PROSIDING SEMINAR NASIONAL REKAYASA KIMIA DAN PROSES 2004 ISSN : 1411 - 4216
EVALUASI DARI MODIFIKASI INSINERATOR TIPE PPF – LB. 1.50 DI MUARA BADAK KALIMANTAN TIMUR Mamat PUSAT PENELITIAN FISIKA – LIPI Jln. Cisitu ( kompleks LIPI ) No.21/154 D, Bandung 40135 Telp : ( 022 ) 250 3052, 250 7773 – Fax : ( 022 ) 250 3050 E – mail :
[email protected] [email protected] ABSTRAK Setelah dilakukan modifikasi pada sistem distribusi bahan bakar gas,distribusi udara untuk ruang bakar utama dan kedua, modifikasi pada distribusi udara pada burner dapat meningkatkan performansi dari insinerator tersebut. Tekanan bahan bakar gas pada booster relatif lebih konstan yaitu 5 psi atau 360 mba dan output panas burner dapat mencapai 232 kW. Pengumpanan sampah ke ruang bakar sesuai prosudur operasi, sehingga tekanan ruang bakar negatif, sehingga tidak terjadi back pressure di dalam ruang bakar. Kadar air sampah yang dipakai dalam pengujian kapasitas bakar insinerator secara variasi dari 10 % sampai 80 %. Kapasitas bakar yang dapat dicapai selama operasi berlangsung minimumnya adalah 0.82 m3/jam dan maksimumnya adalah 3.3 m3/jam.Tekanan ruang bakar negatif selama operasi berlangsung, sehingga tidak terjadi back pressure, dan kapasitas bakar optimum dapat dicapai, umur burner relatif lebih lama, opacity relatif lebih rendah dan emisi gas buang ramah terhadap lingkungan, tidak terbentuk gas beracun, maka operator aman selama operasi insinerator berlangsung. Temperatur pada blower dan kontrol burner rendah karena ada tiupan udara yang berfungsi sebagai pendingin dari blower pada burner. Lidah api yang bertemperatur 1400 C dari pembakaran sampah dan api dari burner tidak kontak langsung dengan logam griel, temperatur pada logam griel tidak melebihi titik lumernya, sehingga tidak terjadi deformasi. Dengan demikian, pengoperasian insinerator dapat berlangsung dengan baik, sehingga target pembakaran sampah 12 sampai 15 m3 selama operasi 10 jam dapat dicapai. Kata kunci : panas, kapasitas, griel, blower, sampah 1. PENDAHULUAN Dilihat dari sarana untuk menunjang pengoperasian insinerator secara optimum masih memungkinkan untuk ditingkatkan, supaya performansi optimum dapat dicapai. Dengan demikian, kemampuan bakar sampah dari insinerator relatif lebih besar. Untuk meningkatkan performansi insinerator tipe PPF – LB.1.50 perlu dilakukan modifikasi terutama pada sistem pembakaran yang meliputi distribusi bahan bakar gas, distribusi udara ke ruang bakar utama dan kedua dan distribusi udara pada burner. Untuk mempercepat pembakaran sampah di dalam ruang bakar, sehingga burner yang dipasang pada ruang abu perlu diaktifkan secara kontinyu, maka sampah mendapat perlakuan panas dari bawah dan atas, maka proses evaporasi air yang terkandung pada sampah dapat berlangsung secara cepat dan proses pembakaran dapat berlangsung cepat pula. Dengan dioperasikan burner di dalam abu, sehingga panas dari burner mentrasfer panas lewat griel dan selanjutnya griel juga mentrasfer panas ke sampah, sampah dapat terbakar secara keseluruhan. Namun dengan mengoperasikan burner pada ruang abu secara kontinyu menimbulkan deformasi pada griel dengan waktu yang relatif singkat paling lama tiga bulan. Agar proses pembakaran di dalam ruang bakar insinerator dapat berlangsung secara kontinyu, maka griel harus dibuat dari material yang tahan terhadap temperatur tinggi. Salah satu komponen yang sangat penting untuk menunjang pembakaran sampah di dalam ruang bakar adalah burner. Pada insinerator tipe PPF – LB.1.50 mempunyai empat buah burner tiga di antaranya dipasang pada ruang bakar utama dan satu lagi dipasang pada ruang bakar kedua. Berdasarkan spesifikasi dari burner bahwa masing – masing burner mengkonsumsi bahan bakar Liquid Petrol Gas ( LNG ) maksimum sebanyak 20 m3/jam dan output optimum masing – masing burner dapat dicapai pada kondisi tekanan di dalam ruang bakar maksimum nol dan tekanan gas yang masuk ke burner adalah 7.7 mba, maka output panas dari burner adalah 232 kW. Namun fakta di lapangan menunjukkan terjadi penurunan tekanan JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
C-8-1
bahan bakar gas, tekanan awal bahan bakar gas 360 mba dan setelah burner beroperasi menjadi 70 mba dan tekanan bahan bakar gas masuk ke burner hanya 4 mba. Masing – masing burner hanya mengkonsumsi bahan bakar gas hanya 15 m3/jam dan output panas burner hanya mencapai 180 kW pada kondisi tekanan ruang bakar maksimum nol. Kapasitas bakar maksimum yang dapat dicapai hanya 1.49 m3/jam pada kadar air sampah 40 %. Kondisi tersebut terjadi karena masing – masing booster melayani dua unit burner, dan terjadi pressure drop yang besar pada tekanan bahan bakar. Selain itu, pengumpanan ke ruang bakar tidak boleh melebihi batas yang ditentukan oleh Standard Operation Procedure ( SOP ) supaya tidak terjadi back pressure yang dapat menimbulkan turunnya performansi dari insinerator. Bila terjadi back pressure berarti tekanan di dalam ruang bakar positif menimbulkan beberapa kerugian antara lain performansi burner turun, burner cepat rusak, refractory dinding ruang bakar cepat rusak, temperatur operasi rendah, kapasitas bakar rendah dan dapat terbentuk gas beracun yang dapat membahayakan kesehatan manusia khususnya operator. Supaya operator dapat melakukan pengumpanan sampah ke ruang bakar sesuai ketentuan perlu dilakukan penandaan pada lubang pintu umpan yang dapat dilihat oleh operator. Agar supaya tidak terjadi tekanan positif pada ruang bakar selama operasi berlangsung, maka sebaiknya volume sampah yang diumpakan ke ruang bakar tidak melebihi 60 % dari total volume ruang bakar. Beberapa keuntungan ruang bakar bertekanan negatif selama operasi berlangsung antara lain yaitu performansi burner dapat mencapai optimum, temperatur operasi tinggi, kapasitas bakar dapat mencapai optimum dan tidak terbentuk gas beracun dan emisi gas buang ramah terhadap lingkungan. 2. METODE PENGUKURAN Besaran – besaran yang diukur selama proses pembakaran sampah berlangsung adalah kapasitas bakar, temperatur ruang bakar utama dan kedua, dan juga tekan bahan bakar gas. Kadar air sampah dilakukan estmasi sesuai dengan kondisi sampah yang ada pada saat proses pembakaran dilakukan. Pengukuran kapasitas bakar dihitung dari jumlah pengumpanan dari awal operasi sampai akhir operasi dilakukan secara manual. Kaliber ukur kubikasi adalah sebuah dus yang mempunyai ukuran ( 0.6 x 0.6 x 0.6 )m adalah 0.216 m3, namu agar lebih mudah menghitungnya kotak dus tersebut dianggap mempunyai volume 0.2 m3, maka lima kali kotak dus sampah diumpankan ke ruang bakar mempunyai sama nilainya dengan 1 m3. Setelah jaringan bahan bakar dimodifikasi dan pressure setting pada header 7 psig, maka tekanan pada booster 5 psig, sehingga tekanan gas yang ke luar multiblock 7.7 mba, maka output panas dari burner dapat mencapai optimum adalah 232 kW. Tekanan pada header dan juga pada booster dapat diatur sesuai kebutuhan dengan menggunakan gas regulator. Insinerator ini beroperasi setiap harinya 10 jam dan setelah dimodifikasi kapasitas bakar yang dapat dicapai 15 m3/jam sampai menjadi 18 m3/jam. Dengan meningkatnya jumlah sampah yang dapat dibakar, sehingga pendapatan dari operator naik pula karena gaji operator diperoleh berdasarkan jumlah sampah yang dapat dibakar. Instrumen yang digunakan untuk memonitor temperatur ruang bakar utama dan kedua menggunakan thermal switch dan sensornya menggunakan thermo couple tipe K. Tekanan di dalam ruang bakar tidak dilakukan pengukuran karena pasilitas untuk memasang alat ukur tidak tersedia, namun mengindikasikan tekanan di dalam ruang bakar negatif karena selama proses pembakaran berlangsung di dalam ruang bakar tidak terjadi back pressure. Dengan demikian, burner dapat beroperasi secara optimum, maka hasil analisis teoritis untuk kapasitas bakar dalam kondisi burner optimum dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 2. MC, γ dan kapasitas pada setting gas fuel consumption of 20 m3/jam No 01 02 03 04 05 06 07 08
Kandungan Air Sampah ( MC ) (%) 10 – 20 20 – 30 30 – 40 40 – 50 50 – 60 60 – 70 70 – 80 80 – 90
Kapasitas Bakar ( m3/jam ) 3.75 2.75 2.19 1.83 1.6 1.42 1.29 1.05
Umumnya kondisi sampah di lapangan adalah sampah basah yang berkandungan air 40 % sampai 50 %, sehingga insinerator beroperasi selama 10 jam dan kapasitas yang dapat dicapai secara aktual hanya 18 m3 /hari. Bila dilihat hasil analisis pada Tabel 1, untuk sampah berkandungan air 30 % sampai 50 % dapat mencapai 1.83 m3/jam sampai 2.19 m3/jam, maka bila dibandingkan kapasitas aktual dengan teoritis 2 JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
C-8-2
terjadi penyimpangan 10 % sampai 12.5 %. Pengukuran emisi gas buang sebelum dan sesudah dimodifikasi telah dilakukan oleh P.T. CORELAB INDONESIA sebagai konsultan lingkungan dari perusahaan PT.VICO Indonesia dapat dilihat pada Tabel 2 dan 3. Tabel 2. Emisi gas buang dan abu sebelum dimodifikasi No Test Description Sample Regulatory Result Limit 01 Dust, Particulate 14.09 50 02 Sulfur Dioxide, SO2 3.39 250 03 Nitrogen Dioxide, NO2 8.47 300 04 Hydrogen Fluoride, HF 10 < 0.01 05 Carbon Monoxide, CO 16.43 100 06 Hydrogen Chloride,HCl 70 < 0.01 07 Total Hydrocarbon, CH4 0.043 35 08 Arsenic,As 1 < 0.005 09 Cadmium, Cd 0.2 < 0.005 10 Chromium 1 < 0.005 11 Lead, Pb 5 < 0.005 12 Mercury, Hg 0.2 < 0.005 13 Thalium,Tl 0.2 < 0.005 14 Opacity 1.8 10 15 Carbon Dioxide,CO2 16.3 -
Unit
Method
mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 % %
Gravimetric Pararosanilin Saltzman Spadns Electrochemical Mercurythiocyanate Flame Ionization AAS ICP ICP ICP AAS ICP Ringelman Electrochemical
Untuk pengukuran emisi gas buang dan dust sebelum dan setelah insinerator dimodifikasi dilakukan dengan metode dan alat ukur dikondisikan sama, namun jenis sampah dan kadar air sampah tidak bisa dikondisikan sama persis. Tabel 3. Emisi gas buang dan abu setelah dimodifikasi No Test Description Sample Regulatory Result Limit 01 Dust, Particulate 26.06 50 02 Sulfur Dioxide, SO2 21.67 250 03 Nitrogen Dioxide, NO2 15.63 300 04 Hydrogen Fluoride, HF 10 <0.01 05 Carbon Monoxide, CO 39.99 100 06 Hydrogen Chloride,HCl 70 < 0.01 07 Total Hydrocarbon, CH4 0.713 35 08 Arsenic,As 1 < 0.005 09 Cadmium, Cd 0.2 < 0.005 10 Chromium 0.015 1 11 Lead, Pb 0.009 5 12 Mercury, Hg 0.2 < 0.005 13 Thalium,Tl 0.2 < 0.005 14 Opacity 9.14 10 15 Carbon Dioxide,CO2 8.2 -
Unit
Method
mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 mg/m3 % %
Gravimetric Pararosanilin Saltzman Spadns Electrochemical Mercurythiocyanate Flame Ionization AAS ICP ICP ICP AAS ICP Ringelman Electrochemical
Dilahat pada Tabel 2 dan 3 bahwa harga opacity setelah insinerator tersebut dimodifikasi menunjukkan kenaikkan dari 0.18 % menjadi 9.14 %. Kondisi ini mengindikasikan particulite hidrokarbon dari gas buang meningkat namun masih memenuhi persyaratan aman terhadap lingkungan. Peningkatan particulate ini karena suplai udara untuk pencampuran udara dan CO dan CH4 kurang optimum melakukan pembakaran sempurna. Dilihat visual masih ada hidrokarbon tidak terbakar. Untuk menurunkan opacity perlu menaikkan kapasitas blower supaya udara suplai ke ruang bakar utama dan ruang bakar kedua dapat memenuhi syarat stoichiometric burning. Dengan demikian, hidrokarbon dapat terbakar secara sempurna, sehingga gas buang yang ke luar dari cerobong mempunyai harga opacity yang rendah dan ramah terhadap lingkungan. 3. EFISIENSI PEMBAKARAN ( EP ) Tingkat konsentrasi CO dan CO2 yang terkandung di dalam dapat dipakai sebagai indikasi proses3 JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
C-8-3
pembakaran dapat berlangsung sempurna atau sebaliknya. Besarnya kandungan CO di dalam gas hasil pembakaran sangat dipengaruhi oleh percampuran udara dan bahan bakar. Bila campuran udara dan bahan berlangsung secara homogen, maka gas CO yang terkandung di dalam gas hasil pembakaran relatif lebih kecil, namun bila campuran udara dan bahan bakar tidak homogen, maka CO yang terbentuk di dalam gas hasil pembakaran relatif lebih besar. Dilihat pada Tabel 2 dan 3 bahwa gas hasil pembakaran sebelum insinerator dimodifikasi diperoleh gas CO adalah 16.43 % atau 16.47 mg/m3 dan CO2 adalah 16.3 % atau 292734.69 mg/m3 , namun setelah dimodifikasi kandungan CO adalah 39.99 % atau 39.99 mg/m3 dan CO2 adalah 8.2 % atau 147265.31 mg/m3. Jadi efisiensi pembakarannya dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut( 1 ):
EF =
Cco2 x100% Cco2 + Cco
(1)
diperoleh 99.99 % dan setelah dimodifikasi diperoleh 99.97 %. Hasil anilisis dari efisiensi pembakaran menunjukkan bahwa efisiensi pembakran insinerator sebelum dimodifikasi relatif lebih besar dari insinerator setelah dimodifikasi. Namun emisi gas buang insinerator sebelum dan setelah dilakukan modifikasi keduanya masih memenuhi syarat yang ditetapkan oleh pemerintah menurut Kep.03/BAPEDAL/9/95. 4. ANALISIS DAN DISKUSI Dengan telah dilakukannya modifikasi pada insinerator PPF – LB.1.50 ada kenaikan dari kapasitas bakar sekitar 20 %, namun bila dilihat dari hasil perhitungan teori diperoleh kapasitas bakar secara aktual relatif lebih rendah 12 % dari perhitungan secara teoritis, maka hasil modifikasi ini masih memenuhi persyaratan teknis. Dengan melihat hasil pengukuran pada Tabel 2 dan 3 kandungan CO dan opacity pada gas buang pada insinerator setelah dimodifikasi relatif lebih besar dari insinerator sebelum dimodifikasi. Selain itu, efisiensi pembakaran insinerator setelah dimodifikasi relatif lebih rendah dari sebelum dimodifikasi menunjukkan, bahwa proses pencampuran udara dan bahan bakar kurang optimum. Supaya efisiensi pembakaran pada insinerator setelah dimodifikasi meningkat perlu dilakukan pengganti blower yang mempunyai kapasitas lebih besar ( 32 m3/menit ) dari blower yang telah terpasang ( 28 m3/menit ) . Tekanan gas bahan bakar di dalam booster 5 psig dan laju masa bahan bakar gas 15 m3/jam konstan selama operasi berlangsung, maka dilihat dari kurva tekan dan laju bahan bakar tekan output dari multiblock adalah 7.7 mba dengan tekanan minimal nol pada ruang bakar, maka output panas dari burner adalah 232 kW. Jadi total output panas ruang bakar utama adalah 696 kW pada kondisi satu buah burner ruang abu dan dua buah burner ruang beroperasi. Dengan demikian, temperatur pada ruang bakar utama dapat mencapai 700 oC selama operasi berlangsung, sehingga kedua burner pada ruang bakar utama “OFF “ karena temperatur yang terjadi pada ruang bakar utama lebih besar dari temperature setting (600 ± 20 oC ). Berdasarkan data pengamatan burner untuk ruang bakar utama hanya beroperasi 50 % dari total waktu operasi, sehingga dapat menghemat pemakaian bahan bakar 25 % selama operasi berlangsung. Temperature setting pada ruang bakar kedua adalah 900 ± 20 C, yang artinya bahwa burner pada ruang bakar utama “OFF” pada temperatur 920 oC dan “ON” lagi pada temperatur 880 oC. Pencapaian temperature setting pada ruang bakar kedua relatif lebih singkat yaitu 120 menit setelah temperature setting pada ruang bakar utama dicapai. Temperatur operasi yang terjadi di dalam ruang bakar utama mencapai 700 o C, sehingga burner “OFF” , nanun blower pada burner tersebut “ON”. Air bilas yang ke luar dari scrubber dan water jacket cerobong temperaturnya relatif lebih tinggi namun masih pada kondisi aman dan normal karena adanya reservoir air yang memadai. Dengan dilakukannya modifikasi pada insinerator ini kapasitas bakar meningkat rata – rata 20 % dari kapasitas insinerator sebelum dimodifikasi, maka kemampuan bakar sampah dari insinerator meningkat pula, namun pemakaian bahan relatif lebih hemat. Emisi gas buang dari proses pembakaran sampah yang ke luar dari cerobong sebelum dan sesudah dimodifikasi masih memenuhi syarat lingkungan yang ditetap oleh pemerintah menurut Kep 03/BAPEDAL/9/95. 5. KESIMPULAN Kemampuan bakar Insinerator tipe PPF – LB.1.50 setelah dimodifikasi meningkat rata – rata 20 %, bahan bakar yang digunakan relatif lebih hemat 20 % dan emisi gas buang ramah terhadap lingkungan. 4 JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
C-8-4
UCAPAN TERIMA KASIH Penulis ucapkan terima kasih kepada Kepala Pusat Penelitian Fisika – LIPI yang telah memberikan pasilitas untuk kegiatan riset ini dan juga Kepada PT.VICO Indonesia sebagai penyandang dan tak lupa kepada rekan seprofesi di LIPI Bandung dan Serpong. DAFTAR PUSTAKA 1. Mamat , 2003, Pengujian Performansi Insinerator Tipe PPF – LB 0.50 Berbahan Bakar Gas di Mutiara Asset – PT.VICO Indonesia, Kalimantan Timur,Bandung 29 – 30 Juli 2003, Prosiding Pemaparan Hasil Litbang IPT 2003, Kediputian Ilmu Pengetahuan Teknik, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia, hal 120 – 125. 2. Mamat, 2003, Rancang Bangun Suatu Insinerator Berbahan Bakar Gas Yang Ramah Lingkungan, Jogyakarta 13 Mei 2003, Prosiding Seminar Nasional Perkembangan Riset dan Teknologi di Bidang Industri, Universitas Gajah Mada, halaman 165 – 170. 3. Bruner Calvin R, ( 1991 ) “ Handbook of Incineration System”, MicGraw – Hill, Inc. 4. Holman J.P, ( 1981 ),” Heat Transfer” Fith edition McGraw – Hill International Company
5 JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
C-8-5
