개념 한 쪽
액체연료는 중유, 경유 등 유동성이 필요한 연료군으로 보일러 운전에서 예열과 점도 관리가 핵심 과제라는 점을 이해한다.
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출제기준 단원 「액체연료의 종류 및 특성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 조작상 장점 판별 | 1 | 액체연료의 장단점을 비교하여 장점이 아닌 항목을 고르도록 묻는다 |
| 저발열량 계산 | 1 | 수소와 수분을 이용해 고발열량에서 기화잠열을 차감하는 계산 절차를 묻는다 |
| LNG·LPG 물성 구분 | 1 | LNG와 LPG의 주성분과 발열량·밀도 차이를 구별하도록 묻는다 |
액체연료는 고체나 기체 연료와 대비되는 물리적 특성을 지니며, 조작상 장점으로는 발열량이 크고 품질이 비교적 균일하며 회분이 적어 점화·소화 조절이 쉬운 점과 파이프라인을 통한 계량·공급이 용이한 점이 있다. 그러나 점도가 높을 경우 예열이 필수적이므로 예열 과정이 에너지 소모와 설비 복잡도를 초래하므로 예열 필요성은 단점으로 간주한다.
기체연료와 비교하면 기체연료는 청정 연소 특성이 있어 검댕과 SO2 발생이 적고 연소 조절이 용이하나 단위 부피당 발열량이 낮아 저장·운반에 고압 용기나 저온 저장이 필요하므로 저장 및 운반은 용이하지 않다는 점을 대조하여 기억한다.
액화천연가스(LNG)의 주성분은 메탄이며 액화석유가스(LPG)는 프로판·부탄이 주성분으로, 메탄은 공기보다 가볍고 프로판·부탄은 공기보다 무겁다는 점을 구분한다. 또한 단위 질량당 발열량은 일반적으로 탄소 사슬이 긴 LPG가 LNG보다 크다는 점을 인지한다.
연료의 발열량은 고발열량(HHV)과 저발열량(LHV)으로 구분한다. 고발열량은 생성된 수증기가 모두 응축될 때 방출되는 열량이고, 저발열량은 생성 수증기가 수증기 상태로 배출될 때 기화 잠열을 차감한 실제 이용 가능한 열량이라는 개념을 이해한다.
저발열량 산정 공식은 LHV = HHV - r(9H + W) 형태를 사용하며, 여기서 H는 수소 함량(%)이고 W는 수분 함량(%)이며 r은 수증기의 기화잠열이다. 수소 1g이 연소하면 약 9g의 물이 생성된다는 비례를 적용하여 생성 수증기량을 계산한다.
대표 계산 예시 1: 고발열량 10,000 kcal/kg, 수소 12%, 수분 0.3%일 때 LHV를 구한다. 생성 수증기량은 9×12 + 0.3 = 108.3(g/kg)이며 이를 kg 단위로 환산하면 0.1083 kg/kg이다. 기화잠열을 6(또는 580 kcal/kg 계열 수치로 문제에 따라 다르게 제시)로 적용하는 유형이 있으므로 문제에서 주어진 r 값을 확인한 뒤 LHV = 10,000 - r×0.1083의 계산을 수행한다. 예시 재료에서는 계산 결과 약 9,350 kcal/kg 근방이 됨을 제시한다.
대표 계산 예시 2: 고발열량 10,600 kcal/kg, 수소 12%, 수분 0.3%일 때 생성 수증기량은 0.12×9 + 0.003 = 1.083 + 0.003 = 1.086(단위: % → 계산 방식에 따라 g/kg 표기 참조)이며 기화잠열 약 580 kcal/kg을 적용하면 차감량은 약 630 kcal/kg이 되어 LHV는 약 9,970 kcal/kg 수준이 됨을 보인다. 문제에서는 기화잠열 값을 어떻게 취하는지에 따라 정답 처리 기준이 달라질 수 있으므로 문제 제시값을 우선 확인한다.
액체연료의 연소특성 중 장점(조작상)이라 할수 없는 것은?
정답 ④ · 문항은 액체연료의 조작상 장점이 아닌 것을 묻고 있다. 액체연료는 발열량이 크고 품질이 비교적 균일하며 회분이 적고 계량·기록이 수월해 조작상 장점이 많다.
액체연료는 점도가 있어 예열이 필요하며, 저질 연료 사용 시 고온 유지가 어렵거나 설비 부식이 발생할 수 있어 이는 단점에 해당한다.
수소 12%, 수분 0.3%인 중유의 고발열량이 10,600㎉/㎏ 일 때 이 중유의 저발열량은?
정답 ④ · 문제는 고발열량과 수소 및 수분 함량으로부터 저발열량을 구하는 계산 문제다. 연소 시 생성되는 수증기의 기화 잠열을 차감하므로 생성 수분량은 9배의 수소량과 원래 수분을 합한 값(9H + W)이다.
저발열량은 고발열량에서 수증기 기화 잠열을 차감하므로, 수소와 수분 양을 물로 환산해 계산해야 한다.
액화천연가스(LNG)와 액화석유가스(LPG)에 대한 서술로서 틀린 것은?
정답 ③ · 문항은 LNG와 LPG의 주요 성분과 물성 비교에서 틀린 서술을 찾는 문제이다. LNG는 주성분이 메탄이고 LPG는 주로 프로판·부탄이며 LPG는 공기보다 밀도가 높다.
LNG(메탄)는 LPG(프로판·부탄)보다 단위 질량당 발열량이 낮으므로, LNG 발열량이 더 높다는 서술은 틀렸다.
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