 효율 계산 예: 출력 2800 kW, 연료소비율 1300 kg/h, 저위발열량 28 MJ/kg일 때 입열량은 1300×28 MJ/h = 36,400 MJ/h이며 초당 단위로 환산하면 36,400 ÷ 3600 ≈ 10.11 MJ/s = 10.11 MW가 된다. 따라서 열효율은 2.8 MW ÷ 10.11 MW ≈ 0.277로 약 28%가 된다.
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.
고체연료를 사용하는 어느 열기관의 출력이 2800kW이고 연료소비율이 매시간 1300kg 일 때 이 열기관의 열효율은 약 몇 % 인가? (단, 이 고체연료의 저위발열양은 28MJ 이다.)
정답 ① · 열효율은 열기관에서 출력된 유효 일률을 연료에서 공급된 총 발열량으로 나눈 백분율입니다. 연료 1kg당 발열량이 28MJ이고 시간당 1300kg을 소비하므로 총 입력 에너지는 36,400 MJ/s입니다.
열효율=출력÷입열=2800kW÷(1300×28/3600)MW≈27.7%≈28%.
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