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에너지관리기사 실기 · 보일러 자동제어 운용 실무

Boiler Automatic Control Operation

보일러 자동제어는 연소(ACC) · 급수(FWC) · 증기온도(STC) 세 갈래로, 모두 부하라는 같은 입력에 따라 함께 움직인다. 그중 급수제어는 드럼 수위를 지키는데, 부하가 갑자기 늘면 수면이 순간 부풀고(스웰) 줄면 가라앉아(슈링크) 수위만 보는 제어가 거꾸로 움직이기 쉽다. 그림은 증기 부하를 한 번에 올렸을 때 1 · 2 · 3요소식 급수제어의 드럼 수위가 어떻게 흔들리다 돌아오는지 세 곡선으로 견준다. 부하 스텝 크기 슬라이더를 옮기면 세 곡선과 최대 편차, 5% 안으로 들어오기까지의 스텝 수가 다시 계산된다.

부하가 흔들려도 수위를 붙드는 급수제어

자동제어는 크게 연소(ACC) · 급수(FWC) · 증기온도(STC)로 나뉜다. 그중 급수제어는 드럼 수위를 지키는데, 부하가 급변하면 수면이 순간 부풀거나(스웰) 꺼지는(슈링크) 겉보기 수위 변화가 생겨 제어를 어렵게 한다. 그래서 신호를 더 쓰는 2요소 · 3요소식이 급변 부하에 강하다.

👀 급수제어 요소식의 차이
①1요소식은 수위 하나만 보고 급수를 조절하므로 소용량 · 완만한 부하에 맞는다
②2요소식은 수위와 증기유량(부하)을 함께 보아 부하 변동을 미리 반영한다
③3요소식은 급수유량까지 보므로 대용량 · 급변 부하에서 안정된다
④부하가 갑자기 늘면 스웰(수위 상승), 갑자기 줄면 슈링크(수위 하강)가 생긴다

부하 스텝을 넣고 수위 응답 견주기

30 %
1요소식
편차 21.6
수위. 5% 안으로 139스텝
2요소식
편차 15.0
수위 + 증기유량. 5% 안으로 96스텝
3요소식
편차 15.0
수위 + 증기유량 + 급수유량. 5% 안으로 78스텝
🌊 요소가 많을수록 튼튼한 까닭
①1요소식은 스웰로 수위가 순간 오르면 급수를 줄여 버려 실제 수위가 더 떨어진다
②2요소식은 증기유량(부하)을 앞먹임(피드포워드)으로 미리 반영해 급수를 함께 늘린다
③3요소식은 급수유량 안쪽 루프로 급수 지령을 정확히 따라가 가장 빨리 안정된다
④이 그림에서는 스웰이 처음 튀는 폭이 같아 2요소식과 3요소식의 최대 편차가 같고, 3요소식이 5% 안으로 더 빨리 들어온다

세 갈래 제어와 조작량

ACC 자동연소제어
제어량 = 증기압력, 조작량 = 연료량 · 공기량(공연비 유지)
FWC 자동급수제어
제어량 = 드럼 수위, 조작량 = 급수량(증기유량에 맞춤)
STC 증기온도제어
제어량 = 과열증기 온도, 조작량 = 과열저감기 스프레이
🔗 서로 얽힌 고리
①연소량이 늘면 증기 발생이 늘고, 그만큼 급수도 늘어야 수위가 유지된다
②연료만 늘리고 공기를 늘리지 않으면 불완전연소가 생기므로 공연비를 함께 제어한다
③부하가 오르면 과열기 흡열이 늘어 증기온도가 오르려 하므로 스프레이로 낮춘다
④세 제어는 부하라는 같은 입력으로 서로 얽혀 함께 움직인다

핵심 관계

질량 수지
급수유량 = 증기유량 + 취출량
정상 운전의 균형 예: 급수 5,300 = 증기 5,000 + 취출 300 kg/h → 수위 유지
공기비(공연비)
m = 실제공기량이론공기량
ACC는 연료량에 맞춰 공기량을 조절하며, m은 1보다 조금 크게 잡는다
증기온도 조작
스프레이 ∝ (T증기 - T목표)
과열온도가 목표를 넘으면 스프레이 분사량을 늘린다

정리와 시험에서 묻는 것

🎯 시험에서 묻는 것
①ACC의 제어량은 증기압력, 조작량은 연료 · 공기(공연비 유지)다
②FWC의 제어량은 드럼 수위, 조작량은 급수량이고, 질량 수지는 급수 = 증기 + 취출이다
③STC의 제어량은 과열증기 온도, 조작량은 과열저감기 스프레이이다
④수위제어 3요소는 수위 · 증기유량 · 급수유량이며, 대용량 보일러의 표준이다
⑤부하가 갑자기 늘면 스웰, 줄면 슈링크가 생기므로 2 · 3요소식으로 대응한다
📝 대표 기출 유형
①[기출유형] 3요소식 수위제어의 3요소는? (답: 드럼수위, 증기유량, 급수유량)
②[기출유형] 증기유량 5,000, 취출 300 kg/h일 때 정상 급수유량은? (답: 5,300 kg/h)
③[기출유형] 부하가 갑자기 늘 때 순간적으로 수위가 오르는 현상은? (답: 팽창(스웰) 현상)

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