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에너지관리기사 열관리 · 열효율과 입출열 손실 분석

Heat Balance and Loss Analysis

보일러에 들어온 열(입열)은 사라지지 않고 증기로 간 유효출열과 굴뚝 · 벽 · 덜 탄 연료로 빠지는 손실열로 나뉘며, 이 장부를 맞추는 일이 열정산이다. 열효율은 유효출열을 입열로 나눈 값이라, 손실률을 모두 더해 100%에서 빼도 같은 값이 나온다. 그림 위쪽 막대가 입열 100%이고, 아래쪽 막대는 그것이 유효출열과 배기가스 · 방사 · 전도 · 불완전연소 손실로 나뉜 비율이에요. 세 손실 슬라이더를 옮기면 아래 막대의 칸 너비와 유효출열, 열효율이 바로 다시 계산돼요.

들어온 열은 어딘가로 반드시 간다

보일러에 들어온 열(입열)은 사라지지 않고 유효하게 쓰인 열과 여러 손실로 나뉜다. 증기로 간 몫이 유효출열, 굴뚝으로 나가고, 벽으로 빠지고, 덜 탄 채 버려진 몫이 손실열이다. 이 장부를 맞추는 일이 열정산이다.

🔑 열정산(열수지)의 원리
①입열 = 출열 (에너지 보존에 따라 들어온 열과 나간 열이 같다)
②입열 = 연료 발열량 + 연료 · 공기의 현열
③출열 = 유효출열(발생 증기열) + 여러 손실열
④열효율 η는 유효출열을 입열로 나눈 값이에요

손실 항목을 바꿔 출열이 나뉘는 모습 보기

18 %
3 %
2 %
⚡ 가장 큰 손실은 대개 배기가스
①뜨거운 연소가스가 그대로 나가므로 배기가스 손실이 보통 손실 가운데 가장 크다
②배기가스 온도를 낮추면(절탄기 · 공기예열기) 손실이 줄어요
③방사 · 전도 손실은 보온을 강화하면 줄어들어요
④불완전연소 손실은 공기비를 알맞게 맞추면 줄어든다

지금 상태의 열정산

손실 합계
23 %
배기 + 방사 · 전도 + 불완전연소
열효율
η = 77.0 %
유효출열 = 100 - 손실합
📏 효율을 올리는 두 방향
①유효출열 늘리기: 전열면을 청소하고 스케일을 없애 증기로 가는 열을 늘린다
②손실 줄이기: 과잉공기를 줄이고 보온을 강화하면 같은 증기를 내는 데 드는 입열이 줄어요
③배기가스 여열 회수(절탄기 · 공기예열기)가 효과가 크다
④효율 = 100% - 전체 손실률(%)로 빠르게 어림할 수 있다

핵심 공식과 관계

열정산(보존)
입열 = 출열
유효출열 + 손실열 = 입열
열효율
η = 유효출열입열 = 1 - 손실열입열
손실률 합을 100%에서 빼도 된다
상당증발량으로 본 효율
η = Ge · 539Gf · Hl
Ge = 상당증발량, Gf = 연료량, Hl = 저위발열량

정리와 시험에서 묻는 것

🎯 시험에서 묻는 것
①입열 = 출열(에너지 보존)이고, 열효율 η = 유효출열 ÷ 입열이다
②배기가스 손실이 대개 가장 크고, 나머지 손실의 순서는 설비와 운전 상태에 따라 달라요
③배기가스 손실은 절탄기 · 공기예열기로 여열을 되찾아 줄인다
④η = 1 - (손실열 / 입열)이므로 손실률 합을 100%에서 빼면 효율이다
⑤상당증발량 기준 효율 = (Ge × 539) / (Gf × 저위발열량)
📝 대표 기출 유형
①[기출유형] 손실이 배기 20%, 방사 3%, 불완전연소 2%일 때 열효율은? (답: 100 - 25 = 75%)
②[기출유형] 입열 10,000 kcal 가운데 유효출열이 8,200 kcal면 효율은? (답: 8,200 / 10,000 = 82%)
③[기출유형] 손실 가운데 대개 가장 큰 항목은? (답: 배기가스 손실)
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