BOILER DAN BATUBARANYA

 Pengaruh Sifat-Sifat Batu Bara

·         Transportasi Batu Bara

·         Penyimpanan Batu Bara

·         Desain Boiler

·         Kinerja Pembakaran

·         Kinerja Penggilingan

·         Kinerja Boiler (kerugian)

·         Slagging[1]

·         Kinerja ESP

·         Usia Komponen-Komponen Boiler

Sifat-Sifat Batu Bara

·         Sifat batu bara dievaluasi dengan metode yang berbeda-beda.

·         Metode yang paling umum digunakan adalah analisis Proximate (Proksimat) dan Ultimate batu bara.

·         Analisis Proksimat memberikan Uap Air, Abu, dan Zat Volatil (Volatile Matter), sedangkan Karbon Tetap ditemukan dengan perbedaan.

·         Analisis Ultimate memberikan komposisi unsur dari batu bara.

·         Metode lain seperti analisis Macarel juga digunakan untuk pengklasifikasian batu bara dan pengevaluasian sifat batu bara.

·         Karakteristik-karakteristik fusi pada Abu diperkirakan dari Suhu Deformasi Awal, Suhu Hemisferikal (Hemispherical) dan Suhu Fusi pada abu.

·         Analisis oksida abu umumnya digunakan untuk analisis komposisi abu.

·         Analisis abu digunakan untuk menggolongkan potensi terjadinya ampas bijih (slagging) dan pemburukan (fouling) pada batu bara di boiler.

Hal-hal yang harus selalu disadari oleh seorang Insinyur Boiler......

• Karbon tetap

adalah bahan bakar padat yang tersisa dalam tungku setelah zat volatil didistilasi. Karbon tetap sebagian besar terdiri dari karbon, tetapi juga berisi sejumlah hidrogen, oksigen, sulfur, dan nitrogen yang tidak terhalau dengan gas-gas. Karbon tetap memberikan perkiraan kasar nilai kalori pada batu bara

• Zat Volatil (Volatile Matter)
• Zat volatil adalah metana, hidrokarbon, hidrogen, dan karbon monoksida, serta gas tak mudah terbakar seperti karbon dioksida dan nitrogen yang ditemukan dalam batu bara. Dengan demikian, zat volatil merupakan indeks dari adanya bahan bakar gas. Rentang zat volatil pada umumnya adalah 20 sampai 35%.
• Meningkatkan panjang api secara proporsional, dan memudahkan pembakaran batu bara.
• Mengatur batas minimum pada tinggi dan volume tungku.
• Memengaruhi aspek kebutuhan udara sekunder dan distribusi.
• Memengaruhi dukungan minyak sekunder
• Kemampuan batu bara untuk digiling

Memengaruhi kinerja penggilingan

Mengapa Insinyur Boiler ...... (lanjutan) .....

Ø  Kandungan Abu

·         Abu adalah pengotor yang tidak menyulut api. Pada umumnya berkisar antara 5 sampai 40%.

·         Mengurangi kapasitas penanganan dan pembakaran.

·         Meningkatkan biaya penanganan.

·         Mempengaruhi efisiensi pembakaran dan boiler

·         Menyebabkan terjadinya arang besi (clinkering) dan ampas batu bara (slagging)

Ø  Kandungan uap air

·         Uap air batu bara harus diangkut, ditangani, dan disimpan. Karena menggantikan zat yang mudah terbakar, maka uap air mengurangi kandungan panas per kg pada batu bara. Umumnya berkisar antara 0,5 hingga 10%

·         Meningkatkan kehilangan panas akibat penguapan dan pemanasan berlebih dari uap

·         Membantu, untuk membatasi, denda yang mengikat

·         Membantu perpindahan panas radiasi

Ø  Kandungan sulfur (BUKAN PADA ANALISIS PROKSIMAT)

·         Secara normal, umumnya berkisar antara 0,5 hingga 0,8%

·         Mempengaruhi kecenderungan clinkering dan slagging

·         Merusak cerobong asap dan peralatan lainnya, seperti pemanas udara dan alat penghemat energi

·         Membatasi suhu gas pada pipa keluaran

Seperti Apa Batu Bara India dan Internasional

Karakteristik	India	Indonesia	Afrika Selatan
Uap air total %	10 - 20	10-30	8
Abu %	25 - 50	10-15	15-17
Zat Volatil %	16 - 30	25-35	23
Karbon tetap %	24- 40	45	51
Karbon %	30 - 55	60	70-80
Hidrogen %	2 - 4	4.5	4-5%
Nitrogen %	0.7- 1.15	1	2-2.5%
Sulfur %	0.3 - 0.8	sekitar 1%	hingga 1%
Oksigen %	4-8	12	8-9%
GCV kcal/kg	2800-5000	5500	6500
Indeks abrasif	40-60
Suhu Pelunakan Abu	di atas 1300C	1350oC	13000C
HGI	50-110	Sekitar 50	Sekitar 50

Bagaimana Desain Boiler Dipengaruhi oleh Batu Bara

Ø  Berikut adalah aspek utama yang dipertimbangkan untuk Desain Boiler

·         Rasio FC / VM

·         Abu per juta Kkal

·         Suhu Deformasi Awal

·         Karakteristik Slagging pada Abu

·         Karakteristik Erosi pada Abu

Bagaimana Desain Boiler Dipengaruhi oleh Batu Bara

• Bagian konvektif dari boiler terdiri dari bundel pipa-pipa yang besar yang diatur dalam jalur gas untuk mengekstraksi panas dari gas buang.
• Erosi akibat abu adalah pertimbangan utama dalam bagian ini.
• Kecepatan maksimum yang diizinkan sebanding dengan kuantitas abu dan sifat abrasif pada abu.
• Silika dan alumina, yang sangat sering ditemui dalam batu bara India, bersifat sangat abrasif sehingga kecepatan maksimum yang diizinkan terbatas.
• Hilangnya logam akibat erosi juga tergantung pada variasi spasial pada kecepatan.
• Parameter batu bara yang penting untuk kecepatan maksimum yang diizinkan
• Kandungan abu
• Silika abu (terutama kuarsa alfa) dan alumina

Bagaimana Desain Boiler Dipengaruhi oleh Batu Bara

Ø  Tujuan dari sistem pembakaran batu bara adalah untuk memungkinkan

·         Pembakaran partikel batu bara yang sempurna

·         Membatasi pembentukan polutan seperti NOx

Ø  Sifat-Sifat Batu Bara yang Memengaruhi Pembakaran

·         Rasio Bahan Bakar (Karbon Tetap/Zat Volatil) umumnya digunakan untuk mengevaluasi kemampuan terbakar pada batu bara.

·         Analisis yang lebih maju bergantung pada analisis macarel dan reflektansi vitrinit untuk kinerja mengevaluasi pembakaran

Ø  Pengaturan Pemanasan

·         pemanasan Dinding

o   Dinding Depan

o   Pemanasan Depan dan Belakang

·         Pemanasan Tangensial

·         Pemanasan W

Ukuran Tungku Pembakaran dan Batu Bara

• Tingkat Pelepasan Panas Volumetrik
• Waktu Tinggal Tungku Pembakara
• Rencana Areanya Net Heat Input per Unit
• Tingkat Pelepasan Panas Zona Pembakar
• Faktor Pendinginan Tungku Pembakaran
• Suhu Gas Keluaran Tungku Pembakaran (Furnace Exit Suhu Gas/FEGT)

Semua parameter di atas dipengaruhi oleh sifat-sifat batu bara, terutama karakteristik slagging dan fouling pada batu bara.

Net Heat Input (NHI) adalah GCV pada bahan bakar yang dikurangi dengan kehilangan radiasi, kehilangan akibat bahan mudah terbakar yang tidak terbakar, uap air di udara, panas laten pada uap air dalam bahan bakar & yang terbentuk oleh pembakaran H2 dalam bahan bakar ditambah sejumlah panas dari udara pembakaran (udara primer dan sekunder), semua di atas suhu acuan.

Tungku Pembakaran

Ø  Tingkat Pelepasan Panas Volumetrik

·         Tingkat Pelepasan Panas Volumetrik adalah Panas yang dibebaskan per satuan volume di dalam zona tungku pembakaran (hingga pesawat FEGT)

·         Nilai maksimum tergantung pada karakteristik bahan bakar dan abu.

·         Namun, untuk unit-unit besar, ini bukanlah kriteria yang membatasi.

Ø  Waktu Tinggal Tungku Pembakaran

·         Waktu tinggal tungku pembakaran minimum diperlukan untuk menjamin pembakaran partikel bahan bakar yang sempurna.

·         Waktu tinggal tungku pembakaran dihitung dari pembakar atas ke keluaran tungku pembakaran (inlet dari Platen Heat Exchanger)

·         Pilihan waktu tinggal tungku pembakaran tergantung pada karakteristik dan reaktivitas pembakaran bahan bakar.

·         Rasio bahan bakar memberikan indikasi yang baik dari reaktivitas bahan bakar.

Tungku Pembakaran

Meskipun pembakaran partikel dan karakteristik pembakaran batu bara adalah kriteria desain utama, pertimbangan desain utama untuk ukuran tungku dan desain bagian konvektif adalah untuk meminimalisir masalah-masalah akibat slagging abu, fouling, dan erosi.

 

	Slagging Bitumen Rendah/Menengah		SlaggingSub Bitumen Tinggi		Slagging lignit Parah

 

Ukuran Tungku Pembakaran

Ø Rencana Area nya Net Heat Input ( NHI ) per Unit pada Tungku

·         Rencana Areanya Net Heat Input (NHI) per unit pada tungku pembakaran atau Rencana Are  Pemuatan adalah jumlah panas yang dilepaskan per unit bagian lintang tungku pembakaran.

·         Rencana Areanya Net Heat Input (NHI) per unit pada tungku pembakaran mencerminkan tingkat suhu dalam tungku tersebut. Rencana Areanya NHI yang tinggi per unit meningkatkan stabilitas api tetapi juga meningkatkan kemungkinan slagging di dalam tungku pembakaran.

·         Rencana  Area Pemuatan yang diijinkan tergantung pada kapasitas boiler dan suhu pelunakan (softening temperature/ST) dan komposisi abu dalam batu bara.

·         Rencana  Area Pemuatan umumnya disimpan dalam kisaran 3,9-4,9 Mkcal/m²-hr .

·         Kandungan silika dan alumina yang tinggi pada abu dalam batu bara India mengurangi kemungkinan slagging. Namun, kadar abu yang tinggi menimbulkan kemungkinan risiko selama operasi.

·         Sebuah pendekatan konservatif diperlukan untuk menghindari kemungkinan pembentukan ampas karena dapat sangat membahayakan.

Ø Burner Zone Heat Release Rate[2] (BZHRR)

·         BZHRR adalah rasio panas yang dipasok ke tungku pembakar ke area permukaan zona pembakar antara pembakar atas dan bawah.

·         BZHRR mewakili tingkat suhu dan perubahan panas puncak di wilayah pembakar.

·         Pilihan BZHRR sangat tergantung pada karakteristik slagging pada batu bara.

·         BZHRR juga memengaruhi pembentukan NOx termal dalam tungku pembakar.

Bagian-Bagian yang Bertekanan

Ø  Material

·         Korosi dari sisi bahan bakar pada bagian-bagian yang bertekanan adalah perhatian utama pada batu bara yang yang memiliki sulfur atau natrium dan klorin yang tinggi dalam abu.

·         Korosi dari sisi bahan bakar bukan merupakan perhatian utama pada batu bara India.

Ø  Pengaturan

·         Di atas IDT, endapan ampas (slag) yang menjembatani seluruh pipa-pipa merupakan kendala utama.

·         Di bawah IDT, Pemburukan (fouling) pada pipa-pip  dan kemudahan pembersihan menentukan sudut kemiringan minimum antara sambungan2.

·         Karakteristik slagging dan fouling abu sangat tergantung pada komposisi abu.

Kualitas Batu Bara dan Efisiensi Boiler

Ø  Kerugian-kerugian dari Boiler

Ø  Kehilangan Gas Kering tergantung pada

·         Suhu Gas Keluaran

·         Kelebihan Udara

Ø Kerugian akibat Uap Air dan Hidrogen dalam batu bara

·         Uap air dalam batu bara

·         Setiap kenaikan uap air 1% mengurangi Efisiensi Boiler sebesar 0,1-0,2%

Ø Hidrogen dalam Batu Bara

·         Setiap kenaikan kandungan hidrogen 1% mengurangi efisiensi boiler sebesar 1,5-2%

Ø Panas sensibel akibat abu

·         Setiap kenaikan kandungan abu 1% mengurangi efisiensi boiler kira-kira sebesar 0,02%.

Desain Komponen-Komponen Lainnya

Ø  ESP

·         Ukuran ESP terutama tergantung pada kandungan abu pada batu bara

·         Uap Air dan Hidrogen dalam batu bara juga berperan dalam ukuran ESP, karena cenderung meningkatkan volume gas.

·         Uap Air dalam gas buang mengurangi resistivitas debu sehingga meningkatkan koleksi.

·         Konstituen abu seperti Na dan sulfur dalam batu bara mengurangi resistivitas abu dan dengan demikian meningkatkan koleksi

Ø  FGD

·         Batu bara India umumnya rendah sulfur

·         Namun, berkat GCV rendah, emisi SO₂ dari Pembangkit Listrik India 1500-1800 mg/Nm³, yang jauh di atas norma-norma umum di Eropa, Jepang, dan Amerika Serikat

·         FGD mungkin diperlukan dalam kasus batu bara dengan tingkat belerang tinggi

Pengaruh pada Penggilingan Batu Bara

• SUHU SALURAN KELUAR PADA PENGGILINGAN
• AMPER MOTOR PADA PENGGILINGA
• ALIRAN UDARA PADA PENGGILINGAN
• USIA KOMPONEN TERPAKAI
• PENURUNAN TEKANAN PENGGILINGAN
• HASIL PENGGILINGAN
• KEHALUSAN PECAHAN PENGGILINGAN
• TINGKAT PENOLAKAN PENGGILINGAN

KURANGNYA KAPASITAS ATAU KONSUMSI DAYA YANG TINGGI

• UAP AIR YANG TINGGI
• GCV YANG RENDAH
• UKURAN BATU BARA MENTAH YANG MENINGKAT
• PENGGILINGAN YANG TERLALU HALUS
• KEDALAMAN DASAR YANG BERLEBIHAN
• KESALAHAN INSTRUMEN

PENOLAKAN PENGGILINGAN YANG BERLEBIHAN

• PERUBAHAN DALAM KEMAMPUAN BATU BARA UNTUK DIGILING, SULFUR DAN ABU
• PERBANDINGAN BATU BARA/UDARA YANG TIDAK TEPAT
• PENGAUSAN KESENJANGAN LEHER (THROAT GAP)

PENGGILINGAN KASAR

• PERUBAHAN DALAM KEMAMPUAN BATU BARA UNTUK DIGILING
• UAP AIR YANG TINGGI
• HASIL PRODUKSI YANG MENINGKAT
• PENGATURAN PENGELOMPOKAN
• PEMAKAIAN PENGGILINGAN

SUHU BATU BARA / UDARA YANG RENDAH

• UAP AIR YANG TINGGI
• SUHU SALURAN MASUK PA YANG RENDAH
• LEWATNYA UDARA DINGIN
• SUHU SALURAN MASUK A.H YANG RENDAH
• TIDAK TERSEDIANYA SCAPH

PEMBAKARAN PADA PENGGILINGAN

• VOLATIL YANG TINGGI
• UAP AIR
• SUHU BATU BARA/UDARA YANG RENDAH
• KESEIMBANGAN LINTASAN PEMBAKAR

ESP

·         Untuk efisiensi pengumpulan yang ada, ukuran ESP meningkat seiring adanya peningkatan abu batu bara akibat peningkatan beban debu pada saluran masuk.

·         Pengendapan abu terbang bertambah seiring meningkatnya kandungan uap air gas buang.

·         Pengendapan abu terbang bertambah seiring meningkatnya kandungan sulfur batu bara.

·         Pengendapan abu terbang bertambah seiring meningkatnya perbandingan dasar abu terbang/asam dan peningkatan Na2O dan Li2O dalam abu.

·         Efisiensi pengendap bertambah seiring meningkatnya ukuran partikel abu terbang yang dipengaruhi oleh ukuran PF, karakteristik kemampuan melebur pada abu batu bara dan kondisi pembakaran.

•  PF yang lebih kasar cenderung menghasilkan ukuran rata-rata partikel abu terbang yang lebih besar (atau diameter median massa).

SIFAT BATU BARA	PENGARUH PADA EMISI PARTIKULAT
Beban Debu (kandungan abu)	Bertambahnya 1% beban debu akan meningkatkan emisi sebesar 1%
Aliran Gas (nilai kalor, analisi pokok, perbandingan C/H, tingkat uap air)	Bertambahnya 1% aliran gas per unit pelepasan panas akan meningkatkan emisi sebesar 1,5%
Resistivitas abu	Sebuah perubahan resistivitas pada 1 urutan besarnya akan menyebabkan peningkatan emisi dengan faktor 2
Sulfur	Kecenderungan umum untuk mengurangi resistivitas sebagai peningkatan belerang, mungkin satu urutan besarnya per 1% perubahan sulfur. Di bawah 1% belerang, resistivitas didominasi oleh faktor-faktor lain.