에너지관리기사 실기 · 보일러 자동제어 운용 실무

Boiler Automatic Control Operation

실무 제어는 ACC·FWC·STC를 부하 변동에 맞춰 운용해요. 급수제어는 수위 순간 출렁임(수축·팽창)을 특히 조심해요. 운전 실기에서 제어 응답을 말로 설명하는 축이에요. 부하 스텝을 줘 질량 수지·수위 반응이 보여요.

부하가 흔들려도 수위를 붙드는 급수제어

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

👀 급수제어 요소식의 차이

①1요소식: 수위 하나만 보고 급수 조절 → 소용량·완만한 부하

②2요소식: 수위 + 증기유량(부하)을 함께 봄 → 부하변동을 미리 반영

③3요소식: 수위 + 증기유량 + 급수유량까지 봄 → 대용량·급변 부하에 안정

④부하 급증 시 스웰(수위 상승), 급감 시 슈링크(수위 하강)에 유의

부하 스텝 외란을 주고 수위 응답 비교

증기 부하 스텝 크기30 %

1요소식

편차 21.6

수위. 5% 정정 139스텝

2요소식

편차 15.0

수위 + 증기유량. 5% 정정 96스텝

3요소식

편차 15.0

수위 + 증기유량 + 급수유량. 5% 정정 78스텝

🌊 요소가 많을수록 튼튼한 이유

①1요소식은 스웰로 수위가 순간 오르면 급수를 줄여버려 실제 수위가 더 떨어진다

②2요소식은 증기유량(부하)을 피드포워드로 미리 반영해 급수를 함께 늘린다

③3요소식은 급수유량 내부 루프로 지령을 정확히 추종해 가장 빨리 안정된다

④최대 편차는 스웰 임펄스 때문에 2요소=3요소로 같다. 3요소는 정정 스텝이 더 짧다

세 갈래 제어와 조작량

ACC 자동연소제어

제어량 = 증기압력, 조작량 = 연료량·공기량(공연비 유지)

FWC 자동급수제어

제어량 = 드럼 수위, 조작량 = 급수량(증기유량과 매칭)

STC 증기온도제어

제어량 = 과열증기 온도, 조작량 = 과열저감기 스프레이

🔗 연동의 핵심 고리

①연소량이 늘면 증기 발생이 늘고, 그만큼 급수도 늘어야 수위가 유지된다

②연료만 늘리고 공기를 안 늘리면 불완전연소 → 공연비 동시 제어가 필수

③부하가 오르면 과열기 흡열이 늘어 증기온도가 오르려 함 → 스프레이로 낮춤

④세 제어는 부하라는 공통 입력으로 서로 얽혀 함께 움직인다

핵심 관계

질량 수지

급수유량 = 증기유량 + 취출량

정상운전 균형 예) 5300 = 5000 + 300 kg/h → 수위 유지

공기비(공연비)

m = 실제공기량이론공기량

ACC는 연료량에 맞춰 공기량을 조절, m은 1보다 약간 크게

증기온도 조작

스프레이 ∝ (T_증기 - T_목표)

과열온도가 목표를 넘으면 스프레이 분사량을 늘림

핵심 정리와 시험 포인트

🎯 시험 포인트

①ACC: 제어량=증기압력, 조작=연료·공기(공연비 유지)

②FWC: 제어량=드럼 수위, 조작=급수량, 질량수지 급수=증기+취출

③STC: 제어량=과열증기 온도, 조작=과열저감기 스프레이

④수위제어 3요소 = 수위 + 증기유량 + 급수유량, 대용량 표준

⑤부하 급증 시 스웰(수위 상승)·급감 시 슈링크(수위 하강) → 2·3요소식으로 대응

📝 대표 기출문제

①[기출유형] 3요소식 수위제어의 3요소는? (답: 드럼수위, 증기유량, 급수유량)

②[기출유형] 증기유량 5000, 취출 300 kg/h일 때 정상 급수유량은? (답: 5300 kg/h)

③[기출유형] 부하 급증 시 순간적으로 수위가 상승하는 현상은? (답: 팽창(스웰) 현상)