공조냉동기계기사 보일러 — 가열량과 효율·출력 표시법·상당 증발량

보일러는 정압 가열이므로 가열량은 질량에 엔탈피 차이를 곱해 구한다. 엔탈피 125 kJ/kg인 물을 가열해 엔탈피 2940 kJ/kg인 증기를 시간당 10톤 만든다면 10톤을 10,000 kg/h으로 맞추고 2815 kJ/kg을 곱해 2.815×10⁷ kJ/h가 된다. 문제에 함께 주어진 터빈 출구 엔탈피 2570 kJ/kg은 보일러 가열량과 관계가 없어 쓰지 않는다.

보일러의 효율은 물이 얻은 열량을 연료가 준 열량으로 나눈다. 증기 엔탈피 3230 kJ/kg에서 급수 엔탈피 830 kJ/kg을 뺀 2400 kJ/kg에 증발량 380,000 kg/h을 곱해 9.12×10⁸ kJ/h를 얻고, 발열량 32,000 kJ/kg에 소비량 34,000 kg/h을 곱한 1.088×10⁹ kJ/h로 나누면 약 83.8%가 된다. 어느 값에 어느 값을 곱하는지 짝을 지키는 것이 계산의 관문이다.

부속설비는 연소실에서 연돌로 갈수록 연소가스의 온도가 낮아지는 순서로 놓인다. 가장 먼저 만나는 과열기는 보일러에서 나온 포화증기에 열을 더해 온도를 높여 과열증기로 만들고, 다음의 절탄기는 보일러로 들어갈 급수를 미리 데우며, 마지막 공기 예열기는 연소용 공기를 데운다. 고온부에서 저온부로 배치해야 열을 최대로 회수할 수 있으므로, 이 순서를 뒤집은 선지는 열역학적으로 성립하지 않는다.

보일러의 출력은 부르는 이름마다 뜻이 다르다. 정격출력은 보일러가 낼 수 있는 최대 능력이고, 정미출력은 정격출력에서 예열부하와 배관손실을 뺀 난방부하와 급탕부하의 합으로 실제로 쓸 수 있는 순수한 출력이다. 상용출력은 배관 손실 등을 고려해 정미출력의 1.05~1.10배로 잡는 출력이고, 과부하출력은 짧은 시간 동안 정격을 넘겨 내는 출력이다.

상당 증발량은 보일러의 성능을 같은 잣대로 견주기 위한 값이다. 실제 증발량에 증기 엔탈피에서 급수 엔탈피를 뺀 값을 곱한 뒤 표준 증발 잠열 539 kcal/kg으로 나눈다. 증발량 5000 kg/h, 증기 엔탈피 640 kcal/kg, 급수 엔탈피 15 kcal/kg이라면 5000 × (640 − 15) ÷ 539 ≈ 5797 kg/h가 된다. 539를 빼먹거나 엔탈피 차이를 계산하지 않은 값이 오답으로 나온다. 급수펌프가 하는 일은 액체의 비체적에 압력차를 곱해 구하는데, 25℃, 0.01 MPa의 물 1 kg을 5 MPa로 보내는 경우 0.001 × (5000 − 10) = 4.99 kJ이 된다.