ANALISA KINERJA PULVERIZED COAL BOILER DI PLTU KAPASITAS 3x315 MW Andrea Ramadhan ( 0906488760 ) Jurusan Teknik Mesin – Universitas Indonesia email :
[email protected]
ABSTRAKSI Pulverized Coal (PC) Boiler adalah bejana tertutup yang didalamnya terdapat proses pembakaran untuk mengubah air menjadi uap panas yang bertekanan tinggi yang dalam proses pembakarannya menggunakan bahan bakar batubara yang dihaluskan terlebih dahulu dan dialiri udara panas lalu dibakar pada burner. Untuk meminimalisasi biaya operasional dibutuhkan efisiensi yang tinggi dari boiler. Dengan memonitor emisi gas buang dari boiler, efisiensi pembakaran dapat dikontrol untuk menghemat bahan bakar dan menurunkan pengeluaran biaya operasional. Selain itu juga diperlukan adanya perhatian terhadap konsentrasi terbentuknya gas beracun seperti NOx dari proses pembakaran karena menyangkut aspek lingkungan. Diharapkan dengan studi ini bisa diketahui apa saja yang mempengaruhi efisiensi pembakaran dari emisi gas buang dan juga diketahui karakteristik parameter-parameter yang mempengaruhi terbentuknya NOx sehingga bisa ditemukan adanya rekomendasi untuk usaha peningkatan efisiensi pembakaran dan penekanan konsentrasi NOx yang terbentuk. ABSTRACT Pulverized Coal (PC) boiler is a closed vessel in which there is a combustion process to convert water into high-pressure steam that in the combustion process using pulverized coal for fuel. By monitoring the flue gas from boilers, combustion efficiency can be controlled to save fuel and reduce operational expenses. It also required to focus on the formation of NOx concentration of the combustion process as it involves environmental aspects. Hopefully with this study,it can be discovered anything that affects combustion efficiencyfrom theemissions and also known characteristic of parameters that affect the NOx formed so that can be found on any efforts to increase combustion efficiency and efforts to decrease NOx formed. Kata Kunci : PC Boiler, combustion efficiency, emission
Analisa kinerja..., Andrea Ramadhan, FT UI, 2013
1.PENDAHULUAN
nilai efisiensi pembakaran dapat dilihat
Boiler digunakan untuk menghasilkan uap yang akan menggerakkan turbin uap, turbin uap terkoneksi dengan generator dan menghasilkan listrik. Sering kali proses pembakaran dan perpindahan panas pada
boiler
bekerja
tidak
efisien,
menyebabkan pemborosan bahan bakar, uap
yang
dihasilkan
mengakibatkan
tidak
kerja
optimal,
turbin
tidak
maksimal, sehingga daya listrik yang dihasilkan berkurang.
combustion
pembakaran
efficiency/efisiensi
dapat
dikontrol
untuk
menghemat bahan bakar dan menurunkan pengeluaran
biaya
operasional.
Combustion
efficiency
merupakan
kalkulasi tentang seberapa efektif proses pembakaran terjadi. Untuk mendapatkan nilai efisiensi pembakaran maksimum diperlukan
Selain
untuk
menghitung
efisiensi
pembakaran juga, emisi perlu dimonitor karena faktor lingkungan. Emisi dari hasil pembakaran ini menghasilkan banyak gas beracun yang berbahaya bagi lingkungan. Oleh karena itu pengontrolan terhadap emisi
sangat
diperlukan
untuk
mengevaluasi performa boiler. 2. MAKSUD DAN TUJUAN
Maksud dan tujuan dari tugas akhir ini
Dengan memonitor gas buang dari boiler,
dari emisi yang terbentuk pada gas buang.
terjadinya
adalah sebagai berikut : 1. Menghitung efisiensi pembakaran (combustion efficiency) dari PC Boiler PLTU X. 2. Menganalisa hubungan emisi gas buang terhadap efisiensi pembakaran. 3. Menganalisa
hubungan
NOx
dan
oksigen.
pembakaran
sempurna. Pembakaran sempurna terjadi ketika semua energi yang ada di batubara
4. Mencari peluang penambahan efisiensi untuk menekan konsumsi bahan bakar
terbakar seluruhnya dan kandungan karbon dan hidrogen terbakar secara keseluruhan
3. PERUMUSAN
tanpa terkecuali. Pembakaran sempurna terjadi
ketika
jumlah
udara
untuk
pembakaran bernilai tepat dalam hal ini disebut air fuel ratio (AFR) dan juga terjadi mixing yang tepat antara udara dan bahan bakar serta temperatur yang tepat
a) Menghitung nilai HHV dan LHV dari bahan bakar. Untuk menghitung HHV dan LHV bahan bakar dapat dihitung jika ultimate analysis-nya diketahui. Ultimate analysis
untuk pembakaran. Untuk mendapatkan
Analisa kinerja..., Andrea Ramadhan, FT UI, 2013
K2=97 (untuk batubara)
ini mengenai kandungan persentase dari C, H, O, N, S dari bahan bakar. Dalam hal ini bahan bakar yang
c) Menghitung wet flue gas produced (w)
digunakan adalah
batubara. Jika ultimate analysis dari batu bara diketahui maka HHV dan LHV dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut.
bahan bakar dan HHV dari bahan bakar maka dapat dihitung jumlah udara basah yang dihasilkan dari proses pembakaran dengan simbol w. Dengan diketahuinya
)
(
Dengan diketahuinya excess air, jenis
jumlah udara untuk pembakaran maka nantinya dapat dihitung nilai flue gas loss.
HHV =Higher Heating Value
Btu/Ib
LHV =Lower Heating Value
Btu/Ib
C
=fraksi massa dari karbon
Ib/Ib of fuel
H
=fraksi massa dari hidrogen Ib/Ib of fuel
W=wet flue gas produced
(Ib/Ib)
O
=fraksi massa dari oksigen
Ib/Ib of fuel
E=excess air
(%)
S
=fraksi massa dari sulfur
Ib/Ib of fuel
HHV=higher heating value (Btu/Ib)
W
=fraksi massa dari moisture Ib/Ib of fuel
A=konstanta pembakaran bahanbakar
[ (
)
]
=750 untuk batubara low rank coal
d) Wet flue gas loss (L)
b) Menghitungexcess air (E)
Dengan
Dari data flue gas analysis mengenai
diketahui
wet
flue
gas
emisi gas buang yaitu kandungan O2, N2,
produced (w), HHV dari bahan bakar, flue
dan CO dapat dilakukan perhitungan
gas
excess air.Excess air merupakan udara
temperature
berlebih yang dimasukkan kepembakaran
nilainya. flue gas loss (L) dengan rumus
dibandingkan dengan udara stoikiometri
berikut.
untuk
pembakaran.
Dapat
temperature (Ta)
(Tf) maka
dan
ambient
dapat
dilakukan
perhitungan untuk mencari excess air dengan rumus berikut jika hanya O2 saja yang diketahui.
L=wet flue gas loss (%) W=wet flue gas produced
(Ib/Ib)
cp= specific heat = 0,27 untuk batubara E = excess air
(%)
O2=kandungan O2pada gas buang
Tf=flue gas temperature
(oF)
Ta=ambient temperature
(oF)
(%)
K2=konstantajenisbahanbakar
Analisa kinerja..., Andrea Ramadhan, FT UI, 2013
dicari
HHV=Higher heating value (Btu/Ib)
dengan efisiensi pembakaran pada saat
LHV=Lower heating value
commisioning. Perhitungan dilakukan pada
(Btu/Ib)
saat beban 50 % sampai dengan 100 %.
e)Menghitung efisiensi pembakaran Dengan diketahui losses yang terjadi maka efisiensi pembakaran dapat dihitung
Dari tabel di bawah terlihat efisiensi pembakaran commisioning lebih tinggi daripada aktual. Hal ini dikarenakan
dengan rumus sebagai berikut.
beberapa hal diantaranya adalah excess air, temperatur
gas
buang
dan
kualitas
L = wet flue gas loss (%)
batubara yang digunakan. Excess air dan
Z = radiation and convection loss (%)
temperatur gas buang berbanding terbalik dengan efisiensi pembakaran. Dengan
U = uncounted loss (%)
kualitas batubara yang lebih baik dapat Nilai
efisiensi
menggunakan
yang
rumus
di
dihitung
atas
adalah
combustion efficiency LHV based. Untuk mencarinilai combustion efficiency HHV based
dapat
dihitung
dengan
HHV=Higher heating value (Btu/Ib) (Btu/Ib)
4. HASIL DAN PEMBAHASAN Efisiensi pembakaran Berikut ini adalah
hasil
perhitungan
efisiensi pembakaran PC boiler secara aktual
yang
kemudian
pembakaran.
terhadap Semakin
tinggi
efisiensi kualitas
batubara maka semakin tinggi efisiensi pembakaran.
rumus
sebagai berikut.
LHV=Lower heating value
berpengaruh
dibandingkan
Excess air (%) aktual commisioning 50% 75 71 beban 75% 35 30 100% 18 15 o temperatur gas buang ( C) aktual commisioning 50% 165 127 beban 75% 170 150 100% 176 163 efisiensi pembakaran aktual commisioning 50% 81,80% 85,40% beban 75% 83,50% 86,01% 100% 84,90% 86,09% HHV (kcal/kg) 4300 5270
Analisa kinerja..., Andrea Ramadhan, FT UI, 2013
Hubungan NOx dan oksigen
NOx vs oksigen NOx (mg/m3)
400 300 200 100 0 0
2
4
6
8
10
12
oksigen (%) <7 % oksigen
>7% oksigen
Grafik di atas adalah grafik NOx vs
Expon. (<7 % oksigen)
dimasukkan
Expon. (>7% oksigen)
ke
dalam
pembakaran
oksigen yang dibagi menjadi 2 yaitu grafik
semakin tinggi sehingga proses mixing
dengan oksigen kurang dari 7 % yang
antara udara dan bahan bakar semakin
berwarna biru dan grafik dengan oksigen
baik.
lebih dari 7 % yang berwarna merah.
mengurangi jumlah NOx yang terbentuk.
Mixing
yang
baik
ini
akan
Untuk grafik NOx dengan oksigen kurang dari 7 % terlihat bahwa NOx berbanding lurus dengan oksigen. Semakin tinggi nilai oksigen semakin tinggi NOx terbentuk. Semakin banyak oksigen yang ada maka kemungkinan terjadinya reaksi oksigen dan nitrogen akan semakin besar sehingga NOx yang terbentuk akan semakin banyak seiring meningkatnya oksigen. Namun hal ini terjadi hanya sampai oksigen mencapai 7 %. Ketika oksigen lebih dari 7 % terlihat bahwa NOx berbanding terbalik dengan oksigen. Semakin tinggi oksigen maka semakin sedikit NOx yang terbentuk. Hal ini bisa terjadi karena dengan oksigen yang banyak berarti jumlah udara berlebih yang
5. KESIMPULAN DAN SARAN 1. Untuk beban 50 – 100 %, Efisiensi pembakaran aktual mencapai 80,2 % - 84,7 % sedangkan comisioning 85,3 % - 86%. 2. Efisiensi pembakaran PC boiler secara aktual lebih rendah daripada commisioning perbedaan
dikarenakan kualitas
batubara,
temperatur gas buang dan excess air. 3. Excess air dan temperatur gas buang berbanding terbalik dengan efisiensi pembakaran
Analisa kinerja..., Andrea Ramadhan, FT UI, 2013
4. NOx mencapai nilai maksimum
4. Ganapathy, V, Industrial Boilers and
ketika oksigen bernilai kurang
Heat Recovery Steam Generators, New
lebih 7 %
York, 2003
5. Perlu dilakukan penekanan excess air
untuk
mencapai
efisiensi
5. IrsanHelmi, SkripsiPerancangan Boiler untuk
maksimum dan NOx minimum
PLTU
Berkapasitas
7MW,
Universitas Indonesia, 2005. 6. GamaEsa, SkripsiAnalisi Perbandingan
6. DAFTAR PUSTAKA 1. Babcock and Wilcox, Steam /Its Generation and Use, Babcock and Wilcox Company, United States of
Menggunakan Bahan Bakar Gas Alam dan Residu, Universitas Indonesia, 2009
America, 1978. 2. Chengel, Yunus A., ThermodynamicsAn Engineering Approach, McGrawHill, 1994. 3. Djokosetyardjo,
Efisiensi Termal Steam Boiler dengan
7. www.einstrumentsgroup.com 8.http://www.alentecinc.com/papers/NOx/ The%20formation%20of%20NOx_files
M.J.,KetelUap,
PradnyaParamita, Jakarta, 1987.
PT
/The%20formation%20of%20NOx.htm 9. www.boilerenergyefficiency.com
Analisa kinerja..., Andrea Ramadhan, FT UI, 2013
