BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan akan listrik sangatlah penting untuk menunjang hampir semua aspek kehidupan yang ada didunia ini. Secara tidak sadar, kehidupan manusia pun tergantung dengan listrik ini. Untuk itu sangat penting untuk menjaga ketersediaan pasokan listrik sehingga kelangsungan hidup manusia dimuka bumi ini bisa tetap berjalan. Dinegara kita sendiri, s endiri, dampak dari kebutuhan listrik ini sangatlah terasa. Itu karena listrik telah memegang peranan penting dalam kehidupan kita semua. Untuk memenuhi kebutuhan akan listrik ini, umumnya digunakan beberapa jenis pembangkit listrik, contohn ya PLTU, P LTU, PLTG, P LTG, PLTA, P LTA, dan PLTP. Namun yang paling p aling banyak digunakan dinegara kita adalah PLTU dan PLTD, itu karena dipengaruhi oleh beberapa hal yang memang sangat menunjang untuk pembangkit tersebut tetap beroperasi secara terus menerus. PLTU adalah sebuah pembangkit listrik yang mana pembangkit ini menggunakan Uap sebagai Fluida kerjanya. Pembangkit ini biasanya memiliki kapasitas yang besar dibanding dengan pembangkit-pembangkit yang lain, karena bahan bakarnya yang masih banyak tersedia dan harganya yang murah. Pada PLTU terdapat peralatan-peralatan utama, yaitu Boiler, Turbin, dan Generator. Dan juga peralatan bantu seperti WTP, Coal Handling, Cooling Tower, CWP, dan lain-lain. Pada Boiler PLTU, dibedakan atas 2 jenis berdasarkan jenis bahan bakar yang digunakan. Boiler Tekanan Positif adalah salah satu jenisnya, dimana bahan bakar yang digunakan berupa bahan bakar cair seperti HSD dan MFO. Jenis Boiler ini 1
sudah sangat jarang digunakan karena sangat boros mengkonsumsi bahan bakar. Boiler Tekanan Negatif, yaitu boiler yang menggunakan batu bara sebagai bahan bakarnya. Jenis boiler ini adalah yang paling banyak digunakan, karena lebih hemat dalam konsumsi bahan bakar dan umumnya dibangun dalam kapasitas besar, sehingga akan sangat mempengaruhi SCC nantinya. Pada boiler tekanan negatif, kondisi ruang bakarnya ditentukan dari bukaan dumper dari Induced Draft Fan (IDF) (IDF) dan Forced Draft Fan (FDF). (FDF). Tekanan negative ini bertujuan agar gas hasil pembakaran didalam boiler bisa cepat keluar di stack atau cerobong. Didalam perjalanan gas hasil pembakaran yang menuju stack menuju stack ini, secara tidak langsung juga panasnya akan digunakan untuk memanaskan pipa pipa heat exchanger guna memaksimalkan efisiensi boiler.
2
1.2 Rumusan Masalah
Secara aktual, dalam pengoperasian boiler pada Unit 2 ini belum diketahui dengan jelas kondisi yang ada didalam furnace. Yang menjadi acuan adalah Tekanan dan Temperatur Main Steam untuk kerja Turbin, sehingga dampak yang terjadi pada Boiler akhirnya menjadi masalah baru yang belum terpecahkan. Mulai dari berapa banyak bahan bakar yang digunakan per jamnya, berapa banyak udara yang dibutuhkan untuk membakar sejumlah batu bara tersebut, hingga masalah slagging yang mulai mengganggu karena semakin membesar yang sewaktu-waktu akan menyebabkan Unit Pembangkit sangat terganggu. Oleh karena itu maka masalah yang menjadi Obyek dari penelitian ini dapat dirumuskan sebagai berikut: a.
Menghitung flow batu bara per menit per persentase pengoperasian dari coal feeder.
b.
Menghitung flow udara pembakaran yang dibutuhkan untuk membakar tiap kilogram (kg) batu bara.
c.
Menentukan
kondisi
stoikiometris
didalam
boiler
dengan
mengamati
peningkatan dan penurunan penurun an kandungan oksigen pada p ada gas buang.
3
1.3 Tujuan
Tujuan dari penulisan skripsi ini antara lain: a. Agar dapat menentukan banyaknya bahan bakar yang digunakan selama pengoperasian. b. Agar dapat menentukan banyaknya udara yang diperlukan untuk membakar tiap kilogram (kg) batu bara. c. Untuk dapat meningkatkan performa boiler untuk terus beroperasi secara continue. 1.4 Batasan Masalah
Agar penelitian menjadi terarah dan memberikan kejelasan analisa, maka dalam penulisan skripsi ini Penulis batasi yaitu hanya menghitung banyaknya udara pembakaran yang harus digunakan berdasarkan kandungan batu bara yang tertera pada Certificate Of Sampling and Analysis 8 Oktob er 2013. 1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penulisan skripsi ini antara lain: 1. Agar dapat dapat meningkatkan efisiensi pengkonsumsian bahan bakar batu bara 2. Agar dapat meningkatkan kehandalan unit PLTU Nii Tanasa 3. Agar dapat terus menyuplai listrik untuk kebutuhan masyarakat Kota Kendari sehingga mengurangi pemadaman bergilir akibat dari tidak beroperasinya PLTU Nii Tanasa.
4
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Batu Bara 2.1.1 Analisa Batubara A. Proximate Analysis (Batu Bara)
Proximate Analysis adalah analisis untuk mendapatkan persentase berat Karbon tetap, volatile, Ash, dan content moisture batu bara. Jumlah karbon tetap dan materi yang mudah terbakar mudah menguap secara langsung berkontribusi pada nilai kalor batu bara. Karbon tetap bertindak sebagai generator panas utama selama pembakaran. Kandungan bahan mudah menguap yang tinggi menunjukkan pengapian mudah bahan bakar. Kadar abu adalah penting dalam desain boiler, volume pembakaran, peralatan pengendalian polusi dan system penanganan abu dari furnace.
B. Ultimate Analysis (Batu Bara)
Ultimate Analysis adalah analisa akhir untuk mendapatkan kandungan kimia berbagai unsur seperti karbon, hydrogen, oksigen, sulphur, nitrogen, dan lain-lain. Hal ini berguna dalam menentukan jumlah udara yang dibutuhkan untuk pembakaran dan volume udara dan komposisi gas pembakaran. Informasi ini diperlukan untuk perhitungan suhu nyala dan perancangan saluran buang dan konstruksi boiler yang lainnya.
5
2.1.2 Kandungan Batubara A. Moisture (Kelembaban Batu Bara)
Moisture adalah air bebas yaitu air yang terikat secara mekanik dengan batu bara pada permukaannya, dalam retakan atau kapiler dan mempunyai tekanan uap normal. Selama proses penguapan, pada saat pembakaran akan terjadi kehilangan kalor. Adanya moisture juga dapat menahan kehilangan batubara halus selama proses pengangkutan. Cara menghilangkannya adalah dengan batubara dipanaskan sampai dengan 110oC.
B. Ash content (kandungan abu)
Sering juga disebut dengan mineral matter atau extraneous mineral matter yang sangat dipengaruhi oleh asal usul tumbuhan. Adalah abu yang ada dibatubara yang tidak dapat terbakar diruang bakar, hal ini dapat menambah ongkos angkut dan dapat menurunkan nilai kalor tiap Kg batubara. Abu tersebut diruang bakar juga akan meleleh, dan sebaiknya suhu pelelehannya setinggi mungkin agar dapat mengurangi terjadinya slagging pada ruang bakar.
6
C. Oxygen
Adalah jumlah oxygen yang ada di batubara. Oxygen akan menurunkan nilai kalor tiap Kg batubara, namun demikian keberadaan oxygen diperlukan untuk pembakaran H2 dan S, tetapi perlu dibatasi jumlahnya.
D. Nitrogen
Adalah jumlah nitrogen yang ada di batubara. Nitrogen akan menurunkan nilai kalor tiap Kg batubara, namun sama sekali tidak ada gunanya.
E. Chlorine dan Phospor
Jumlah chlorine dan phosphor yang ada dibatubara, unsure-unsur ini harus dibatasi sekecil mungkin sebab akan dapat mengikat kerak pada pipa-pipa superheater didalam boiler.
F. Carbon
Jumlah karbon padat (Fixed Carbon) yang ada dibatubara, jumlahnya akan sangat banyak ditentukan oleh kadar air, abu, dan zat terbang. Jika dibakar Carbon akan menghasilkan 8100 kCal/Kg.
7
G. Hydrogen
Jumlah hydrogen yang ada dibatubara, dibakar akan menghasilkan 34.000 kCal/kg, namun tidak semua hydrogen akan dapat menghasilkan nilai kalor sebab beberapa bagian diantaranya akan bersenyawa dengan O2 membentuk air. 1 Kg H2 dapat bersenyawa dengan 8 Kg O2, akan membentuk 9 H2O (air).Sehingga menghasilkan kalor hanya (gH2).
H. Nilai Kalor
Nilai kalor batubara adalah jumlah kalor (panas) yang dilepaskan apabila kita membakar 1 Kg batubara. Satuannya adalah kalori atau joule. Nilai kalor merupakan variable yang sangat penting karena harga batubara ditentukan oleh nilai kalornya. Umumnya semakin tua umur batubara maka makin tinggi nilai kalornya. Untuk batubara antarasit nilai kalornya mencapai 7000 Kcal/Kg dan untuk batubara Lignit bisa mencapai 4000 Kcal/Kg.
8
2.2 Boiler
Gambar 1. Boiler Stoker Boiler adalah peralatan utama PLTU, tempat terjadinya reaksi pembakaran. Pada boiler terdiri dari beberapa bagian penting, antara lain : 2.2.1
Boiler Drum
Boiler Drum adalah salat satu komponen pada boiler pipa air yang berfungsi sebagai reservoir campuran air dan uap air, dan juga berfungsi untuk memisahkan uap air dengan air ada proses pembentuka uap superheater. Namun tidak semua boiler pipa air (water tube) yang menggunakan boiler drum ini. Noiler supercritical beroperasi pada tekann sangat tinggi diatas tekanan kritis, sehingga tidak dimungkinkan terbentuk gelembung-gelembung uap air, karena itulah boiler supercritical tidak memerlukan boiler drum untuk memisahkan air dan uap air.
9
Gambar 2. Steam Drum 2.2.2
Superheater
Superheater adalah bagian boiler yang berfungsi sebagai pemanas uap, dari superheated steam (± 250 oC) menjadi superheated steam (± 340oC).
Gambar 3. Superheater 2.2.3
Riser
Riser memiliki desain material dan bentuk khusus yang harus tahan terhadap perbedaan temperature ekstrim antara ruang bakar dengan air/uap air yang mengalir didalamnya. Selain itu material pipa haruslah bersifat konduktor panas yang baik,
10
sehingga perpindahan panas (heat transfer) dari proses pembakaran ke air/uap air bisa efektif.
Gambar 4. Riser
2.2.4
IDF
ID Fan dipasang di dekat stack (cerobong pembuangan gas hasil pembakaran batubara) dan electrostatic precipitator (penangkap abu batubara jenis Fly Ash yang beterbangan sehingga dapat mengurangi polusi udara yang akan dikeluarkan melalui stack). ID Fan berfungsi untuk mempertahankan pressure pada furnace boiler dan bekerja pada tekanan atmosfir rendah karena digunakan untuk menghisap gas dan abu sisa pembakaran pada boiler untuk selanjutnya dibuang melalui stack. Sebelum gas dan abu sisa pembakaran dibuang, terlebih dahulu dilewatkan pada electrostatic precipitator agar bisa mengurangi prosentase polusi udara yang dihasilkan dari sisa pembakaran tersebut. Hal – hal yang harus diperhatikan terhadap ID Fan sama dengan FD Fan, tetapi yang membedakan adalah kinerja ID Fan di suhu yang tinggi karena ID Fan mensirkulasikan gas hasil pembakaran dan FD Fan hanya bekerja di suhu atmosfer
11
biasa, sehingga ID Fan mempunyai sistem pendinginan dengan air dan radiator untuk mencegah overheating.
Gambar 5. Induced Draft Fan (IDF)
12
2.2.5
FDF (Forced Draft Fan)
FD Fan terletak pada bagian ujung saluran air intake boiler dan digerakkan oleh motor listrik. Fan ini bekerja pada tekanan tinggi dan berfungsi menghasilkan udara sekunder (Secondary Air) yang akan dialirkan ke dalam boiler untuk mencampur udara dan bahan bakar dan selanjutnya digunakan sebagai udara pembakaran pada furnace boiler. Udara yang diproduksi oleh Force Draft Fan (FD Fan) diambil dari udara luar. Dalam perjalananya menuju boiler, udara tersebut dinaikkan suhunya oleh secondary air heater (pemanas udara sekunder) agar proses pembakaran bisa terjadi di boiler.
Gambar 6. Forced Draft Fan (FDF)
13
2.2.6
RBDF
Repetive Burning Draft Fan adalah komponen yang berfungsi untuk meniup kembali serbuk batu bara yang tidak terbakar didalam boiler. Udara yang ditiupkan adalah udara luar yang kamudian dihembuskan kedalam furnace bersama-sama dengan serbuk batu bara untuk meningkatkan efisiensi pengkonsumsian bahan bakar batu bara.
Gambar 7. Repetive Burning Draft Fan (RBDF)
14
2.3 Pembakaran
Pembakaran adalah reaksi kimia yang berlangsung sangat cepat antara unsur disertai dengan pelepasan Energi Panas dalam jumlah besar. Hukum Ketetapan Materi : Materi tidak dapat dilenyapkan atau diciptakan. Harus
selalu terdapat keseimbangan jumlah, antara zat yang masuk kedalam proses dan keluar. Dengan kata lain A Kg Bahan Bakar apabila direaksikan dengan B Kg Udara akan menghasilkan = (A + B) Kg keluaran (output). Hukum Ketetapan Energi : Energi tidak dapat dilenyapkan atau diciptakan. Jumlah
Energi yang masuk harus sama dengan jumlah energi yang dihasilkan, yang dapat dirubah adalah bentuk dari Energi tersebut. Pada pembakaran, energi kimia dirubah menjadi Energi Panas. Hukum Proust : Tiap-tiap pernyawaan Kimia mempunyai perbandingan berat
unsure-unsur yang sama. Contoh : Jika Hidrogen digabungkan dengan Oksigen untuk membentuk senyawa Karbon Monoksida ini selalu terjadi antara 12 gram Karbon dan 16 gram Oksigen sehingga rasio 12/16 adalah rasio massa tetap.
12
16
12/16 = Definite Ratio Hukum Avogradro : 1 Kg mol semua Gas apabila diukur pada (p) dan (T) yang
sama (0oC, 1 ATM) maka mempunyai jumlah molekul yang sama ( isi yang sama = 22,4 NM3).
15
Volume Mass Quantity Pressure Temperature
: : : : :
Ar
O2
N2
22,4 L 40 gr 1 mol 1 atm 273 K
22,4 L 32 gr 1 mol 1 atm 273 K
22,4 L 28 gr 1 mol 1 atm 273 K
2.3.1 Mutu Bahan Bakar
Adalah bilangan yang menyatakan jumlah Calori yang terkandung ada suatu jenis bahan bakar, jadi nilai kalor ini dapat dijadikan sebagai perhitungan transaksi pembelian bahan bakar disamping ada pertimbangan lainnya. Sebagai contoh : C memberikan
= 8100 Kcal/Kg
H2 memberikan
= 34.000 Kcal/kg
S memberikan
= 2.500 Kcal/Kg
16
Reaksi proses pembakaran C + O2
→
1 mol C + 1 mol O2 12 Kg C + 32 Kg O2 1 H2 + O2
CO2 + 8100 Kcal/Kg → 1 mol CO2 + 8100 Kcal/Kg → 44 Kg CO2 + 8100 Kcal/Kg
→ 2H2O + 34000 Kcal/Kg
1 mol 2H2 + 1 mol O2 → 1 mol H2O + 34000 Kcal/Kg 4 Kg H2 + 32 Kg O2 → 36 Kg 2H2O + 34000 Kcal/Kg S + O2 → SO2 + 2500 Kcal/Kg 1 mol S + 1 mol O2 → 1 mol SO2 + 2500 Kcal/Kg 32 Kg S + 32 Kg O2 → 64 SO2 + 2500 Kcal/Kg
2.3.2 Perhitungan Kalori
Zat Arang (C)
=
x 8100 Kcal (C dalam bahan bakar)
= 81 (C) Kcal/Kg BB
Zat Hydrogen (H)
= x 34.000 Kcal (H, hanya sisa) = 340 (H -
Zat Belerang (S)
=
Kcal/Kg BB
x 2.500 Kcal (S dalam bahan bakar)
= 25 (S) Kcal/Kg BB
17
Air (W)
=
x 600 Kcal (Air dalam Bahan Bakar )
= 6 (W) Kcal/Kg BB
Rumus Dulong
NCV (Net Calorific Value) = 81 C + 340 (H -
O2) + 25 S – 6W (dalam Kcal/Kg
Bahan Bakar)
GCV (Gross Calorific Value) = 81 C + 340 (H - O 2) + 25 S (dalam Kcal/Kg Bahan Bakar)
2.3.3 Hydrogen Sisa
Hidrogen + Oksogen
→
Air
2H2 + O2
→
2H2O
Ini berarti, 4 Kg + 32 Kg
→
36 Kg
Hidrogen + Oksigen
→
Air
1 Kg + 8 Kg
→
9 Kg
Jadi untuk tiap 1 Kg Hidrogen memerlukan 8 Kg Oksigen untuk saling terikat
dan membentuk Air, sehingga yang terjadi setara O2 dari H2 terikat oleh O2.
Sehingga yang menghasilkan kalor hanya sisa Hidrogen sebesar = (H2 - O2).
18
2.3.4 Udara Pembakaran
Dalam proses pembakaran bahan bakar baik Padat, Cair, dan Gas, selalu akan memerlukan udara untuk pembakaran (Primary Air dan Secondari Air) Dalam alam kita ini udara terdiri dari berbagai zat, namun karena yang dominan adalah Oksigen dan Nitrogen, maka dalam Teknik Pembakaran hanya akan diasumsikan sebagai berikut: a. 21% Oksigen dan 79% Nitrogen jika dihitung terhadap Volumenya (m3). b. 23,2% Oksigen dan 76,8% Nitrogen, jika dihitung terhadap Beratnya (Kg).
2.3.5 Kebutuhan Zat Asam (O 2)
Jumlah zat asam (O2) yang dibutuhkan untuk pembakaran dapat dihitung dari 1. Perbandingan zat arang (C) terbakar (bersenyawa) = (32/12) C
2. Perbandingan zat air (2H2) terbakar (bersenyawa) = 32/4 (H - O2) 3. Perbandingan zat belerang (S) terbakar (bersenyawa) = 32/32 S BA dari (O2 = 2 x 16 = 32), (C = 12), (H = 1), (S = 32) Sehingga kebutuhan Minimal Oxygen untuk pembakaran = O min O min =
( )
19
Sehingga dapat ditulis sebagai berikut : Kebutuhan Minimal Oxygen dihitung dari berat Oxygen terhadap Bahan Bakar O min = 2,66 + (8H – O2) + S. Kg O2/Kg Bahan Bakar Kebutuhan Minimal Oxygen dihitung dari Volume Oxygen terhadap Bahan Bakar 3
O min = 2,409 C + (7,24 H – 0,905 O2) + 0,905 S. NM O2/Kg Bahan Bakar. Faktor = 21/32,2 = 0,905
2.3.6 Kebutuhan Udara Minimum ( U min ) Pembakaran
Dalam proses pembakaran yang diperlukan dari udara hanyalah oksigennya ( tidak termasuk nitrogennya ). Kandungan oksigen pada udara sekitar 23,2 %, maka dapat diperoleh persamaan kebutuhan udara minimum untuk pembakaran adalah U min ( udara mengandung 23,2 kg O2 / 100 kg udara ) O min
( )
U min =
min NM udara 3
U min
{ }kg udara / kg bahan bakar
U min
kg udara / kg Bahan Bakar
20
2.3.7 Gas Sisa Pembakaran
Gas sebagai hasil persenyawaan reaksi pembakaran diantaranya CO2, H2O, SO2
NM
3
1.
Jumlah volume gas yang dihasilkan
2.
Gas yang berasal dari bahan bakar, tetapi tidak ikut bersenyawa atau terbakar diantaranya : N2, H2O, mineral-mineral lain ( Cl, phosphor, silica, Na, K ) dll
3.
Zat nitrogen ( N2 ) yang berasal dari uara pembakaran dan tidak bersenyawa dengan unsur bahan bakar 3
Jumlah volume gas yang dihasilkan = % N2 × kebutuhan udara pembakaran NM
Untuk menghitung gas sisa pembakaran, perlu digunakan hukum AVOGADRO, “apabila satu kilogram molekul ( gram mol ) gas-gas yang diukur pada P dan T yang sama maka volumenya adalah sama = 22,4 NM3
2.4
Slagging Dan Fouling
Slagging dan Foling adalah fenomena menempel dan menumpuknya abu batu bara yang melebur pada pipa penghantar panas (heat exchanger tube) ataupun dinding boiler. Kedua hal ini sangat serius karena dapat memberikan dampak yang besar pada operasional boiler, seperti masalah penghantar panas serta penurunan efisiensi boiler.
21
Gambar 8. Daerah terjadinya Slagging dan Fouling Fouling adalah endapan padat yang terbentuk dibagian konveksi pada tungku boiler yang berasal dari abu halus batubara (abu terbang) yang dihasilkan dari pembakaran serbuk batubara. Terjadinya endapan padat tersebut disebabkan oleh adanya tumpukan debu sublimasi dari zat-zat kimia antara lain senyawa Natrium. Slagging terjadi ditungku boiler bila endapat tersebut cukup panas, melunak dan akhirnya meleleh. Oleh sebab itu terbentuknya slagging tergantung dari endapan yang menyebabkan fouling dan laju alir panas pada permukaan endapan tersebut. Biasanya slagging ini terbentuk dibagian yang bersentuhan dengan nyala api, yang memiliki panas radiasi yang cukup besar pada tungku boiler.
22
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1
Waktu Dan Tempat
3.1.1
Waktu
Waktu pengambilan data yaitu pada 1 November 2013 s/d 30 November 2013. 3.1.2 Tempat Tempat pengambilan data yaitu pada PLTU Nii Tanasa Unit 2 dengan kapasitas pembangkit sebesar 10 MW.
3.2
Alat dan bahan yang digunakan
3.2.1
Alat
Adapun alat yang digunakan adalah peralatan-peralatan yang digunakan untuk memonitor kondisi unit pembangkit yang ada pada Central Control Room (CCR). 3.2.2
Bahan
Bahan yang digunakan adalah Fan-Fan yang digunakan pada Pembangkit PLTU.
23
3.3
Metode Pengumpulan Data
Dalam melaksanakan penelitian ini, pengumpulan data dilakukan pada saat Unit beroperasi Normal yaitu pada Daya 10 MW. Dengan variasi daya sebesar ±300 Kw. Kemudian mengambil data pada beberapa bagian, antara lain: 1.
Persentase bukaan FDF
2.
Persentase bukaan IDF
3.
Persentase bukaan SAF
4.
Persentase bukaan RBDF
5.
Persentase pengoperasian Coal Feeder
6.
Temperature Furnace sisi kiri dan kanan
7.
Daya generator
8.
Tekanan Main Steam
9.
Temperatur Main Steam
24
3.4 Langkah-Langkah Penelitian
Agar penelitian berjalan secara sistematis, maka diperlukan rancangan penelitian atau langkah-langkah dalam penelitian. Adapun flowchart penelitian ini adalah sebagai berikut: MULAI
MENCATAT PARAMETER UTAMA BOILER SEBELUM DILAKUKAN VARIASI PENGOPERASIAN
PENGUJIAN
MELAKUKAN VARIASI PENGOPERASIAN BERDASARKAN DATA-DATA HASIL PERHITUNGAN UDARA PEMBAKARAN
MENCATAT PARAMETER UTAMA BOILER SETELAH DILAKUKAN VARIASI PENGOPERASIAN
PENGOLAHAN DATA : 1. Menghitung banyaknya pengkonsumsian bahan bakar 2. Membandingkan panas yang dihasilkan didalam furnace 3. Menghitung SCC PLTU Unit 2
KESIMPULAN DAN SARAN
SELESAI
Gambar 9 : Flowchart Penelitian
25
3.5 Teknik Analisa Data
Teknik analisa data dalam penelitian ini adalah dengan menentukan keadaan pembakaran didalam boiler pada saat beroperasi normal sebelum dilakukan beberapa variasi pengoperasian berdasarkan dari hasil penelitian ini. Setelah itu dilakukan beberapa variasi pengoperasian berdasarkan dari hasil penelitian ini kemudian kembali memperhatikan perubahan-perubahan yang terjadi pada parameter-parameter utama yang menjadi patokan dalam pengoperasian Unit Pembangkit. Parameter-parameter ini kemudian menjadi faktor pembanding antara sebelum penelitian dan setelah penelitian dengan melakukan beberapa variasi pengoperasian.
26
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Menentukan Kebutuhan Udara Pembakaran 4.1.1
Menghitung Kandungan Kalori Pada Bahan Bakar Batu Bara Dengan Rumus Dulong
Nilai Kalor Bawah (NCV) =
( )
=
( )
= 5588,365 Kcal/Kg Bahan Bakar
Nilai Kalor Atas (GCV) =
( )
=
( )
= 5611,445 Kcal/Kg Bahan Bakar
27
4.1.2
Menghitung Kebutuhan Udara Pembakaran
Kebutuhan Oksigen (Omin) Omin
= 2,66 (C) + (8 (H) – O2) + S = 2,66 (0.5967) + (8 (0,0441) – 0.1707) + 0,0017 = 1,771022 Kg O2/Kg Batu Bara (Dihitung dari berat Oksigen terhadap bahan bakar)
Omin
= 2,409 (C) + (7,24 (H) – 0,905 (O2) + 0,905 (S) = 2,409 (0,5967) + (7,24 (0,0441) – 0,905 (0,1707) + 0,905 (0,0017) =1,603789 NM3 O 2/Kg Batu Bara (Dihitung dari Volume Oksigen terhadap bahan bakar)
Kebutuhan Udara Minimum (Umin) Pembakaran Umin
= 11,46 (C) + 34,48 (H) – 4,31 (O) + 4,31 (S) = 11,46 (0.5967) + 34,48 (0,0441) – 4,31 (0,1707) + 4,31 (0,0017) = 7,63036 Kg Udara/Kg Bahan Bakar (Dihitung dari berat Udara terhadap bahan bakar)
Umin
= 12,66 (C) + 38,09 (H) – 4,76 (O) + 4,76 (S) = 12,66 (0,5967) + 38,09 (0,0441) – 4,76 (0,1707) + 4,76 (0,0017) = 8,429551 NM3 Udara/Kg Bahan Bakar (Dihitung dari Volume udara terhadap bahan bakar)
28
4.1.3
Menghitung Gas Sisa Pembakaran
A. Dari Reaksi Pembakaran (CO 2, H2O,SO2)
59,67% C 4,41% 2H2 0,17% S
3 x 22,4 NM = x 22,4 NM3 =
3 x 22,4 NM 3 = x 22,4 NM
=
17,07% O
3
= 1,11384 NM CO2 = 0,24696 NM3 H2O 3
= 0,00119 NM SO2 3
= 0,23898 NM O2
B. Nitrogen (N2) Dari Air Pada Bahan Bakar, Sebagai Gas Yang Tidak Ikut Terbakar
0,75% N2
=
x 22,4 NM3
= 0,006 NM3 N2
12,18% H2O
=
x 22,4 NM3
= 0,151573 NM3 H2O
C. N2 Berasal Dari Udara Pembakaran Yang Tidak Ikut Terbakar
N2
=
3 x Umin NM
=
x (12,66 (C) + 38,09 (H) – 4,76 (O) + 4,76 (S))
= 6,659345 NM3 N2/Kg Batu Bara
29
Jadi Gas Bekas hasil pembakaran yang dihasilkan (Gmin) adalah A. Dari Reaksi Pembakaran
1. CO2
= 1,11384 NM3/Kg BB
2. H2O
= 0,24696 NM3/Kg BB
3. SO2
= 0,00119 NM /Kg BB
4. O2 dalam Batu Bara
= 0,23898 NM /Kg BB
3
3
B. Dari Nitrogen (N 2) Dan Air Yang Ada Dalam Bahan Bakar
1. N2 (Nitrogen)
= 0,006 NM3/Kg BB
2. H2O (Air)
= 0,151573 NM /Kg BB
3
C. Dari Nitrogen Dari Udara Pembakaran Yang Tidak Terbakar
1. Nitrogen (N2)
3
= 6,659345 NM /Kg BB
Jumlah Gas Bekas (Gmin) Campuran
= 8,417888 NM3/Kg BB
4.2 Menentukan Kondisi Ideal Didalam Boiler
Kondisi ideal pembakaran didalam boiler adalah keadaan stoikiometris yang harus dicapai pada proses pembakaran didalam boiler. Untuk itu dilakukan beberapa tahapan mengenai data-data yang harus dipenuhi untuk menentukan kondisi ideal tersebut. 4.2.1
Menentukan Flow Batu Bara Yang Masuk Ke Dalam Boiler
Pada tahap ini akan dihitung batu bara berdasarkan Persentase Pengoperasian Spreader per menit. Dikarenakan pengoperasian coalfeeder adalah berdasarkan kecepatan putaran motor penggerak coalfeeder, maka Persentase pengoperasian Coalfeeder yang digunakan adalah sebesar 10%,11%, dan 12%.
30
Berikut table hasil pengukuran berat batu bara: Tabel 1 : Pengukuran Berat Batu Bara Berdasarkan persentase Pengoperasian Coalfeeder (dalam Kg) Persentase Pengoperasian Coalfeeder (10%)
Spreader 1 (mewakili 1,2,3)
4 (mewakili 4,5,6)
Pengambilan sampel 1
13.26
11.75
Pengambilan sampel 2
14.31
15.34
Pengambilan sampel 3
13.86
15.19
Rata-rata Berat Sampel
13.81
14.09333333
Persentase Pengoperasian Coalfeeder (11%)
Spreader 1 (mewakili 1,2,3)
4 (mewakili 4,5,6)
Pengambilan sampel 1
16.51
17.22
Pengambilan sampel 2
15.24
14.35
Pengambilan sampel 3
15.51
16.07
15.75333333
15.88
Rata-rata Berat Sampel Persentase Pengoperasian Coalfeeder (12%)
Spreader 1 (mewakili 1,2,3)
4 (mewakili 4,5,6)
Pengambilan sampel 1
18.13
17.73
Pengambilan sampel 2
15.65
15.88
Pengambilan sampel 3
16.79
16.68
16.85666667
16.76333333
Rata-rata Berat Sampel
31
Dari tabel di atas maka didapatkan hasil sebagai berikut: Tabel 2. Flow BatuBara Per Menit (dalam Kg) Rata-rata pengambilan sampel
Spreader 1
4
10%
13.81
14.09333
11%
15.75333
15.88
12%
16.85667
16.76333
Range
1.52333
1.335
Dari table diatas, maka dapat disimpulkan bahwa jumlah batu bara yang masuk kedalam boiler per persentase pengerasian Coal Feeder adalah untuk Coalfeeder A sebesar 1,52333 kg/menit dan Coalfeeder B sebesar 1,335 kg/menit. 4.2.2
Menentukan Jumlah Udara Yang Masuk Kedalam Boiler
Berikut beberapa peralatan bantu yang digunakan pada Boiler 3
1.
Forced Draft Fan (FDF) memiliki kapasitas 106592 m /h
2.
Secondary Air Fan (SAF) memiliki kapasitas 25918 m /h
3.
Repetive Burning Draft Fan (RBDF) memiliki kapasitas 5532 m3/h
3
Dari data-data diatas maka untuk mencapai kondisi Stoikiometris di dalam Boiler adalah Tiap Kilogram (Kg) Batu Bara Memerlukan Udara Sebesar 7,63036 Kg.
32
Berikut tampilan Boiler yang sedang beroperasi :
Gambar 10. Boiler Unit 2 DCS Dari gambar ini bisa dilihat bahwa, Flow bahan bakar batu bara adalah sebesar 7922,399 Kg/h. Maka jumlah batu bara ini memerlukan udara sebesar 60450,76 Kg/h. Kondisi ini dicapai dengan : 1.
Mengoperasikan Foal Feeder A sebesar 17,5% dan B sebesar 13%
A. Pada kondisi pengoperasian coal feeder A sebesar 17,5% ini batu bara yang dimasukkan kedalam boiler adalah sebesar 79,97498 kg/mnt. B. Pada kondisi pengoperasian coal feeder B sebesar 13% ini batu bara yang dimasukkan kedalam boiler adalah sebesar 52,065 kg/mnt. Sehingga total pemakaian Bahan Bakar Batu Bara adalah sebesar 7922,399 kg/h.
33
2. Mengoperasikan FDF sebesar 43,8% Pada kondisi ini udara yang dimasukkan kedalam boier adalah sebesar 60366,67 kg/h yang dihembuskan pada bagian bawah chain grate. Udara inilah yang digunakan untuk proses pembakaran didalam boiler. 3.
Mengoperasikan SAF sebesar 20% Pada kondisi ini udara dari FDF dipakai untuk SAF untuk menghembuskan
bahan bakar batu bara kedalam boiler. Tetapi kondisi ini tidak boleh berubah karena semakin besar pembukaannya, maka panas hasil pembakaran akan terjebak diatas chain grate. 4.
Mengoperasikan RBDF sebesar 10% Pada kondisi ini, udara dihembuskan kembali kedalam boiler untuk
meningkatkan efisiensi pemakaian batu bara. Batu bara yang tidak terbakar sempurna, yang jatuh kedalam hoper, dihembuskan kembali bersama dengan udara luar. Pembukaan fan ini dibatasi agar udara yang masuk kedalam boiler tidak berlebih. Udara yang dimasukkan kedalam boiler oleh fan ini adalah sebesar 715,2876 kg/h. Setelah semua kondisi ini terpenuhi, bisa dilihat bahwa Temperatur Furnace sisi kiri dan kanan adalah sebesar 656,1 oc dan 675,8 oc, Tekanan Main Steam yang o
dihasilkan adalah sebesar 4,02 MPa dengan Temperatur 479,1 c. Dengan Daya Generator sebesar 10 MW.
34
4.3 Mengontrol Kadar Oksigen Didalam Gas Buang
Pada penelitian ini akan mencari kondisi yang ideal pada proses pembakaran dengan mengamati perubahan pada Flue Gas Oksigen Content . Flue Gas Oksigen Content diatur diatas dari 4% dan dibawah dari 8%. Flue Gas Oksigen Content berguna untuk mengamati kadar oksigen yang terkandung pada gas buang, seperti diketahui bahwa, kadar oksigen yang terlalu tinggi akan menurunkan nilai kalor tiap Kg batubara, namun demikian keberadaan oxygen diperlukan untuk pembakaran H2 dan S, tetapi perlu dibatasi jumlahnya. Maka dari itu berikut kurva penurunan kadar oksigen didalam boiler per persentase bukaan dumper FDF dan kurva perubahan yang terjadi pada Temperatur Main Steam. Data berikut akan menunjukkan hubungan antara penurunan nilai oksigen content dan temperature main steam yang dihasilkan boiler tanpa menambah atau mengurangi flow bahan bakar yang masuk keboiler, dengan daya generator tetap pada 10 MW (±100 kW).
35
Gambar 11. Kurva Penurunan Kadar Oksigen didalam gas buang terhadap persentase bukaan Dumper FDF
Dari gambar 11 diatas menunjukkan bahwa penurunan dari nilai Flue Gas Oksigen Content yang menjadi parameter banyaknya kandungan Oksigen didalam gas buang berkurang seiring dengan perubahan dari persentase bukaan dumper FDF . Untuk kondisi ini akan memberi dampak pada Temperatur Main Steam yang dikeluarkan oleh boiler.
36
Gambar 12. Kurva Perubahan Temperatur Main Steam terhadap persentase bukaan Dumper FDF
Dari gambar 12 diatas menunjukkan perubahan yang terjadi pada Temperatur Main Steam. Pada beberapa titik, menunjukkan temperature main steam berubah diikuti juga dengan nilai oksigen content. Titik tertinggi yaitu pada persentase bukaan dumper FDF sebesar 47% o
sehingga menghasilkan temperature main steam sebasar 495 c dengan oksigen content sebesar 9%. Pada kondisi ini gas hasil pembakaran akan keluar dengan cepat melalui cerobong tanpa bisa memaksimalkan perpindahan panas pada pipa-pipa pemanas udara dan Economizer. Sehingga pada kondisi ini sangat lah tidak baik. Pada sebuah titik, yaitu pada titik bukaan dumper FDF sebesar 41% akan o
menghasilkan main steam temperature sebesar 486 c dengan oksigen content sebesar 7,7%. Pada kondisi inilah boiler beroperasi dengan baik. Karena kadar oksigen
37
berada dibawah dari 8% dan penyerapan panas bisa maksimal pada pipa-pipa pemanas udara dan economizer. Pada titik bukaan dumper FDF sebesar 43% dan 44% terlihat bahwa main steam temperature tetap pada nilai 483oc dengan kadar oksigen sebesar 8,2% dan 8,4%. Pada Temperature main steam ini terjadi penurunan dikarenakan kadar oksigen yang terlalu tinggi mengurangi nilai kalor tiap kg batu bara. Pada titik bukaan dumper FDF sebesar 40% terlihat bahwa main steam temperature sebesar 482oc dengan kadar oksigen sebesar 7,6%. Pada kondisi ini terjadi penurunan temperature main steam secara cepat, sehingga menyebabkan daya dari Generator berubah. Karena itu kondisi ini dianggap tidak baik. Namun demikian perlu diketahui bahwa Nilai dari Flue Gas Oksigen Content ini tidak akan sesuai dengan jumlah udara pembakaran yang dibutuhkan. Hal ini dikarenakan ukuran dari batubara yang digunakan adalah berkisar antara 20 mm hingga 40 mm, hal ini menyebabkan udara yang seharusnya terbakar bersama dengan bahan bakar tidak sepenuhnya bereaksi dengan bahan bakar sehingga sebagian dari udara tersebut menjadi Acces Air (Udara Berlebih) dan menambah nilai Flue Gas Oksigen Content didalam boiler.
38
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang didapatkan dari penelitian ini antara lain: 1. Jumlah udara yang diperlukan untuk membakar tiap Kilogram (kg) bahan bakar batu bara adalah sebesar 7,63036 kg. 2. Persentase pengoperasian dari FDF yaitu sebesar 41% , SAF sebesar 25%, dan RBDF sebesar 10%. 3. Total pemakaian Bahan Bakar Batu Bara adalah 7922,399 Kg/h
5.2 Saran
Saran yang bisa diberikan oleh penulis antara lain: 1. Memperkecil ukuran batubara yang digunakan sehingga proses pembakaran didalam boiler menjadi lebih sempurna. 2. Sebelum mengoperasikan Boiler sangat perlu untuk memperhatikan perbandingan Udara dan Bahan Bakar Batu Bara untuk proses pembakaran. 3. Setiap perubahan dari Daya Generator, perlu diikuti juga dengan perubahan pembakaran yang ada didalam boiler.
39
