보일러 효율
보일러 효율은 공급한 연료의 열량 중 증기나 온수에 유효하게 전달된 비율임
보일러 효율 η = 유효출열 / 입열 × 100(%)
증기보일러의 직접법 계산은 다음 형태로 정리함
η = [G(h₂ - h₁)] / (B × H) × 100(%)
G: 발생 증기량h₂: 발생 증기의 엔탈피h₁: 급수 엔탈피B: 연료 사용량H: 연료의 발열량
문제에서 단위 시간이 같은지, 발열량이 고위인지 저위인지부터 확인함 · 입력과 출력에서 사용하는 발열량 기준이 달라지면 효율이 왜곡됨
실제증발량과 상당증발량
실제증발량은 실제 운전조건에서 발생한 증기의 질량임 · 급수 온도와 증기 압력·건도가 다르면 같은 증기량이라도 필요한 열량이 다르므로 기준 상태로 환산한 상당증발량을 사용함
상당증발량 = 실제증발량 × (증기 엔탈피 - 급수 엔탈피) / 기준 증발잠열
기준 증발잠열은 100 ℃의 포화수를 같은 온도의 건포화증기로 만드는 열량으로 약 2,257 kJ/kg임 · 이 기출 범위에서는 보통 539 kcal/kg을 사용하고 일부 문항은 538.8 kcal/kg을 제시하므로 문제의 상수를 우선함
상당증발량 Ge = 실제증발량 G × (h₂ - h₁) / 539
- 증발계수: 실제 증발량을 상당증발량으로 환산하는 계수임
- 증발배수: 연료 단위 질량당 발생한 증기량으로
증기량 / 연료량임 - 전열면 증발률: 단위 전열면적·단위 시간당 증발량임
출력과 부하율
보일러 출력은 단위 시간에 증기나 온수로 전달한 열량임 · 부하율은 정격능력에 대한 실제부하의 비율로 계산함
부하율 = 실제부하 / 정격부하 × 100(%)
이 기출 범위의 미터식 기준에서 1 보일러마력 = 상당증발량 15.65 kg/h ≈ 8,435 kcal/h임 · 보일러마력은 시간당 상당증발량을 15.65 kg/h로 나누어 구함
낮은 부하에서는 본체 방열과 대기손실의 상대적 비중이 커질 수 있고, 과부하에서는 불완전연소와 높은 배기가스 온도, 수분 동반이 나타날 수 있음 · 보일러 대수제어는 운전 중인 각 보일러가 효율이 좋은 부하대에서 작동하도록 조정함
열정산
열정산은 연료의 입열을 유효출열과 손실열로 나누어 합계가 맞는지 확인하는 작업임
입열 = 유효출열 + 배기가스 손실 + 불완전연소 손실 + 방열 손실 + 기타 손실
대표 손실은 다음과 같음
- 건배기가스 손실: 배기가스량과 배기가스 온도가 높을수록 커짐
- 수분 관련 손실: 연료 속 수분, 수소의 연소로 생긴 수증기가 가져가는 열임
- 불완전연소 손실: 일산화탄소, 그을음, 미연탄소에 화학에너지가 남음
- 방열 손실: 보일러 외벽과 배관에서 주위로 빠져나감
- 블로다운 손실: 고온 보일러수를 배출할 때 생김
계산 순서
- 질량, 시간, 열량 단위를 통일함
- 증기 상태와 급수 온도에서 엔탈피 차를 확인함
- 실제증발량·상당증발량·증발배수 중 무엇을 묻는지 구분함
- 발열량 기준과 효율의 소수·백분율 표현을 확인함
- 결과가 물리적으로 가능한지 검산함
시험 포인트
| 문제에서 보이는 표현 | 정답으로 연결 |
|---|---|
| 보일러 효율 | 유효출열 ÷ 입열 × 100% |
| 직접법 효율의 유효출열 | G(h₂-h₁) |
| 상당증발량 | 실제증발량 × (h₂-h₁) ÷ 539 |
| 증발배수 | 증기량 ÷ 연료량 |
| 전열면 증발률 | 단위 전열면적·단위 시간당 증발량 |
| 1 보일러마력 | 상당증발량 15.65kg/h · 약 8,435kcal/h |
| 열정산 | 입열 = 유효출열 + 각종 손실열 |
| 공기비 과다 | 배기가스량·배기가스 현열손실 증가 가능 |
자주 틀리는 포인트
- 효율 식의 분자는 증기의 엔탈피 자체가 아니라 급수에서 증기까지의 엔탈피 증가량임
- 상당증발량과 실제증발량은 운전조건에 따라 같지 않을 수 있음
- 공기비를 지나치게 낮추면 불완전연소 손실, 지나치게 높이면 배기가스 손실이 커질 수 있음
기출 출제 이력
아래 기출은 위에서 정리한 개념이 실제 시험에서 어떻게 출제됐는지 확인하기 위한 근거 자료입니다.
출제 경향 — 수록 기출 103문항이 26개 회차에서 확인되며, 효율·상당증발량·보일러마력과 열정산 계산이 반복됨