ANALISA FLUIDISASI PADA BOILER CFB PLTU LABUHAN ANGIN

(1)

ANALISA FLUIDISASI PADA BOILER CFB PLTU LABUHAN ANGIN

1Anotona Telaumbanua, ²Ir. Tugiman, ST Jurusan Teknik Mesin

STT Harapan Medan Email : tona1452@gmail.com

Abstrak

Boiler CFB adalah Boiler Circulating Fluidaized Bed, suatu proses pembakaran yang terjadi di ruang bakar dengan fluidisasi dari Bed Material. Bed Material ini berupa Pasir, Limestone dan Batubara. Bed Material ini akan berfluidisasi di dalam ruang bakar, didalam ruang bakar ini akan terjadi mixing dari bed material. Bed Material ini adalah butiran-butiran yang berukuran < 10 [mm]. Butiran-butiran dari bed material ini akan menjadi penyimpan dan pendistribusian panas, sehingga pembakaran dapat berfungsi dengan semestinya. Yang menjadi permasalahan adalah bagaimana mengetahui secara teoritikal kecepatan fluidisasi minimum pada Circulating Bed Boiler, efisiensi boiler dan heat release rate yang terjadi di ruang bakar. Dengan tujuan dapat menghitung kecepatan fluidisasi minimum, menghitung efisiensi boiler, menghitung heat release rate.

Kecepatan fluidisasi minimum pasir tergantung dari ukuran pasir dan temperatur kerjanya, pada pengoperasian boiler tanggal 12 Februari 2015 efisiensi boiler 81,9% dengan heat release rate 792.894.138,2 [kJ/jam]

Kata kunci : Boiler CFB, Fluidisasi, efisiensi dan Heat Release Rate.

Abstract

CFB Boiler is a Boiler Circulating Fluidaized Bed, a combustion process that occurs in the combustion chamber with fluidisation of Bed Material. Bed Material in the form of sand, Limestone and Coal. These materials will berfluidisasi bed in the combustion chamber, in the combustion chamber will occur mixing of bed material. This material bed is sized granules <10 [mm]. Granules of bed material will be storage and distribution of heat, so that combustion can function properly. The problem is how to find out the theoretical minimum fluidization velocity in Circulating Bed Boiler, boiler efficiency and heat release rate that occurred in the combustion chamber. With the aim to calculate the minimum fluidization velocity, calculate the efficiency of the boiler, calculate the heat release rate. The minimum fluidization velocity of sand depending on the size of the sand and its temperature, the operation of the boiler dated February 12, 2015 81.9% efficiency boiler with a heat release rate 792,894,138.2 [kJ / h]

Keywords: CFB Boiler, fluidization, efficiency and Heat Release Rate.

1. PENDAHULUAN

PLTU Labuhan Angin adalah PLTU yang bahan bakar utamanya Batubara. Boiler yang digunakan adalah Boiler yang berjenis CFB yaitu Circulating Bed Boiler.

Teknologi Boiler yang berteknologi CFB ini merupakan teknologi yang baru di Pembangkitan Sumatera Utara, Operasi pertama kalinya di tahun 2008. Prinsip kerja dan operasi dengan tipe PLTU CFB ini menggunakan Udara sebagai media yang akan mengangkat, membuat mengambang bed material.

Pengertian dari CFB itu sendiri adalah circulating yaitu adanya sirkulasi dari bahan bakar batubara yang belum habis terbakar dari furnace menuju cyclone/compact separator dan kembali ke furnace, fluidized yaitu udara primer membuat bed material agar mengambang dan turbulen di dalam furnace, bed yaitu material yang ada didalam furnace yaitu : batubara, pasir, limestone.

(2)

2

2. METODE PENELITIAN 2.1 Tempat

Tempat penelitian adalah di PLTU Labuhan Angin, Tapanuli Tengah, pada ruang control room, dari monitor DCS, hasil sampel pasir. Pengamatan dari data-data pengoperasian.

2.2 Waktu

Waktu pengamatan dan penelitian Februari 2015 yang mendapat persetujuan dari pengelola dan komisi pembimbing.

2.3 Bahan, Peralatan dan Metode

Bahan yang digunakan untuk pengambilan data adalah tampilan hasil pengukuran parameter- parameter operasi pada DCS, ruang control room operator DCS. Peralatan yang digunakan adalah monitor DCS. Metode dengan pengambilan data- data operasional dan hasil Laboratorium PLTU Labuhan Angin.

2.4 Pelaksanaan Penelitian

Pelaksanaan penelitian pada bulan Februari 2015

2.5 Variabel yang diamati

Variabel yang diamati pada saat penelitian adalah Daya pembangkit, tekanan steam, temperatur steam, tekanan air sebelum masuk economizer, temperatur air sebelum masuk economizer, flow bahan bakar, flow steam, ukuran pasir, flow udara primary, Temperatur Bed Furnace.

Diagram alir penelitian dapat dilihat alurnya pada Gambar 2.1.

MULAI

Studi Literatur

Survey Lapangan

CATATAN DATA :

* Dia. Pasir = 125,180,250,600 um

* Density Pasir = 1441,66 kg/m3

* Kalori Batubara = 4713 kcal/kg

* Beban = 56 MW

* Temp. Bed = 800 C

* Tek. Steam = 6,2 Mpa

* Temp. Steam = 510 C

Analisa Data

Kesimpulan dan Saran

SELESAI

Gambar 2.1 Diagram Alir Metode Penelitian

3. PEMBAHASAN

3.1 Perhitungan Kecepatan Fluidisasi Minimum Untuk menghitung kecepatan fluidisasi minimum diperlukan data ukuran pasir yang digunakan pada boiler. Data pasir berdasarkan standar dari fabrikan untuk keperluan di boiler CFB ini adalah sebagai berikut :

100% kurang dari 600 mikron

75% kurang dari 250 mikron 50% kurang dari 180 mikron

25% kurang dari 130 mikron

Sedangkan hasil dari sampel pasir yang digunakan pada boiler Labuhan Angin yang berasal dari daerah sekitarnya tercantum dalam tabel 3.1 dengan jumlah sampel yang digunakan adalah 786.92 gram.

(3)

3

Tabel 3.1 Data Sampel Distribusi Ukuran Pasir

Sumber : PLTU Labuhan Angin

Pasir yang digunakan mempunyai density 1441,66 kg/m³.

Maka dapat dihitung kecepatan minimum fluidisasi berdasarkan sampel pasir yang dipakai pada boiler adalah sebagai berikut:

Untuk sampel pasir ukuran 125 micron dengan temperatur udara 37 ^oC

Archimedes Number :

ρg = 1,1281 [kg/m³] ρp = 1441,66 [kg/m³] g = 9,81 [m/s²]

µ = 189,32 x 10⁷ [Ns/m²] d_p = 125 x 10^-6 [m]

Jadi :

Ar = 86,8713

Didapat kecepatan fluidisasi minimum untuk pasir ukuran 125 micron di temperatur udara 37[^oC]

U_mf = 1,7 [m/s]

Dengan cara perhitungan yang sama seperti diatas maka didapatlah nilai kecepatan fluidisasi minimum untuk ukuran pasir 125 micron dengan temperatur berbeda, 180 micron, 250 micron dan 600 micron dengan udara pada temperatur furnace yang berbeda, seperti pada tabel 3.2.

Tabel 3.2 Kecepatan Fluidisasi Minimum Udara untuk Berbagai Ukuran Pasir

N o.

Ukur an Pasir [µm]

Kecepatan fluidisasi minimum [m/s]

pada perubahan temperatur furnace 37^o

C

192^o C

300^o C

600^o C

800^o C

1. 125 1,7 2,1 2,4 3 3,3

2. 180 2,0 2,5 2,8 3,5 3,9

3. 250 2,3 2,9 3,2 4 4,5

4. 600 3,4 4,3 4,8 6 6,7

Pada Gambar 3.1 dapat dilihat grafik perbandingan kecepatan fluidisasi minimum pada berbagai ukuran pasir pada beberapa temperatur yang terjadi didalam furnace.

Gambar 3. 1 Grafik Kecepatan Fluidisasi Minimum pasir berbagai ukuran pada temperatur tertentu

SIZE (micron)

JUMLAH

(gr) PERSENTASE

(+) 600 68.12 8.66

(-) 600 718.8 91.34

(+) 250 328.82 41.79

(-) 250 389.98 49.56

(+) 180 244.82 31.11

(-) 180 145.16 18.45

(+) 125 118.33 15.04

(-) 125 26.83 3.41

(+) 75 13.37 1.70

(-) 75 13.46 1.71

(4)

4

3.2 Perhitungan Efisiensi Boiler

Efisiensi boiler dapat dicari dari data-data pengoperasian boiler pada tanggal 12 Februari 2015, Tabel 3.3 merupakan tampilan data-data pengoperasian boiler pada tanggal 12 Februari 2015.

Tabel 3.3 Data-data parameter operasi tanggal 12 Februari 2015

No. Uraian Parameter Nilai Satuan

1. Daya 56 MW

2. Flow main steam 236 Ton/jam

3. Flow Batubara 41 Ton/jam

4. Kalori Batubara 4.713 Kcal/kg

5. Tekanan steam 6,2 MPa

6. Temperatur steam 510 ^oC 7. Tekanan feed water 7 MPa 8. Temperatur feed

water

150 ^oC

9. Flow Udara PAF 191 Ton/jam 10. Temperatur udara

PAF

192 ^oC

11. Temperatur Bed 800 ^oC Sumber : PLTU Labuhan Angin

Efisiensi boiler adalah sebagai berikut :

Didapat harga-harga dari data parameter operasi:

Maka efisiensi boiler :

3.3 Perhitungan Heat Release Rate

Heat release rate adalah jumlah kalor yang dihasilkan akibat pembakaran bahan bakar didalam furnace. Dengan mengasumsikan kehilangan panas radiasi 1% dan komposisi batubara jenis bahan bakar batubara yang banyak digunakan di Indonesia adalah SubBituminous, komposisi batubara subbituminous dapat dilihat pada tabel 3.4.

Tabel 3.4 Komposisi batubara subbituminous

Carbon 59,0 %

Hydrogen 3,8 %

Sulphur 1,6 %

Oxygen 7,4 %

Nitrogen 1,2 %

Ash 16 %

Moisture 11 %

Dengan tidak ada heat credit pada pembakaran sempurna maka dapat dicari heat release rate sebagai berikut :

gf = Gf [HHV(1-Lr) + Qu + Qm – 577,777(8,936H₂) – 811,11(C-C_x)]

G_f = 41000[kg/jam]

HHV = 19732,4 [kJ/kg]

L_r = kerugian radiasi, diasumsikan 1%

Q_u = 0 [kJ/kg]

Q_m = 0 [kJ/kg]

H₂ = 3,8 % C = 59%

C_x = 59%

g_f = 41000[19732,4(1-0,01) - 577,777(8,936x0,038) - 811,11 (0)]

g_f = 792.894.138,2 [kJ/kg]

(5)

5

4. KESIMPULAN DAN SARAN 4.1 Kesimpulan

1. Kecepatan fluidisasi minimum tergantung pada ukuran pasir dan temperatur kerjanya.

2. Efisiensi boiler pada saat pengoperasian tanggal 12 Februari 2015 adalah 81,9%.

3. Heat Realease Rate pada saat pengoperasian tanggal 12 Februari 2015 adalah 792.894.138,2 [kJ/jam]

4.2 Saran

1. Pada saat pengoperasian boiler CFB perlu tetap diperhatikan kecepatan fluidisasi minimumnya guna mengurangi efek abrasi pada tube furnace.

2. Perlu dilakukan analisa detail kandungan bahan bakar dan abu untuk analisa lebih lanjut guna peningkatan efisiensi boiler.

5. DAFTAR PUSTAKA

Basu, Prabir, Combustion and Gasification in Fludized Beds, 2006.

Lecture For Trainees, CFB boiler Part, Shaanxi Northwest Power Generation Co, Ltd, 2008.

Labuhan Manual Book, Foster wheeler, 2008.

Adi Surjosatyo, Evaluasi Kinerja Power Plant 30 MW dengan Teknologi Circulating Fluidized Bed Combustor berbahan Bakar Batubara, Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin, 2009.

Marsudi, Djiteng, Pembangkitan Energi Listrik, Erlangga, 2005.

Sarojo Aby Ganijanti, Mekanika Seri Fisika Dasar Edisi 5, 2014

Dr. Suyitno M. M.Pd, Pembangkit Energi Listrik, Rineka Cipta, 2011.

Watiningsih Tri, ST, MT, Kholistianingsih, ST, M.Eng, Ir. Atmadi Broto Pingit, MT, Pembangkit Tenaga Listrik, Graha Ilmu, 2014