J. Tek. Ling
Edisi Khusus
Hal. 40-47
Jakarta Juli 2008
ISSN 1441-318X
PENINGKATAN EFISIENSI PEMBAKARAN PADA BOILER MELALUI PENERAPAN PRODUKSI BERSIH Kasus : Boiler Fluidized Bed Combustion di Pabrik Tektil Wiharja dan Joko Prayitno Susanto Peneliti di Pusat Teknologi Lingkungan Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi Abstract The industrial increasing growth rate in globalization has been given impact to the increasing of energy consumption, especially for energy that comes from fossil fuel. The decreasing of fossil fuel that can not renewable the energy, it must be done energy efficiency through the energy utilization on production process to be an ought to that can not be avoided. The implementation of cleaner production in boiler from textile industry has been done to reduce energy loose through combustion energy efficiency. The implementation result of cleaner production concept is able to reduce energy losses from about 21,09% to be 13,30 %. The coal consumption before was about 60 tones/day and after implementation, it can reach equal to 4.67 tones/day or 1.401 tones coal per year. Key words: efficiency, cleaner production, Boiler.
1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Meningkatnya laju pertumbuhan industri sangat diperlukan untuk meningkatkan pertumbuhan perekonomian masyarakat. Disisi lain, peningkatan industrialisasi ini akan selalu diikuti dengan meningkatnya kebutuhan energi, yang saat ini sangat tergantung pada sumber energi yang berasal dari bahan bakar fosil. Namun demikian, industrialisasi telah merupakan salah satu tuntutan yang tidak dapat dihindarkan lagi dalam upaya meningkatkan kesejahteraan masyarakat, sehingga pertumbuhan industrialisasi tidak boleh dihambat. Timbulnya dampak negatif dari industrialisasi, seperti penggunaan energi yang menguras cadangan bahan bakar fosil yang terkandung di dalam perut bumi, pencemaran, dampak sosial dll., harus 40
disikapi secara bijaksana dengan melakukan upaya-upaya pencegahan melalui optimalisasi proses, peningkatan effisiensi, pemanfaat bahan baku yang ramah lingkungan dan sebagainya. Semakin ketatnya persaingan di era ekonomi global juga mengharuskan dunia usaha melakukan kreasi untuk lebih meningkatkan efisiensi dan peningkatan performa lingkungannya, dan harus dapat memenuhi tuntutan konsumen yang menekankan pentingnya prinsip-prinsip pembangunan berkelanjutan untuk dilaksanakan di dalam setiap proses produksinya. Produksi Bersih (Cleaner Production) merupakan salah satu metode yang menerapkan prinsip-prinsip pembangunan berkelanjutan yang saat ini banyak dilakukan
diberbagai Negara.
Wiharja dan J, P. Susanto. 2008
Penerapan produksi bersih dalam suatu industri dapat mencakup semua proses dalam industri, baik sejak penyiapan bahan baku, proses hingga produk akhir yang dihasilkan. Dalam suatu industri, khususnya industri tektil, boiler merupakan salah satu bagian penting proses produksi untuk menyediakan panas yaitu melalui pemanasan air menjadi uap. Penerapan produksi bersih pada boiler diharapkan dapat menurunkan konsumsi energi yang sangat signifikan terhadap penurunan konsumsi energi produksi secara keseluruhan. 1.2. Tinjauan Pustaka a.
Pengertian dan Konsep Produksi Bersih
United Nation Environmental Program (UNEP) mendefinisikan “Cleaner Production is the continuous application of an integrated preventive environmental strategy to processes, products, and services to increase overall efficiency, and reduce risks to humans and the environment. Cleaner Production can be applied to the processes used in any industry, to products themselves and to various services provided in society”. [1] atau dapat disampaikan bahwa produksi bersih adalah penerapan secara terus menerus suatu strategi pencegahan lingkungan yang terpadu untuk proses, produk dan layanan untuk meningkatkan efisiensi keseluruhan dan mengurangi risiko terhadap manusia dan lingkungan. Cleaner Production (CP) merupakan suatu konsep pengelolaan lingkungan yang telah banyak dilaksanakan di berbagai negara dengan istilah-istilah yang berbeda satu dengan laainnya. Di daratan eropa dikenal dengan istilah Eco-efficiency, di daratan Amerika (Pollution Prevention), di Amerika Serikat (Waste Minimization), di Asia (Green Productivity) dll. Konsep Eco-Efficiency yang banyak dipakai di daratan Eropa, diartikan sebagai konsep yang menitikberatkan pada daya saing nilai barang dan pelayanan yang dapat
memenuhi kebutuhan manusia & memberikan kualitas hidup dimana secara bertahap akan mengurangi dampak lingkungan, penggunaan sumberdaya melalui daur hidup setidaknya sesuai dengan daya dukung lingkungannya. Konsep ini diangkat pada tahun 1992 dalam World Business Council for Sustainable Development (WBCSD. Konsep ecoefficiency ini terlihat hampir sama dengan konsep cleaner production, namun demikian perbedaannya adalah eco-efficiency memulai dari isu efisiensi ekonomi yang memberikan keuntungan di bidang lingkungan; sementara cleaner production memulai dari isu efisiensi lingkungan yang memberikan efek positif pada segi ekonomi. Konsep Pollution Prevention (P2) diartikan sebagai pengurangan bahan-bahan pencemar (pollutants) pada sumbernya, mencegah atau mengurangi limbah dari tempat dihasilkannya termasuk upaya melindungi sumberdaya alam dengan mengurangi atau menghilangkan polusi melalui peningkatan efisiensi penggunaan bahan baku, energi, air dan tanah. Terminologi P2 dan CP sering digunakan untuk saling menggantikan satu sama lain. Perbedaan lebih bersifat geografis, P2 digunakan di Amerika Utara sementara CP lebih sering digunakan di berbagai belahan bumi yang lain. CP dan P2 menitikberatkan pada strategi pengurangan polusi dan dampak lingkungan secara terus menerus melalui pengurangan bahan-bahan pencemar dari sumbernya dengan mengurangi limbah proses produksi ketimbang pendekatan End of Pipe approach (EoP). Istilah waste minimization diperkenalkan oleh United State Environmental Protection Agency (US EPA) pada tahun 1988. Terminologi Waste Minimization dan Pollution Prevention sering digunakan untuk saling menggantikan satu sama lain. Namun demikian Waste Minimization digunakan lebih luas, meliputi daur ulang maupun teknik-teknik lain untuk mengurangi limbah yang harus diolah/
Peningkatan Efisiensi... J. Tek. Ling. Edisi Khusus 40-47
41
dibuang. Sementara Pollution Prevention diartikan sebagai “ tidak menghasilkan limbah dari awal “ yaitu dengan mengurangi dari sumbernya. Dari pengertian tersebut diatas Waste Minimization diartikan sebagai
•
On site reduction (pengurangan di dalam), pengurangan sumber limbah dengan perubahan input bahan baku, teknologi, praktik operasionalisasi yang baik dan perubahan produk.
•
Off site reduction (pengurangan di luar), daur ulang dengan menggunakan kembali secara langsung limbah dan dilakukan di luar sistem produksi.
Istilah Green Productivity banyak dipakai di Jepang dan negara-negara Asia lainnya. Terminologi ini diperkenalkan pada tahun 1994 oleh Asian Productivity Organization (APO), dalam menghadapi kompetisi untuk mencapai produksi yang berkesinambungan. Green Productivity merupakan strategi untuk meningkatkan produktifitas dan kinerja lingkungan untuk pengembangan sosial ekonomi secara keseluruhan Istilah Cleaner Production saat ini sangat digalakan dan dikampanyekan oleh pencinta lingkungan, untuk menekan terjadinya pencemaran yang lebih lanjut. Dalam terminologi pengelolaan cleaner production dikenal sebagai pengelolaan lingkungan proaktif yang mengedepankan upaya pencegahan terhadap terjadinya limbah dengan melalui langkah-langkah:
• • • • • • • • 42
Good housekeeping Subtitusi input/bahan baku Kontrol terhadap proses yang bagus Modifikasi/perbaikan peralatan Perubahan teknologi proses Recovery/reuse di tempat Penggunaan/pemanfaatan produksamping Modifikasi produk
a.
Boiler
Boiler adalah suatu bejana tertutup untuk membangkitkan uap panas atau steam pada tekanan tertentu. 2, 3 ) Pada umumnya, panas boiler dibangkitkan dengan sistem pembakaran bahan bakar fosil diantaranya adalah batubara,gas alam, dan solar disamping menggunakan limbah. Boiler biasanya terdiri dari pipa-pipa tube yang terdapat di dalam shell. Berdasarkan penggunaan atau fungsi pipa, boiler dibagi menjadi 2 (dua) yaitu : -
-
Fire tube boiler, gas panas/pemanas melewati pipa-pipa sedangkan air umpan yang dirubah menjadi steam berada di dalam shell. Water tube boiler, air umpan berada di pipa-pipa sedangkan gas panas/ pemanas berada di dalam shell.
Jenis boiler berdasarkan sistim pembakaran antara lain - Fluidized bed combustion boiler, udara dihembuskan melalui tumpukan/bed pasir, sehingga terfluidisasi. Bahan bakar diinjeksikan secara terus menerus ke bed, sehingga bahan bakar akan terbakar dengan cepat. Pembakaran dengan fluidized bed (FBC) berlangsung pada suhu sekitar 840°C hingga 950°C, lebih rendah dari suhu pembakaran pada sistim konvensional dan jauh berada dibawah suhu fusi abu, sehingga pelelehan abu dan permasalahan yang terkait didalamnya dapat dihindari. Pembakaran dengan fluidized bed (FBC) berlangsung pada suhu sekitar 840°C hingga 950°C, lebih rendah dari suhu pembakaran pada sistim konvensional dan jauh berada dibawah suhu fusi abu, sehingga pelelehan abu dan permasalahan yang terkait didalamnya dapat dihindari. Bahan bakar yang dapat dipergunakan adalah batbara, limbah padat industri tekstil, kertas, limbah padat pertanian (sekam padi, bagas, cangkang sawit dan lain
Wiharja dan J, P. Susanto. 2008
-
lain). Boiler ini dapat dioperasikan pada tekanan atmosferik (Atmospheric fluidized bed combustion boiler),serta bertekanan (Pressurized fluidized bed combustion boiler), Circulating fluidized bed combustion boiler, hampir seperti boiler FBC, partikel bed yang terfluidisasi dikembalikan lagi dalam bed (disirkulasi).
Salah satu faktor yang sangat menentukan kualitas kinerja boiler adalah efisiensi boiler dan kesempurnaan pembakaran. Diagram perhitungan Efisiensi Boiler dapat digambarkan pada Gambar 1. Diagram ini menerangkan energi yang masuk dari bahan bakar, energi keluar yang digunakan untuk membangkitkan steam serta energi yang hilang pada berbagai aliran kehilangan panas dan energi. Kehilangan energi pada boiler biasanya terjadi pada : gas buang, bahan bakar yang tidak terbakar, blow down, kondensat dan karena radiasi dan konveksi.
Gambar 1.1. Neraca Energi pada Boiler Efisiensi termis boiler didefinisikan sebagai “persen energi (panas) masuk yang digunakan secara efektif terhadap steam yang dihasilkan.” Dalam melakukan pengkajian efisiensi boiler ada dua metode yang dipergunakan yaitu: o Metode Langsung: energi yang didapat dari fluida kerja (air dan steam) dibandingkan dengan energi yang terkandung dalam bahan bakar boiler. o
Pada perhitungan efisiensi boiler metoda langsung atau dikenal juga sebagai ‘metode input-output’, efisiensi dievaluasi dengan cara yang sangat sederhana menggunakan rumus:
Metode Tidak Langsung: efisiensi merupakan perbedaan antara kehilangan dan energi yang masuk, dimana setiap kehilangan energi dihitung secara rinci. Peningkatan Efisiensi... J. Tek. Ling. Edisi Khusus 40-47
43
Dalam perhitungan ini, parameter lain yang dipantau untuk perhitungan efisiensi boiler dengan metode langsung adalah Tekanan kerja dalam kg/cm2(g), suhu lewat panas dalam °C, serta jika ada Suhu air umpan dalam °C. Disamping efisiensi boiler, kesempurnaan pembakaran juga memegang peran penting didalam meningkatkan kualitas kinerja boiler. Pembakaran yang
tidak sempurna dapat timbul dari kekurangan udara atau kelebihan bahan bakar atau buruknya pendistribusian bahan bakar. Pembakaran tidak sempurna dapat timbul dari kekurangan udara atau kelebihan bahan bakar atau buruknya pendistribusian bahan bakar. Gambar 2 berikut menunjukkan perbedaan pembakaran sempurna dan tidak sempurna. Dari gambar 2 terlihat bahwa kesempurnaan pembakaran dapat dievaluasi dari kandungan gas O2 dan CO2 yang terbentuk dalam gas buang. Untuk pembakaran yang optimum, jumlah udara pembakaran yang sesungguhnya harus lebih besar daripada yang dibutuhkan secara teoritis (stokiometri), dengan jumlah yang tertentu. Untuk pembakaran menggunakan bahan bakar batubara, biasanya digunakan udara sebanyak 10,7 kg udara per kg batubara atau dengan udara berlebih sekitar 20%.
Gambar 2. Kondisi pembakaran Dengan mengukur CO2 atau O2 dalam gas buang, kandungan udara berlebih dan kehilangan panas pada gas buang di cerobong dapat diperkirakan dan dihitung menggunakan Siegart Formula 4) sebagai berikut:
44
Meningkatkan kadar % CO2 dalam gas buang dapat meningkatkan efisiensi pembakaran. Kandungan CO2 yang rendah menandakan udara berlebih (excess air) terlalu banyak, hubungan kandungan CO2 dengan (excess air) seperti telihat pada gambar 3 berikut Untuk pembakaran yang optimal, biasanya kandungan oksigen dalam gas buang sekitar 3% atau kandungan CO2 pada gas buang sekitar 13%, dengan konsumsi udara berlebih sekitar 20%.
Wiharja dan J, P. Susanto. 2008
1.1. Tujuan
d.
Tujuan penelitian dan pengkajian ini adalah meningkatkan efisiensi pembakaran Fluidized Bed Combuation Boiler di Pabrik Tektil melalui menerapkan produksi bersih.
3.
Gambar 3. Hubungan CO2 dengan Excess air (udara berlebih) 5 ) 2.
METODOLOGI
2.1 Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian dilakukan di salah satu industri tekstil di Indonesia pada tahun 2007. 2.2. Sampling dan Analisa Sampel Dalam penelitian ini dilaksanakan penerapan produksi bersih dengan mengacu pada metoda “Energy Efficiency Guide for Industry in Asia” melalui pentahapan pelaksanaan sebagai berikut 4, 5 ) : a.
Perencanaan dan Organisasi. Dibentuk Tim pelaksanaan produksi bersih yang terdiri dari fasilitator luar termasuk penulis serta melibatkan beberapa staf pabrik. Anggota tim dilibatkan sejak awal sampai akhir tahapan metodologi untuk memperlancar pekerjaan.
b.
Kajian awal. Pengamatan awal dilakukan pada perusahaan/pabrik dengan melakukan walkthrough area fokus.
c.
Analisis kelayakan. Kajian dilakukan terhadap aspek teknis, lingkungan, serta ekonomi. Peningkatan Efisiensi... J. Tek. Ling.
Implementasi dan monitoring. Opsi yang layak secara teknis, lingkungan dan ekonomi di implementasi oleh perusahaan, kemudian dilaksanakan monitoring secara berkala dan hasilnya dibandingkan dengan kondisi awal sebelum pelaksanaan implementasi opsi. HASIL DAN PEMBAHASAN
Boiler yang terdapat di salah satu industri textil menggunakan sistim pembakaran Fluidized Bed Combuation (FBC), dengan bahan bakar batubara Konsumsi batubara rata-rata 60 ton/hari. Permasalahan yang dihadapi ádalah rendahnya efisiensi boiler bila dibanding dengan standard manufacture. Peningkatan efisiensi dapat dilakukan dengan mengoptimalkan panas masuk dan mengefisienkan pembakaran. Pengukuran kualitas gas hasil pembakaran dilakukan pada lokasi sebelum masuk economizer ditunjukkan dalam Tabel 1 berikut: Tabel 1. Gas Hasil Pembakaran
Hasil analisa gas buang boiler tersebut menunjukkan kandungan karbon monoksida masih cukup tinggi, sebesar 16 mg/m3, hal ini mengindikasikan adanya proses pembakaran yang kurang sempurna. Indikator lain yang menunjukkan hal tersebut adalah kandungan karbon dioksida dalam gas buang yang relatif rendah dibandingkan standard kandungan CO2 untuk pembakaran yang baik, yaitu berkisar antara 10-13%. 45 Edisi Khusus 40-47
Semakin rendah kandungan CO2 dalam gas buang, pembakaran semakin tidak sempurna dan bahan bakar yang dipergunakan semakin boros. Tingkat keborosan penggunaan batubara dapat dihitung dengan menggunakan konsep udara berlebih atau kandungan CO 2 sebagaimana disampaikan dalam persamaan (3) masing-masing untuk kondisi aktual dan kondisi perbaikan. Untuk kondisi aktual dengan parameter pengamatan : K = 0.65, Suhu Ambient = 32°C, Suhu Gas Hasil Pembakaran rata-rata 298°C, maka kehilangan energi pada gas buang dapat dihitung sebesar =
4. KESIMPULAN DAN SARAN 4.1 Kesimpulan Untuk meningkatkan kandungan CO2 dalam gas buang, penerapan produksi bersih adalah cara yang mudah dapat dilakukan yaitu hanya dengan pengaturan udara pembakaran supaya pembakaran menjadi lebih sempurna. Pembakaran sempurna akan menjadikan emisi gas buang lebih baik, ang secara langsung dapat mengurangi dampak lain seperti berkurangnya polusi bau yang menjadi permasalahan sosial bagi masyarakat sekitar pabrik, disamping dapat memberikan penghematan bahan baku yang secara finansial dapat mengurangi biaya produksi dan sekaligus dapat meningkatkan keuntungan perusahaan. 4.2. Saran
Hasil perhitungan tersebut menunjukkan bahwa boiler yang digunakan masih sangat boros energi sehingga memerlukan perbaikan untuk meningkatkan efisiensi pembakarannya. Dengan melakukan pengaturan pada udara pembakaran, kandungan CO2 dapat dinaikkan menjadi 13% supaya pembakarannya lebih sempurna, sehingga kehilangan energinya dapat diturunkan. Besarnya kehilangan energi setelah dilaksanalan penerapan produksi bersih adalah sebagai berikut: Kehilangan energi pada gas buang =
Dari hasil perhitungan efisiensi energi yang diterapkan pada boiler Fluidized Bed Combuation di Pabrik Tektil yang sebelum pelaksanaan penerapan produksi bersih mengkonsumsi bahan bakar batubara sebanyak 60 Ton/hari, dapat diperoleh penghematan sebanyak = (21.09 - 13.30) x 60 ton/hari = 4.67 ton/hari atau 1.401 Ton/ tahun 46
Pelaksanaan produksi bersih dapat dilaksanakan dengan hal-hal yang mudah misalnya dengan melakukan penyetelan jumlah udara yang masuk ke chamber. DAFTAR PUTAKA 1.
_______, United Nation Environment Programme (UNEP), website http:// www.uneptie.org/
2.
Frederick M. Steingress (2001). Low Pressure Boilers, 4th Edition, American Technical Publishers. ISBN 0-8269-4417-5.
3.
Frederick M. Steingress, Harold J. Frost and Darryl R. Walker (2003). High Pressure Boilers, 3rd Edition, American Technical Publishers. ISBN 0-8269-4300-4.
4.
_______, Energy Efficiency Guide for Industry in Asia, United Nation Environment Programme (UNEP), www.energy efficiencyasia.org
5.
_______, 2004, Pedoman efisiensi energi untuk industri di Asia, Greenhouse gas Emission Reduction
Wiharja dan J, P. Susanto. 2008
for Industri in Asia and the Pacific, United Nation Environment Programme (UNEP) 6. Winanti SW, Prayudi T, Juli 2006, Perhitungan Efisiensi Boiler pada Industri Tepung Terigu, Journal Teknologi Lingkungan, ISSN 1441318X
Peningkatan Efisiensi... J. Tek. Ling. Edisi Khusus 40-47
47
