해외기술

유리 로(furnace)의 에너지 균형

편집부(외신)

효과적인 일괄습도, 재생 유리 함량, 과잉 공기 혹은 산소의 연소, 화염 방출 계수, 당기는 힘, 일괄 혹은 부스러기의 예열, 그리고 온도 조절을 보이는 회복력이 있고 축열식의 산소 연소식 유리 용해로에 대해 에너지 균형 모델은 발전되고 검증되어 왔다.

용기용 유리, 섬유유리, 그리고 건축용 투명 유리 산업분야에서 유리 로의 연간 평균 에너지 소모량은 네덜란드 아인트호벤의 TNO Science and Industry에 의해 1999년부터 2003년까지 280개의 로의 생산과 작동 자료로부터 얻어낼 수 있었다.
조사한 각각의 로에 대한 특정 에너지 소모량 (용해 유리 1톤당 에너지 요구량)은 1차 에너지 등가에 의해 얻어내고 표현하였다. 오직 용해로에 공급되는 에너지만 고려되었다. 각각의 작동단부, 공급장치, 팬 등에서의 에너지 소모량은 배제되었다. 연료, 전기 그리고 산소는 고려되었지만 1차 에너지 요구량으로 계산되었다. 전기는 분자체흡수나 극저온 기술에 의해 공기로부터 산소를 분리하거나 전기 가압 전극으로 사용된다.
등가 특정 1차 에너지 소모량 (용해 유리 1톤당 GJ 1차 에너지)의 계산은 다음과 같이 추정하였다.
쪾40%의 전기력 시설 능력 (1kW.h는 에너지와 연계하여 발열량으로 계산했을 때 9MJ의 화석연료의 연소가 요구된다)
쪾1mn3의 순수 산소 발생을 위한 0.375-0.4kW.h의 전기량 (273.15K의 온도와 101.3kPa의 압력하에 1mn3 = 1mn3); 따라서 순수 산소를 위한 1차 에너지 등가는 ~3.4-3.6MJ/mn3 이다.
연료의 연계 발열 연소량을 바탕으로 GJ/metric ton을 MMBtu/short ton의 총체 량으로 환산하면 1GJ/metric ton = 0.95 gross MMBtu/short ton이 된다.
화석 연료 연소에 의한 연계 발열량은 이러한 벤치마크 연구에서 사용된다. 총 연소량은 천연가스 연소의 연계 발열량보다 ~10%정도 높다.
벤치마크 절차에 관한 내용은 이미 이전에 설명하였다. 용기용 유리 산업과 같은 여러 유리 사업에서 최대 에너지 효율을 갖는 로를 확인하는 것이 필요하다.
일반적으로 에너지 소모의 몇 가지 표준화는 한 배치에서의 유리 부스러기의 양이나 로의 노화를 고려할 때 적용한다. 한 배치에서의 유리 부스러기 양이나 로의 노화에 대한 관찰되는 에너지소모 수준의 의존성은 통계적으로 알 수 있듯이 규칙과 관계식의 표준화에 적용된다.
유리 산업은 최근 몇 년 동안 과도한 연료 비용 증가에 직면하였다. 이러한 사실과 2005년 이래도 유럽연합(EU; European Union)의 CO2 방출 규제 도입으로 인해 유리 용해 시설에서의 에너지효율을 최적화시킬 수 있는 방법을 찾는 것이 무엇보다 중요하게 되었다.

유리 로의 에너지 효율 벤치마킹
매 4년간 유리 용해 탱크를 위한 에너지 벤치마크 조사를 시행하는 네덜란드 정부의 요청을 충족시키기 위해 1999년과 2003년의 생산에 대한 조사가 TNO에 의해서 실행되었다. 에너지 효율 벤치마킹에 대한 자발적 협약(Voluntary Agreement on Energy Efficiency Benchmarking)은 네덜란드 내의 모든 유리 로의 효율이 전 세계 상위 10%안에 들도록 힘쓰고 있다. 1999년의 벤치마크 조사의 결과는 이미 다른 데에 보고된 바 있다.
1999년과 2003년의 용기용 유리 산업에 대한 각 개별 유리 로의 특정 1차 에너지 등가 소모량 (GJ/metric ton molten glass)을 그림 1에 나타내었다. 그림 1에서 1999년과 2003년에 대한 분석표가 거의 비슷하다는 것을 알 수 있다. 1999년과 2003년의 생산량에서 용기용 유리 로는 각각 131개와 90개로 조사되었다.
로의 전 세계적인 정보가 사용되었지만 벤치마크 조사에 포함된 그 자료의 대부분은 유럽으로부터 나온 것이다. 그러나 조사된 로의 수가 전 세계에 존재하는 용기용 유리로 시설의 15%미만이다.
제시한 에너지 소모 자료는 1차 에너지 등가(전기와 산소 생산에 대한 1차 에너지 요구도 고려되었다)와 한 배치에서의 50% 재생 유리 부스러기(유리의 50%는 재생 유리 부스러기로부터 용해되었다)로 표준화되었다.
그림 1에서 알 수 있듯이 2003년 벤치마크와 1999년의 벤치마크를 비교해서 최대 에너지 효율 로의 에너지 소모는 감소하였다. 그 감소량은 ~3850MJ/metric ton molten glass에서 3600MJ/metric ton molten glass이다. (이 수치는 3.3 net MMBtu/short ton에서 3.1 net MMBtu/short ton과3.65 gross MMBtu/short ton에서 3.4 gross MMBtu/short ton에 해당한다.) 그러나 평균값 (~5100-5150 MJ/metric ton molten glass = ~4.825 gross MMBtu/short ton, 로의 노화와 관련된 고정된 값으로 표준화하지 않았다.)은 같은 수치를 보였다. 또한 1999년의 벤치마크에서 조사된 로의 조사군(群)과 2003년 벤치마크의 조사군은 서로 달랐다.

용기용 유리 산업
2003년에 작동된 최대 에너지 효율의 용기용 유리 로는 ~3.5-3.6 GJ primary energy/
metric ton molten glass(한 배치에 50%의 재생 유리 부스러기에 기반을 두어) 혹은 3.3-3.4 gross MMBtu/short ton glassmelt에 해당하는 에너지를 소모하였다. 이로는 end-port-fired 연소방식의 축열식 로였고 에너지 수요량은 새로운 상태(로의 노화가 없는 상태)로 표준화 되었다.
1999년 벤치마크에서 end-port-fired 연소 방식의 로의 평균 에너지 소모량은 모든 산소 연소 방식의 로의 평균 에너지 소모량(산소 생산에 대한 에너지 소모량도 고려함)과 비슷하였고, 대부분의 교차 연소 방식의 로보다는 상당히 낮았다. 1999년의 벤치마크에서 로의 노화에 대한 표준화는 적용되지 않았다.
2003년 벤치마크 자료에서는 한정된 세트의 산소 연소 방식의 용기용 유리 로의 평균 특정 에너지 소모량 (4.3 GJ/ton molten glass)은 end-port-fired 방식의 축열식 로의 평균 에너지 소모량(4.6 GJ/ton molten glass = 4.35 gross MMBtu/short ton glassmelt)보다 낮았다. 이 자료는 50%의 재생 유리 부스러기와 새로운 로의 상태 그리고 산소 생산에 대한 에너지 요구량에 기반을 두었다. 2003년에서 교차 연소 방식의 축열식 로의 평균값은 다소 약간 높았다.(4.7 GJ/ton molten glass = 4.45 gross MMBtu/short ton) 회복력이 있는 용기용 유리 로는 훨씬 더 높은 값을 보였다.(평균값으로 축열식 로와 비교하여 ~40% 이상 높은 에너지 소모량을 보임)
1999년 조사를 통해 10개의 최대 에너지 효율을 보이는 로 중 7개는 end-port 회생식 로인 것으로 나타났다. 2003년에서는 10개의 최대 에너지 효율을 보이는 로중 8 또는 9개 정도가 end-port 연소 방식이었다. 배치 예열을 하는 교차 연소 방식의 로는 일반적으로 낮은 에너지 소모량을 보였다. 그러나 한 배치에 50%의 재생 유리 부스러기를 사용하는 7개의 로는 심지어 배치 예열이 없이도 대략 4 GJ/metric ton molten glass (<3.8 gross MMBtu/short ton glassmelt)미만의 에너지에서 작용한다.<BR>배치 대신에 재생 유리 부스러기의 용해는 용기용 유리 산업에서 평균적으로 29%의 에너지를 절약할 수 있다.
비록 에너지 소모량이 일반적으로 시간에 비례하여 증가하지는 않지만 평균적으로 한 해당1.35%의 에너지의 증가가 통계적으로 발견되었다.

유리 로의 에너지 균형
1999년에는 로의 80%에 대해 에너지 소모량의 대역폭 (10%의 최대 에너지 효율의 로와 10%의 최소 에너지 효율의 로는 고려되진 않았다) 이 작았다. 50% 재생 유리 부스러기를 기반을 두어 1차 에너지 등가는 4.3-6.25 GJ/metric ton glassmelt (4.07-5.9 gross MMBtu/short ton) 이었다. 2003년에는 로 중에 80%가 4.2에서6.35 GJ/metric ton molten glass 사이에서 작동하였다.
2003년 벤치마크 결과(90개의 로)는 한 배치에서 50%의 재생 유리 부스러기를 사용하는 에너지 소모 자료와 새로운 로 상태로 표준화시켰을 때 용기용 유리 로는 평균적으로 4.72 GJ/metric ton molten glass (4.46 gross MMBtu
/short ton glassmelt)의 에너지를 소모하였다. 2003년 벤치마크 분석에서 이 로들 중 1/10은 3.81 GJ/metric ton molten glass (3.60 gross MMBtu/short ton glassmelt)의 에너지를 소모하였다.
유리용해의 당김 속도 혹은 특정 당김 속도(tons of glass/
(m2.d))는 일반적으로 특정 에너지 소모량에 크게 영향을 미친다. 그러나 당김 속도가 250~300 metric ton/d 미만 혹은 2.5~2.75 metric ton/(m2.d)에서 동작하는 용기용 유리 로에 대해서 특정 당김이 증가함에 따라 특정 에너지 소모가 계속 감소하는 경향은 거의 없다. (Trier와 Fleischmann을 참조)
용기용 유리 로의 평균 에너지 소모량은 생산된 유리의 색과는 거의 상관이 없다. 납유리 로의 평균에너지 소모는 색유리 용해의 평균에너지 소모의 1~2%내에 있다.
벤치마크 조사에서 회생 효율 60% 이상인 잘 차단된 end-port 연소 방식의 유리 로(표준온도가 0℃일 때, 연소에 의해서 발생되는 가스의 감지되는 에너지의 60% 이상이 연소 기체로 바뀐다)는 한 배치당 50%의 재생 유리 부스러기를 사용할 경우 3.6 GJ/metric ton molten glass (3.40 gross MMBtu/short ton glassmelt)의 특정한 에너지 소모 수준에서 동작할 수 있다. 그러나 이러한 로들 중 몇몇은 80% 이상의 재생 유리 부스러기 수준에 대해 ~3.4 GJ/ton (3.2 gross MMBtu/short ton)의 에너지 소모량을 보였다.
재생 유리 부스러기를 사용하고 배치 예열을 한 산소 연소 방식의 로의 경우 또한 이 범위에 가까운 수치를 보였다. 이 수치는 산소 생산에 대한 에너지 수요를 포함하였다.
용기용 유리 산업에서 사용되는 여러 가지 타입의 로에 대해서 1차 에너지와 50% 재생 유리로 표준화시킨 특정 에너지 소모량을 그림 2에 나타내었다. 회생식의 산소 연소 방식 로의 경우 에너지 소모 수준에 대해 거의 같은 분포를 보였다. 전형적으로 벤치마크 분석에서 조사된 모든 회생식 산소 연소 방식 로 중 50%는 대략 4.5 GJ/metric ton molten glass 미만 혹은 4.25 gross MMBtu/short ton glassmelt의 수준에서 작동하였다.(50%의 재생 유리 부스러기를 사용, 총 1차 에너지 등가, 새로운 상태의 로)

플로트 유리 산업
특정 에너지 소모량은 로의 크기에 크게 좌우된다. 전형적으로 800 metric ton molten glass/d 이상인 플린트 유리 생산용 로는 ~500 metric ton molten glass/d 만큼 생산하는 로와 비교하여 ~10-12% 적은 에너지가 요구된다.
평균적으로 로는 한 해당 1-1.3% 만큼 더 많은 에너지를 소모한다.
한 배치에서 에너지 소모에 대한 재생 유리 부스러기의 효과는 플로트 유리 로의 공정 자료로부터는 통계적으로 조사하기가 어려운데 이는 이러한 모든 로들과 비교했을 때 적용되는 작은 영역의 재생 유리 비율 때문이다. 전형적으로 플로트 유리 배치에서 재생 유리 비율은 20~30%이다.
최대 효율을 갖는 큰 플로트 유리 로 (>600 metric ton/d)는 한 배치당 25%의 재생 유리 부스러기를 기반으로 대략 5.3~5.8 GJ/metric ton molten float-glass(5~5.5 gross MMBtu/short ton molten glass)의 범위에서 동작한다. 이는 로에 공급된 에너지의 ~30~35%가 유리에 열을 가함과 동시에 재순환 유리를 재가열시키는 데 사용되고 배치 용해 동안 화학반응을 위해 사용된다. 평균적으로 조사한 플로트 유리 로 (40개의 로에 대한 자료)는 배치당 25%의 재생 유리로 표준화 했을 때 6.5~7 GJ/metric ton molten glass (6.15~6.6 gross MMBtu/short ton molten glass)의 특정한 에너지 소모를 보였다.
조사된 플로트 유리 로의 에너지 소모 수준은 5.7 GJ/me
tric ton molten glass에서 8.7 GJ/ton glassmelt (5.4-8.2 gross MMBtu/short ton molten glass)의 범위였다. 그러나 에너지 소모는 이러한 산업에서 로의 노화와 당김 속도에 크게 좌우된다.

섬유 유리 산업
섬유 유리 산업에 대한 유용한 정보는 기밀 사항이기 때문에 제한적이다.
섬유 유리 산업에서는 회생식 로를 사용할 수 없기 때문에 최대 에너지 효율을 갖는 로는 산소 연소 방식의 로가 대부분이다. 평균적으로 회복력이 있는 로는 산소 연소 방식의 로보다 산소를 발생시키기 위한 에너지를 고려하여 ~25% 더 많은 에너지를 요구한다.
E-glass로 정류기의 에너지 소모와 포아하스 그리고 1차 에너지로의 표준화를 포함하여 에너지 소모 수준은 ~8-25 GJ/metric ton molten glass (7.5-23.5 gross MMBtu/short ton molten glass)이고 평균값으로 ~12-12.5 GJ/metric ton molten E-glass (±11.5 gross MMBtu/short ton molten glass) 이다. E-glass 로는 일반적으로 용기용 유리로나 플로트 유리 로와 비교하여 작은 양의 유리(50-120 ton glass/d)를 생산한다.

유리 로의 에너지 균형
일반적으로 에너지는 다음에 의해서 유리 로에 공급된다.
.연료의 연소 (Qcombustion);
.예열된 연소 기체 (Qpreheatair);
.전기력 (Qelectric);
.연료 (Qfuel), 산소 (Qoxygen) 혹은 false air (Qair)의 감지할 수 있는 열량
.예열된 배치 (Qbatch).
이러한 에너지 공급은 다음과 같이 나뉜다.
.유리 용해 열용량 (Qheatmelt, 로의 경계에서 나오는 용해 열용량);
.원료의 분해나 융합에 대한 반응 엔탈피 (Qreaction);
.물의 기화 에너지 (Qwater evaporation);
.방출되는 연통 기체의 열 함량 (Qflue, 배치 기체도 포함)
.버너 부분을 포함한 여러 가지 벽을 통한
    열 유동 (Qstructure);
.전극 냉각, 교반기 냉각, 냉각 막대를 포함한 강제 냉각 손실 (Qcool);
.연결 이음새를 통하여 누설되는 연소 기체의 열 유동 (Qleakage)와 구멍이나 버너 부분을통하여 손실되는 열 조사 (Qradiation);
.시스템 그 자체에 증가하는 엔탈피 속도(Qsystem heating).
대부분의 에너지 균형 모델에서 정류 조건으로 가정하면 마지막 조항 (Qsystem heating) 은 0으로 놓는다. 그러나 회생식로에서 특히, 투입된 열에서의 주기적인 변수(연소 주기에 의해서 야기된다)는 시스템의 총 열 함량에 변동을 일으키고, 기체 예열 온도에 변화를 야기한다.
에너지 균형 모델에서 표준상태는 명백하게 규정되어야만 한다. 기체와 용융된 고체 재료의 흐름에서의 열 함량은 고정된 표준온도, 예를 들면 273.15 또는 295 K와 같은 기준 온도를 바탕으로 한다. 여기서는 표준온도를 273.15 K로 주어진다.
에너지 균형이 결정되어야 하는 시스템의 경계 또한 명백히 규정되어야 한다. 대부분의 경우 에너지 균형을 위한 시스템 경계는 좁은 통로의 입구, 로의 벽, 축열로나 복열의 가스 배출구, 선실의 장입부 등으로 고정된다.
정류기나 작업부로부터 용해부까지 발생하는 상대적으로 온도가 낮은 용해된 유리의 흐름의 경우, 이러한 여분의 에너지 전환(용해부로부터 좁은 통로 입구로 흐르는 여분의 높은 온도의 용해와 정류기로부터 용해부로 거꾸로 흐르는 낮은 온도의 용해) 또한 고려되어야만 한다(낮은 온도의 재순환되는 유리 용융의 재가열) 특히, 로의 조작 지속 시간 동안 닳아버리는 통로 입구에서, 재순환 비율 (연계적인 당김에 대한 되돌아오는 흐름)은 시간에 따라 증가하게 된다. 플로트 유리 로에서, 작업부로부터의 유리 용융물의 재순환 (되돌아오는 유리 용융을 재가열하기 위해 공급되는 여분의 에너지)은 용융부의 에너지 균형에 영향을 미친다. 이러한 순환 흐름은 8-10% 이상의 여분의 에너지의 요구를 야기한다.
낮은 온도의 작업부로부터 용융부로 거꾸로 흐르는 용융물의 재순환 흐름은 연계 당김만큼 크거나 혹은 그보다 더 크다. 따라서 상대적으로 낮은 온도의 유리 용해물이 작업부로부터 용해부로 거꾸로 흐르게 된다. 결과적으로 작업부로 들어가는 온도가 더 높은 정방향 열 흐름은 증가하게 된다.(=연계 당김과 순환) 재순환 용해의 재 가열은 에너지 균형 모델로 고려될 수 있다. 플로트 유리 로에 대하여 재순환 유리의 재가열을 포함한 배출되는 유리의 에너지 흐름은 Qheatmelt에 의해 고려될 수 있다.
상세한 에너지 균형에서, 버너 부분을 통해 로에서 축열로로 방사되는 열은 로 자체의 에너지 균형과 축열로의 에너지 균형에 고려될 수 있다. 또한 이러한 공기 예열 장치(축열로 혹은 복열장치)에 대하여 에너지 균형은 사용된다. 그러나 로의 배출 부분을 통하여 로에서부터 도입되는 열방사뿐만 아니라 도입되는 기체, 배출되는 기체, 구조적인 유실과 누수 또한 고려되어야 한다.
유리 로의 에너지 균형은 다음과 같은 사항이 요구된다.
.(평균 시간으로) 배기가스 온도의 측정
쪾배기가스의 흐름과 배기가스 조성 (연료의 연소와 여분의 기체, 배치 가스로부터의 (CO2, 수증기 SO2, 기타 등등)의 계산
.로의 구조에 대한 자세한 정보 (전극/교반기/외벽에 대한 절연층, 버너 부분, 통전 부분, 냉각 장치 등)
.원료와 가스의 엔탈피 (열용량)
.배출되는 유리 용융의 열용량 정보
.원료의 분해와 융합과 관련된 기준 반응 엔탈피
배출 가스 (배치 가스 + 연소 가스 + 여분의 공기 혹은 산소)의 흐름과 조성은 배기가스, 연로의 조성, 연료와 산소의 연소 그리고 배치 조성과 배치 충전율에서의 산소 농도로부터 측정할 수 있다. 이러한 정보로부터 배기가스 열함량/℃를 이끌어 낼 수 있다.
가스 조성의 비열은 표준 온도에서부터 배출 온도까지의 영역으로부터 평균을 낼 수 있다. 천연 가스 연소에 대해 평균 비열 엔탈피 (J.mn-3.K-1)는 대기의 비열 (표준압력(1 bar)과 표준온도(273.15K)에서의 단위 가스의 열용량과 부피에기반하여)과 비교해서 ~10%정도 높다. 전형적으로 1mn3 당 ~1.12-1.2mn3의 연소가스가 연소대기로 전환된다. 
축열식 로에서의 연소 주기와 같이 유리 로가 좀처럼 완전히 고정되고 주기적인 공정으로 작동되지 않기 때문에 총체적인 에너지 균형 모델 (정상 상태로 가정)에서는 최소 한번의 완전한 주기를 평균한 수치를 사용한다. 그러나 좀더 많은 시간의 주기를 평균내는 것이 좋다.
대부분의 경우 배기가스와 용해 엔탈피, 배출되는 유리 용융물의 감지되는 열량, 벽을 통해 발생하는 열 손실에 의한 에너지 손실은 정확하게 추정할 수 있다. 그러나 확산 냉각과 누출에 의한 에너지 손실은 종종 감안하기가 어렵다. 이러한 에너지 손실은 종종 투입된 에너지와 알려진 에너지손실과 산출의 균형에 의해 추정된다. 이러한 확산된 열 손실은 투입된 총 에너지의 5에서 10%정도 기여한다. 600 metric ton molten glass/d (661 U.S. ton/d)를 생산하는 전형적인 플로트 유리 로에서부터의 에너지 손실과 에너지 산출을 그림 3에 나타내었다.

공정 파라미터 최적화에 의한 에너지 절약
에너지 균형 모델은 유리 로의 에너지 소모량에 대해 미치는 가능한 공정 혹은 설계 변화의 영향을 평가할 수 있다. 에너지 소모에 대한 다음과 같은 파라미터의 영향을 이러한 모델을 사용하여 분석할 수 있다.
.연소 공정에서의 과잉의 대기
.배치 습도
.화염의 방출 효율 (연소 공간의 복사의 특성);
.당김 속도 혹은 특정 당김
.원료의 변화, 재생 유리 부스러기 혹은 석회에 의해 대체되는 배치
.배치 예열 온도
.정류기 혹은 작업부로부터 용해부로 거꾸로 흐르는 상대적으로 낮은 온도의 용융물의 감소하는 재순환 횟수
.축열로의 크기
.절연층
.찬 공기
.로와 연소실의 크기
.풍부한 산소량
.연료의 종류.
산업화 상황 하에 플로트 유리와 용기용 유리 로에 대한 몇몇의 결과는 보고되어진 적이 있다. 연결부를 통하여 작업부로부터 플로트 유리 로의 용해부로 거꾸로 흐르는 유리 용융물의 재순환 효과를 그림 4에 나타내었다.
순환 흐름 비율뿐만 아니라 정방향으로 흐르는 평균온도 (작업부 앞에서의 유리 용융물)과 순환되는 유리 용융물의 평균 온도 까지도 플로트 유리 로의 에너지 소모에서 중요한 파라미터로 나타나게 된다.
특정 에너지 소모량에 대한 플로트 유리 로에서 유리 용융물을 받쳐주는 화염의 평균 방출 계수의 효과를 그림 5에 나타내었다. 매연이 없는 천연 가스 화염은 전형적으로 0.15에서 0.18사이의 방출 계수를 보인다. 그러나 석유와 같은 연료 화염은 더 많은 매연을 생산하고 보다 높은 조사 방출 (0.4-0.5)을 보였다. 화염 방출 계수의 증가는 에너지 절약, 특히 낮은 수치에서 효과적이다. 0.16에서 0.30으로의 방출 증가는 이러한 플로트 유리 로에 대해 약 ~4-5%의 에너지 절약을 제공한다.
에너지 균형 연구가 대표적으로 최신식 end-port 연소 방식의 축열식 용기용 유리 로에 대해서 실행되었다. 최대 에너지 효율을 보이는 end-port 연소 방식 로는 3.3-3.9 GJ/ton molten glass(3.1-3.65 gross MMBtu/short ton molten glass)의 에너지 소모를 보였고 배치에서의 재생유리 부스러기에 대해 크게 좌우되었다.
벤치마크에서 조사된 최대 에너지 효율을 갖는 로들 중 하나에 대한 에너지 균형을 그림 6에 이끌어 내었다. End-port 연소 방식의 용기용 유리 로의 특정 에너지 소모량에 대한 과인의 공기와 당김의 효과를 계산하여 그림 7에 나타내었다. 공정 파라미터의 변화를 조사하기 위해 End-port 연속 방식의 용기용 유리 로와 교차 연속 방식의 축열식 플로트 유리 로, 산소 연속 방식의 용기용 유리 로, 그리고 회복능력이 있는 식기류 로에 대한 특정 에너지 소모량의 변화를 표 2에 조사하였다.
잘 격리된 용기용 유리 로는 평균적으로 냉각 손실을 포함하여 ~4-5 kW/m2 (로의 외벽, 천장, 바닥)의 열 손실을 나타내었다. 로의 격리가 좋지 않아서 50% (6-7.5 kW/m2)만큼 열 손실이 증가하게 되면 결과적으로 end-port 연소 방식의 축열식 용기용 유리 로의 에너지 소모량이 15% 정도 증가하게 된다.
에너지 균형 모델은 soda-lime-silica 배치 (일반 배치의 15 mass%는 석회석이고, 완전한 배치는 25%의 재생 유리를 포함한다.)에서 석회석으로 교환함에 의해 ~4.5-5%의 에너지 절약을 할 수 있다.

에너지 균형 모델
end-port 연속 방식의 용기용 유리 로 혹은 플로트 유리 로의 축열장치에서 내보내는 배기가스에 의해 공급된 에너지의 대략 27~32%가 손실된다.(그림 3과 그림 6) 산소 연소 방식의 경우 배기가스에 의해 손실되는 에너지는 투입된 에너지의 25% 이상이다.
배치와 재생 유리의 예열에 의한 배기가스 에너지의 교정은 중요한 에너지 절약의 가능성을 제공한다.(표 2) 오늘날, 대략 9개의 로가 배기가스에 의해 유리 로의 축열장치 혹은 산소 연소 방식의 로를 가열시킬 수 있는 배치 예열 시스템을 갖추고 있다. 이러한 것은 유리 로의 에너지를 10~18% 절약할 수 있다는 것을 보여준다.
한 배치 안에 존재하는 수분은 유리 로의 에너지 소모를 크게 증가시킨다. 왜냐하면 수분의 높은 기화 엔탈피와 수증기를 가열하기 위해 여분의 에너지가 요구되기 때문이다.(표 2) 각 1%의 여분의 습기(1000Kg의 배치에서 10Kg)가 존재할 경우 1.5~2%의 에너지 소모가 증가한다. 그러나 몇몇의 배치 습기는 종종 운반하는 동안 배치 디믹싱과 로 안으로의 차징을 피하는 것이 요구되고 재고품을 한정시키는 것이 요구된다. 따라서 일반적으로 최적의 수분 함량이 적용된다. (종종 한 배치당 3~4mass%의 수분)
회복력이 있는 로에 대해 높은 연소 공기 과잉과 산소 과잉 수준은 낮은 공기 예열 온도 때문에 비용이 많이 든다. 산소 연소 방식의 로에 대해 에너지 소모의 증가 (5% 더 많은 산소에 대한 ~2% 여분의 에너지)와 산소 소모의 증가 또한 비용이 많이 든다. 4.5~9.5%의 과잉 산소의 증가는 산소 연소 방식의 유리 로의 에너지 소모가 2% 증가하고 7%의 산소 소모가 증가한다.
유리의 품질이 용해 당김에서의 증가를 허용하는 한 이것은 일반적으로 산업적 유리 로의 특정 에너지 소모를 감소시킨다. 그러나 높은 특정 당김 속도 (pull/unit area glassmelt surface)에서는 유리 품질이 안 좋아 지거나 효과적인 공기 예열을 위한 축열 용량이 부족해지고 당김 속도의 증가에 대해 에너지 요구량이 증가하게 된다.
로에서 배출되는 유리 용융물의 온도 조절과 최소 허용 수준에서 이 온도를 유지하는 것은 에너지 소모를 감소시키지만 기대되는 효과는 다소 작다.(0.5~2%) 예를 들어, 화염 조사 방출 특성의 증가는 매연 생성을 증진시키므로 중요하게 된다. 0.16(전형적으로 매연 없는 천연 가스 화염)에서 0,20으로의 방출 계수의 증가는 특히 높은 특정 에너지 소모 수준의 로에 대해 ~2-2.5%의 에너지 소모를 감소시킨다.
에너지 균형 모델 (항상 당김)에 따르면 일반 배치 대신에 재생 유리의 용해는 산소 연소 방식의 용기용 유리 로에서 ~29%의 에너지를 절약시키고 end-port 연소 방식의 축열식 로에서 26%의 에너지를 절약시킨다. 이것은 용기용 유리 로(29% 에너지 절약)에 대한 벤치마크 조사에서 발견할 수 있는 자료와 거의 일치한다.
생석회, 마그네시아와 같은 이산화탄소를 제거한 원료의 사용은 E-glass와 soda-lime-silica 유리 로에서 유리 용융의 에너지 요구량을 눈에 띄게 감소시킨다.
최대 에너지 효율의 용기용 유리 로는 ~50%의 에너지 효율을 보인다. (융합과 용해열에 대한 효과적으로 사용된 에너지의 비율) 배치 예열은 이러한 효율 수준을 50~60%까지 증가시킬 수 있다.
최대 에너지 효율의 로나 연료는 항상 최상의 경제적인 선택은 아니다. 에너지 절약의 측정은 비용이 많이 드는 투자를 요구하거나 에너지 효율적인 연료는 상대적으로비싸다. 따라서 유리 용해 공정의 에너지 효율 분석은 별도로 하고, 자본 비용, 이율, 대기 오염 조절에 대한 비용, 연료, 로의 유지비용을 포함한 경제적인 평가를 통해 최상의 경제적인 선택을 얻을 수 있다.
 (Ceramic Bulletin)

그림 1. 1999년도와 2003년도의 용기용 유리 로의 특정 에너지 소모량에 대한 순위. 수치는 1차 에너지 등가와 50%의 재생 유리로 표준화시켰다. 1999년도에 조사된 로는 2003년도에 조사된 로와는 다른 세트였다. 에너지 수요는 오직 용융 탱크에서만 조회하였다. (공급기와 작업부는 배제하였다.) short ton 당 열 에너지 소모량은 오른쪽 세로축에 주어졌고 연료의 총 열 소모 값에 기반하여 작성되었다.

그림 2. 여러 형태의 용기용 유리 로에 대한 에너지 소모 분포. 자료는 용기용 유리 로에 대한 2003년도 에너지 효율 벤치마크 조사로부터 추출하였다. 그래프에서 가로축에 주어진 로의 백분율에 대해서 세로축은 특정 에너지 소모량의 최대값을 나타내고 있다. 모든 수치는 로의 초기 상태로뿐만 아니라 1차 에너지와 50%의 재생 유리, 전기와 산소를 포함하여 표준화 시킨 값이다.

표 1. 에너지 흐름을 결정하는데 필요한 변수들

< 본 사이트에는 일부 표가 생략되었습니다. 자세한 내용은 월간세라믹스 2008년 8월호를 참조바람>