BAB IV HASIL PERHITUNGAN
4.6 Analisa Hasil Simulasi Numerik
4.6.3 Distribusi Kecepatan
4.6.3.1 Distribusi Kecepatan Posisi Simetri Boiler (z-center)
Berikut ini ditampilkan kontur distribusi kecepatan posisi simetri boiler
(z-center) pada gambar 4.21.
Gambar 4.21 Kontur distribusi kecepatan penampang vertikal posisi simetri boiler (z-center)
Secara umum karakteristik distribusi kecepatan pada penampang vertikal posisi simetri boiler pada semua kasus sama, yaitu mempunyai kecepatan maksimal pada area dinding furnace. Hal ini dapat dilihat pada sebaran warna kuning dan jingga pada area tersebut. Penyebabnya adalah karena pengaruh dari pusaran aliran akibat sudut yang dibentuk oleh burner, dimana pada tengah
69
pusaran kecepatan alirannya rendah, semakin menjauh dari pusat lingkaran kecepatan akan semakin meningkat.
Perbedaan pada masing-masing kasus adalah sebaran warna pada area dinding furnace, dimana pada kasus I terdapat sebaran warna merah, sedangkan pada kasus oxy-fuel sebaran warnanya semakin menghilang menjadi warna kuning-hijau. Hal ini menunjukkan bahwa kecepatan aliran pada kasus I lebih tinggi dibandingkan dengan kasus yang lain. Penyebabnya adalah karena adanya perbedaan mass flow rate dari masing-masing kasus, Artinya semakin tinggi mass
flow udara pembakaran yang diinjeksikan maka kecepatan aliran akan semakin
tinggi.
4.6.3.2 Distribusi Kecepatan Posisi Inlet Batubara dan Furnace Outlet
Distribusi kecepatan pada masing-masing elevasi akan memudahkan pengamatan terhadap terbentuknya fire ball. Berikut adalah kontur dan vektor distribusi kecepatan untuk masing-masing elevasi pada gambar 4.22.
70
Gambar 4.22 Kontur distribusi kecepatan penampang horizontal posisi inlet batubara dan furnace outlet
Dari kontur kecepatan tersebut dapat dilihat bahwa pada daerah tengah
furnace boiler kecepatan aliran lebih rendah dibandingkan pada daerah sisi/dinding furnace. Hal tersebut ditunjukkan dengan kontur kecepatan berwarna biru pada
tengah furnace, sementara pada sisi furnace kontur kecepatan berwarna hijau/kuning/merah. Dari konntur tersebut dapat dilihat bahwa kecepatan maksimal
average terdapat pada elevasi coal D pada masing-masing kasus. Untuk lebih
jelasnya ditampilkan distribusi kecepatan pada elevasi coal A dan furnace outlet kasus I, seperti tampak pada gambar 4.23.
Gambar 4.23 Vektor distribusi kecepatan penampang horizontal posisi coal
71
Gambar 4.23 menunjukkan kontur vektor kecepatan pada kasus I, bahan bakar batubara beserta udara pembakaran diinjeksikan ke furnace dengan sudut 43o (corner 1 dan 3) serta 46o (corner 2 dan 4), seperti ditunjukkan pada gambar 3.5. Kecepatan penginjeksian udara pembakaran yaitu sebesar 21,87 m/s dengan aliran udara bergerak searah putaran jarum jam. Kecepatan aliran pada daerah keluar
burner lebih rendah dibandingkan dinding karena pada saat keluar burner aliran
akan terakumulasi dan terbawa pusaran turbulensi menuju dinding. Hal ini ditunjukkan dengan warna jingga pada area dinding sisi keluaran burner coal A. Sedangkan pada area furnace outlet pusaran masih terbentuk, kecepatan aliran semakin merata dan berkurang kecepatannya dibandingkan pada posisi coal
burner.
4.6.3.2 Data Kuantitatif Kecepatan Posisi Inlet Batubara dan Furnace Outlet
Data hasil simulasi perbandingan average kecepatan aliran di furnace pada masing-masing kasus ditampilkan pada gambar 4.24.
Gambar 4.24 Grafik perbandingan average kecepatan penampang horizontal posisi inlet batubara dan furnace outlet
Dari data kuantitatif didapatkan kecepatan paling tinggi terletak pada kasus I (air fired). Perbedaan kecepatan dari setiap kasus ini dipengaruhi oleh
8 10 12 14 16 18 Coal A
(24m) Coal B(26m) Coal C(26m) Coal D(32m) Coal E(34m) Coal F(36m) (56m)FO
Ve lo ci ty ( m /s ) AF OF25 OF27 OF29
72
mass flow udara yang digunakan. Pada kasus II, kemudian diikuti oleh kasus III
dan IV secara berurutan kecepatannya menurun karena mass flow udara pembakaran juga menurun. Perbedaan kecepatan aliran ini pada kasus I dan II pada setiap elevasi rata-rata sama yaitu berkisar 1,67 m/s dengan perbedaan mass
flow udara total sebesar 39,9 kg/s. Sedangkan kecepatan pada kasus II dan III
hampir sama. Pada kasus IV pada semua elevasi mempunyai kecepatan paling rendah dengan rata-rata 11,54 m/s.
Dari gambar diketahui bahwa semua kasus pembakaran memiliki
trendline yang sama dalam distribusi kecepatan. Kecepatan partikel paling tinggi
terletak pada elevasi coal D, kemudian menurun pada elevasi coal E, meningkat kembali pada elevasi coal F dan akhirnya kembali menurun pada elevasi furnace
outlet. Bentuk trendline tersebut selain mass flow udara pembakaran dan
temperatur juga dipengaruhi oleh density dari coal particle. Dari hasil simulasi didapatkan data kuantitatif density coal particle seperti pada gambar berikut:
Gambar 4.25 Grafik perbandingan average density penampang horizontal posisi inlet batubara dan furnace outlet
Dari gambar dan gambar mempunyai hubungan bahwa semakin kecil
density dari coal particle maka kecepatannya akan semakin menurun. Nilai density yang besar menyebabkan pergerakan pada partikel menjadi lambat. Pada
elevasi coal A hingga coal C nilai density menurun karena adanya pembakaran
0,2 0,24 0,28 0,32 0,36 0,4 Coal A
(24m) Coal B(26m) Coal C(26m) Coal D(32m) Coal E(34m) Coal F(36m) (56m)FO
De ns ity (k g/ m 3) AF OF25 OF27 OF29
73
jadi campuran bahan bakar dan udara yang baik, ditunjang dengan adanya pembakaran awal pada area hopper boiler. Pada elevasi coal D hingga coal F terjadi penambahan jumlah mass flow, hal ini menyebabkan density menjadi sedikit meningkat karena aliran kembali menjadi "kental". Setelah melewati elevasi coal F nilai density kembali menurun, selain adanya pengaruh peningkatan temperatur dan campuran yang menjadi homogen hal ini disebabkan karena sudah tidak ada penambahan jumlah bahan bakar dan udara pembakaran lagi.
Selanjutnya ditampilkan perbandingan kecepatan dan density aliran flue
gas pada posisi SH finish outlet, LTSH outlet dan economizer outlet (boiler outlet), dapat dilihat pada gambar 4.26 dan 4.27.
Gambar 4.26 Grafik perbandingan kecepatan penampang SH finish outlet, LTSH outlet dan economizer outlet
Pada area penampang SH finish outlet, LTSH outlet dan economizer
outlet trendline kecepatan semakin meningkat. Hal ini dipengaruhi oleh mass flow
udara pembakaran dan density flue gas pada area ini. Kecepatan paling tinggi pada area economizer outlet terdapat pada kasus III (OF27) yaitu 9,07 m/s, sedangkan paling rendah adalah kasus IV sebesar 5,05 m/s. Perbandingan density dapat dilihat pada gambar 4.26
4 5 6 7 8 9 10
SH Finish Outlet LTSH Outlet Eco Outlet
Ve lo ci ty ( m /s ) AF OF25 OF27 OF29
74
Gambar 4.27 Grafik perbandingan density pada penampang SH finish
outlet, LTSH outlet dan economizer outlet
Nilai density pada area penampang SH finish outlet, LTSH outlet dan
economizer outlet berbanding terbalik dengan nilai kecepatan aliran pada gambar
4.21. Peningkatan nilai density dipengaruhi oleh penurunan nilai temperatur flue
gas pada area ini akibat serapan dari heat exchager. Selain itu kondisi ini juga
dipengaruhi oleh jumlah mass flow rate total dari flue gas.