KONSERVASI ENERGY PADA SMELTING
FURNACE
Pendahuluan
Pendahuluan
P
l t
t k
i k
l
d l
a. Peralatan untuk mencairkan logam dalam
industri pengecoran, pengeringan atau
pemanasan material .
b. Tipe energi input yang digunakan sangat
penting . Umumnya digunakan BBM, Coke,
penting . Umumnya digunakan BBM, Coke,
Coal, Gas dan Listrik.
c
K nci efisiensi operasi t ngk adalah
c. Kunci efisiensi operasi tungku adalah
pembakaran dan isolasi yang sempurna.
Tipe dan klasifikasi tungku
Menurut perpindahan Menurut perpindahan Menurut perpindahanTempat api tungku terbuka Tempat api tungku terbuka Tempat api tungku terbuka
pe da
as
as tu g u
perpindahan panas perpindahan panas perpindahanpanas Pemanasan melalui media cairPemanasan melalui media cairPemanasan melalui media cair
Tempa Tempa Tempa Klasifikasi Tungku Menurut pengisian Menurut pengisian Menurut pengisian Periodik Re-rolling (Batch / continuous pusher) P t K ti Periodik Re-rolling (Batch / continuous pusher) P t K ti Periodik Re-rolling (Batch / continuous pusher) P t K ti Pot Kontinyu Tangki pencairan kaca ( ti / Pot Kontinyu Tangki pencairan kaca ( ti / Pot Kontinyu Tangki pencairan kaca ( ti / Perbaikkan Daya Pemanas ulang Perbaikkan Daya Pemanas ulang Pemanfaatan panas Pemanfaatan panas Pemanfaatan panas (regenerative / recuperative) (regenerative / recuperative) (regenerative / recuperative) 3
Gambar: Klasifikasi tungku
Pemanas ulang Pemanas ulang
JENIS-JENIS SMELTING
FURNACE
Electric Arc Furnace
Induce Furnace
4
Pendahuluan
Bentuk Tungku
Pendahuluan
Pendahuluan
Perpindahan panas Tungku
memanaskan material dengan suhu yg seragam dengan masukan energi minimal:
• Besar energi yang
`1q
• Besar energi yang digunakan. • Pelepasan energi yang cukup. • Perpindahan panas yg tersedia. • Persamaan temperatur temperatur. • Pengurangan rugi panas.
• Konveksi gas panas.
6
Pendahuluan
Pelepasan energi yg cukup & Volume
Pendahuluan
9 Dibatasi panjang lintasan nyala api dan volume
p
g yg
p
pembakaran
batas pa ja g tasa ya a ap da o u e pembakaran.
9 Pembakaran sempurna diperlukan volume
pembakaran 98% pembakaran 98% .
9 Mendapatkan nyala api yg mengisi ruang bakar
faktor terpenting peletakan burner/ pembakar.
Acuan rancangan:
Pelepasan panas ± 2 liter BBM/ jam/ cubic foot
7
Pelepasan panas ± 2 liter BBM/ jam/ cubic foot of combustion volume
Pendahuluan
Pendahuluan
Batu tahan api
•
Bahan batu tahan api untuk mengisolasi reaksi panas
Pemakaian yg sesuai
•
Bahan batu tahan api untuk mengisolasi reaksi panas
dlm ruang bakar atau meminimalkan rugi panas.
Tekanan & pengaturan hisapan
•
Tekanan yg sesuai 0.25 mm w.c. dibawah tekanan
atmosphir
Pemanfaatan panas buang
atmosphir.
•
Dapat menaikkan penghematan bb sampai 15
-8
p
p
g
p
Pendahuluan
Bahan batu tahan api
Persyaratan umum:
¾ Mampu untuk temp tinggi dan perubahan secara tiba-tiba
¾ Mampu untuk temp tinggi dan perubahan secara tiba tiba .
¾ Mampu
mencairkan ampas pengecoran logam, kaca, gas
panas dll
¾ Tahan thd kondisi beban dan gaya-2 abrasive .
¾ Koefficient expansi panas yg rendah.
¾
¾ Tdk terkontaminasi bahan yg dicor.
Kinerja Furnace
Kinerja Furnace
Keseimbangan Energi
g
g
11
Induce Furnace
Cupola
Neraca Energi pada Re‐Heating Furnace
Panas hilang karena dry flue gas
P Panas hilang karena bukaan Panas hilang karena kandungan P hil 45.55 % air di flue gas Panas hilang karena radiasi dinding 3.32 % 9.28 % 9.79 % Panas termanfaatkan Energi masuk 100% masuk 100% 22.63 % Panas yang belum
masuk hitungan
Rerolling Furnace
h d
h
Tipe Batch dan Tipe Pusher Kontinu
Parameter Operasi Forging (Open fire REROLLING Batch Continuous p ( p place) Pusher Temperatur Furnace (oC) 1200 1250 1200 1250Temperatur Flue Gas (oC).
CO2 % di Flue Gas 1200 – 1250 1100 3 10 1200 – 1250 550 – 600 4 12 2 3 - 10 4 - 12
Konsumsi Energi Spesifik untuk Tipe Batch “Rerolling Furnace: 180-280 kg batu bara per ton, untuk minyak 60-70 liter/ton
Konsumsi Energi Spesifik untuk tipe Pusher kontinu: 180-220 kg batu bara per ton, untuk minyak 60-70 litres/ton
Evaluasi unjuk kerja
Thermal Efficiency
j
j
Thermal Efficiency
•
Perbandingan panas yang dipindahkan kematerial
dengan panas yg disuplai untuk memanaskan.
Stored heat loss
•
Kebocoran panas yg tersimpan dlm struktur tungku
ketika tungku berhenti.
Wall loss
Wall loss
•
Kerugian yg disebabkan radiasi dan konveksi pada
dinding.
14 ©
Evaluasi unjuk kerja
Thermal Efficiency
j
j
• Rugi material handling
y
- Rugi panas ketika memindahkan masuk atau
keluar stock ke ruang pemanasan tungku.
• Rugi pendinginan
- Rugi panas karena mendinginkan roll,
Rugi panas karena mendinginkan roll, bearing
bearing
dan pintu (agar berumur panjang).
Evaluasi unjuk kerja
1
Radiation losses
Thermal Efficiency
1. Radiation losses
¾ Tungku dan oven yang beroperasi diatas
540 °C mempunyai rugi radiasi yg
signifikan.
2. Waste gas losses
¾ Produk dari pembakaran dlm tungku yg tdk
dpt dihindarkan.
3
Ai i filt
ti
/
l
k
3. Air infiltration/ vacum leaks
¾ Udara dari sekeliling ruangan yang masuk,
karena tekanan negatip didalam tungku
16
Evaluasi unjuk kerja
Metode langsung
Evaluasi unjuk kerja
•
Effisiensi tungku dapat diukur dengan jumlah
bahan bakar diperlukan per berat unit material :
•
Jumlah panas yg diterima (Q) ke the stock dpt
dihitung sbb:
Q C (t1 t2)
Q = m x Cp (t1 – t2)
Q = Quantity of heat of stock in kCal m = Weight of the stock in kg
17
m = Weight of the stock in kg
Cp = Mean specific heat of stock in kCal/kgoC t1 = Final temperature of stock desired, oC
Evaluasi unjuk kerja
Metode tdk langsung
j
j
• Efisiensi tungku yang dihitung dengan pengurangan rugi-2 panas sensibel.
• Berbagai parameter diperlukan untuk menentukan efisiensi tungku:
¾ Konsumsi bb per jam ¾ Material output
¾ Temperature tungku pd
variasi zone
¾ Material output
¾ Jumlah udara lebih
¾ Temperature gas buang
¾ Temp dinding
¾ Temp udara bakar
Evaluasi unjuk kerja
Efisiensi Tungku
T b l I t t i T k Sl. No. Parameters to be measured Location of Measurement Instrument Required Required ValueTabel: Instrumentasi Tungku
1. Furnace soaking zone temperature (reheating furnaces)
Soaking zone side wall
Pt/Pt-Rh thermocouple with indicator and recorder
1200-1300oC
2. Flue gas Flue gas exit from furnace and entry
Chromel Alummel Thermocouple with 700oC max. y to re-cuperator p indicator 3. Flue gas After recuperator Hg in steel
thermometer
300oC (max)
4. Furnace hearth preSure i th h ti
Near charging end id ll
Low preSure ring +0.1 mm. of Wg in the heating zone side wall over
hearth level
gauge 5. Flue gas analyser Near charging
end side wall end side
Fuel efficiency monitor for oxygen &
temperature.
O2% = 5
t = 700oC (max)
19
6. Billet temperature Portable Infrared Pyrometer or optical pyrometer
Lingkup konservasi energi
Pembakaran yang sempurna dengan
i i
d
l bih
g
p
g
minimum udara lebih :
• Mengoptimalkan udara bakar adalah sangat ekonomis.
Table Heat Loss in Flue Gas Based on Excess Air Level
Excess Air % of total heat in the fuel carried away by waste gases (flue gas temp. 900oC)
25 48 50 55 50 55 75 63 20 100 71
Lingkup konservasi energi
Distribusi panas yang benar :
g
p
g
Distribusi panas yang benar :
Sebaiknya material/stock dipanaskan secara merata sesuai temperatur yg diinginkan dengan minimum bahan bakar
bahan bakar
21
Lingkup konservasi energi
Distribusi panas yang benar
g
p
g
p
y
g
22
Lingkup konservasi energi
Mengoptimalkan temp operasi:
g
p
g
Mengoptimalkan temp operasi:
Tabel: temp operasi dari bermacam tungku
Slab Reheating furnaces 1200oC
Rolling Mill furnaces 1200oC
Bar furnace for Sheet Mill 800oC
Bar furnace for Sheet Mill 800 C
Bogey type annealing furnaces 650oC -750oC
Pemakaian pelapisan keramik:
• Mempercepat dan efisien perpindahan panas, pemanasan
23 merata akan memperpanjang refractory material.
Lingkup konservasi energi
Mencegah rugi panas selama bukaan:
g
p
g
Mencegah rugi panas selama bukaan:
• Kerugian ini disebabkan oleh radiation melalui
bukaan, seperti halnya pembakaran memasang gas p y p g g kebocoran itu.
T: absolute temperature (K)
(K)
a: factor for total radiation A: area of opening, m2 H: time (Hr)
Mengontrol tekanan dlam tungku:
24
g
g
Evaluasi unjuk kerja
Panas yg dilepaskan
j
j
25
Gambar: Faktor untuk menentukan panas yang dilepaskan dari pembukaan sebanding dng melepaskan panas dari benda hitam sempurna
Lingkup konservasi energi
Mengoptimalkan kapasitas pemakaian:
g
p
g
Mengoptimalkan kapasitas pemakaian:
•
Pemuatan/ pengisian pada beban partial adalah hal
penting untuk tungku beroperasi secara maximum
p
g
g
p
thermal efficiency.
•
Pemuatan/ pengisian tungku harus diatur sedemikian
sehingga menerima radiasi maksimum dan gas yang
panas secara efektif dsirkulasikan dng sempurna.
S
t
l
t k tid k b
i t
k
i
•
Suatu alasan untuk tidak beroperasi tungku perapian
pada beban maksimum, Adalah tidak sepadan dimensi
tungku.
26
Kapasitas Pemanfaatan : Hearth
Loading
•
Heat Treatment Furnace : 145 Kg/m
2
.Hr
/
2
•
Annealing Furnace
: 290 Kg/m
2
.Hr
•
Forging Furnace
: 390 Kg/m
2
.Hr
•
Lowest loading 75 ‐ 170 Kg/m
Lowest loading 75 170 Kg/m .Hr
2
Hr
Lingkup konservasi energi
Pemanfaatan panas gas buang :
g
p
g
Pemanfaatan panas gas buang :
Rugi panas sensibel dari gas buang mencapai
35sampai 55 % dari input panas ke tungku, maka
i i
lk
ti b l
b
b t j
meminimalkan timbulnya panas buang sbg tujuan
utama.
Tiga metode yg memungkinkan :
1. Pemanasan awal “Charge (stock) “ 2. Pemanasan awal udara bakar3. Penggunaan panas buang untuk proses lainnya
Lingkup konservasi energi
Meminimalkan wall losses:g
p
g
Pemilihan yg sesuai untuk refractory dan isolasi material adalah kunci penghematan energi.
Tingkat dari wall losses tergantung: 1. Konduktifitas panas.p
2. Tebal dinding. 3. Emisifitas dinding.
4. Pengoperasian tungku secara kontinyu atau terputus. Sebagai contoh , rugi panas dapat dikurangi dengan mempertebal isolasi (mahal/ tdk ekonomis).
Lingkup konservasi energi
Rugi radiasi pada permukaan:
g
p
g
p
31
Atur Tekanan Furnace
Cegah udara luar masuk ke furnace.
Udara luar yang masuk ke dalam furnace akan menurunkan temperatur furnace dan meningkatkan konsumsi bahan bakar.
