F난방설비

F난방설비

F2 연료, 점화

#점화 #비료소검봉

액체연료	19A07
미분탄	22C15
점화	25B10	22A04	16A09	25C02

19A07►액체연료의 일반적인 연소장치인 분무식 버너의 작동원리를 각각 설명하시오.
(1)가압 분사식
(2)회전식
(3)기류 분무식

F 액체연료의 분무방식

● 가압 분사식(압력분무식버너)
유압펌프를 이용하여 연료에 압력을 가한 후 연료 자체의 압력에 의해 노출에서 고속으로 분출시켜 미립화 시키는 버너

● 회전식(회전분무식)
고속으로 회전하는 분무컵에 연료 공급관을 통해 연료가 공급되면, 이 연료는 분무컵의 원심력에 의해 분무컵 내면에 액막이 형성되고, 여기에 1차공기가 고속으로 분출되면서 미립화시키는 버너

● 기류 분무식(고압기류식, 저압기류식)
저압의 공기 또는 고압의 공기나 증기 분무매체를 이용하여 연료를 미립화시키는 버너로 2유체 버너라고도 한다

● 건타입버너

● 증발식버너

22C15►석탄을 200메쉬(mesh)이하로 분쇄해서 1차 공기와 혼합하여 연소실에 분사하는 보일러의 연소장치 명칭과 단점 3가지를 쓰시오

F 미분탄연소기*

석탄을 200메쉬(mesh)이하로 분쇄해서 1차 공기와 혼합하여 연소실에 분사하는 보일러의 연소장치

적은공기비로 완전 연소가 가능하다 ➕
점화, 소화가 쉽고 부하변동에 대응하기 쉽다 ➕
대용량에 적당하고, 사용연료 범위가 넓다

설비비 유지비가 많이소요된다 ➖
회, 분진 등이 많이 발생하여 집진장치가 필요하다 ➖
연소실이 크고, 폭발의 위험성이 크다

22A04►보일러 가동을 시작할 때 점화가 불량한 경우 그 원인 5가지를 쓰시오.

F2 점화불량 비료소검봉

❶ 공기비가 나쁠때
❷ 연료의 온도가 높을때
❸ 연소실 온도가 낮을때
❹ 화염검출기의 기능이 불량할때
❺ 점화봉 삽입위치가 불량할때
● 통풍이 적당하지 않을때
● 점화용 트랜스의 전기 스파크가 불량할때

23A06►화염검출기의 기능에 대해 설명하고, 화염검출기의 종류 3가지 쓰시오

B82 화염검출장치

보일러에 점화가 되었는지 확인하고 점화가 되지 않은 경우
연료를 차단하여 폭발을방지

50[°C]

● 황화카드뮴(CdS)셀, 적외선광전관, 황화납(PbS)셀, 자외선광전관

스택스위치(stack switch) : 연도에 바이메탈을 설치하여 연소가스의 발열체를 이용하여 화염유무를 검출
플레임 아이(flame eye) : 화염이 발광체임을 이용하여 화염의 방사선을 감지하여 화염의 유무를 검출
플레임 로드(flame rod) : 화염의 이온화 현상에 의한 전기 전도성을 이용하여 화염의 유무를 검출

역화

22A버너 출구에서 가연성 기체의 유출속도가 연소속도보다 큰 경우 노즐의 기저부에 붙어있던 불꽃이 공기의 움직임이 세어짐에 따라 노즐에 정착되지 않고 떨어져 꺼져버리는 현상을 무었이라고 하는가?

F 블로우오프 선화

버너출구에서 가연성 기체의 유출속도가 연소속도보다 큰 경우 불꽃이 노즐에 장착되지 않고 꺼져버리는 현상

F2 기체 연료 연소 시 발생되는 이상 현상

불완전연소 : 연소 시 산소량이 부족하여 일산화탄소가 발생하게 되는 현상
역화(back fire) : 가스의 연소속도가 염공에서의 가스 유출속도보다 크게 됐을 때 불꽃은 염공에서 버너 내부에 침입하여 노즐의 선단에서 연소하는 현상이다.
리프팅(lifting) : 염공에서의 가스의 유출속도가 연소속도보다 커서 염공에 접하여 연소하지 않고 염공을 떠나 공간에서 연소하는 현상이다.
블로우 오프(blow off) : 불꽃 주변 기류에 의하여 불꽃이 염공에서 떨어져 연소하는 현상
황염(yellow tip) : 공기량 조절이 적정하지 않아 완전연소가 이루어지지 않아 불꽃이 황적색을 띄는 현상

25C02►착화지연시간에 대하여 설명하시오

F2 착화지연 #점화

착화지연시간이란 어느 온도에서 가열하여 착화에 이를 때까지의 시간을 말한다.

온도가 상승할 수록
증기압 및 습도가 낮을때
압력이 높을수록
분자구조가 복잡할수록
발열량이 높을수록
산소 농도가 클수록

F5 통풍

자연통풍	24C01	21B04
강제통풍	22B04
통풍력	24B14	21c09	19b15	19a11
	25A13
상사	21B05	21B12	17b06
축동력	25A17

24C01►자연통풍에서 통풍력이 증가되는 조건 4가지를 쓰시오

F51 통풍 및 통풍장치

❶ 연돌의 높이를 높게한다
❷ 연돌의 단면적을 크게 한다
❸ 연돌의 굴곡부가 적게 한다
❹ 배기가스의 온도를 높게 유지한다

● 외기온도가 낮을수록
● 습도가 낮을수록
● 연도의 길이가 짧을 수록
● 배기가스의 비중량이 작을수록
● 외기의 비중량이 클수록

22B04►보일러 강제통풍 방법 설명에 해당되는 통풍방식의 명칭을 쓰시오

F52 보일러 통풍방법

평형통풍법 :
연소실 내의 압력이 정압이나 부압으로 조절이가능하고 강한 통풍력을 얻을수 있지만 초기 설비비와 유지비용이 많이 소요된다
압입통풍법 :
송풍기를 연소실 앞에 설치하여 연소용 공기를 대기압이상의 압력으로 연소실에 밀어 넣는 방식으로 연소실 압력이 정압으로 유지된다
흡입통풍법 :
송풍기를 연도 중에 설치하여 연소 배기가스를 배출시키는 방식으로 연소실 압력이 부압으로 유지된다

25A13►연돌의 통풍력을 측정한 결과 2.5[mmAq], 배기가스의 평균 온도 90[℃], 외기온도 10[℃]일 때, 실제 굴뚝의 높이는 몇[m]인지 구하시오.
(단, 표준상태에서 공기의 밀도는 1.295[kg/m³], 배기가스의 밀도는 1.423[kg/m³], 실제통풍력은 이론통풍력의 80[%]이다)

F5 통풍력

$$ Z=273\times H\times\left[\frac{\gamma_a}{T_a}-\frac{\gamma_g}{T_g}\right]\times \eta\ [mmH_2O] $$

21B05►연소로로 공기를 공급하는 원심식 송풍기가 970[rpm]으로 회전할 때 축동력이 50[kW]이고, 풍량은 600[m³/min]이다. 연소로의 공기 공급량을 1000[m³/min]으로 증가시킬때 다음 물음에 답하시오. (단. 송풍기 임펠러 직경 크기는 변화가 없다.)
(1) 필요한 송풍기의 회전수[rpm]를 구하시오.
(2) (1)번에서 계산된 회전수를 적용할 때 송풍기의 축동력[kW]을 구하시오.

F5 송풍기의 상사

\[Q_2=Q_1\times \frac{N_2}{N_1}\times (\frac{D_2}{D_1})^3(풍량)\]

\[P_2=P_1\times (\frac{N_2}{N_1})^2\times (\frac{D_2}{D_1})^2(풍압)\]

\[L_2=L_1\times (\frac{N_2}{N_1})^3\times (\frac{D_2}{D_1})^5(축동력)\]

25A17►내경 20[cm]인 원형 관에 비중 0.9인 액체가 펌프에서 속도 2[m/s]로 높이 5[m]로 송출되고 있다. 흡입으로부터 최종 토출구까지 배관의 길이는 10m이다. 흡입 측은 진공압 75[mmHg]이고, 토축구의 절대압력은 120[kPa]일 때 축동력 kW을 계산하시오.(단, 펌프의 효율은 90% 대기압은 101[kPa], 관마찰계수0.22 엘보 및 밸브의 손실계수는 각각 1.5, 2이고 관로에는 토출 측 밸브만 있는 것으로 가정하고 주어지지 않은 조건은 무시한다.)

1. 기본 공식 및 준비 계산

(1) 펌프의 축동력 (P) 공식

$$P = \frac{\rho \cdot g \cdot Q \cdot H}{\eta \times 1000} \ [kW]$$

ρ: 액체의 밀도

$$= \text{비중}(0.9) \times 1,000 \text{ kg/m}^3 = 900 \text{ kg/m}^3$$

Q: 체적 유량 [m³/s]
H: 펌프의 전양정 [m]
η: 펌프의 효율 = 0.9

(2) 유량 (Q) 계산

내경

$$d = 20 \text{ cm} = 0.2 \text{ m}$$

속도

$$v = 2 \text{ m/s}$$

$$Q = A \cdot v = \frac{\pi \cdot d^2}{4} \cdot v = \frac{\pi \times 0.2^2}{4} \times 2\\ \approx 0.06283 \ [m^3/s]$$

2. 펌프의 전양정 (H) 구하기

베르누이 방정식에 의해 전양정 H는

(압력수두차)+(위치수두차)+(속도수두차)+(마찰손실수두)의 합입니다. 흡입 측과 토출구의 관경이 같으므로 유속이 같아 속도수두 차이는 0입니다.

Step 1: 흡입 및 토출 압력을 동일한 단위(절대압 Pa)로 통일

토출구 절대압 (P₂): 120 kPa = 120,000 Pa
흡입 측 절대압 (P₁): 대기압에서 진공압을 뺍니다.
- 진공압

$$75 \text{ mmHg} = 75 \times \frac{101,325 \text{ Pa}}{760 \text{ mmHg}}\\ \approx 9,999 \text{ Pa} \approx 10 \text{ kPa}$$

대기압이 101 kPa이므로

$$P_1 = 101 – 10 = 91 \text{ kPa} = 91,000 \text{ Pa}$$

압력수두 차 (Δh_p):

$$\Delta H_p = \frac{P_2 – P_1}{\rho \cdot g} = \frac{120,000 – 91,000}{900 \times 9.81} \\ = \frac{29,000}{8,829} \approx 3.285 \ [m]$$

Step 2: 위치수두 차 (ΔH_z)

송출 높이가 5 m이므로, ΔH_z = 5[m]입니다.

Step 3: 손실수두 (H_L) 계산

손실은 주손실(관마찰)과 부차손실(밸브)의 합입니다. 문제 조건에서 엘보는 없고 토출 측 밸브(손실계수 K=2)만 존재한다고 가정했습니다.

주손실 (Darcy-Weisbach 공식):

$$h_f = f \cdot \frac{L}{d} \cdot \frac{v^2}{2g} = 0.22 \times \frac{10}{0.2} \times \frac{2^2}{2 \times 9.81} \\ = 11 \times 0.2039 \approx 2.243 \ [m]$$

부차손실 (밸브):

$$h_m = K \cdot \frac{v^2}{2g} = 2 \times \frac{2^2}{2 \times 9.81} \approx 0.408 \ [m]$$

총 손실수두 (H_L): 2.243 + 0.408 = 2.651 [m]

Step 4: 전양정 (H) 합산

$$H = 3.285 + 5 + 2.651 = 10.936 \ [m]$$

3. 축동력 계산

이제 축동력 공식에 모든 값을 대입합니다.

$$P = \frac{900 \times 9.81 \times 0.06283 \times 10.936}{0.9 \times 1,000}$$

분자 계산: 900×9.81×0.06283×10.936≒6,067.4
분모 계산: 0.9×1,000 = 900
최종 나눗셈:

$$6,067.4 \div 900 \approx 6.7416 \ [kW]$$

F6 원심펌프 비교회전도

21B12 17b06

원심펌프의 비교회전도를 구하는 공식을 쓰고 설명하시오

F6 원심펌프 비교회전도*

비교회전속도(비속도) : 토출량이 1[m³/min], 양정이 1[m]가 발생하도록 설계한 경우의 판상 임펠러의 분당 회전수를 나타낸다

$$ N_s=\frac{N\sqrt{Q}}{(\frac{H}{n})^{\frac{3}{4}}} $$

N회전수, Q유량
H양정, Z단수

F7 집진장치

종류	23B04	22A03	17B01
장단	20A02	20C06	16C07
건식	22B12	19B04	17C03
세정	20A02

17B01►보일러에서 연료를 연소 후 배출되는 배기가스 중에 함유된 분진 등을 제거하는 집진장치를 3가지로 분류하여 쓰시오

F71 집진장치(종류)

습식집진장치:
유수식 :
가압수식 : 벤투리 스크러버, 제트 스크러버, 사이클론 스크러버, 충전탑,
회전식 : 타이젠 워셔식, 임펄스 스크러버
건식집진장치:
중력식, 관성력식, 원심식, 여과식,
전기식집진장치:
코드렐식

F73 집진장치(중력침강식)

배기가스 중 매연 함유 입자를 중력으로 자연 침강시키는 집진장치

22B12►배기가스 중의 분진입자의 표면에 이온에 의한 전하를 주어 (+)로 대전되도록 하고, 집진장치의 내부에 설치된 (+) (-)의 전극판에 전압 부가하면 (+)로 대전된 분진은 (+)극판으로 부터 반발되면서 (-)극판으로 흡인되어 부착된다. 이 때 분진은 전하를 잃어버리며 부착력이 상실되며 호퍼 등에 떨어지게 하여 처리하는 집진장치의 명칭을 쓰시오.

F72 집진장치(전기집진장치)

판상(板狀) 또는 관상(管狀)으로 이루어진 집진전극을 (양극+)으로 하고, 집진전극 중앙에 매달린 금속선으로 이루어진 (음극-)간에 직류 고전압을 가해서 (코로나방전)을 발생하게 하고, 이곳에 분진이 포함된 가스를 통과시키면 전극 주위의 함진가스는 (이온화)되면서 대전입자가 되어 정전기력에 의해 양극(+극)에 포집(捕集)되어 처리되는 집진장치이다.

16C07►집진장치 중 세정식 집진장치의 장점과 단점을 각각 2가지씩 쓰시오

F72 세정식 집진장치(장단점)

분진이 포함된 배기가스를 세정액이나 액막 등에 충돌시키거나 접촉시켜 액체에 의해 포집하는 방식

구조가 간단하고 처리가스량에 비해 장치의 고정면적이 적다
가동부분이 적고 조작이 간단하다
포집된 분진의 취출이 용이하고 작동 시 큰 동력이 필요하지 않다
연속 운전이 가능하고
분진의 입도, 습도 및 가스의 종류 등에 의한 영향을 받지 않는다.
가연성 함진가스의 세정도에도 편리하게 이용할 수 있다.

설비비가 비싸다
다량의 물 또는 세정액이 필요하다
집진물을 회수할 때 탈수, 여과, 건조 등의 하기 위한 별도의 장치가 필요하다
한랭시 세정액의 동파 방지 대책이 필요하다

● 유수식 : S형. 임펠러형. 회전형, 분수형 및 나선 가이드베인형
● 가압수식 : 가압한 물을 분사시키고 이것이 확산에 의해 배기가스 중의 분진을 포집하는 방식 밴투리 스크러버, 제트 크러버, 사이클론 스크러버, 충전탑(세정탑)등
● 회전식 : 타이젠 와셔, 충격식 스크러버

19B04►연료의 연소과정에서 매연, 슈트, 분진 등이 발생하는 원인 4가지를 쓰시오.

F74 매연 슈트 분진 발생하는 원인

통풍력이 과대 과소할때무리한 연소를 할때
연소실의 온도가 낮을때
연소실의 크기가 작을때
연료의 조성이 맞지 않을때
연소장치가 불량할때
운전 기술이 미숙할때

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F2 연료, 점화

F5 통풍

F6 원심펌프 비교회전도

F7 집진장치

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