PROSIDING SEMINAR NASIONAL REKAYASA KIMIA DAN PROSES 2004 ISSN : 1411 - 4216
MODIFIKASI SISTEM PEMBAKARAN INSINERATOR TIPE PPF – LB 1.50 GUNA PENINGKATAN PERFORMANSI Mamat PUSAT PENELITIAN FISIKA – LIPI Jln. Sangkuriang ( kompleks LIPI ) No.21/154D, Bandung 40135 Telp : ( 022 ) 250 3052, 250 7773 – Fax : ( 022 ) 250 3050 E – mail :
[email protected] ABSTRAK Semula kapasitas bakar insinerator PPF – LB 1.50 hanya mencapai 67 % dari kapasitas spesifikasinya. Ada empat faktor penyebab terjadinya penurunan kapasitas yaitu tekanan bahan bakar terlalu rendah, burner sering terjadi gangguan, suplai udara ke ruang bakar kurang memadai dan griel sering rusak. Pada saat burner “ON” tekanan input bahan bakar gas tidak kostan, dilihat pada pressure gauge yang dipasang pada booster ada penurunan tekanan bahan bakar dari 5 psig menjadi 1 psig. Kapasitas bakar yang dapat dicapai oleh insinerator ini hanya 1 m3/jam pada kadar air sampah 40 %. Supaya performansi insinerator optimum perlu dilakukan modifikasi pada sistem distribusi bahan bakar gas, distribusi udara, sistem suplai udara pada burner dan griel. Setelah dilakukan modifikasi ada kenaikkan performansi kapasitas bakar insinerator dapat mencapai1.5 m3 pada kandungan air sampah 40 %. Agar umur pakai burner lebih lama blower pada burner selalu “ON” pada kondisi buner “OFF”, sehingga ada tiupan udara yang berfungsi sebagai pendingin. Griel menggunakan water cooling, sehingga panasnya tidak terakumulasi pada material griel, sehingga temperatur pada permukaan griel di bawah temperatur lumernya. Kata kunci : sampah, burner, panas, kapasitas, griel 1. PENDAHULUAN Insinerator tipe PPF – LB 1.50 telah dioperasikan sejak tahun 2000 di area industri gas dan minyak bumi di Kalimantan timur. Semula insinerator ini mempunyai kapasitas bakar relatif lebih rendah dari spesifikasinya, sehingga target pembakaran sampah secara habis di tempat penampang sampah akhir tidak terpenuhi. Produk sampah rata – rata setiap harinya adalah 18 m3 yang terdiri sampah organik 87 % ( 15 m3 ) dan anorganik 17 %. Insinerator tersebut setiap harinnya dioperasikan secara efektif 10 jam dan jumlah yang mampu dibakar selama operasi hanya 12 m3 atau 80 % dari total sampah yang tersedia, sehingga setiap hanrinya sisa sampah yang tidak terbakar sebanyak 3 m3 dan membentuk timbunan sampah di tempat pembuangan tersebut. Pada saat ini, untuk mengatasi permasalahan timbunan sampah tersebut dilakukan proses pengomposan, sehingga timbunan sampah di tempat pembuangan tidak terlihat lagi. Produk dari proses kompos digunakan untuk tanah perkebunan di area industri tersebut. Ruang bakar insinerator ini mempunyai 4 buah burner dan masing – masing burner yang mengkonsumsi bahan bakar LNG ( liquid Nature Gas ) sebanyak 20 Nm3/jam dan masing – masing burner menghasilkan ouput panas sebanyak 232 kW. Namun kondisi tersebut hanya dapat dicapai bila tekanan maksimal ruang bakar nol dan bahan bakar gas yang masuk ke burner mempunyai tekanan 7.7 mba. Fakta di lapangan bahwa pengumpanan sampah ke ruang bakar insinerator melebihi batas, sehingga mengakibatkan tekanan ruang bakar positif dan terjadi back pressure. Dengan adanya back pressure selama operasi berlangsung menimbulkan suplai udara ke ruang bakar terhambat, sehingga ratio udara dan bahan bakar sampah untuk melaksanakan pembakaran sempurna tidak dapat dipenuhi. Back pressure sering menimbulkan kerusakan pada komponen burner karena gas hasil pembakaran dapat masuk ke dalam burner casing yang dapat merusak modul kontrol burner tersebut. Selain itu, akan banyak terbentuk gas beracun yang dapat membahayakan kesehatan manusia khususnya operator. Dengan demikian, bila dilihat secara fisik asap yang ke luar dari cerobong berwarna hitam, kondisi ini menunjukkan adanya hidrokarbon yang tidak sempat terbakar di ruang bakar kedua, maka harga opacity gas buang tinggi. Temperatur di dalam ruang bakar pada kondisi tersebut relatif lebih rendah. JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK I-7-1 UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
Untuk meningkatkan performansi dari insinerator ini perlu dilakukan modifikasi sistem pembakaran yang meliputi sistem distribusi bahan bakar, sistem suplai udara pada burner dan sistem distribusi udara pada ruang bakar utama dan ruang bakar kedua. Namun masih ada yang perlu diperhatikan untuk menunjang pembakaran sempurna yaitu pengumpanan sampah ke ruang bakar harus sesuai prosudur pengoperasian. Dengan demikian, ratio udara dan bahan bakar sampah dapat tercampur secara homogen, sehingga pembakaran sampah secara sempurna dapat dilaksanakan dengan baik. Dengan pembakaran sampah secara sempurna temperatur operasi ralatif lebih tinggi, relatif lebih kecil hidrokarbon yang lolos ke luar cerobong, opacity relatif lebih kecil dan asap berwana bening, sehingga emisi dari gas buang tersebut ramah terhadap lingkungan. 2. DISTRIBUSI SISTEM BAHAN BAKAR Bahan bakar gas pada pipa sumbernya mempunyai tekanan 150 sampai 200 psig dan kualitas bahan bahan bakar gas tersebut basah, agar gas yang masuk ke gas header relatif lebih kering dipasang gas scrubber yang dilengkapi mechanical trap. Pada sistem pemipaan bahan bakar gas dilingkapi bolt valve dan gas regulator. Suplai bahan bakar gas ke gas header dipasang dua jalur masing – masing dilengkapi suatu bolt valve dan suatu gas regulator yang bertujuan yaitu satu jalur bahan bakar gas untuk cadangan bila ada gangguan pada jalur yang dioperasikan, sehingga pengoperasian tidak terganggu. Agar tekanan bahan bakar pada gas header 6 psig, sehingga dipasang gas regulator yang mempunyai ratiao 1 : 50, maka tekanan input gas ke gas header dapat diatur dengan gas regulator sesuai kebutuhan. Sistem distribusi bahan bakar pada insinerator ini dilengkapi suatu booster, semula hanya dipasang dua booster, namun pada dimodifikasi distribusi bahan bakar gas dipasang tiga unit booster. Khusus pada ruang bakar utama masing – masing dilayani oleh suatu booster dengan tujuan agar teknan bahan bakar gas masuk ke burner stabil selama operasi berlangsung. Instalasi booster pada insinerator dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Instalasi booster pada insinerator Pressure setting pada masing – masing booster 4 psig atau 288 mba, karena tekanan maksimum bahan bakar yang masuk ke multi block adalah 360 mba. Multi block yang digunakan pada sistem distribusi bahan bakar ke burner adalah tipe MB – DLE 405/407 B01 dan konstruksinya dapat dilihat pada Gambar 2. JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
I-7-2
Keterangan gambar: 1. Pressure regulator 2. Microfilter 3. Valve V1 4. Conection flange 5. Closing spring V1 6. Housing 7. Armature V1 8. Regulating spring
9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.
Solenoid V1 Gas pressure switch Electrical connection Valve V2 Closing spring V2 Armature V2 Solenoid V2 Solenoid housing
Setting: 17. – Gas pressure pa 18. – Main volume 19. – Fast stroke 20. Hydraulic barake 21. Working diaphragm 22. Compensation diaphragm
Gambar 2. Konstruksi multi block tipe MB – DLE 405/407 B01 Dengan digunakan multi blok ini laju dan tekanan bahan bakar yang ke burner relatif lebih konstan, pressure output dari multi block ini 4 sampai 20 mba dan tekanan bahan bakar gas ke burner maksimum 20 mba. Jaringan distribusi bahan bakar dari sumber dari gas header, gas scrubber, gas header dan ke gas booster dapat dilihat pada Gambar 3.
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
I-7-3
160 psi gas supply Ø3/4" gas pipe
Ø3/4" bolt valve
gas scrubber
regulator pressure :200 to 30 psi
automatic drain valve
Ø 3/4" gas pipe
secondary booster vessel
Ø 3/4" gas pipe
main booster vessel capacity : 0.5 mcu
pressure setting :5.1 psi
selonoid valve
regulator
relief valve
pressure switch
pressure switch
pressure test point
Ø 3/4" gas pipe
regulator
micro filter
Ø 3/4" gas pipe
pressure gauge
multi block adjusting valve
4 5 psi
3
2
burner
drain
1
Gambar 3. Jaringan distribusi bahan bakar gas setelah dimodifikasi Dengan memasang tiga buah booster dan burner nomor satu dan dua masing – masing dilayani oleh satu buah booster, sehingga pada kondisi burner “ON” tekanan relatif konstan. Namun burner nomor tiga dan empat hanya dilayani oleh satu buah booster, sehingga pada kondisi kedua burner tersebut “ON” tekanan pada booster turun dari 5 psig menjadi 1 psig. Dengan demikian, output panas dari burner nomor 1 dan 2 relatif lebih besar dari burner nomor 3 dan 4. Kondisi ini tidak menurunkan kinerja dari proses pembakaran sampah di dalam bakar karena output panas burner nomor 1 dan 2 yang digunakan untuk membakar sampah, maka output panas dari burner nomor 1 dan 2 harus dijaga kestabilannya. Selain itu, tekanan di dalam ruang bakar harus jaga negatif agar performensi burner dan proses pembakaran sampah dapat mencapai harga optimum. 3. SISTEM DISTRIBUSI UDARA Insinerator ini dilengkapi air header dan air booster supaya mempunyai tekanan dan laju udara yang sama ke luar dari nozel udara pada ruang bakar utama dan kedua. Ruang bakar utama mempunyai dua unit air booster dan ruang bakar kedua mempunyai satu unit air booster. Air Booster yang dipasang pada ruang bakar utama masing – masing tujuh nozel berdiameter ½ “. Nomun air booster yang dipasang pada ruang bakar kedua hanya mempunyai tiga nozel berdiameter ½” . Pengaturan laju udara pada air header ke air booster menggunakan bolt valve , sehingga dapat dipenuhi sesuai kebutuhan untuk melakukan pembakaran JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
I-7-4
sempurna. Udara untuk memenuhi proses pembakaran pada ruang bakar utama dan kedua disuplai oleh suatu centrifugal blower berkapasitas 28 m3/menit atau 1680 m3/jam dengan daya motor penggerak 2.3 HP pada putaran 2800 rpm. Namun untuk melaksanakan pembakaran sampah secara sempurna diperlukan udara sebanyak 2025 m3/jam, maka blower yang terpasang pada insinerator ini perlu diganti dengan blower yang mempunyai kapasitas lebih besar yaitu 2080 m3/jam. Selain itu, header yang telah terpasang pada insinerator tersebut terlu kecil yaitu φ 6”, sehingga terjadi back pressure, dan menimbulkan laju udara yang masuk ke ruang bakar relatif lebih rendah dari kapasitasnya. Agar tidak terjadi back pressure pada blower dan laju udara masuk ke ruang bakar optimum, header tersebut diganti dengan ukuran yang lebih besar yaitu berdiameter 385 mm dan panjangnya 1200 mm, sehingga laju udara masuk ke ruang bakar stabil. 4. BURNER Burner yang dipasang pada insinerator tersebut menggunakan sistim “ON” dan “OFF” , blower hanya “ON” bila burner “ON”, sehingga pada saat burner”OFF”, maka blower juga”OFF”, kondisi ini burner cepat rusak karena bila terjadi back pressure gas panas dari hasil pembakaran akan masuk ke dalam burner casing dan masuk ke dalam modul kontrol yang tidak dilengkapi alat pendinginan. Supaya burner mempunyai umur pakai relatif lebih lama, maka burner tersebut perlu dilakukan dimodifikasi khususnya pada bagian blower. Burner pada kondisi “OFF” blower tetap pada kondisi “ON”, sehingga ada tiupan udara di dalam burner casing yang berfungsi sebagai pendingin, maka modul kontrol tetap dingin karena gas panas tidak ada masuk ke burner casing pada saat back pressure. Selain itu posisi nozel bahan bakar gas perlu dilakukan setting lagi agar semburan api realtif lebih panjang, sehingga kemampuan jangkau lidah api pada tumpukan sampah optimum. 5. ANALISIS DAN DISKUSI Berdasarkan hasil pengujian kinerja insinerator setelah dimodifikasi ada peningkatan yang signifikan antara lain adalah tekanan bahan bakar pada booster untuk burner nomor 1 dan 2 relatif lebih stabil, udara di dalam air header tidak back pressure dan plenum burner dingin. Dengan adanya modifikasi pada jaringan distribusi bahan bakar gas, dengan tekan bahan bakar gas pada kondisi stabil menunjukkan bahwa laju bahan bakar yang mengalir dapat mencapai optimum. Bila dilihat secara fisik semburan api yang ke luar dari lubang plenum burner sangat besar dan lidah api relatif lebih panjang serta warna api biru. Kondisi tersebut menunjukkan bahwa ratio udara dan bahan bakar gas memenuhi persyaratan stoichiometric burning, sehingga terbentuk pembakaran sempurna. Pada kondisi pengumpanan sampah ke ruang bakar mengikuti ketentuan prosudur operasi insinerator, tidak terjadi back pressure dan warna asap dari gas buang yang ke luar cerobong bening. Hal tersebut menunjukkan bahwa ratio udara dan sampah yang dibakar memenuhi ketentuan stoichiometric burning, sehingga temperatur yang terjadi di dalam ruang bakar utama relatif lebih tinggi dari temperature setting ( 600 C ). Dari hasil pengamatan selama uji coba operasi insinerator, sampah yang disediakan tiga truk yang mempubyai kapasitas masing – masing truk sebesar 6 m3 dan total sampag tertumpuk di tempat penampungan sampah sebanyak 18 m3. Proses pembakaran sampah tersebut dapat dihabiskan selama 10 jam efektif. 6. KESIMPULAN Dengan memodifikasi sistem pembakaran pada insinetor PPF – LB1.50 dapat meningkatkan kapasitas bakar sebesar 12.5 %, sehingga insinerator ini mampu membakar sampah sebanyak 15 m3/jam pada waktu operasi selama 10 jam. Dengan demikian, tidak terlihat lagi tumpukan sampah di tempat pembuangan sampah akhir, maka area pembuangan sampah tersebut bersih dan bebas dari polisi.
UCAPAN TERIMA KASH 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 juga kepada rekan – rekan seprofesi di LIPI Bandung dan Serpong.
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
I-7-5
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. Nagaratnam, ( 1984 ), Fluid Mechanic, Khanna Publisher Delhi – 6. 6. Perry.Robert H, 1984, Perry’s Chemical Engineers’Handbook, Sixth Edition,McGraw – Hill International Edition.
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
I-7-6
