SE EMINAR NA ASIONAL TEKNIK T KIMIA SOEBA ARDJO BR ROTOHARD DJONO IX P Program Studdi Teknik Kiimia UPN “V Veteran” Jaw wa Timur Surabayya, 21 Juni 2012
EVALU UASI TEK KNIS OPE ERASION NAL HYBR RID BOIL LER DI IN NDUSTRII PENGOL LAHAN KAYU K PT.TRIOWIIRA KALIIMANTAN N Mamat P Pusat Penellitian Fisikaa – LIPI JJln. Sangkurriang (kompllek LIPI) No o. 21/154D,B Bandung Teelepon: (0222)250 3052, 2250- 7773 – Fax : (022) 250 3050 E – mail:
[email protected] A ABSTRAK Suaatu hybrid boiler mengkonssumsi bahan bakar b sawdust 700 kg/jam dapat d menghassilkan uap 2500 kg/jam dan tekanan 18 bar. Selama operasi berlanggsung terjadi elutrasi e baahann baakar 10 %, sehingga jumllah b bakar yang y dapat dib bakar 630 kg/jaam dapat mennghasilkan pannas 3188 kWh, maka uap yanng aktual bahan dihasilk kan 2460 kg/jaam dan tekanaan 18 bar. Denngan pengaturaan damper gass buang secaraa tepat, sehinggga tidak teerjadi elutrasi bahan b bakar, maka m panas yanng dihasilkan 3542.3 3 kWh daan uap yang dih hasilkan menjaadi 3014 kg/jam. k Proses pembakaran bahan bakar di dalam ruan ng bakar hybrrid boiler berrlangsung secaara bubblin ng dan tebal paasir media darri ujung atas nnozle ke permu ukaan pasir 2000 mm, dan uk kuran butir pasir yang diigunakan antarra 0.5 sampai 1mm. 1 Pressuree drop yang teerjadi dari aliraan udara menem mbus pasir 47448 Pa ( 47 74.8 kg/m2) < FDFan pressure adalah 600 kg/m2, sehin ngga tidak terjjadi back presssure dan prosses bubling g dapat berlang gsung baik. Prressure drop pada water tu ube boiler, firee tube boiler, gas g plenum, ggas ductingg dan cyclone adalah a 425.7088 kg/m2 > IDFaan pressure (2220 kg/m2). Denngan demikian jumlah pressuure drop pada hybrid bo oiler adalah 900.51 kg/m2 > FDFan dan n IDFan presssure (820 kg/m m2). Daya yanng hkan untuk menngisap gas buaang adalah 7322.56 kgm/det, IDFan I efficienncy adalah 90 %, % dan electriccal dibutuh motor efficiency ef 90 %, % maka kebutuuhan daya motoor adalah 12 HP H > daya motoor listrik untuk IDFan (10 HP P). Dengann demikian, hybbrid boiler ini tidak dapat diooperasikan pad da kondisi bebaan maksimum. unci : hybrid boiler, uap, saw wdust, tekanan uap, u temperatu ur. Kata ku DAHULUAN 1.PEND S Suatu industri pengolahan kayu k PT.Triow wira Kalimanttan di Bekasi setiap hariny ya menghasilkkan limbah biomassa saw wdust sebanyakk 16800 kg. Liimbah sawdust ini sangat rinngan, sehinggaa mudah terbanng olusi lingkunggan. Dengan demikian, d sawddust menimbuulkan endapan di dibawa angin dan menimbulkan po dustri tersebut,, sehingga rumah banyak mengalami keerusakan. Untuuk rumah yang terletak disekitar ind uang produksi ssawdust dihisaap menggunakkan menceggah terjadinya polusi limbah sawdust, makka di dalam ru pneuma atic system dann ditampung dii dalam dua sello yang masingg-masing mem mpunyai kapasittas 50 m3. Untuuk menang ggulangi polussi dari limbah h tersebut, maka m sawdust dimanfaatkan sebagai bahaan bakar boileer. Pembakkaran bahan bakar di daalam ruang bakar b boiler menggunakan m teknologi fluuidisasi. Denggan dimanfa faatkannya lim mbah sawdust sebagai sumbber energi, sehhingga sawdusst bukan meru upakan masalaah, namun menjadi kebu utuhan untuk menghasilkan m eenergi guna beerlangsungnya proses produkksi. Transportaasi sawdust dari silo kee cyclone menggunakan aiir conveyor syystem dan peemasukan saw wdust ke hoppper dikendaalikan mengguunakan rotary lock dan selannjutnya diumppankan ke ruanng bakar boileer menggunakkan screw feeder. fe T Teknologi pem mbakaran yangg tepat untuk bbahan bakar sawdust s adalahh bubling burnning system dan d sebagaii media pembaakarannya adaalah pasir kwaarsa panas yanng berfluidisassi. Dengan bubling system ini i bahan bakar b sawdustt diapungkan seiring s dengann gerakan fluiddisasi pasir, seehingga akan terjadi t campurran homogeen antara udaara dan bahan n bakar sawddust untuk meelaksanakan pembakaran p seempurna. Untuuk membentuk bubling pada p pasir meddia di dalam ruuang bakar dippasang nozle udara sebanyaak 169 buah dan d l orifice sebanyak 10 lubang berdiaameter 5 mm dan mempunyyai masing-masing nozlee mempunyai lubang 4 o. Udara darri masing-massing nozle udaara disuplai daari suatu forceed draft fan yang y mempunyyai sudut 45 kapasitaas adalah 3900 m3/jam ≅ 4579 kg/jam daan maximum static air presssure adalah 6000 6 Pa. Supaaya selama operasi berlanngsung tekanaan ruang bakarr negatif, makka gas buang di dalam ruanng bakar dihisap i draft fan f yang mem mpunyai kapasittas adalah 70000 m3/jam dan maximum static mengguunakan suatu induced air presssure adalah 22 200 Pa.
A.1-1
SE EMINAR NA ASIONAL TEKNIK T KIMIA SOEBA ARDJO BR ROTOHARD DJONO IX P Program Studdi Teknik Kiimia UPN “V Veteran” Jaw wa Timur Surabayya, 21 Juni 2012 Konstruksi hybrid h boiler terdiri t dari waater tube boileer dapat berfunngsi sebagai stteam evaporattor dan firee tube boiler dapat berfunggsi sebagai steeam evaporator dan juga prreheater. Dindding ruang bakkar dibuat water w wall, seh hingga panas yang y mengalir melalui dindinng sebagai sum mber panas untuuk merubah faasa air mennjadi fasa uap. Hybrid boiler ini mempunyaai kapasitas 250 00 kg uap/jam dan tekanan uap u 18 bar. 2.MET TODE 2.1. Ru uang Bakar M Media pembak kar bahan bakaar sawdust adaalah pasir kwaarsa panas, ukuuran butir pasir antara 0.5 mm m sampai 1 mm. Tebal pasir di dalam m ruang bakar 300 3 mm dari daasar, tinggi nozzzle udara 100 mm, maka tebbal pasir daari ujung nozlee ke permukaann atas pasir 2000 mm. Massa jenis sawdust 2250 kg/m3 dan laju bahan bakkar sawdust 2.8 m3/jam. Massa jenis pasir p kwarsa 2200 kg/m3, gaaya gravitasi 99.81 m/det2, seehingga pressuure drop dii dalam bed fuurnace (∆pb) adalah a 4316.4 Pa dan distribbutor poressure drop (∆pd) adalah a 0.1 ∆pb[1] adalah 431.64 Pa, maaka total pressu ure drop di dalam bed furnace (∆ptot) adalaah 4748 Pa < air a pressure daari forced draft d fan (6000 0 Pa). Laju alirr udara yang kee luar dari lubaang orifice 1.16628 kg/det untuuk pengumpannan sawdust seberat 700 kg/jam. k Lebar bed furnace (L Lbf) adalah 1.2 m, maka bed ffurnace area (Abf) adalah 1.444 m lubangg orifice dipenggaruhi discharrge m2 < deesign of bed fuurnace area ( 2 m2). Udara yang mengalir melalui factor(ccd) adalah 0.6. Luas lubang orifice o (Aor) addalah 12.56 mm m2 adalah ratioo antara luas luubang orifice dan d luas bedd furnace[1] adaalah 0.0303, seehingga laju uddara primer meengalir melaluii lubang orificee dapat diperolleh 720 kg//jam dan laju udara sekundeernya 3466 kgg/jam dan total laju udara 4186 kg/jam, maka m daya alirran udara 4.7 4 HP x 2 adallah 9.4 HP < daya d forced draf aft fan ( 20 HP) P) dan kapasitass operasional (1.1628 kg/det)) < forced draft d fan capaccity (1.26 kg/deet). 2.2. An nalisis Gas Buaang G buang darii hasil pembakkaran bahan baakar sawdust trrdiri dari CO2, HO2 dan SO2 merupakan haasil Gas reaksi dari d pembakaraan unsur bahann bakar dengann O2 dari udaraa, namun N2 yang terkandung di dalam udaara tidak tuurut bereaksi. Jadi J pembakarran 1 kg C dapaat menghasilkaan 3.67 kg gas CO2. Pembakaaran setiap1kg H dapat menghasilkan m 9 kg H2O dan n setiap 1kg S dapat menghaasilkan 2 kg ggas SO2, makaa ratio udara dan d bahan bakar b teoritis dapat diperoleeh 5.6 kg gas//kg bb. Untuk melaksanakann pembakaran sempurna perrlu kelebih han udara 1.25 dari kebutuhann udara teoritiss[2] dan factor kelembaban uudara[3] 1.035, maka m ratio udaara dan bahhan bakar aktuual diperoleh 6.96 6 kg/kg bb. Jadi gas buan ng aktual dari hasil h pembakaaran bahan bakkar sawdust 630 kg/jam diperoleh d 43844.8 kg/jam ≅ 1..218 kg/det < kapasitas k inducced draft fan (77500 nm3 /jam m≅ 8830.5 kg/jam ≅ 2.453 3 kg/det). 2.3. An nalisis Termal P Panas spesifik dari limbah biomassa b sawddust 4352 cal/ggr ≅ 18217.5 kJ/kg. k Pada saat pengumpannan bahan bakar b terjadi elutrasi e 10 % dari d jumlah baahan bakar yanng diumpankann ke ruang bak kar (70 kg/jam m), maka juumlah bahan bakar yang dapaat dibakar di dalam d ruang baakar 630 kg/jam m, maka energii panas dari haasil pembak karan bahan baakar sawdust 3188 kWh. Keceepatan udara dii dalam plenum m 0.8 m/det, viiskositas dinam mis adalah 1.985 x 10-5, konduktivitas k udara u 0.026244 W/m oC, den nsitas udara 1.11774 kg/m3, seehingga bilanggan Reynold d (Rea) aliran udara u di dalam m plenum 46745 dan bilangan n Prandle (Pra) adalah 0.708, maka koefisiien perpind dahan konveksii untuk udara (hca) adalah 7.8 W/m2 oC. Bilangan Reynoold (Rew) untuk k aliran air jenuuh adalah 4167 dan bilaangan Prandlee (Prw) adalah 0.97, kondukttivitas air jenuhh adalah 0.665 5 W/m oC, maaka koefisieensi perpindahaan konveksiny ya (hcw) adalah 16 W/m2 oC. Jadi J konduktannsi keseluruhannnya (UA) adallah 10.5 W/ W oC dan panass jenis air jennuh adalah 4.49907 kJ/kg oC, maka numberr of heat transffer unit (NTU))[4] adalah 2.7 x 10-4. Perbandingan P p panas air jenuuh dan udara adalah 2.67 ddan efektivitasnya 2 %, maaka temperaatur udara di dalam d plenum adalah 41 oC. Jadi energi paanas yang diseerap udara di dalam d plenum 48 4 kW. Diestimasi eluutrasi pasir 1 % jumlah pasir di dalam fixbeed adalah 13.8 kg/jam, panass jenis pasir 0.71 kJ/kg oC dan temperaatur pasir adallah 520 oC, maka m panas yanng dibawa passir ke luar cerrobong 1.4 kW Wh. Jumlah abu yang terbentuk dari hasiil pembakaran sawdust 1.827 7 kg/jam, makaa energi panas yang terkandunng di dalam m abu 27185 kJ/jam k ≅ 7.5 kW k h. Kapasitass panas air padda 30 oC adalaah 4.179 kJ/kgg oC, dan entallpi penguappan 2261 kJ/kgg, maka kebutuhan panas unntuk evaporasi air di dalam sawdust 49 kW Wh. Kapasitas uap u (cps) addalah 0.64 kJ/kkg oC, maka kebutuhan k pannas untuk meruubah uap air m menjadi gas 11.97 kW. Pannas spesifikk sawdust 2.386 kJ/kg oC, temperatur bakkar sawdust[5] adalah a 560 oC,, maka panas yang y dibutuhkkan untuk pembakaran p saawdust 246 kW Wh. Temperaturr gas buang yaang ke luar darri plenum ruanng bakar 200 oC, panas jeenis gas buangg (cpfg) adalah 1.303 kJ/kg oC, C maka jumlaah panas yang dibawa gas buuang 456.2 kW Wh. Jadi jum mlah panas yanng dibutuhkan untuk melaksaanakan proses pembakaran p 8220 kWh dan jum mlah panas yanng
A.1-2
SE EMINAR NA ASIONAL TEKNIK T KIMIA SOEBA ARDJO BR ROTOHARD DJONO IX P Program Studdi Teknik Kiimia UPN “V Veteran” Jaw wa Timur Surabayya, 21 Juni 2012 terkanddung di dalam gas buang 2368 kWh. Denngan demikian n, temperatur ggas buang yang mengalir paada permuk kaan bidang pem manas water tu ube boiler 13822 oC. Kontrukssi hybrid boilerr dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambaar 1. Hybride boiler b Keteran ngan gambar: 1 Hybrid boileer, 2 siklon, 3 induced drafft fan, 4 forcedd draft fan, 5 kontrol, k 6 screew feeder, 7 dan 8 feed puump, 9 chimneey, 10 silo, 11 m motor, 12 wateer tank, 13 air bblower, 14 sikllon, 16 air lockk. nalisis Kapasittas 2.4. An Jum mlah gas buangg yang terbenttuk 4872 kg/jam m ≅ 1.354 kg/ddet. Komposisi gas buang diiperoleh 13.87 % CO2, 10 0.95 % H2O, 0.0145 0 % SO2, 70.72 % N2 daan 4.45 % O2. Tekanan inputt dari Forced Draft D Fan adallah 600 kg//m2, tekan isap p dari Induced Draft D Fan adallah 220 kg/m2, luas bed adalaah 2 m2, luas luubang gas outpput adalah 2 m2 dan tingggi bed adalah 4 m, maka keceepatan aliran gaas di dalam bedd aliran gas pad da lubang outpput 5.5 m/d det. Perpindahaan panas yang g terjadi dari gas pembakaran n ke water waall berlansung secara konvekksi, radiasi dan konduksi. Densitas gass buang (ρg) aadalah 0.301755 kg/m3, viskoositas dinamis gas buang (µ µg) 2 N , konduk ktivitas panas ggas buang (kg) adalah 0.086336 W/m oC. Biilangan Pranddtle adalah 4.332 x 10-6 N.s/m h 0.705, diameeter hidrolisnyaa 1.596 m, pannjang 4 meter, bilangan Reyn nold (ReD) adallah gas buaang (Prg) adalah 0.766 x 106. PrD > 0.77 dan ReD> 6000, sehingga bbilangan Nusellt[4] adalah 1940, maka koefissien perpindahhan konvek ksinya dapat dipperoleh 105 W/m W 2 oC. Luas bbidang pemanaas 25.45 m2, raatio panjang daan jari-jari ruanng luas biddang pemanas 25.45 m2 dan volume ruangg bakar 8 m3. Ratio R panjang ddan jari – jari ruang bakar 2.8, [5] ratio ruuang bakar atass dan tinggi 1, maka m harga fakktor bentuk (F1-2 ) adalah 0.4. Konstanta Stefan-Boltzma S nn 1 (σ) adaalah 5.669 x 10 0-8 Watt/m2K4, selisih s temperaatur pada waterr wall dan pusat panas 50 oC, C maka koefisiien perpind dahan radiasinyya (hr) adalah 16315 1 W/m2 oC. C Konduktivittas pipa baja 19 W/m oC, diaameter pipa yanng digunakkan adalah φ 1 ½” atau φ 488 schedule 40 dan d diameter dalam d 40.6 mm m. Jumlah pipaa water wall 118 3 batang, maka kecepaatan laju air dii dalam pipa 0.00454 0 m/dett. Densintas aiir jenuh 850 kg/m k , viskosittas -4 (R adalah 11889 < 2100, lajuu alir air di dalaam dinamiss air jenuh 1.322 x 10 kg/m.ddet, maka bilanngan Reynold (Re) pipa ad dalah laminar. Dengan kondiisi Re < 2100 dan Pr < 0.7 7, sehingga billangan Nuselt (Nu) adalah 2.8, maka kefisien k konveeksi (hc) adalaah 46.2 W/m oC. Jadi koeffisien perpindaahan panas keeseluruhan dappat diperoleeh dari rumus sebagai s beriku ut: (1)
diperoleeh 32 W/m2 oC. C Jadi panas yang y diterima aair adalah 10922.110 kWh dan entalpi uap (hhg) adalah 27988.5 kJ/kg, maka jumlahh massa air yang dievaporaasikan (mev) dari d water tubee boiler adalaah 1405 kg/jam m. 7 oC dan pannas yang dikanndung gas buanng Temperratur gas buangg masuk ke daalam fire tube bboiler adalah 723 adalah 1276 kWh dann panas yang diserap d air jenuuh di dalam firee tube boiler aadalah 819.8 kW Wh, maka masssa air yan ng dapat dievaaporasikan (Q Qev2) adalah 1055 kg/jam. Dengan D demikkian, jumlah uap yang dappat diproduuksi 2460 kg/jaam. dan tekanaannya adalah 188 bar. 2.5.Preessure Drop
A.1-3
SE EMINAR NA ASIONAL TEKNIK T KIMIA SOEBA ARDJO BR ROTOHARD DJONO IX P Program Studdi Teknik Kiimia UPN “V Veteran” Jaw wa Timur Surabayya, 21 Juni 2012 o Temperatur gas di dalam freee bed adalah 1384 T 1 C, keceppatan gas buangg di dalam freee bed adalah 5.5 5 5 m/det, bilangan b Reynoold (Re) adalahh 4.8 x 10 > 6000 aliran turrbulen, factor koreksi kekasaaran (e)[6] adallah 0.045, relative r roughhness(e/D) adallah 0.000036 dan friction cooefficient adalaah 0.013, makka pressure drop pada frree bed 0.0193 3 kg/m2. Fire tube untuk inp nput menggunaakan pipa scheedule 40 dan diameter 2 innci (60.3255 mm), diameter dalam 52.5 mm, panjang 3600 mm dann jumlahnya addalah 60 buah. Temperatur gas g buang pada p fire tube adalah 723 oC, C luas total tubbe 0.13 m2, luaas plenum darii water tube booiler ke fire tuube boiler 1.9782 1 m2, ratiio antara luas tube t dan luas pplenum 0.066, contraction c coefficient[7] adallah 0.62101, looss 3 coefficiient 0.376, kerrapatan massa 0.3615 kg/m , kecepatan alirran gas di dalaam fire tube 70 0.63 m/det, maaka pressurre drop di dalam m plenum 34.335 kg/m2. Viskkositas dinamiss gas buang di dalam pipa fire tube 3.922133 x 2 10-10 N.s/m N , Reynoldd (Re) di dalam m fire tube 3.44 x 105, relativve roughness ((e/D) adalah 0..000025, friction factor 0.0135, maka pressure dropp 86 kg/m2. Teemperatur gas buang melewaati fire tube firrst stage 350 oC, a 0.584 kgg/m3, luas plennum 0.3 m2, raatio luas plenum m dan fire tubee pada first staage kerapattan massanya adalah adalah 0.1625 dan co ontraction coef efficient dapat diperoleh 0.37 7, kecepatan ggas di dalam plenum p adalahh 7 m/det, maka m pressuree drop 54.8 kg//m2. Luas penaampang fire tubbe 0.085 m3, fiire tube secondd stage 66 m/ddet, contaraaction coefficieent 0.62, loss coefficient c adalah 0.376, makka pressure droop 48.5 kg/m2. Pada ratio arrea lubang plenum dengaan fire tube 0.141, contraction coefficient 0.621, 0 kecepataan aliran gas buuang 6.93 m/ddet, loss coeefficient diperooleh 0.371, makka pressure drrop dapat diperroleh 64.2 kg/m m2. Luas ductinng 0.075 m2, luuas 2 plenum m 0.3 m , ratio antara ductingg dan plenum 0.25, contracttion coefficient 0.626, loss coefficient c 0.3557, kecepattan aliran gas di dalam ductting 27.72 m/ddet, maka presssure drop 10.33 kg/m2. Relative roughneess pada du ucting 0.016, panjang p ductin ng total 6 m, vviskositas dinaamis 2.8719 x 10-6 N.s/m2, bilangan b Reynoold aliran gas g buang di dalam ducting 1.85 1 x 106, rellative roughnesss (e/D) adalahh 0.000025, friiction coefficieent adalah 0.015, maka pressure p dropp adalah 11.433 kg/m2 dan pressure p pada ducting adalaah 22.86 kg/m m2. particlee shape factor (φs) adalah 0.77, surface meann particle diam meter (Dp) adallah 600 µm, deensity of particcle (ρs) adaalah 14.375 gr//m3, void fractiion of bed of paarticles (εs) ad dalah 0.6 dan looad filter (w) adalah a 0.01 gr/m m2 , maka pressure p drop pada siklon[9] adalah 104.65 kg/m2. Jadi prressure drop pada water tubee boiler, fire tube boiler, gas g plenum, gaas ducting dan cyclone 425.7708 kg/m2 > ID DFan pressure (220 kg/m2). Dengan D demikiian 2 total prressure drop paada hybride boiiler 900.51 kg//m > FDFan dan d IDFan presssure (820 kg/m2).
3.UJI COBA C OPERA ASI P Pada saat uji coba operasi hybride boilerr dilakukan baahan bakar saw wdust berasal dari d kayu agattis, kandun ngan air sawdu ust antara antarra 9 sampai 200 (%) dan nilai panas adalahh 16500 kJ/kg. Parameter yanng diukur adalah temperaatur pasir, tem mperatur ceroboong, tekanan uddara plenum, tekanan freeboaard, tekanan uap u dan lajuu uap. Penguku uran parameterr ini dilakukan pada hybrid bo oiler kondisi beroperasi sateddy state dan haasil penguk kuran dapat diliihat pada Tabell 1. Tabel 1. Data D hasil pen ngujian hybridde boiler No Uraian Peengujian ukuran Hasil Pengu 01 Temperatur T passir 520 ( oC) C 02 Temperatur T cerrobong 170 ( oC) C 03 Tekanan T udara plenum 2.5 kP Pa 04 Tekanan T freebooard - 4 kPa 05 Putaran P screw feeder f 6.5 rpm m 06 Tekanan T uap 17.5 baar 07 Laju L uap 1200 kg/j /jam
Keterngan
320 kg/jam
Selamaa operasi berlaangsung tempeeratur pasir yaang dicapai addalah 520 oC dan d temperatuurnya sulit untuuk dinaikkkan lagi. Penguumpanan bahann bakar mengggunakan screw w feeder terkossentrasi pada suatu s daerah dan d tidak merata, m sehingg ga temperaturr pasir tidak merata m pula. Bila B laju masssa bahan bakaar sawdust yanng diumpaankan ke ruang bakar dibessarkan, temperratur pasir droop dan proses pembakaran berhenti. Untuuk menjaga kestabilan pembakaran p di dalam ruang bakar, b bahan bakar b sawdust yang diumpannkan adalah 3220 kg/jam dapat menghaasilkan uap adaalah 1200 kg/jaam dan tekanaan uapnya adallah 17.5 bar. Kondisi K ini hannya berlanggsung selama 20 2 menit dan setelah s 20 mennit tekanan uap p turun menjaddi 14 bar dan setelah satu jaam tekanann uap turun meenjadi 12 bar, sehingga kapaasitas uap yangg dapat dicapaii di bawah 10000 kg/jam < tuurn down raatio adalah 100 00 kg/jam dan tekanan 18 barr, maka operassi hybrid boilerr diberhentikann. 3. ANA ALISIS DAN DISKUSI D T Tebal pasir meedia ujung atas air nozzle addalah 200 mm m, dan butir passir yang digunnakan 0.5 samppai 2 1(mm) dan pressure drop d yang terjadi adalah 47448 Pa ( 474.8 kg/m k ) < FDF Fan pressure addalah 600 kg.m m2 , sehinggga tidak terjadi back pressuree dan proses buubling dapat beerlangsung dengan baik.
A.1-4
SE EMINAR NA ASIONAL TEKNIK T KIMIA SOEBA ARDJO BR ROTOHARD DJONO IX P Program Studdi Teknik Kiimia UPN “V Veteran” Jaw wa Timur Surabayya, 21 Juni 2012 J Jumlah pressuure drop pada water tube booiler, fire tube boiler, gas pleenum, gas ducting dan cyclone adalah 425.708 kg/m m2 > IDFan prressure (220 kkg/m2). Dengan n demikian tottal pressure drop dr pada hybrrid 1 kg/m2 > FD DFan dan ID DFan pressure (820 kg/m2), sehingga tekkanan gas haasil boiler adalah 900.51 karan di dalam m ruang bakar positip, p maka ddi dalam ruang bakar akan terrjadi back presssure. Daya yanng pembak dibutuh hkan untuk menngisap gas buaang adalah 7322.56 kgm/det, IDFan I efficienncy adalah 90 %, % dan electriccal motor efficiency e 90 %, % maka kebutuuhan daya motor adalah 12 HP > Electricaal motor poweer for IDFan (10 ( HP). Untuk U mencegahh tekanan di dalam d ruang baakar positip daan beban IDFaan tidak menggalami over loaad, maka pengumpanan p b bahan bakar saawdust ke ruanng bakar tidak k boleh maksim mum, sebaiknyya pengumpannan hanya dilakukan d makssimum 75 %. B Bila hybride boiler b dioperaasikan pada beeban penuh (m maximum loadd capacity) ak kan terjadi baack pressurre dan motor listrik pada IDF Fan akan menngalami over load, l sehingga beban arus listrik pada lilittan coil meelebihi daya tahhan lapisan em mail yang berfuungsi sebagai isolator i pada kkawat coil, maaka lapisan email kawat akan a mengalam mi kerusakan. Dengan demiikian, kawat coil c akan menggalami arus siingkat dan dappat menimb bulkan kerusakkan pada motorr listrik. P Panas yang ditterima air jenuuh adalah 10922.110 kWh dan entalpi uap (hhg) adalah 27988.5 kJ/kg, maaka jumlah uap yang dihaasilkan (ms) darri water tube boiler b adalah 14 405 kg/jam. Teemperatur gas buang masuk ke f tube boilerr adalah 723 oC dan panas yaang dikandung gas buang adaalah 1276 kWh dan panas yanng dalam fire diserap air jenuh di dalam d fire tubee boiler adalahh 819.8 kWh, maka m jumlah uuap yang dapatt dihasilkan (Q Qs) adalah 1055 kg/jam. Dengan demiikian, jumlah uap yang dapat dihasilkan dari d operasionnal hybrid boiller adalah 2460 2 kg/jam dan tekanannyaa adalah 18 bar < targer kapassitas adalah 25000 kg/jam dan tekanan 18 baar. B dilakukan setting pada flue Bila f gas dampeer yang tepat, sehingga s tidak terjadi elutrassi di dalam ruanng bakar, maka panas dari d pembakaraan sawdust addalah 3542.3 kW k h. Panas gaas buang yangg mengalir paada kaan pemanas adalah a 2722.3 kW dan tempperatur gas buaang yang menggalir pada perm mukaan pemannas permuk adalah 1584 oC, panas jenis gas buaang adalah 1.28830 kJ/kg.oC, sehingga s panass yang diserap air jenuh adallah 2 kWh dan uaap yang dapat dihasilkan darri water tube boiler adalah 1617 kg/jam. Temperatur gas g 1256.62 buang setelah s ke luar dari bidang peemanas water tube boiler adaalah 929 oC daan panas yang dapat diserap air a adalah 1085.68 kWh, sehingga uap yang dihasilkkan dari fire tuube boiler adallah 1397 kg/jaam, maka jumllah uap yanng dihasilkan dari d hybrid boiiler adalah 30114 kg/jam > taarget kapasitas 2500 kg/jam dan tekanan uap u 18 bar. P Pengujian awaal dari hybrid boiler ini kappasitas uap yaang dapat dicapai adalah 1200 kg/jam dan d tekanann uapnya adalahh 17.5 bar, selaang waktu 20 menit m tekanan uap ini turun m menjadi 14 bar dan selag wakktu satu jam m tekanan uaap turun lagi hingga 12 baar. Kondisi ini disebabkann bahan bakaar sawdust yanng diumpaankan ke ruangg boiler berasaal dari kayu aggatis, jenis kayyu sifatnya ringgan dan bentukk sawdust haluus, sehinggga sebagian bahhan bakar saw wdust tidak terbbakar mengalam mi elutrasi terbbawa gas buan ng ke luar, maaka energi panas p yang diihasilkan pembbakaran sawduust ini tidak cuukup untuk m memproduksi uap u sampai 2500 kg/jam pada tekanan uap18 u bar. bahan bakar saawdust mengggunakan screw feeder terjadi penyebaran baahan bakar tiddak P Pengumpanan merata pada luas perrmukaan pasirr panas yang bberfungsi sebaagai media pem mbakar bahann bakar sawduust. Pengum mpana bahan bakar b sawdust terkosentrasi pada p satu titik,, sehingga tem mperatur pasir tidak t merata dan d bila penngumpanan baahan bakar diperbesar, maka temperatur paasir akan turunn, temperatur pasir p relatif lebbih rendah dari temperatu ur bakar bahan bakar sawdustt dan pembakarran akan berheenti. S Solusi untuk pengumpanan n bahan bakarr sawdust meenggunakan screw feeder guna menceggah terkosenntrasi pada sattu titik perlu diipasang nozel udara u sekitar luubang output dari d screw feed der. Bahan bakkar sawdust yang ke luar dari screw feeeder ditiup udaara dari nozel tersebut, sehinggga bahan bakaar sawdust dappat tersebarr keseluruh luaas permukaan pasir p panas serrata merata. Deengan demikiaan, temperatur pasir akan stabbil dan meerata serta mam mpu melaksanaakan proses pem mbakaran bahaan bakar sawdu dust yang dium mpankan ke ruanng bakar. 4. KES SIMPULAN P Pressure drop pada water tuube boiler, firee tube boiler, gas g plenum, gaas ducting dann cyclone adallah 425.708 8 kg/m2 > IDF Fan pressure (220 kg/m2). D Dengan demikkian total presssure drop pada hybride boiller
A.1-5
SE EMINAR NA ASIONAL TEKNIK T KIMIA SOEBA ARDJO BR ROTOHARD DJONO IX P Program Studdi Teknik Kiimia UPN “V Veteran” Jaw wa Timur Surabayya, 21 Juni 2012 adalah 900.51 kg/m2 > FDFan dan IDFan pressurre (820 kg/m2). ) Daya yang ddibutuhkan untuuk mengisap gas g buang adalah 732.566 kgm/det, ID DFan efficiencyy adalah 90 %, % dan efisiennsi motor listrrik 90 %, maaka kebutuhhan daya motoor adalah 12 HP H > Electricaal motor poweer untuk IDFan (10 HP). Deengan demikiaan, hybrid boiler ini tidakk boleh dioperasikan pada beeban maksimum m. bahan bakar saawdust mengggunakan screw feeder cenderrung tidak merrata pada seluruuh P Pengumpanan luas perrmukaan pasirr panas sebagai media pembaakar bahan bakkar sawdust, nnamun terkosenntrasi pada suaatu titik, seehingga temperratur pasir di dalam d ruang baakar tidak meraata dan sebagiaan temperatur permukaan pasir lebih reendah dari temp peratur bakar bahan b bakar saawdust. Dengann demikian, peerlu alat bantu untuk u meratakkan pengum mpanan bahan bakar sawdust, sehingga tem mperatur pasirr stabil dan m merata serta maampu melakukkan pembak karan seluruh bahan b bakar saw wdust yang diuumpankan ke ruang r bakar. AR PUSTAKA A DAFTA 1. Annonim, Biomasss Fired FBC--CHP Plant D Design, Energyy from Biomass Residues Supplemented S b by Fosssil Fuels, Jakaarta, 1997, hal annexIII-2 2. Bruuner Calvin R, ( 1991 ), Hand dbook of Incineration System m, MicGraw – H Hill, Inc 3. Liddinegg N, Dam mferzeugung Daanpfkessel Feuurungngen,Weiin,Springer-Veerlag,1996,hal 128. 4. Hoolman.J.P.1981, “Heat Transffer” 5th Ed MccGraw – Hill Kogakusha, K Ltdd. 5. Kreeith Frank, Arkko Prijono M.S Sc, 1991 “Prinnsip – Prinsip Perpindahan P P Panas”Edisi Ketiga, K PT.Geloora Akksara Pratama. 6. Naagaratnam.S, 19984, “Fluid Meechanics”, Fouurth Edition, Romesh R Chambber Khanna, Kaahana Publisheers 2-B B, Nath Markett, Nai Sarak Deelhi – 110006. 7. Fox x.Robert W, McDonald. M Alaant T, 1994, ““Introduction To Fluid Mechanics”, Fourrth Edition, Johhn Wiilley & Sons,Innc. Canada. 8. Bu uthod Paul, Megyesy. M Eug gene F,1983,”P Pressure Vesssel Handbookk”,Pressure Veessel Handbook Pub blishing Inc, P.O.Box 35365,, Tulsa,OK 74153. 9. Perrry.Robert H, Green G Don,19884, Perry’s Chhemical Engineeers’Handbookk, Sixth Edition n, McGraw-Hiill, Incc.
A.1-6
