ANALISIS POTENSI PENGHEMATAN ENERGI PADA BOILER DI PABRIK TEKSTIL

Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014 Yogyakarta, 15 November 2014

ISSN: 1979-911X

ANALISIS POTENSI PENGHEMATAN ENERGI PADA BOILER DI PABRIK TEKSTIL Sudirman Palaloi Balai Besar Teknologi Energi (B2TE) – BPPT, Kawasan PUSPIPTEK, Serpong, Indonesia [email protected]

. ABSTRACT Boiler is one of the energy conversion equipment which produces steam to supply steam in the process produduction in the textile mills. The boilers use to produce steam for the industrial sector in the United States approximately 34%. In the production process of steam in the boiler, losses incurred on the boiler can not be avoided, so it is necessary to optimize the operation of the boiler. One way to identify the sources of waste is through energy audits. Based on the results of the energy audit has been carried out it was found that the increase in boiler efficiency can be obtained by controlling the composition of combustion air and fuel, use of air preheater, and installation of economizer. This will increase the efficiency of the boiler 1 of 80.6% to 88.8% and to an increase in the efficiency of the boiler 2 from 75.8% to 89.4%. Total potential savings that can be obtained is 93335.6 USD / year (IDR. 1.1014 billion, - / year) with a total investment of $ 130.000 USD (IDR. 1.56 billion). Keywords : Textil industry, boiler, efficiency, energy saving PENDAHULUAN Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau uap. Komponen penting pada boiler adalah burner, ruang bakar, penukar panas dan sistem kontrol.Komposisi yang tepat dalam pencampuran antara bahan bakar dan udara di ruang bakar akan menghasilkan pembakaran yang sempurna. Panas yang dihasilkan ditransfer ke air melalui penukar panas. Air panas atau uap pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk proses produksi. Berdasarkan informasi didapatkan bahwa penggunaan boiler pada sektor industri untuk menghasilkan uap di Amerika Serikat sekitar 34% [Mark Schiffhauer, 2009]. Hal ini berarti bahwa peningkatan efisiensi pada boiler sangat penting [Saidur, R, 2011]. Dalam proses produksi dari air menjadi uap, dapat terjadi kehilangan panas atau rugi rugi seperti kehilangan panas berupa udara berlebih dan temperatur yang tinggi pada gas buang dicerobong. Kehilangan karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam cerobong dan abu. Kehilangan dari blowdow dan kondensat. Kehilangan konveksi, radiasi dan penguapan air yang terbentuk karena H2 dalam bahan bakar [Einstein, Dkk]. Untuk mengoptimalkan pengoperasian boiler, maka sangat penting untuk melakukan identifikasi sumbersumber pemborosan atau kehilangan tersebut [A. Bhatia, B.E.2012,]. Kehilangan yang banyak ditemukan pada proses produksi uap adalah gas buang yang bisa mencapai 10-30% dari total rurirugi, yang temperaturnya berkisar 150 – 250oC [ Paul Dockrill dkk]. Oleh karena itu pemanfaatan gas buang ini sangat penting untuk meningkatkan efisiensi boiler, dengan demikian didapatkan penghematan energi. Salah satu cara untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang [Morimoto,2003] Untuk menyuplai kebutuhan uap pada peralatan mesin mesin produksi, maka dilengkapi dengan 2 unit boiler, masing-masing berkapasitas 10 ton/jam dan 5 ton/jam. Kedua boiler ini mempunyai tipe yang sama, yaitu 3 pass flue & smoke tube type pada tekanan gauge 0,8 MPa (kerja) dan desain gauge 0,8 MPa. Sistem boiler terdiri dari sistem air umpan, sistem uap dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan uap. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan. Sistem uap mengumpulkan dan mengontrol produksi uap dalam boiler. Uap dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan uap diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua peralatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Bahan bakar daripada boiler ini adalah Gas. Berdasarkan C-105


ISSN: 1979-911X

informasi bahwa boiler ini boros menggunakan gas untuk memproduksi uap, sehingga diperlukan audit energi. Pabrik ini merupakan pabrik tekstil yang memproduksi bahan jadi berupa kain katun. Dalam proses produksi membutuhkan uap. Kebutuhan uap terdistribusi kebeberapa mesin yaitu mesin produksi dyeng 1, mesin dyeng 2, drayer 1 dan drayer 2. Pabril ini berperasi dari jam 08.00- 22.00 . Tujuan penelitian ini adalah untuk menganlisis potensi penghematan energi yang didapatkan dari hasil audit energi. Efisiensi performance boiler sebelum dan setelah improvement, analisis potensi penghematan yang dapat dilakukan serta perhitungan secara sederhana besar investasi dan biaya yang dapat dihemat. METODE Untuk menentukan performance boiler maka diperlukan beberapa kegiatan seperti persiapan, penentuan parameter, titik ukur, dan pelaksanaan pengukuran. Kemudian evaluasi data hasil pengukuran dan anilisis data serta identifikasi potensi penghematan. Alur penelitian Persiapan

Pengumpulan data dan pengukuran

Analisis Data

Identifikasi potensi penghematan

Gambar 1. Alur Tahapan Penelitian Parameter-parameter pengukuran yang diperlukan dari suatu boiler tergantung pada batas yang ditetapkan, peralatan ukur yang tersedia, dan kondisi pengukuran. Akan tetapi secara umum datadata yang diperlukan di dalam melakukan pengukuran pada boiler [3] adalah : a. Bahan bakar : laju air (m3/h), temperatur (oC), tekanan (kg/cm2) b. Gas buang : Laju air/volume gas buang (m3/h), temperatur (oC), komposisi gas buang (%CO2 , %CO, % O2, %SO2 c. Air pengisi boiler : laju air (m3h), jumlah bahan padat yan terlarut (TDS), tekanan (kg /cm2) d. Udara pembakaran : temperatur ambient (oC), bola basah (oC), temperatur bola kering (oC) e. Air blowdown : laju air (m3/h), jumlah bahan padat yang terlarut (TSD), temperatur (oC). f. Dinding boiler : temperatur (oC), luas permukaan (m3) g. Uap : laju air (m3/h, temperatur(oC), tekenan, kualitas uap Perlengkapan pengukuran atau instrumen pengukuran yang diperlukan diantaranya adalah : a. Pengukuran temperatur : termokopel dan thermometer bola basah dan bola kering b. Pengukuran laju air : Pilot tube, Fan whell, Orifice, Ultrasonic flowmeter c. Pengukuran tekanan : Manometer d. Pengukuran komposisi gas buang : Gas analyser e. Pengukuran jumlah bahan padat yang terlarut : TDS meter Menentukan titik pengukuran, langkah yang perlu diperhatikan dalam melakukan persiapan pengukuran adalah : a. Menentukan batas system boiler yang akan diukur yaitu dengan menyusun atau menggambarkan blok diagram system tersebut. b. Menentukan titik-titik pengukuran dari blok diagram sistem boiler ,seperti diperlihatkan pada Gambar 1 di atas c. Instalasi instrument-instrumen pengukuran. Instalasi dilakukan pada saat boiler tidak/sedang beroperasi. Pembacaan dan pengambilan data dapat pula dilakukan dari alat ukur yang telah terpasang, dengan memastikan bahwa alat ukur tersebut tidak rusak dan masih dapat dipercaya pembacaan meternya. d. Pengukuran dilakukan dalam kondisi tunak (steady), yaitu suatu kondisi dimana beban pembakaran boiler tidak berubah terhadap waktu untuk setap masing-masing beban boiler yang diukur. e. Pengambilan data dilakukan beberapa kali untuk mendapatkan data yang dapat mewakili operasi boiler. C-106


ISSN: 1979-911X

Uap Tekan

Volume, suhu

Volume Gas

Boiler Burner

Udara

Exhaust Komposisi, suhu

Radiasi panas

Air buangan

Volume, suhu

Gambar 2. Titik pengukuran pada boiler Evaluasi data hasil pengukuran dan analisis, data hasil pengukuran yang masih merupakan data mentah sehingga perlu diolah untuk dapat digunakan dalam perhitungan atau analisis. Untuk itu satuan-satuan yang digunakan perlu distandarkan, biasanya dipakai satuan-satuan standar internasional (SI). Analisa data bersisi perhitungan-perhitungan untuk mengetahui unjuk kerja boiler. PEMBAHASAN Dalam melakukan perhitungan digunakan beberapa data komposisi dan nilai kalor bahan bakar. Perhitungan disini dimaksudkan untuk mengetahui distribusi energi di boiler, kebutuhan udara pembakaran, faktor kelebihan udara, dan efisiensi boiler. Efisiensi boiler didefinisikan persentase jumlah masukan panas efektif yang digunakan digunakan untuk menghasilkan uap. Ada dua metode yang biasa digunakan untuk menentukan efisiensi boiler yaitu metode langsung (input & output heat method) dan metode tidak langsung (heat loss method) [3,1]. Metode langsung : Dimana energi yang didapat dari fluida kerja (air dan uap) dibandingkan dengan kandungan energi dari bahan bakar boiler. Persamaan yang digunakan [13,15,16,17] adalah : Heat output (1) Efisiensi boiler , η(%) = x 1 00 ………………….……………………………. Heat input

dimana W hs hw Hl

η(%) =

jumlah uap panas yang dibangkitk an, Qs (kkal) x 100 …..………………. Jumlah panas hasil pembakaran bahan bakar, Qf (kkal)

(2)

η (%) =

W(hs − hw) x 1 00 F x H l x 100

(3)

…………..…………………………………………….

: = volume uap yang dibangkitkan [kg] = Entalpi dari uap [kkal/kg] = Entalpi air yang diumpankan [kkal/kg] = Nilai kalori dari bahan bakar [kkal/liter atau kg]

Metode tidak langsung : efisiensi boiler dihitung berdasarkan pengurangan jumlah uap panas yang dihasilkan dengan rugi rugi panas yang terjadi.Metode perhitungan efisiensi tidak langsung pada boiler menggunakan standar British Standard, BS 845: 1987 dan Amerika Serikat Standar ASME PTC-4.1. Metode tidak langsung juga disebut metode kehilangan panas. Efisiensi boiler dapat dihitung dengan cara jumlah uap panas yang dihasilkan dikurangi dengan rugi rugi panas yang terjadi [1,4,10]. ………………………… (4) Efisiensi, η(%) = 100 - (Rugi - rugi panas total, Thl) (5) Efisiensi η(%) = 100 - (L dfg + LH 2 + Lmf + Lma + Lfa + Lba + L Q ) ………………... C-107


ISSN: 1979-911X

Kehilangan energi dapat dibagi kedalam kehilangan yang tidak dan dapat dihindarkan. Audit energi merupakan salah satu cara untuk mengidentifikasi kehilangan yang dapat dihindari untuk meningkatkan efisiensi energi. Beberapa rugi-rugi pada boiler yang biasa terjadi dapat dihindari atau dikurangi. Hal tersebut akan mengakibatkan anatara lain pertama kehilangan gas buang pada cerobong: Udara berlebih (diturunkan hingga ke nilai minimum yang tergantung dari teknologi burner, kontrol operasi dan pemeliharaan) dan Temperatur gas buang di cerobong (diturunkan dengan mengoptimalkan perawatan (pembersihan), beban; burner yang lebih baik dan teknologi boiler). Kedua, kehilangan karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam cerobong dan abu (mengoptimalkan operasi dan pemeliharaan; teknologi burner yang lebih baik). Ketiga, kehilangan dari blowdown (pengolahan air umpan segar, daur ulang kondensat). Keempat, kehilangan kondensat (manfaatkan sebanyak mungkin kondensat). Kelima, kehilangan konveksi dan radiasi (dikurangi dengan isolasi boiler yang lebih baik) dan yang keenam terjadi penguapan air yang terbentuk karena H2 dalam bahan bakar Kehilangan yang diakibatkan oleh kadar air dalam bahan bakar dan yang disebabkan oleh pembakaran hidrogen tergantung pada bahan bakar, dan tidak dapat dikendalikan dari desainnya. Data-data yang dibutuhkan untuk menghitung efisiensi boiler metode tidak langsung [6,15] adalah : Analisis ultimate bahan bakar (H2, O2, S, C, kadar air, kadar abu): Satu, persentase oksigen atau CO2 dalam gas buang. Dua, temperatur gas buang dalam oC (Tf). Tiga, temperatur ambien dalam oC (Ta) dan kelembaban udara dalam kg/kg udara kering. Empat, GCV bahan bakar dalam kkal/kg. Lima, persentase bahan yang dapat terbakar dalam abu (untuk bahan bakar padat). Enam, GCV abu dalam kkal/kg (untuk bahan bakar padat). Prosedur rinci untuk perhitungan efisiensi boiler menggunakan metode tidak langsung [3,1,2,4,11] disajikan berikut ini. Tahap 1: Menghitung kebutuhan udara teoritis (TA) TA = [(11,43 x C) + {34,5 x (H2 – O2/8)} + (4,32 x S)]/100 kg/kg bahan bakar ……… (6) Tahap 2 : Menghitung persen kelebihan udara yang dipasok (EA)

EA =

O2 % 21 - O 2 %

………………………… ……………………………………… (7)

Tahap 3: Menghitung massa udara sebenarnya yang dipasok/ kg bahan bakar (AAS) AAS = {1 + EA/100} x TA ………………………………………………………… (8) Tahap 4: Memperkirakan seluruh kehilangan panas (THL) • Persentase kehilangan panas yang diakibatkan oeh gas buang yang kering, heat loss due to dry flue gas (Ldfg) m x C p (T f - T a ) x 1 00 …………………………………………………..……. Ldfg (%) = GCV bahan bakar

(9)

dimana : m = massa gas buang kering dalam kg/kg bahan bakar = (massa hasil pembakaran kering / kg bahan bakar) + (massa N2 dalam bahan bakar pada basis 1 kg) + (massa N2 dalam massa udara pasokan yang sebenarnya) Cp = Panas jenis gas buang (0,23 kkal/kg ) •

Persen kehilangan panas karena penguapan air yang terbentuk karena adanya H2 dalam bahan bakar, heat loss due to evaporation of water formed due to H2 in fuel (LH2) 9 x H 2 { 584 + C p (T f - T a )} ………………………….…………. (10) LH 2 (%) = x 1 00 GCV bahan bakar

dimana : = jumlah kg H2 dalam 1 kg bahan bakar H2 Cp = panas jenis uap lewat jenuh/superheated uap (0,45 kkal/kg) C-108


•

Persen kehilangan panas karena penguapan kadar air dalam bahan bakar, heat loss due to evaporation of moisture present in fuel (Lmf) Lmf (%) =

•

ISSN: 1979-911X

M { 584 + C p (T f - T a )} GCV bahan bakar

x 1 00 ……………………………….………………

(11)

dimana : M = persen kadar air dalam 1 kg bahan bakar Persen kehilangan panas karena kadar air dalam udara, heat loss due to moisture present in air (Lma) AAS faktor kelembaban C p (T f - T a )} ………………………….... (12) x 1 00 Lma (%) = GCV bahan bakar

•

Persen kehilangan panas karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu terbang, heat loss due to unburnt in fly ash (Lfa) Lfa (%) =

totalabu terkumpul/kgbahanbakar yang terbakar x GCVabu terbang x 100 GCV bahanbakar

…..……..

(13)

Tabel 1. Data spesifikasi dan hasil pengukuran boiler Item Capasitas Dimensi Panjang Diameter Luasan dinding vertikal Luasan permukaan silinder Total luasan Emisivitas Bahan Bakar dan gas buang Nilai kalori Jumlah udara teritis Amount of the west gas(@Air Ratio =1) G0 Panas udara spesifik Panas spesifik gas buang Temperatur gas buang O2 % pada gas buang Excess Air Ratio Nox % in exhaust gas Temperatur permukaan Konsumsi bahan bakar Konsumsi air Temperatur bahan bakar Temperatur air umpan Temeperatur udara pembakaran Temperatur ambien Blow rate Blow Temp. •

Boiler 1 10

Boiler 2 5

Unit t/h

6 2.9 13.20 54.64 67.84 0.85

4.8 2 6.28 30.14 36.42 0.85

m m m2 m2 m2

42119 11.09 11.82 1.3 1.38 270 8 1.62 250 150 750 10600 33 20 33 33 6 170

42119 11.09 11.82 1.3 1.38 350 8 1.62 250 150 394.7 5200 33 20 33 33 6 170

kJ/kg Nm3/kg Nm3/kg kJ/Nm3 oC kJ/Nm3 oC o C % ppm oC kg/hr kg/hr o C o C o C o C % o C

Persen kehilangan panas karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu bawah, heat loss due to unburnt in bottom ash (Lba) C-109


Lfa (%) =

ISSN: 1979-911X

total abu terkum pul/kg bahan bakar yang terbakar x GCV abu bawah x 1 00 GCV bahan bakar

…………….

(14)

• Persen kehilangan panas karena radiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung, furnace body heat losses (LQ) ⎧⎪ ⎛ t + 273 ⎞ 4 ⎛ a + 273 ⎞ 4 ⎫⎪ …………………………………………... (15) L Q = 4 . 88 ε ⎨ ⎜ ⎪⎩ ⎝ 100

⎟ −⎜ ⎝ ⎠

100

⎟ ⎬ x 100 ⎠ ⎪⎭

dimana : t = Temperatur permukaan dinding furnace (oC) a = Temperatur udara sekitar furnace (oC) ε = Emisivitas radiasi permukaan dinding boiler Kehilangan radiasi dan konveksi aktual dapat dikaji dengan mengetahui emisivitas permukaan yang beraneka ragam, kemiringan, pola aliran udara. Kehilangan dapat diasumsikan secara tepat tergantung pada kondisi permukaan. Namun demikian ada cara yang dapat dilakukan dengan mengukur temperatur permukaan boiler [13,16,17]. Tahap 5: Menghitung efisiensi boiler dan rasio penguapan boiler

Efisiensi η(%) = 100 - (L dfg + LH 2 + Lmf + Lma + Lfa + Lba + L Q ) Data-data yang dikumpulkan berupa data spesifikasi, bahan bakar, temperatur dan pengukuran gas buang untuk masing-masing boiler. Hasil pengukuran temperatur gas buang boiler 1 adalah 270oC lebih rendah bila dibandingkan dengan temperatur boiler 2 yaitu 350oC. Prosentasi O2 pada gas buang sama yaitu 8%. Data spesifikasi, bahan bakar, temperatur dan pengukuran gas buang untuk masingmasing boiler secara detail diperlihatkan pada Tabel 1. Berdasarkan hasil survei dan pengumpulan data, maka ada beberapa peluang penghematan energi yang dapat dilakukan antara lain : perbaikan pembakaran dengan mengontrol rasio udara pembakaran dan pemanfaatan gas buang untuk pemanasan udara pembakaran. Pada Boiler 1 ada beberapa potensi yang dapat dilakukan unutk meningkatkan efisiensi boiler yaitu pengaturan udara umpan dan bahan bakar, dan pemanfaatan gas buang untuk pemanasan udara bakar dengan memasang preheater. Hasil perhitungan perbaikan efisiensi pada boiler dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Hasil perhitungan perbaikan efisiensi pada boiler 1 Boiler (1)

Analysis Data Exhaust gas temp. O2 % in exhaust gas Excess Air Ratio NOx % in exhaust gas Surface temp. Fuel consumptoin Water consumption Fuel temp Feed water temp. Ambient temp. Blow rate

Kondisi sebelum perbaikan

Perbaikan dengan Pengaturan udara Pemanfaatan gas umpan dan buang untuk bahan pemanasan udara bakar bakar

270 270 8 4.5 1.62 1.27 250 250 150 150 750 750 10600 10600 33 33 20 20 33 33 6 6 C-110

170 4.5 1.27 250 150 725 10600 33 20 33 6

Unit

o

C %

ppm o C kg/hr kg/hr o C o C o C %


Boiler (1)

Blow Temp. (assumed)

Kondisi sebelum perbaikan 170

ISSN: 1979-911X

Perbaikan dengan Pengaturan Pemanfaatan gas udara buang untuk umpan dan pemanasan udara bahan bakar bakar 170 170

Calculation Input Energy Input Energy = fuel consumption X Calarofic Value 31589.25 31589.25 30536.28 1) Exhaust Gas Loss Exhaust Gas Rate = Fuel rate x (G0 + A0 x (excess air ratio-1)) 13983.46 11133.41 10762.30 Heat Loss of Exhaust Gas = Exhaust gas Rate x Calarofic value x Exhaust gas temp. 5210.24 4148.31 2524.83 2) Heat Loss 514.22 514.22 514.22 Radiation losses Radiation losses = 4.88x4.186 x Emissivity x Surface Area x( (Ts+273/100)4 (Ta+273/100)4 ) /1000 273.85 273.85 273.85 Convection losses Convection losses =9.208 x Surface Area x ( (Ts-Ta) 0.25 x (Ts-Ta))/1000 240.37 240.37 240.37 3) Blowdown Loss Heat loss of Blow = Blow rate x heat coefficient x temp. difference 394.00 394.00 394.00 Boiler Efficiency 80.6% 84.0% 88.8% Saving Fuel saving 25.21 34.54 105892.92 145081.22 Cost saving 21178.58 29016.24 Investment Cost of Air heater 40000.00 CO2 Emission Reduction 91067.91 124769.85 Payback period 1.45

Unit

o

C

MJ/hr

m3/h MJ/hr MJ/hr

MJ/hr MJ/hr MJ/hr kg/hr kg/yr $/Yr $ kg/yr Yr

Salah satu hal yang sangat penting untuk mengoptimalkan dan penyempurnakan pembakaran di dalam burner boiler adalah sistem pengendalian air ration pada sistem pembakaran (combustion control system) Sistem tersebut memiliki peranan yang sangat penting dalam meningkatkan efisiensi dari boiler serta berfungsi menjaga komposisi aliran udara dan aliran bahan bakar yang tepat sehingga tarjadi proses pembakaran sempurna. Berdasarkan hasil pengamatan pengendalian rasio udara dan bahan bakar yang ada di pabrik ini dilakukan secara manual oleh operator dengan mengamati kandungan kadar oksigen (O2) dan memperhatikan asap yang keluar dari stack (cerobong). Selain itu kadar O2 yang berfungsi sebagai indikator sempurna-tidaknya proses pembakaran mengalami fluktuasi. Hal ini mengindikasikan bahwa rasio aliran udara dan aliran bahan bakar serta sistem pengendalian yang ada masih belum optimal. Oleh karena itu direkomendasikan untuk memasang sistem pengendalian rasio udara dan bahan bakar pada pembakaran boiler, serta mencari rasio dari aliran udara dan aliran bahan bakar yang optimal. Hal ini akan menurunakan kadar oksigen dari 8% menjadi 4,5%. Dengan demikian excess air ratio dapat diturunkan 1,6 menjadi 1,27. Hal ini akan meningkatkan efisiensi boiler dari 80,6% menjadi 84%, atau naik 4,2%. C-111


ISSN: 1979-911X

Peningkatan efisiensi pada boiler 2 dapat dilkukan dengan cara perbaikan pembakaran dengan mengontrol air ratio, dan pemanfaatan gas buang untuk pemanasan awal udara pembakaran dan pemansangan economizer. Ringkasan hasil perhitungan peningkatan efisiensi boiler 2 dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Hasil perhitungan perbaikan efisiensi pada boiler 2 Boiler (2)


Pengaturan udara umpan dan bahan bakar

Perbaikan dengan Pemanfaatan Pemanfaatan gas buang gas buang untuk dengan pemanasan memasang udara bakar ekonimizer

Unit

Analysis Data o Exhaust gas temp. 350 350 242 140 C O2 % in exhaust gas 8 4.5 4.5 4.5 % Excess Air Ratio 1.62 1.27 1.27 1.27 Nox % in exhaust gas 250 250 250 250 ppm o Surface temp. 150 150 150 150 C Fuel consumptoin 394.7 394.7 382 362 kg/hr Water consumption 5200 10600 10600 10600 kg/hr o Fuel temp 33 33 33 33 C o Feed water temp. 20 20 20 56 C o Combustion air temp. 33 33 C o Ambient temp. 33 33 33 33 C Blow rate 6 6 6 6 % o Blow Temp. (assumed) 170 170 170 170 C Calculation Input Energy Input Energy = fuel consumption x calarofic Value 16624.37 16624.37 16089.46 15247.08 MJ/hr 1) Exhaust Gas Loss Exhaust Gas Rate = Fuel rate x (G0 + A0 x (excess air ratio-1)) 7359.03 5859.14 5670.62 5373.73 m3/h Heat Loss of Exhaust Gas = Exhaust gas Rate x Calarofic value x Exhaust gas temp. 3554.41 2829.97 1893.76 1038.20 MJ/hr 2) Heat Loss 276.09 276.09 276.09 276.09 MJ/hr Radiation losses Radiation losses = 4.88x4.186 x Emissivity x Surface Area x( (Ts+273/100)4 - (Ta+273/100)4 ) /1000 147.03 147.03 147.03 147.03 MJ/hr Convection losses Convection losses =9.208 x Surface Area x ( (Ts-Ta) 0.25 x (Ts-Ta))/1000 129.06 129.06 129.06 129.06 MJ/hr 3) Blowdown Loss Heat loss of Blow = Blow rate x heat coefficient x temp. difference 193.28 394.00 394.00 299.44 MJ/hr Boiler Efficiency Saving Fuel saving Cost saving

75.8%

78.9%

84.1%

89.4%

12.4

19.6

19.4

kg/hr

52224.8

82126.1

81357.8

kg/yr

10445.0

16425.2

16271.6

$/Yr

30000.0

60000.0

$

2.1

4.8

Yr

Investment Cost of Air heater Payback period

C-112


Boiler (2)

CO2 Emission Reduction


Pengaturan udara umpan dan bahan bakar 44913.3

ISSN: 1979-911X

Perbaikan dengan Pemanfaatan Pemanfaatan gas buang gas buang untuk dengan pemanasan memasang udara bakar ekonimizer 70628.4 69967.7

Unit

kg/yr

KESIMPULAN Dari proses pengukuran, analisis data dan perhitungan,maka dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Peningkatan efisiensi boiler dapat diperoleh dengan jalan mengontrol komposisi udara pembakaran dan bahan bakar, pemanfaatan gas buang untuk memanaskan udara pembakaran dan pemasangan economizer. 2. Efisiensi boiler 1 dapat ditingkatkan dari 80,6% menjadi 88,8 % dengan memasang air heater seharga US$ 40.000.- Total penghematan yang diperoleh adalah US$ 50.194 atau Rp. 592.298.000.- per tahun. 3. Perbaikan efisiensi boiler 2 dapat dilakukan dengan cara mengontrol komposisi udara pembakaran dan bahan bakar, pemanfaatan gas buang untuk memanaskan udara pembakaran dan pemasangan economizer. Total investasi yang dibutuhkan adalah US$ 90.000, dan penghematan yang didapatkan US$ 43.141,6 /tahun atau Rp. 509.070.000,-/tahun DAFTAR PUSTAKA A. Bhatia, B.E.2012. Improving Energy Efficiency of Boiler Systems. www.PDHcenter.com Boiler Efficiency Guide. Printed in the USA, ©2010 Cleaver-Brooks, Inc. CB-7767 BS 845-1:1987 Methods for Assessing thermal performance of boilers for steam, hot water and high temperatur heat transfer fluids — BS 845-1:1987 Incorporating Amendment No. 1, 1999. David C. Farthing. Tech Paper #901. Improving Boiler Room Efficiencies. A Seminar on the ways and means of increasing boiler room efficiencies. Einstein, D., Worrell, E., Khrushch, M., Systems in Industry: Energy Use and Energy Efficiency Improvement Potentials. Lawrence Berkeley National Laboratory http://www.osti.gov/bridge/servlets/purl/789187uTGqsP/native Energy Efficiency Best Practice Guide: Uap, Hot Water and Process Heating Systems http://www.sustainability.vic.gov.au/resources/documents/Best_Practice_Guide_Heating.pdf Energy Information Administration (EIA), International Energy Annual, Online, Retrieved 3rd January 2009 from www.eia.doe.gov/iea ERC, How to Save Energy and Money in Boilers and Furnace Systems, Energy Research Centre (ERC), University of Cape Town, South Africa. February 2002. Boiler Blowdown Heat Recovery Project Reduces Uap System Energy Losses at Augusta Newsprint. Office of Industrial Technologies Energy Efficiency and Renewable Energy U.S. Department of Energy Washington, DC 20585-0121. Jeff Stein, 2010. Designing Efficient Boiler Systems for Commercial Buildings Taylor Engineering Alameda, CA. PG&E Energy Center (14) Mark Schiffhauer, 2009. “Increasing Natural Gas Boiler Efficiency by Capturing Waste Energy”. ACEEE Summer Study on Energy Efficiency in Industry. Pp 683-693 Morimoto. 2003. Energy Conservation in the Textile Industry. ECCJ. Japan Paul Dockrill, Frank Friedrich. Boiler and Heaters : Improving Energy Efficiency. I Federal Industrial Boiler Program Natural Resources Canada CANMET Energy Technology Central. 1 Haanel Drive, Nepean ON K1A 1M1. S. Krishnanunni, Josephkunju Paul, Mathu Potti, Ernest Markose Mathew. 2012. Evaluation of Heat Losses in Fire Tube Boiler. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering Website: www.ijetae.com (ISSN 2250-2459, ISO 9001:2008 Certified Journal, Volume 2, Issue 12, December 2012) Saidur, R, 2011 “ Energy Savings and Emission Reductions in Industrial Boilers” THERMAL SCIENCE, Year 2011, Vol. 15, No. 3, pp. 705-719.

C-113


ISSN: 1979-911X

Sebastian Teir, Antto Kulla. 2002. Boiler Calculations. Helsinki University of Technology Department of Mechanical Engineering Energy Engineering and Environmental Protection Publications Uap Boiler Technology eBook. Syllabus Boilers: Types, Combustion in boilers, Performances evaluation, Analysis of losses, Feed water treatment, Blow down, Energy conservation opportunities. Bureau of Energy Efficiency The Energy Saving Technology in Boiler, 2003. Tokyo Gas. Japan.

C-114

ANALISIS POTENSI PENGHEMATAN ENERGI PADA BOILER DI PABRIK TEKSTIL

Recommend Documents