에너지 절약 나무에 남은 과일이 있는가?
편집부(외신)
유리 제조업체들은 연료 구매 업자들이 공급하는 연료에 상관없이 최고의 유리를 만들어내야 한다.

에너지 나무에서 따 먹기 쉬운 과일들은 이미 다 없어진 것 같다. 최근의 재생 퍼니스 소개 이래로, 유리를 생산하는데 필요한 에너지가 많이 줄어든 것이 사실이다. 예전에 비해 보면, 불가사의한 라인, 즉 이론적인 한계에 접근해있다고 할 수 있다. 미래의 퍼니스 디자인 개선은 점점 더 어려워질 것으로 보인다. 유리 제조업체들은 그들의 작업에 영향을 미치는 요인들에 집중을 해야 할 것이다.

화석 연료 용융기에서의 에너지 사용을 평가해볼 필요가 있다. 유리를 녹이는데 필요한 이론적인 최소 에너지의 양을 고려해 보는 것이 시작하기에 좋을 것 같다. 소다-라임 유리는 유리를 반응시키고 녹이고 가열하는데 일반적으로 약 2.2 MMBtu/ton의 에너지를 필요로 한다. 이것은 유리 화학, 원료, 최종 온도만을 고려한 것이다. 열전달 수단을 고려하지 않았다는 것이다.
다음으로 우리는 재사용가능한 화학 연료 용융기에 의해 사용된 실제 에너지를 고려해볼 필요가 있다. 4-5 MMBtu/ton의 에너지가 유리 제조에 필요할 것이다. 구체적인 에너지 값은 각각의 퍼니스와 많은 요소들에 따라 달라진다. 용융기 간에는 커다란 차이가 있다는 것을 인지하는 것이 매우 중요한 일이다. 우리는 에너지를 많이 사용하는 용융기가 엉망으로 작동되고 있다는 것을 말하려는 것이 아니다. 제품 안정성, 주변과 잘 어울리고 싶은 마음, 위험을 피할 수 있는 능력과 같은 다양한 요소가 동작에 영향을 미치고 있다는 사실을 말하고 싶은 것이다. 우리는 이들 요소 중에서 어떤 것이 에너지 차이(현재 나타나고 있는 고려할 수 있는 값)에 기여하고 있고, 수정될 수 있는지 고려해볼 필요가 있다.

에너지 차이의 설명
사용된 전체 에너지와 유리를 녹이는데 필요한 이론적인 최소 에너지 간에는 엄청난 차이가 존재한다. 이 차이는 5개의 에너지 단계로 나뉠 수 있는데, 이것들은 에너지사용을 늘리는 원인들이다.
A 단계 - 이것이 이론적인 최소 에너지 단계이다. 유리 화학, 원료 그리고 최종 온도에 의해서만 결정된다. 이 값은 유리에 어떻게 에너지가 전달되는지에 상관없는 값이다.

B 단계 - 이것이 받아들일만한 품질을 달성하기 위해 요구되는 최소 실제적인 에너지(MAQ)이다. MAQ에 도달하기 위해, 정제를 위한 시간과 온도를 공급해줄 에너지와 모래를 녹일 열을 가해주는 시간을 공급해주고 시스템에 의해 요구되는 에너지 즉, 구조적 손실을 공급해줄 에너지가 필요하다. 앞의 두 에너지가 실제적인 구조적인 소실을 차지하고 있다. B 단계에서 총 에너지는 열 회복과 연료 유형에 좌우된다.

C 단계 - 이 높은 에너지 레벨은 연료 컴포트(comfort) 요소가 추가된다. B 단계는 MAQ를 제공하지만 시스템간의 편차는 수용할 수 없는 품질의 제품을 만들게 된다. 그렇기 때문에, 우리는 MAQ를 지속적으로 만족시킬 수 있도록 전체 유리 품질을 향상시키는데 필요한 에너지를 추가하여 C 단계에 도달하게 된다. C 단계는 주변이 거무스름하고 고약한 냄새가 나지 않도록 해준다.
D 단계 - 여분의 공기 즉 산소를 완전히 연소하는데 필요한 에너지는 전체 연소 에너지를 높이게 된다. 이러한 관점에서, 우리는 실제 가열 시스템을 고려해보아야 한다. 그렇기 때문에 공장은 보다 많은 에너지를 써야 하지만 연료와 공기 또는 산소의 비율을 변경할 수 있다. 유리 조성비는 완전 연소를 위한 연료와 산소 간의 정확한 연료 비율을 알려준다. 만약 산소의 양이 제한되어 있으며, 퍼니스 내에서 연료의 일부는 연소가 되지 않을 것이고, 필요한 열을 내기 위해 보다 많은 산소가 공급되어야 할 것이다.만약 너무 많은 산소가 공급된다면, 연료는 완전히 연소되지만, 퍼니스 밖으로 방출되는 열이 많아져 낭비되는 가스의 양이 증가하게 된다.

E 단계-이 단계가 공기 컴포트 요소를 첨가한 단계이다. 보다 많은 공기나 산소의 첨가에 의해 컨트롤 스윙 중에서도 산화 조건을 확실하게 해준다.

그렇기 때문에, 이론적인 A단계와 실제 단계 E 사이에 우리는 4단계의 에너지 사용 점프가 있는 것이다. 각 점프 단계는 다양한 이유의 에너지 청구서가 매달 발송되게 만든다. 전체적인 차이는 커다란 에너지 양 차이를 뜻한다. 만약 우리의 현재의 계속 성장해온 에너지 가격에 의해 에너지 차이를 증가시킨다면, 이것은 하한선에 영향을 미치는 큰 지출을 뜻하게 된다.
에너지 차이의 정도는 확실히 줄일 수 있다. 그러나 어떠한 경우에는 절약하는 것이 능사가 아닐 때가 있다. 그러나 에너지 가격을 바꾸는 것, 방출에 보다 엄격한 제한을 두는 것과 에너지 사용에 제한을 두는 것은 가까운 미래에 투자 회수에 변화를 유발할 수 있다. 에너지 차이를 줄일 수 있는 방법을 평가하고 고려해봐야 할 필요가 있다. 옵션의 목록에서 선호되는 것에서부터 시작하는 것이 언제나 좋을 것 같다.

A 단계 - 이론적인 에너지
생산된 원료들이 유리 용융을 기초 반응으로 한 유리 산업에서 사용되고 있다. Synsil을 알칼리성 토양과 모래와 미리 반응하여 인공 실리케이트 광물을 만들어낸다. 제조된 광물을 값싼 채광 제품으로 바꾸는 것은 터무니없이 비싸게 보일 수도 있다. 그러나 수많은 노력 끝에 에너지 요구를 줄이는 것이 톤수나 품질을 향상시키는데 사용될 수 있다. 이러한 접근법은 울 섬유 제조에서 성공적으로 이루어지고 있다.
다른 대안은 유리 화합물을 저온 유리(낮은 점도)로 바꾸는 것이다. 이것이 다음 단계와의 차이를 만들어낼 수 있다. 요구되는 유리의 다른 성질들은 유리 조성이 바뀌는 것을 허락하지 않을 것이다. 그러나 우리는 조성이 특성에 미치는 영향을 주의 깊게 연구해볼 필요가 있다. 점도를 낮추는 한 방법인 리튬 첨가는 최근 많은 관심을 받고 있다. 그리고 특성에 미치는 영향이 적은 것으로 알려져 있다. 이것이 작은 세부사항으로 보이지만, 큰 경제적인 그림에서 볼 필요가 있다.

A 단계에서 B 단계로 - 에너지 전송과 유지
A와 B 에너지 차이는 디자인 과정에서 생긴다. 이 차이의 대부분은 열을 낭비하지 않고 공정에 전달할 수 있는가에 의해 결정된다. TECO와 같은 디자이너는 A와 B의 차이를 크게 줄여왔다. 열 회복을 향상시키고 단열을 철저히 하고 유리 흐름 컨트롤을 잘하고 보다 강한 열을 가하고 화염의 포괄성을 높이며 에너지 효율을 크게 증가시키는데 큰 기여를 하는 것으로 밝혀졌다.
그러나 향상의 여지가 많이 남아있다. 특히 모든 사람들이 제공된 기술을 이용하지 않기 때문에 더욱 그렇다고 할 수 있다.
화염 포괄성 증진 - 더 큰 온도차이 때문에 화염에서 유리로 직접적으로 열을 전달하는 것이 유리 용융에 보다 뛰어난 효율을 제공하게 된다. 버너 시스템을 사용하면 표면 포괄성을 조정하거나 바꿀 수가 있는데, 그렇게 하면 소진 전까지 보다 많은 열을 화염에서 뽑아낼 수 있다.
강도 증가 - 강한 화염은 보다 많은 에너지를 유리에 전달하여 유리의 적외선 투과율에 더욱 접근할 수 있게 해준다. 기름과 같은 고탄소 연료는 천연적으로 보다 강한 연소열을 제공한다. 천연 가스 시스템은 길고 강한 화염을 위한 확산 혼합을 제공한다. 단계 연소 시스템은 강제로 연료 농도가 높은 조건을 만들어 준다. 화염 강도는 일반적으로 고온과 적합하지 않지만, 이 결과를 통해 산소-연료 화염에서의 크랙의 인공적인 유발을 변화시킬 수 있다.

산소-연료와 고온의 화염 - 열 전달은 온도의 4승에 비례하게 된다. 빛을 내는 산소-연료 화염조차도 저-레벨 가열-회복 시스템을 갖춘 용융기의 화염보다 뜨겁다. 그렇기 때문에 같은 에너지 소모에서도 보다 많은 에너지가 전달되게 된다. 뜨거운 점이 발생해서는 안된다. 향상된 내화물질은 더 높은 동작온도를 사용할 수 있게 해준다.
보다 많은 톤수 - 톤으로 표현할 때 열손실을 최소화 하면서 더 많은 생산량

컬렛/가스/산소의 사전 가열- 최근 개발로 이러한 에너지 보존 시스템의 실현성이 상승하였다.

전달 향상 - 3가지 열 전달 메커니즘에서, 복사가 유리로의 열 전달에서 가장 중요한 역할을 하고 있다. 각 열전달 메커니즘은 반드시 최적화되어야 한다.

전기 부스트- 줄 가열에 의해 전기 에너지를 거의 100%로 유리에 전달할 수 있다. 이 방법은 전체 퍼니스 에너지 효율에 큰 향상을 가져온다.
그러나 전기 부스트로 바꾸는 것은 전기세에 따라 돈을 절약할 수도, 못할 수도 있다. 적절한 전기 부스트를 사용하면 용융 매스(찬 유리에서 표면으로 올리기) 내의 유리 흐름을 최적화하고 화석 연료 효율을 증가시킬 수 있다. 동일한 논의를 거품 기술의 사용에 적용할 수도 있다.

B 단계에서 C단계로 - 연료 컴포트 존(comfort zone) 추가
적합한 품질의 유리를 생산하기 위해 퍼니스에게 요구되는 최소 연료의 양이 결정되면, 대부분 동작자는 용융을 향상시키기 위해 추가적인 연료를 넣는 것이 보통이다. 목표는 품질 스윙에서 낮은 점에서도 MAQ를 만족시키는 제품을 만들 수 있도록 평균 품질을 향상시키는 것이다. 이것은 이상적인 작동으로부터 동요되어도 제품 생산을 유지하는 연료 컴포트 존을 추가시킨다. 그러나 이 에너지 차이를 줄이기 위한 실제적인 가능성이 있다.
보다 많은 인력/주의 - 가장자리에 더 가까운 작동은 보다 많은 관심과 보다 빨리 분별하고 흐름의 수정 그리고 유지에 더 많은 시간을 요구하게 된다. 추가되어야 할 인력은 전통적으로 획득하기 어려운 것으로 알려져 있다.

품질 컨트롤 향상 - 좋은 QC 프로그램의 엄격한 사용으로 유리 품질의 편차를 줄일 수 있다. 잠재적인 흐름의 조심스런 분석과 행동을 위한 규칙을 정하면 일반적으로 편차를 최소화하여 낮은 에너지 쿠션을 가능하게 한다.  QC 시스템은 반드시 원료와 용융에까지 확장되어야 한다.
떠도는 공기의 최소화 - 차가운 공기는 연소에 사용되면 비용을 증가시킨다. 시효나 부식에의한 구멍에서부터 나온 크랙은 떠도는 공기에 넣을 수 있다. 압력 컨트롤을 향상시키면 떠도는 공기를 최소화할 수 있다.

연속적인 가열(산소-연료) - 퍼지 기간과 재발생 퍼니스의 사전 가열 변화는 연속적으로 불안정한 생태를 형성시킨다. 산소-연료는 회복이나 유닛 용융기로 떨어지는 에너지 손실 없이 연속적인 가열이 가능하도록 해준다. 편차가 적을수록 안전 마진도 작아지게 된다.

감독 컴퓨터 통제 시스템 - 컴퓨터 컨트롤 모델 기반 시스템은 변수의 효과를 학습함으로써 원천적인 편차를 감소시켜준다. 그것은 기대되는 효과가 완전히 발현되기 전에 반대 작용을 미리 적용해준다. 온도 컨트롤이 좁을수록 컴포트 요소가 적게 필요하다. Glass Service Expert 시스템은 이 시스템의 사용이 효율적임을 보인바 있다.

C단계에서 D단계로 - 조성비로부터의 초기 오프셋
생산자들은 연료와 산소의 비율에 맞춰 공정을 진행하지 않는다. 그 이유는 연소 시간과 공간을 펼쳐 화염의 길이와 용융 범위를 조절할 수 있기 때문이다. 이것은 주로 연료와 공기 또는 산소의 혼합 비율을 조절함으로 얻어질 수 있다. 층형 혼합은 용융기에 공존하는 반응물과 부산물의 농도를 크게 증가시킨다. 만약 산소 또는 공기가 적정 비율만큼만 있는 경우에는, 불연소된 연료가 퍼니스에 존재하게 된다. 낭비된 연료는 추가 공기 또는 산소를 제공하는 것보다 비싸다. C 단계와 D단계 간의 차이를 줄일 수 있는 몇가지 방법이 있다.
연속 가열 산소-연료 - 정상 동작은 초과 산소가 적은 상태에서도 동작할 수 있게 해준다. 가열 회복 없는 유닛 용융기 또는 tube-in-tube 회복기는 이러한 정상 가열을 가능하게 한다. 그러나 이것은 앞의 한 단계이고 그 뒤에 세 가지 단계가 더 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 산소-연료 가열은 연속적인 정상 가열을 실현할 수 있게 해준다. 그러나 대부분의 경우 자본 투자가 필요하게 된다.

구분된 재발생기 - 포트 별 공기 컨트롤은 요구되는 평균 초과 산소를 감소시킬 수 있다. 공기는 언제나 미로를 통해 초기 경로를 취한다. 그렇기 때문에 이것은 약간의 컨트롤만을 할 수 있다.

연소 최적화 - 용융 용기와 버너의 컴퓨터 모델링 컨트롤은 초과 공기 또는 산소 요구를 최소화할 수 있다.

D단계에서 E 단계로 - 공기 컴포트 존(comfort zone) 추가
공기 또는 산소 외에도 완전 연소(C 단계에서 D단계로)를 위해서는, 실질적인 동작을 위해 추가적인 공기 컴포트 존을 만들기 위해 화학량론적인 비율 보다 많은 공기 또는 산소가 유지되어야 한다. 이것은 가스 조성, 공기/가스 부피와 온도의 편차의 하위 영역에서 일시적인 감소 조건을 방지해준다. 추가된 공기 또는 산소는 에너지 비용을 높게 만든다. 이러한 초과 비용을 줄일 수 있는 몇 가지 방법이 있다.
컨트롤과 유지 문제 - 단계 중에서 나타나는 문제들이 있다. 보다 많은 인력과 용융기 밀봉 유지에 들어가는 보다 많은 시간과 용융기의 압력 컨트롤 향상은 보다 낮은 초과 산소 레벨에서도 동작할 수 있게 해준다.

빈도 높은 산소 데이터와 연속적인 산소 모니터링 - 여러 포트에서 읽혀지는 초과 산소량은 보다 빠른 보정 동작을 가능하게 하여, 편차를 줄여준다. 이러한 사유의 논리적 확장은 연속 산소-모니터링 시스템에 사용되고 있다. 이러한 시스템은 유지가 필요하지만 에너지를 상당히 절약할 수 있게 해준다.

감독 컴퓨터 컨트롤 시스템 - 다시 말하지만, 적은 편차는 위험 없이 적은 초과 산소에서도 공정이 가능하게 해준다.
(Ceramic Bulletin)