개념 한 쪽
보일러 열효율 문제는 보일러가 만든 유용한 열량과 연료가 공급한 총열량의 비를 묻는 문제이다. 증발량과 증기·급수 엔탈피 차이를 이용해 유효열량을 구하고, 효율을 통해 필요 연료열량으로 환산한 뒤 연료 발열량으로 나누어 연료소비량을 구한다. 상당증발량과 전열면 환산 증발률은 서로 다른 표준 조건으로 보일러 성능을 비교하는 지표이다.
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출제기준 단원 「보일러 열효율 등의 계산」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 상당증발량으로 효율 판단 | 1 | 상당증발량과 연료량으로 보일러 효율을 계산하라고 묻는다 |
| 전열면 환산 증발률 계산 | 1 | 실제 증발량과 엔탈피비로 표준 증발량을 구해 전열면 환산 증발률을 계산하라고 묻는다 |
| 증기·급수 엔탈피 이용 연료소비량 계산 | 1 | 증기엔탈피와 급수엔탈피 차이를 이용해 연료소비량을 계산하라고 묻는다 |
보일러 열효율은 보일러가 전달한 유효열량을 연료가 공급한 열량으로 나눈 값으로 정의한다. 유효열량은 보일러가 만든 증기량에 증기 엔탈피에서 급수 엔탈피를 뺀 값을 곱하여 구한다. 즉, 유효열량 = 증발량 × (증기엔탈피 − 급수엔탈피)이다.
연료소비량을 구할 때는 유효열량을 보일러 효율로 나누어 연료공급열량을 얻고, 이를 연료의 저위발열량으로 나누어 질량 단위 연료소비량을 얻는다. 식으로 정리하면 연료소비량 = [증발량 × (증기엔탈피 − 급수엔탈피)] ÷ (효율 × 저위발열량)이다.
상당증발량은 보일러 성능을 100℃ 기준으로 환산한 증발량으로, 상당증발량을 계산할 때는 증발잠열(약 539~540kcal/kg) 값을 기준으로 사용한다. 전열면 환산 증발률은 표준 환산된 증발량을 전열면적으로 나눈 값으로 전열면적당 증기생산 능력을 나타낸다.
실제증발배수는 연료 1kg당 생성되는 증기의 양을 의미한다. 실제증발배수가 주어지면 연료소비량은 발생증기량을 실제증발배수로 나누어 얻는다. 실제증발배수는 이미 효율 등이 반영된 값일 수 있으므로 문제 문구를 확인해야 한다.
계산 문제의 핵심은 단위를 통일하고 계산 순서를 지키는 것이다. 증발열량 먼저, 효율 적용(나눗셈) 다음, 마지막으로 발열량으로 나누는 순서를 지켜 실수를 방지한다.
대표 계산 1 — 연료소비량 계산 문제 풀이 과정 예시한다. 문제에서 실제 증발량 4 ton/h, 효율 85%, 급수온도 40℃, 증기 엔탈피 650 kcal/kg, 연료 저위발열량 9,800 kcal/kg가 주어졌다고 가정한다. 급수엔탈피를 40 kcal/kg으로 보아 1kg당 유효열량은 650 − 40 = 610 kcal/kg이다. 시간당 유효열량은 4,000kg/h × 610 kcal/kg = 2,440,000 kcal/h이다. 연료공급열량은 유효열량 ÷ 효율 = 2,440,000 ÷ 0.85 ≈ 2,870,588 kcal/h이다. 연료소비량은 연료공급열량 ÷ 저위발열량 = 2,870,588 ÷ 9,800 ≈ 292.9 kg/h로 약 293 kg/h가 된다.
대표 계산 2 — 상당증발량과 효율 계산 예시한다. 문제에서 상당증발량 2,500 kg/h, 연료소비량 150 kg/h, 저위발열량 9,800 kcal/kg이 주어졌다고 가정한다. 상당증발량 기준 증발잠열을 539 kcal/kg로 보고 출력열량은 2,500 × 539 = 1,347,500 kcal/h이다. 연료공급열량은 150 × 9,800 = 1,470,000 kcal/h이다. 효율은 출력 ÷ 입력 = 1,347,500 ÷ 1,470,000 ≈ 0.9166로 약 91.7% ≈ 92%가 된다.
이 예시들은 항상 증기 엔탈피와 급수 엔탈피의 차이 또는 상당증발량 기준의 증발잠열을 올바르게 적용하는 것이 핵심임을 보여준다.
상당증발량 2500 kg/h, 매시 연료소비량 150 kg 인 보일러가 있다. 급수온도 28 ℃, 증기압력 10 kg/cm²일 때, 이 보일러의 효율은? (단, 연료의 저위발열량은 9800 kcal/kg 이다.)
정답 ③ · 보일러 효율(η)은 증기가 흡수하는 열량을 연료가 공급하는 열량으로 나누어 백분율로 나타냅니다. 상당증발량은 급수 온도 100℃에서 증기로 되는 양을 기준으로 하므로, 10kg/cm²의 증기는 증발잠열을 약 481kcal/kg(약 100℃의 증발열로 가정 시 539kcal/kg 근사치 사용 시), 현열을 고려하여 계산합니다.
보일러 효율은 (상당증발량×증발열)/(연료소비량×저위발열량)으로 계산하며, 약 92%가 나온다.
실제 증발량 1300 kg/h, 급수온도 35 ℃, 전열면적 50 m²인 연관식 보일러의 전열면 환산 증발률은? (단, 발생 증기 엔탈피는 659.7 kcal/kg 이다.)
정답 ④ · 전열면 환산 증발률은 실제 증발량을 표준 증발량으로 환산하여 전열면적으로 나눈 값입니다. 먼저 표준 증발량(실제 증발량×(발생증기엔탈피-급수엔탈피)/539)을 계산합니다.
전열면 환산 증발률은 표준 증발량을 전열면적으로 나눈 값으로, 표준 증발량은 실제 증발량에 엔탈피비를 곱해 구한다.
급수온도 25 ℃ 이고, 압력 14 kg/cm²인 증기를 5000 kg/h 발생시키는 보일러가 있다. 이 보일러가 450 kg/h 의 연료를 소비할 때 보일러의 열효율은? (단, 연료 발열량 10000 kcal/kg, 증기 엔탈피 726 kcal/kg 이다.)
정답 ① · 급수 온도, 증기 엔탈피, 연료 소비량이 주어졌을 때 보일러 열효율을 계산하는 문제이다. 열효율은 증기가 얻은 열량을 연료가 공급한 열량으로 나눈 값으로 구한다.
보일러 열효율은 (증발량×증기엔탈피)/(연료소비량×발열량) 공식으로 계산한다.
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