Coal Combustion Kelompok 2

 

  KONVERSI BATUBARA Tugas Kelompok 2

Combustion

OLEH Wendi fauzan Saputra (03101002010 (03101002010)) Reza Wijaya (03101002011) Popik Hidayat (03101002012) Dedi Rianto (03101002013) Mahmuda (03101002014)

Teknik Pertambangan  UNIVERSITAS SRIWIJAYA

2013

 

Combustion

Pendahuluan

Pada PLTU, batubara dibakar di boiler   menghasilkan panas yang digunakan untuk mengubah air dalam pipa yang dilewatkan di boiler   tersebut menjadi uap, yang selanjutnya digunakan untuk menggerakkan turbin dan memutar generator. Kinerja pembangkitan listrik  pada PLTU sangat ditentukan d itentukan oleh efisiensi panas pada proses pembakaran batubara tersebut, t ersebut, karena selain berpengaruh pada efisiensi pembangkitan, juga dapat menurunkan biaya  pembangkitan.  pembangki tan. Kemudian Ke mudian dari segi lingkungan, diketahui bahwa jumlah emisi CO 2 per satuan kalori dari batubara adalah yang terbanyak bila dibandingkan dengan bahan bakar fosil lainnya, dengan perbandingan untuk batubara, minyak, dan gas adalah 5:4:3. Sehingga  berdasarkan uji coba yang mendapatkan hasil bahwa kenaikan efisiensi panas sebesar 1% akan dapat menurunkan emisi CO2 sebesar 2,5%, maka efisiensi panas yang meningkat akan dapat mengurangi beban lingkungan secara signifikan akibat pembakaran batubara. Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa teknologi pembakaran (combustion ( combustion technology) technology) merupakan tema utama pada upaya peningkatan efisiensi pemanfaatan batubara secara langsung sekaligus upaya antisipasi isu lingkungan ke depannya. Pada dasarnya metode pembakaran pada PLTU terbagi 3, yaitu pembakaran lapisan tetap ( fixed  fixed bed combustion), combustion), pembakaran batubara serbuk ( pulverized coal combustion  /PCC ), ), dan pembakaran lapisan mengambang ( fluidized bed combustion / FBC  

KONVERSI BATUBARA

Page 2 

 

Combustion

Tinjauan Pustaka

Pengertian Boiler

Boiler adalah bejana bertekanan dengan bentuk dan ukuran yang didesain untuk menghasilkan uap panas atau steam. Steam dengan tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses.  Prinsip kerja dari boiler (Saturated (Saturat ed steam) bisa dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar. Prinsip kerja boiler

1.  Air Umpan setelah melalui proses pretreatment di softener atau air condensate

dipompakan ke economizer.  2.  Di economizer terjadi pemanasan awal yang memanfaatkan panas buang di chimney.

Pemanasan awal dimaksudkan untuk meningkatkan efisiensi dari dar i boiler.   3.  Selanjutnya air umpan masuk ke dalam ketel tapi sebelumnya diberikan chemichal

sesuai dosis yang ditentukan. dite ntukan. 

KONVERSI BATUBARA

Page 3 

 

Combustion

4.  Setelah itu air umpan yang mengalami pemanasan didalam ketel uap berubah fasa

menjadi steam dan siap didistribusikan.   5.  Setelah steam berubah fasa kembali menjadi air (air condensat) maka bisa kembali

dipompakan kedalam ketel kembali. Air make up hanya digunakan untuk menggantikan hilangnya air akibat proses blowdown. 

Sistem Boiler a)  Sistem Air umpan  

Air umpan adalah air yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi steam. Sedangkan sistem air umpan adalah sistem penyediaan air secara otomatis untuk boiler sesuai dengan kebutuhan steam. Ada dua sumber Air umpan, u mpan, yaitu:  Kondensat : steam yang telah berubah fasa menjadi air (mengembun ( mengembun))   Air make up : air baku yang sudah diolah   Untuk meningkatkan efisiensi boiler air umpan sebelum di suplai ke boiler dipanaskan terlebih dahulu menggunakan limbah panas dari chimney. c himney.  b)  Sistem Steam 

Sistem steam adalah proses pengontrolan produksi steam dalam boiler, seperti: kapasitas, pressure, dsb. Selanjutnya steam didistribusikan ke pengguna melalui jalur  perpipaan.

c)  Sistem Bahan bakar 

Sistem bahan bakar adalah semua equipment atau peralatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar boiler. Peralatan yang digunakan tergantung pada jenis  bahan bakar yang digunakan digunakan boiler. Pembakaran Lapisan Tetap  

Metode lapisan tetap menggunakan  stoker boiler   untuk proses pembakarannya. Sebagai bahan bakarnya adalah batubara dengan kadar abu yang tidak terlalu rendah dan  berukuran maksimum sekitar 30mm. Selain itu, karena adanya pembatasan sebaran ukuran  butiran batubara yang digunakan, d igunakan, maka perlu dilakukan pengurangan jumlah  fine coal  yang   yang ikut tercampur ke dalam batubara tersebut. Alasan tidak digunakannya batubara dengan kadar

KONVERSI BATUBARA

Page 4 

 

Combustion

abu yang terlalu rendah adalah karena pada metode pembakaran ini, batubara dibakar di atas lapisan abu tebal yang terbentuk di atas kisi api ( traveling fire grate) grate) pada stoker pada  stoker boiler . Bila kadar abunya sangat sedikit, lapisan abu tidak akan terbentuk di atas kisi tersebut sehingga  pembakaran akan langsung terjadi ter jadi pada kisi, yang dapat menyebabkan kerusakan yang parah  pada bagian tersebut. t ersebut. Oleh karena kare na itu, kadar abu batubara yang disukai untuk tipe boiler ini adalah sekitar 10  –   15%. Adapun tebal minimum lapisan abu yang diperlukan untuk  pembakaran adalah 5cm.

Gambar

Stoker Boiler (Sumber: Idemitsu Kosan Co., Ltd)

Pada pembakaran dengan  stoker  ini,   ini, abu hasil pembakaran berupa  fly ash  ash  jumlahnya sedikit, hanya sekitar 30% dari keseluruhan. Kemudian dengan upaya seperti pembakaran  NOx dua tingkat, kadar NOx dapat diturunkan hingga sekitar 250  –   300 ppm. Sedangkan untuk menurunkan SOx, masih diperlukan tambahan fasilitas berupa alat desulfurisasi gas  buang.

KONVERSI BATUBARA

Page 5 

 

Combustion

Pembahasan

A.  Pulverised Coal Combustion (PCC)

Dalam sistem pulverised coal combustion (PCC  –   pembakaran serbuk batu  bara) ini, serbuk batu bara ditiupkan ke dalam ruang bakar ketel dan serbuk batu bara tersebut di bakar pada suhu yang tinggi. Gas panas dan energi panas yang dihasilkan mengubah air  –   dalam tabung-tabung ketel  –   menjadi uap. Uap tekanan tinggi disalurkan ke dalam suatu turbin yang memiliki ribuan bilah baling-baling. Uap mendorong bilah-bilah tersebut sehingga poros turbin berputar dengan kecepatan yang tinggi. Satu pembangkit listrik terpasang di salah satu ujung poros turbin dan terdiri dari kumparan kabel terbuka. Listrik dihasilkan pada saat kumparan trsebut berputar dengan cepat dalam suatu medan magnetik yang kuat. Setelah melewati turbin, uap menjadi terkondensasi dan kembali ke ketel untuk dipanaskan sekali lagi. Listrik yang dihasilkan ditransformasikan ke tegangan yang lebih tinggi  –  mencapai   mencapai 400000 volt –  volt  –   yang digunakan transmisi ekonomis yang efisien. melalui jaringan pengantar arus kuat. Pada saat mendekati titik konsumsi, seperti rumah kita, tegangan listrik diturunkan ke sistem tegangan yang lebih aman 100- 250 volt sebagaimana yang digunakan pada pasar domestik. Teknologi PCC yang moderen sudah berkembang dengan baik dan memberikan kontribusi pada 90% dari kapasitas listrik yang dibangkitkan oleh batu bara di seluruh dunia. Pengembangan terus dilakukan pada rancangan pembangkit listrik PCC konvensional dan teknik pembakaran baru sedang dikembangkan. Perkembangan tersebut memungkinkan produksi listrik yang lebih  banyak dengan menggunakan batu bara yang lebih sedikit  –   hal ini dikenal sebagai meningkatkan efisiensi termal dari pembangkit listrik.

KONVERSI BATUBARA

Page 6 

 

Combustion

Gambar 1 Pulverised Pulver ised Coal Combustion (PCC)

Saat ini, kebanyakan PLTU terutama yang berkapasitas besar masih menggunakan metode PCC pada pembakaran bahan bakarnya. Hal ini karena sistem PCC merupakan teknologi yang sudah terbukti dan memiliki tingkat kehandalan yang tinggi. Upaya  perbaikan kinerja PLTU ini terutama dilakukan dengan meningkatkan suhu dan tekanan dari uap yang dihasilkan selama proses pembakaran. Perkembangannya dimulai dari  sub critical steam, steam, kemudian  super critical steam, steam, serta ultra super critical steam  steam  (USC). Sebagai contoh PLTU yang menggunakan teknologi USC adalah pembangkit no. 1 dan 2 milik J-Power di teluk Tachibana, Jepang, yang  boilernya masing  –  masing   masing berkapasitas 1050 MW buatan Babcock Hitachi. Tekanan uap yang dihasilkan adalah sebesar 25 MPa (254.93 kgf/cm 2) dan suhunya mencapai 600℃/610℃ (1  (1 stage  stage reheat cycle). cycle). Perkembangan kondisi uap dan grafik peningkatan efisiensi pembangkitan pada PCC ditunjukkan pada gambar 4 di di bawah ini. Pada PCC, batubara diremuk dulu dengan menggunakan coal pulverizer   (coal mill ) sampai berukuran 200 mesh (diameter (d iameter 74μm), kemudian be bersama rsama –   –  sama  sama dengan udara pembakaran disemprotkan ke boiler untuk dibakar. Pembakaran metode ini sensitif terhadap kualitas batubara yang digunakan, terutama sifat ketergerusan ( grindability),  grindability), sifat slagging  sifat  slagging , sifat fauling  sifat  fauling , dan kadar air (moisture ( moisture content ). ). Batubara KONVERSI BATUBARA

Page 7 

 

Combustion

yang disukai untuk boiler  PCC   PCC adalah yang memiliki sifat ketergerusan dengan HGI ( Hardgrove  Hardgrove Grindability Index) Index) di atas 40 dan kadar air kurang dari 30%, serta rasio  bahan bakar ( fuel ratio) ratio) kurang dari 2. Pembakaran dengan metode PCC ini akan menghasilkan abu yang terdiri diri dari clinker ash sebanyak ash sebanyak 15% dan sisanya berupa  fly ash. ash.

Gambar 5. PCC Boiler (Sumber: Idemitsu Kosan Co., Ltd)

Ketika dilakukan pembakaran, senyawa Nitrogen yang ada di dalam batubara akan beroksidasi membentuk NOx yang disebut dengan fuel dengan fuel NOx,  NOx, sedangkan Nitrogen Nitrogen  pada udara pembakaran akan mengalami oksidasi suhu tinggi membentuk NOx pula yang disebut dengan thermal  NOx.  NOx. Pada total emisi NOx dalam gas buang, kandungan  kandungan   fuel  NOx   NOx mencapai 80 –  80 –  90%.  90%. Untuk mengatasi NOx ini, dilakukan tindakan denitrasi (de-NOx) di boiler  saat   saat proses pembakaran berlangsung, dengan memanfaatkan sifat reduksi NOx dalam batubara.

KONVERSI BATUBARA

Page 8 

 

Combustion

Gambar 6. Proses denitrasi pada boiler PCC (Sumber: Coal Science Handbook, 2005)

Pada proses pembakaran tersebut, kecepatan injeksi campuran batubara serbuk dan udara ke dalam boiler dikurangi sehingga pengapian bahan bakar dan pembakaran  juga melambat. Hal ini dapat menurunkan menurunkan suhu pembakaran, yang berakibat pada menurunnya kadar thermal  NOx.  NOx. Selain itu, sebagaimana terlihat pada gambar 6 di atas, bahan bakar tidak semuanya dimasukkan ke zona pembakaran utama, tapi sebagian dimasukkan ke  bagian di sebelah atas burner   utama. NOx yang dihasilkan dari pembakara utama selanjutnya dibakar melalui 2 tingkat. Di zona reduksi yang merupakan pembakaran tingkat pertama atau disebut pula pembakaran reduksi (reducing ( reducing combustion), combustion), kandungan Nitrogen dalam bahan bakar akan diubah menjadi N 2. Selanjutnya, dilakukan pembakaran tingkat kedua atau pembakaran oksidasi (oxidizing ( oxidizing combustion), combustion ), berupa pembakaran sempurna di zona pembakaran sempurna. Dengan tindakan ini, NOx dalam gas buang dapat ditekan hingga mencapai 150  –  200   200 ppm. Sedangkan untuk desulfurisasi masih memerlukan peralatan tambahan yaitu alat desulfurisasi gas buang.

B.  Pulverised coal injection (PCI)

Suatu tanur tiup menggunakan bijih besi, kokas (dibuat dari batu bara kokas khusus) dan sedikit batu gamping. Beberapa tanur menggunakan batu bara ketel uap yang lebih murah –  murah –  disebut  disebut pulverised coal injection (PCI –  (PCI  –  injeksi  injeksi serbuk batu bara) –  bara)  –   untuk menghemat biaya. Bijih besi adalah mineral yang mengandung oksida besi.

KONVERSI BATUBARA

Page 9 

 

Combustion

Bijih besi komersial biasanya memiliki kandungan besi setidak-tidaknya 58%. Bijih  besi ditambang di sekitar 50 negara  –   tujuh negara penghasil bijih besi terbesar memberikan kontribusi sekitar 75% dari produksi dunia. Sekitar 98% bijih besi digunakan dalam pembuatan baja. Kokas terbuat dari  batu bara kokas, yang memiliki kandungan fisika tertentu yang membuat batu bara menjadi lembut, mencair dan kemudian membeku kembali menjadi bongkahan keras namun berpori pada saat dipanaskan tanpa udara. Batubara kokas harus selalu memiliki kandungan sulfur dan fosfor yang rendah dan karena batu bara kokas relatif langka, maka harganya lebih mahal daripada batu bara ketel uap yang digunakan pada  pembangkit listrik. Batu bara kokas diancurkan dan dicuci. Kemudian batu bara kokas „dimurnikan‟ atau „dikarbonisasikan‟ dalam sejumlah tungku kokas yang disebut  baterai. Selama proses ini, hasil-hasil sampingan dibuang dan kokas diproduksi. diproduksi. Tanur Tiup

Bahan mentah  –   bijih besi, kokas dan fluks (mineral-mineral seperti batu gamping yang digunakan untuk menarik bahan-bahan campuran)  –  dimasukkan   dimasukkan pada  bagian atas ata s ttanur anur tiup. t iup. Udara dipanaskan sampai sa mpai sekitar sek itar 1200°C dan dihembuskan ke dalam tanur melalui pipa yang berada di bagian bawah. Udara membuat kokas terbakar sehingga menghasilkan karbon monoksida yang menimbulkan reaksi kimia. Bijih besi dikurangi untuk meleburkan besi dengan mengeluarkan oksigen. Keran di  bagian dasar tanur t anur dibuka secara berkala dan besi bes i lebur serta terak t erak logam dikeringkan. Pada suatu basic oxygen furnace (BOF  –  Tanur   Tanur oksigen dasar) dimasukkan potongan  baja dan batu gamping yang lebih banyak dan oksigen murni 99% ditiupkan pada campuran tersebut. Reaksi dengan oksigen menaikkan suhu sampai 1700°C, mengoksidasikan bahan-bahan campuran, dan meninggalkan baja cair yang hampir murni. Sekitar 0,63 ton (630 kg) kokas akan menghasilkan 1 ton (1000 kg) baja. Saat ini, basic oxygen furnace memproduksi sekitar 64% dari baja dunia. Sekitar 33% baja diproduksi dalam electric arc furnace (EAF  –   tanur busur cahaya). EAF digunakan untuk menghasilkan baja baru dari potongan-potongan logam. Jika  baja potongan telah tersedia, maka metode ini lebih murah daripada tanur tiup konvensional. Electric arc furnace mendapat daya dari baja potongan dan besi. Elektroda dipasang pada tanur dan pada saat listrik dialirkan, maka elektorda tersebut akan menghasilkan busur listrik. Energi yang diperoleh dari busur tersebut akan menaikkan suhu sampai 1600°C, yang melelehkan potongan-potongan baja dan KONVERSI BATUBARA

Page 10 

 

Combustion

menghasilkan baja lebur. Listrik yang digunakan pada EAF banyak yang dihasilkan oleh Batu bara. Perkembangan dalam industri baja memungkinan untuk menggunakan teknologi „injeksi bubuk batubara‟. Teknologi demikian memungkinkan batu bara b ara untuk langsung diinjeksikan ke dalam tanur tiup. Berbagai ragam batu bara, termasuk  batu bara ketel uap dapat dalam PCI. Baja dapat didaur ulang 100%, dimana sekitar 383 Jt dari baja daur ulang digunakan pada tahun 2003 dan sekitar 400 Jt digunakan  pada tahun 2004. Proses BOF menggunakan baja daur ulang sebanyak 30% dan sekitar 90-100% digunakan dalam produksi EAF. Hasil-hasil sampingan dari  pembuatan besi dan baja juga bisa didaur ulang  –   kerak logam misalnya, dapat dipadatkan, dihancurkan dan digunakan dalam adukan tanah, permukaan jalan dan semen.

Gambar 2 Pulverised Pulver ised coal injection (PCI)

C.  Fluidized Bed Combustion

Sistem Fluidized bed Combustion ini menggunakan bahan bakar yang mudah terbakar seperti batubara, kertas, sekam padi, serpihan kayu (saw dust), cangkang sawit. Memerlukan pasir silica sebagai media untuk menyimpan panas. Hembusan angin dari FDF Force Draft Fan akan melewati furnace nozzle akan menggerakkan  pasir silica yang bercampur dengan batubara yang terbakar sehingga menimbulkan  panas yang menyerupa lava dan bergerak naik turun sesuai dengan tekanan angin yang yang telah di atur sedemikian rupa. KONVERSI BATUBARA

Page 11 

 

Combustion

Dengan menggunakan metode bubling makan panas di dalam dapur hingga sampai temperature 700 - 950 derajat celcius. Panas di dalam furnace di kontrol oleh FBC tube sehingga temperatur didalam furnace maksimal 900-1000 derajat celcius. Sehingga terhindar dari terbentuknya NOx yang berbahaya bagi lingkungan. Dengan terjaganya suhu dalam temperatur rendah sehingga pasir silca dan abu  pembakaran tidak akan meleleh. Apabila sampai meleleh hal ini menyebabkan  pengerasan atau membatu sehingga operasi boiler berhenti. Pada sistem ini di lengkapi Silica Sand Vibrator yang berfungsi untuk menyaring kotoran di dalam dapur dengan  pasir silica dan di masukkan kembali dengan otomatis otomatis tanpa boiler berhenti.

Gambar 3 Fluidized Bed Combustion

KONVERSI BATUBARA

Page 12 

 

Combustion

Keunggulan Boiler dengan system Fluidized Fluidized Bed Combustion :  1.  Pembakaran sempurna ( Perfect Combustion ).

System FBC adalah system pembakaran yang tertutup, sehingga seluruh  batubara yang masuk ke dalam dapur api akan terbakar sempurna ( 100 % ), sebelum habis terbakar batubara akan terperangkap ter perangkap di dalam pasir pa sir silica yang  bergerak, dengan demikian efficiency boiler menjadi tinggi. tinggi. 2.  Batu bara yang digunakan dalam system FBC sangat flexible

Menggunakan batubara rendah kalori, dengan ukuran 0 ~ 15 mm. Spesifikasi Batu bara tersebut adalah yang paling murah dan paling banyak tersedia di indonesia.

3.  Tidak ada mechanical yang bergerak

Dalam system FBC tidak ada mechanical yang bergerak dalam dapur api yang sangat panas. 4.  Temperature pembakaran yang rendah.

Design temperature System FBC kami adalah maksimum 950 °C, karakteristik Batu bara Indonesia, abu dari batubara akan mulai berubah bentuk atau meleleh pada suhu 1050 °C sehingga dengan design yang kami tawarkan tidak akan terjadi “Melting Ash” atau kandungan abu batubara yang meleleh. Dan juga  pembakaran suhu rendah dapat menghindari menghindari terbentuknya NOx, NOx baru akan terbentuk pada suhu 1000°C. 5.  Pemasuk Pemasukan an Batubara

Dalam system FBC, Batubara dimasukan kedalam ruang bakar sedikit demi sedikit menggunakan screw conveyor komposisi batubara adalah 5 % dan 95 % lainnya adalah pasir silica, sehingga sangat mudah untuk melakukan control bila terjadi Fluktuasi pada pemakaian uap di pabrik dengan mengatur kecepatan pada screw conveyor. 6.  Investas Investasii Cepat Kembali

Dengan menggunakan Boiler sistem Fluidized Bad Combustion (FBC) efisiensi pemakaian batu bara sangat tinggi, sehingga biaya produksi industri akan lebih rendah dibandingkan dengan Boiler dengan bahan bakar minyak (BBM) 

KONVERSI BATUBARA

Page 13 

 

Combustion

Pada pembakaran dengan metode FBC, batubara diremuk terlebih dulu dengan menggunakan crusher  sampai  sampai berukuran maksimum 25mm. Tidak seperti pembakaran menggunakan  stoker  yang   yang menempatkan batubara di atas kisi api selama pembakaran atau metode PCC yang menyemprotkan campuran batubara dan udara pada saat  pembakaran, butiran batubara dijaga agar dalam posisi mengambang, dengan cara melewatkan angin berkecepatan tertentu dari bagian bawah boiler . Keseimbangan antara gaya dorong ke atas dari angin dan gaya gravitasi akan menjaga butiran  batubara tetap dalam posisi pos isi mengambang sehingga se hingga membentuk lapisan seperti fluida yang selalu bergerak. Kondisi ini akan menyebabkan pembakaran bahan bakar yang lebih sempurna karena posisi batubara selalu berubah sehingga sirkulasi udara dapat  berjalan dengan baik dan mencukupi mencukupi untuk proses pembakaran. pembakaran. Karena sifat pembakaran yang demikian, maka persyaratan spesifikasi bahan  bakar yang akan digunakan untuk untuk FBC tidaklah seketat pada metode pembakaran yang lain. Secara umum, tidak ada pembatasan yang khusus untuk kadar zat terbang (volatile matter ), ), rasio bahan bakar ( fuel ratio) ratio) dan kadar abu. Bahkan semua jenis  batubara

termasuk

peringkat

rendah

sekalipun

dapat

dibakar

dengan

baik

menggunakan metode FBC ini. Hanya saja ketika batubara akan dimasukkan ke boiler , kadar air yang menempel di permukaannya ( free ( free moisture) moisture) diharapkan tidak lebih dari 4%. Selain kelebihan di atas, nilai tambah dari metode FBC adalah alat  peremuk batubara yang dipakai tidak terlalu rumit, rumit, sert sertaa ukuran boiler  dapat  dapat diperkecil dan dibuat kompak. Bila suhu pembakaran pada PCC adalah sekitar 1400 –  1400  –  1500  1500℃, maka pada FBC, suhu pembakaran berkisar antara 850 –  850  –  900  900℃ saja sehingga kadar thermal thermal NOx  NOx yang timbul dapat ditekan. Selain itu, dengan mekanisme pembakaran 2 tingkat seperti pada PCC, kadar NOx total dapat lebih dikurangi lagi. Kemudian, bila alat desulfurisasi masih diperlukan untuk penanganan SOx pada metode pembakaran tetap dan PCC, maka pada FBC, desulfurisasi dapat terjadi  bersamaan dengan proses pembakaran di boiler . Hal ini dilakukan dengan cara mencampur batu kapur (lime (lime stone, stone, CaCO3) dan batubara kemudian secara bersamaan dimasukkan ke boiler . SOx yang dihasilkan selama proses pembakaran, akan bereaksi dengan kapur membentuk gipsum (kalsium sulfat). Selain untuk proses desulfurisasi,  batu kapur juga berfungsi sebagai media untuk  fluidized bed   karena sifatnya yang lunak sehingga pipa pemanas (heat ( heat exchanger tube) tube) yang terpasang di dalam boiler   tidak mudah aus. KONVERSI BATUBARA

Page 14 

 

Combustion

Gambar . Tipikal boiler FBC (Sumber: Coal Science Handbook, 2005)

Berdasarkan mekanisme kerja pembakaran, metode FBC terbagi 2 yaitu  Bubbling   FBC dan Circulating FBC (CFBC), seperti ditampilkan pada gambar 7 di atas. Dapat dikatakan bahwa Bubbling  bahwa  Bubbling  FBC  FBC merupakan prinsip dasar FBC, sedangkan CFBC merupakan pengembangannya. Pada CFBC, terdapat alat lain yang terpasang pada boiler yaitu cyclone cyclone   suhu tinggi. Partikel media  fluidized bed yang belum bereaksi dan batubara yang belum terbakar yang ikut terbang bersama aliran gas buang akan dipisahkan di cyclone cyclone   ini untuk kemudian dialirkan kembali ke boiler . Melalui proses sirkulasi ini, ketinggian  fluidized bed   dapat terjaga, proses denitrasi dapat berlangsung lebih optimal, dan efisiensi pembakaran yang lebih tinggi dapat tercapai. Oleh karena itu, selain batubara  berkualitas rendah, material seperti biomasa,  sludge  sludge,, plastik bekas, dan ban bekas dapat pula digunakan sebagai bahan bakar pada CFBC. Adapun abu sisa pembakaran hampir semuanya berupa  fly ash  ash  yang mengalir bersama gas buang, dan akan ditangkap lebih dulu dengan menggunakan  Electric Precipitator   sebelum gas buang keluar ke cerobong asap ( stack ). ).

KONVERSI BATUBARA

Page 15 

 

Combustion

Gambar 8. CFBC Boiler (Sumber: Idemitsu Kosan Co., Ltd)

Pada FBC, bila tekanan di dalam boiler  sama  sama dengan tekanan udara luar, disebut dengan Atmospheric dengan  Atmospheric FBC (AFBC), sedangkan bila tekanannya lebih tinggi dari pada tekanan udara luar, sekitar 1 MPa, disebut disebut dengan Pressurized dengan  Pressurized FBC  (PFBC).  (PFBC). Faktor tekanan udara pembakaran memberikan pengaruh terhadap  perkembangan teknologi FBC ini. Untuk  Bubbling   FBC berkembang dari PFBC menjadi Advanced  menjadi  Advanced  PFBC  PFBC (A-PFBC), sedangkan untuk CFBC selanjutnya berkembang menjadi Internal  menjadi  Internal  CFBC  CFBC (ICFBC) dan kemudian Pressurized  kemudian  Pressurized  ICFBC  ICFBC (PICFBC).

PFBC 

Pada PFBC, selain dihasilkan panas yang digunakan untuk memanaskan air menjadi uap untuk memutar turbin uap, dihasilkan pula gas hasil pembakaran yang memiliki tekanan tinggi yang dapat memutar turbin gas, sehingga PLTU yang menggunakan PFBC memiliki efisiensi pembangkitan yang lebih baik dibandingkan dengan AFBC karena mekanisme kombinasi (combined ( combined cycle) cycle) ini. Nilai efisiensi bruto  pembangkitan  pembangki tan (gross (g ross efficiency) efficiency) dapat mencapai 43%. Sesuai dengan prinsip pembakaran pada FBC, SOx yang dihasilkan pada PFBC dapat ditekan dengan mekanisme desulfurisasi bersamaan dengan pembakaran di dalam boiler , sedangkan NOx dapat ditekan dengan pembakaran pada suhu relatif rendah (sekitar 860℃) dan pembakaran 2 tingkat. Karena gas hasil pembakaran masih dimanfaatkan lagi dengan mengalirkannya ke turbin gas, maka abu pembakaran yang ikut mengalir keluar bersama dengan gas tersebut perlu dihilangkan lebih dulu. Pemakaian CTF (Ceramic (Ceramic Tube Filter ) dapat menangkap abu ini secara efektif.

KONVERSI BATUBARA

Page 16 

 

Combustion

Kondisi bertekanan yang menghasilkan pembakaran yang lebih baik ini secara otomatis akan menurunkan kadar emisi CO 2  sehingga dapat mengurangi beban lingkungan.

Gambar 9. Prinsip kerja PFBC (Sumber: Coal Note, 2001)

Untuk lebih meningkatkan efisiensi panas, unit gasifikasi sebagian ( partial ( partial  gasifier ) yang menggunakan teknologi gasifikasi lapisan mengambang ( fluidized ( fluidized bed  gasification)) kemudian ditambahkan pada unit PFBC. Dengan kombinasi teknologi  gasification gasifikasi ini maka upaya peningkatan suhu gas pada pintu masuk (inlet  ( inlet ) turbin gas memungkinkan untuk dilakukan. Pada proses gasifikasi di  partial gasifier  gasif ier  tersebut,   tersebut, konversi karbon yang dicapai adalah sekitar 85%. Nilai ini dapat ditingkatkan menjadi 100% melalui kombinasi dengan pengoksidasi (oxidizer  (oxidizer ). ). Pengembangan lebih lanjut dari PFBC ini dinamakan dengan  Advanced   PFBC (A-PFBC), yang prinsip kerjanya ditampilkan pada gambar 10 di bawah ini. Efisiensi netto pembangkitan pembangkitan (net ( net efficiency) efficiency) yang dihasilkan pada APFBC ini sangat tinggi, dapat mencapai 46%.

KONVERSI BATUBARA

Page 17 

 

Combustion

Gambar 10. Prinsip kerja A-PFBC (Sumber: Coal Science Handbook, 2005) ICFBC  

Penampang boiler  ICFBC  ICFBC ditampilkan pada gambar 11 di bawah ini.

Gambar 11. Penampang boiler ICFBC (Sumber: Coal Note, 2001)

Seperti terlihat pada gambar, ruang pembakaran utama (primary combustion chamber)   dan ruang pengambilan panas (heat recovery chamber)  chamber) chamber)   dipisahkan oleh dinding penghalang yang terpasang miring. Kemudian, karena pipa pemanas (heat ( heat exchange tube) tube) tidak terpasang langsung pada ruang pembakaran utama, maka tidak ada kekhawatiran terhadap keausan pipa sehingga pasir silika digunakan sebagai  pengganti batu kapur untuk media FBC. Batu kapur masih tetap digunakan digunakan sebagai  bahan pereduksi SOx, hanya hanya jumlahnya ditekan sesuai dengan keperluan saja. Di bagian bawah ruang pembakaran utama terpasang

windbox   untuk windbox

mengalirkan angin ke boiler , dimana angin bervolume kecil dialirkan melalui bagian KONVERSI BATUBARA

Page 18 

 

Combustion

tengah untuk menciptakan lapisan bergerak (moving ( moving bed ) yang lemah, dan angin  bervolume besar dialirkan melewati kedua sisi windbox windbox tersebut  tersebut untuk menimbulkan lapisan bergerak yang kuat. Dengan demikian maka pada bagian tengah ruang  pembakaran utama akan terbentuk lapisan bergerak yang turun secara perlahan, sedangkan pada kedua sisi ruang tersebut, media FBC akan terangkat kuat ke atas menuju ke bagian tengah ruang pembakaran utama dan kemudian turun perlahan  –   lahan, dan kemudian terangkat lagi oleh angin bervolume besar dari windbox windbox.. Proses ini akan menciptakan aliran berbentuk spiral ( spiral flow flo w) yang terjadi secara kontinyu  pada ruang pembakaran utama. Mekanisme aliran spiral dari media FBC ini dapat menjaga suhu lapisan mengambang supaya seragam. Selain itu, karena aliran tersebut  bergerak dengan sangat dinamis, d inamis, maka pembuangan pe mbuangan material mater ial yang tidak t idak terbakar juga lebih mudah. Kemudian, ketika media FBC yang terangkat kuat tersebut sampai di bagian atas dinding penghalang, sebagian akan berbalik menuju ke ruang pengambilan panas. Karena pada ruang pengambilan panas tersebut juga dialirkan angin dari bagian  bawah, maka pada ruang tersebut akan terbentuk lapisan bergerak yang turun perlahan  juga. Akibatnya, media FBC akan mengalir dari dar i ruang r uang pembakaran utama menuju ke ruang pengambilan panas kemudian kembali lagi ke ruang pembakaran utama, membentuk aliran sirkulasi (circulating ( circulating flow) flow) di antara kedua ruang tersebut. Menggunakan pipa pemanas yang terpasang pada ruang pengambilan panas, panas dari ruang pembakaran utama diambil melalui mekanisme aliran sirkulasi tadi. Secara umum, perubahan volume angin yang dialirkan ke ruang pengambilan  panas berbanding lurus dengan koefisien hantar panas secara keseluruhan. Dengan demikian maka hanya dengan mengatur volume angin tersebut, tingkat keterambilan  panas serta suhu pada lapisan mengambang dapat dikontrol dengan baik, sehingga  pengaturan beban dapat dilakukan dilakukan dengan mudah pula. pula. Untuk lebih meningkatkan kinerja pembangkitan, proses pada ICFBC kemudian diberi tekanan dengan cara memasukkan unit ICFBC ke dalam wadah bertekanan ( pressurized  pressurized vessel ), ), yang selanjutnya disebut dengan  Pressurized  ICFBC   ICFBC (PICFBC). Dengan mekanisme ini maka selain uap air, akan dihasilkan dihas ilkan pula gas hasil pembakaran  bertekanan tinggi yang dapat digunakan untuk memutar turbin gas sehingga  pembangkitan  pembangki tan secara kombinasi (combined ( combined cycle) cycle) dapat diwujudkan.

KONVERSI BATUBARA

Page 19 

 

Combustion

Kesimpulan

Pada sebuah boiler dengan bahan bakar batubara, sistem kontrol pembakaran yang ada menjadi satu hal yang sangat krusial. Untuk memaksimalkan efisiensi operational, proses pembakaran harus diatur secara akurat, sehingga bahan bakar yang digunakan harus pada jumlah yang tepat sesuai dengan kebutuhan uap air. Selain itu,  proses pembakaran harus dilakukan dengan aman, sehingga tidak t idak membahayakan para  pekerja, pabrik, serta lingkungan lingkungan sekitar. Jumlah batubara dengan udara sehingga didapatkan proses pembakaran yang sempurna di dalam furnace  furnace   boiler diatur sesuai dengan air-fuel ratio teoritis. ratio teoritis. Namun secara prakteknya, untuk mendapatkan pembakaran yang sempurna tersebut tidaklah mudah. Karena faktor kerugian dari proses pembakaran tidak mungkin dapat dihindari. Yang dapat dilakukan yaitu mengatur proses pembakaran dengan menekan serendahrendahnya kerugian/losses kerugian/losses yang  yang mungkin terjadi. Ada dua faktor kerugian yang muncul pada saat proses pembakaran batubara dilakukan. Jika jumlah udara (oksigen) kurang dari kebutuhan pembakaran, maka  jumlah bahan ba han bakar yang tidak terbakar akan semakin banyak sehingga terbuang siasia melalui cerobong ( stack ). ). Namun jika sebaliknya, jumlah oksigen semakin banyak yang ditandai dengan jumlah excess air   juga semakin banyak, maka akan semakin  banyak pula energi panas yang ikut terbuang keluar karena diserap oleh excess air tersebut. tersebut. Kerugian yang kedua ini sering disebut dengan heat loss. loss. Oleh karena adanya dua macam kerugian inilah maka dicari kerugian total yang paling rendah. Untuk lebih memahami kerugian-kerugian dari proses pembakaran batubara tersebut mari kita perhatikan grafik di bawah ini. Sesuai dengan grafik tersebut kerugian total yang paling rendah, didapatkan pada jumlah excess air  “A”. “A”.  

KONVERSI BATUBARA

Page 20 

 

Combustion

Pada Furnace  Heat Losses dan Losses dan Unburned Losses Pada  Furnace   Berikut adalah contoh sistem-sistem kontrol proses pembakaran batubara pada  boiler mulai dari yang paling paling sederhana hingga yang kom kompleks: pleks: 1.  Sistem Kontrol Paralel 

Cara yang paling sederhana dalam mengontrol proses pembakaran batubara adalah dengan mengatur jumlah batubara dan udara yang masuk ke boiler secara  paralel. Jumlah batubara yang masuk ke dalam boiler diatur oleh sebuah control valve  sedangkan jumlah udara diatur oleh damper , keduanya dihubungkan secara valve mekanikal sehingga setiap perubahan jumlah batubara yang masuk akan selalu diikuti oleh jumlah udara yang masuk ke boiler.

Sistem Kontrol Paralel Pembakaran Batubara

KONVERSI BATUBARA

Page 21 

 

Combustion

Sistem kontrol ini cocok digunakan pada boiler-boiler berukuran ber ukuran kecil. Dan akan semakin tidak cocok jika digunakan pada boiler yang berukuran semakin besar. Kelemahan mendasar dari sistem kontrol ini adalah adanya asumsi bahwa jumlah dari  batubara dan udara yang masuk ke boiler adalah konstan sesuai dengan yang diharapkan, jika posisi control valve dan valve dan damper  pada posisi tertentu. Sehingga  jumlah excess air   serta jumlah aktual batubara yang masuk ke boiler tidak diketahui secara tepat. 2.  F low R atio Contr Contr ol 

Pada sistem kontrol yang kedua ini, digunakan sensor pembacaan debit aliran udara dan bahan bakar sebagai input untuk mengontrol jumlah udara yang masuk ke  boiler. Sistem kontrol ini juga menggunakan persamaan teoritis untuk memproses sinyal input dari debit aliran batubara sehingga didapatkan kontrol udara yang lebih mendekati teoritis.

 Flow Ratio Control  Control   Sistem kontrol ini disebut dengan sistem kontrol fuel-lead  kontrol fuel-lead , karena sistem ini menjadikan debit batubara sebagai nilai acuan untuk mengatur besar aliran udara yang akan masuk ke boiler. Pada sistem ini perintah utama kebutuhan pembakaran batubara yang diatur oleh master demand , dikirimkan hanya kepada control valve batubara. valve batubara. Kebalikan dari sistem ini adalah sistem air-lead , dimana debit aliran udara menjadi nilai acuan sistem kontrol. KONVERSI BATUBARA

Page 22 

 

Combustion

3.  Sistem Kontrol Bersilangan  

Sistem kontrol ini mirip dengan sistem kontrol paralel, hanya saja sudah dipergunakannya sensor pembacaan debit aliran batubara dan udara sebagai sinyal feed-for sinyal  feed-forwar ward  d .

Masing-masing

sistem

kontrol

bahan

bakar

dan

udara

mendapatkan sinyal perintah utama dari master demand , namun nilai kontrol-nya masih dipengaruhi juga oleh kondisi aktual debit aliran batubara dan udara. Hasil Hasi l akhir dari sistem kontrol ini adalah diharapkan terjadi proses pembakaran yang lebih responsif untuk perubahan nilai beban boiler serta lebih akurat.

Sistem Kontrol Bersilangan 4.  Penggunaan Sensor E xcess xcess Ai r  

Satu parameter yang dapat digunakan untuk lebih mempresisikan sistem kontrol  pembakaran batubara pada boiler adalah jumlah excess air  pada gas buang hasil hasi l  pembakaran. Pembacaan excess air   pada gas buang menggunakan  menggunakan oxygen analyzer .  Pembacaan excess air  digunakan sebagai sinyal feed sinyal feed forward   pada sistem kontrol  pembakaran batubara.

KONVERSI BATUBARA

Page 23 

 

Combustion

Pembacaan Excess Pembacaan  Excess Air  Sebagai  Sebagai Sinyal Input Sistem Kontrol 5.  Penggunaan Sensor Gas Buang Lainnya 

Sistem kontrol pembakaran batubara pada boiler yang terakhir adalah dengan melibatkan parameter-parameter lain selain excess air . Salah satu parameter penting tersebut adalah gas karbon monoksida. Kandungan karbon monoksida dalam gas  buang menunjukkan menunjukkan jumlah gas yang tidak terbakar di ruang bakar. Sehingga sistem kontrol ini secara nyata berusaha untuk meminimalisir kerugian terbuangnya bahan  bakar yang tidak dapat dibakar, dibakar, serta kerugian ker ugian (heat (heat loss) loss) akibat excess air  yang  yang terlalu  besar.

Pembacaan Gas CO dan O 2 Pada Sistem Kontrol Pembakaran Batubara KONVERSI BATUBARA

Page 24 

 

Combustion

Pustaka

1.  Li, K. W.,Priddy.(1985). W.,Priddy.(1985).”” Power Plant System”. John Wiley & Sons, Inc. 2.  Van Kievelen, D, W.,(1993). “ Coal Typology –  Physic  Physic –  Chemistry  Chemistry –  Constituation  Constituation”.  Elsevier, Inc. 3.  Decker, Jr.,H.W.,and Hoff (1963). “Coal Preparation vol.1”. The Pennsylvania Statet University.

KONVERSI BATUBARA

Page 25