PRINSIP KONSERVASI PADA SISTEM TERMAL
Peralatan Termal Industri :
Peralatan termal meliputi sistem pembakaran, sistem konversi energi, dan sistem pemanfaat panas.
Sistem pembakaran
Konversi energi dan pemanfaat panas
•Boiler. •Furnace •Dryer dll
Sistem Pembakaran
Peralatan Bakar Sistem peralatan bakar meliputi : • bahan bakar, • manajemen pembakaran • peralatan pemanfaat panas. Manajemen Pembakaran
Manajemen pembakaran diperlukan untuk mendapatkan proses pembakaran optimum pada suatu sistem pembakaran.
Sistem pembakaran
Indikator Efisiensi Sistem Pembakaran Indikator efisiensi sistem pembakaran adalah : Ratio udara (Air ratio combustion) Suhu gas buang (stack temperature). Parameter operasi rasio udara adalah kadar O2 atau CO2 dalam % pada gas buang. Suhu, O2 atau CO2
Indikator efisiensi pembakaran
Ciri-ciri Pembakaran Hemat & Boros Dulu sistem pembakaran didisain saat harga energi murah dimana efisiensi belum menjadi pertimbangan utama. Hal ini sering menjadi salah satu penyebab terjadinya pemborosan. Ciri-ciri sistem pembakaran boros energi adalah : o Rasio udara tidak optimum (O2 terlalu rendah/gas buang berasap, atau O2 tinggi/gas buang tampak bening/tak berwarna) o Suhu stack (gas buang) tinggi di atas 150 C. O2 tinggi gas buang bening/tak berwarana
O2 terlalu rendah/asap
Efisiensi Pembakaran Efisiensi pembakaran didefinisikan sebagai energi input yang terkandung dalam bahan bakar (hasil pembakaran sempurna) dikurangi dengan rugi-rugi energi cerobong.
Efisiensi pembakaran = (100 – Rugi-rugi Cerobong) %.
Rugi-rugi cerobong dalam hal ini dinyatakan dalam % bahan bakar input.
Rugi-rugi energi Cerobong (% input)
Rugi-Rugi Energi Cerobong Energi sensibel gas buang yang hilang ke cerobong dikenal dengan rugirugi energi ke stack (cerobong).
• Besarnya rugi-rugi energi cerobong ditentukan oleh suhu gas buang dan rasio udara (O2 pada gas buang). • Rugi energi cerobong sebagian besar terkandung pada gas CO2 dan N2. Gas CO2 terbentuk dari hasil pembakaran karbon (C) yang ada dalam bahan bakar dengan O2. • Gas nitrogen (N2) sebetulnya tidak berperan dalam proses pembakaran tetapi gas ini terdapat di udara pembakaran dengan jumlah yang relatif besar dan kehadirannya di ruang bakar sulit dihindari.
RUGI-RUGI ENERGI KE STACK (CEROBONG).
• K dan C = Konstanta Seigert (lihat tabel). • ΔT = Beda suhu gas buang dan udara pembakaran (C). • % CO2 = persentase volume kering CO2 pada gas buang. Tabel : Konstanta Seigert.
Jenis Bahan Bakar
K
C
Bahan bakar Minyak
0.56
6.5
• Batu bara
0.63
5.0
• Gas bumi
0.38
11.0
•
Faktor yang Mempengaruhi Rugi-rugi Panas Stak Gas Parameter operasi yang mempengaruhi rugi-rugi energi gas buang adalah : – Suhu gas buang – Excess air. Semakin rendah suhu gas buang dan semakin rendah excess air (udara lebih) semakin sedikit rugi-rugi energi ke cerobong (lihat grafik).
GRAFIK RUGI-RUGI ENERGI KE STACK
4/23/2014
PR
11
GRAFIK RUGI-RUGI ENERGI KE STACK
4/23/2014
PR
12
GRAFIK RUGI-RUGI ENERGI KE STACK
4/23/2014
PR
13
GRAFIK RUGI-RUGI ENERGI KE STACK
4/23/2014
PR
14
PENGENDALIAN PROSES PEMBAKARAN Proses pembakaran dikendalikan dengan manajemen pembakaran. Manajemen pembakaran dimaksudkan untuk : • Menjaga pembakaran selalu berada pada ratio udara rendah (low air ratio combustion). Pembakaran optimum diperoleh pada ratio udara rendah (low air ratio combustion). Parameter operasi sistem pembakaran adalah kadar O2 pada gas buang. • Menjaga suhu stack serendah mungkin.
Pengendalian Proses Pembakaran O2 Optimum Untuk Berbagai Bahan Bakar Bahan Bakar
Rasio Udara ( %)
Optimum O2 pada Stack (%)
Batubara
1.20 -1. 25
4 – 4,5
Biomassa
1.20 – 1.40
4-6
Stoker firing
1.25 – 1.40
4,5 – 6,5
BBM
1.05 – 1.15
1-3
Gas bumi/LPG
1.05 – 1.10
1-2
Black Liquor
1.05 – 1.10
1-2
Bahan Bakar
Rasio Udara
O2 optimum
Pembakaran Optimum • Suhu stack gas gas buang rendah (+ 150 C) • Kadar oksigen (O2) pada stack gas (Pembakaran Optimum)
Bahan Bakar Batubara Biomassa Stoker firing BBM Gas Bumi/LPG Black Liquor
Optimum Excess Air % 20 - 25 20 - 40 25 - 40 5 - 15 5 - 10 5 - 10
Kadar O2 Optimum pada Stack Gas % 4 – 4,5 4-6 4,5 – 6,5 1-3 1-2 1-2
17
Rasio Udara VS Kadar O2 stack gas • Rasio udara adalah perbandingan antara udara pembakaran aktual dengan udara pembakaran teoritis. • Kadar O2 pada gas buang mengindikasikan rasio udara pembakaran aktual. • Hubungan kadar oxygen (O2) pada gas buang dengan rasio udara ditunjukkan dengan formula berikut: 21 /( 21 O2%) RasioUdara
CO2, O2 VS EXCESS AIR BERBAGAI BAHAN BAKAR
4/23/2014
PR
19
Excess Air • Pembakaran stoichiometric adalah pembakaran ideal secara teoritis. • Dalam praktek pembakaran dengan kondisi stoichiometric jarang atau tak mungkin ditemukan untuk pembakaran normal. • Untuk mendapatkan pembakaran sempurna dimana bahan bakar semuanya habis terbakar, maka udara pembakaran yang dipasok ke ruang bakar lebih dari kebutuhan teoritis. • Kelebihan udara tersebut disebut “Excess Air”
Excess Air • Besarnya excess air dapat dihitung berdasarkan data pengukuran CO2 dan O2 dalam gas buang. • Excess air dihitung dengan formula berikut : Excess air (E) = 378/100 - ( + )/ - 3.78 Dengan : • E adalah excess air (%) • adalah konsentrasi CO2 pada gas buang (%) • adalah konsentrasi O2 pada gas buang (%).
Excess Air (lanjutan) • Excess air dapat juga dihitung dengan formula berikut : Excess air (E) = (CO2 stochiometrik/CO2 aktual) – 1 x 100 %. Dengan : CO2 stochiometrik adalah volume CO2stochiometrik () dalam flue gas kering. . •Natural gas and producer gas; CO2 stochiometrik •Commercial butane and propane; CO2 stochiometrik •Fuels; CO2 stochiometrik •Marketed coal; CO2 stochiometrik
: 11 < < 12 %. : = 14 %. : 15 < < 16 %. : 18 < < 20 %.
Pembakaran Tak Sempurna
Ditandai dengan adanya : Asap- C C C C C + gas CO CO CO CO.
Pembakaran tak sempurna timbul akibat : • Supply udara kurang • Bahan bakar surplus • Distribusi bahan bakar tidak bagus/tdk merata. • distribusi udara buruk misalnya untuk coal firing akibat spec dan ukuran bahan bakar tidak sesuai.
23
Pembakaran Tak Sempurna Pembakaran tak sempurna timbul jika rasio udara rendah.
Ciri-ciri Pembakaran Tak Sempurna
Muncul asap hitam di cerobong • Indeks asap diukur dengan Smoke tester. • Kriteria Indeks Asap adalah sebagai berikut
Indeks Asap
Performance Burner
1
Sangat baik
2
Baik
3
Cukup
4
Kurang
5
Sangat kurang
6
Buruk
7
Amat buruk
8
Amat buruk
9
Amat sangat buruk
Smoke Indeks
Smoke tester 25
Rugi Rugi Energi Akibat Pembakaran Tak Sempurna Pembakaran tak sempurna : CO dalam gas buang misalkan = 0.8 %, dan (CO2 + CO) = 10 %, dengan menggunakan grafik : Rugi-rugi Stack = 5 %.
26
Rangkuman Prinsip Konservasi Energi Pada Sistem Pembakaran
• Setiap excess air turun 5 %, akan meningkatkkan efisiensi pembakaran 1 %. • Setiap O2 pada gas buang turun 1 %, efisiensi pembakaran naik 1 %. • Setiap suhu gas buang turun 20 C, efisiensi pembakaran naik 1 %. • Setiap suhu udara pembakaran naik 18 C, bahan bakar hemat 1 %.
28
