ANALISA FLUIDISASI PADA BOILER CFB PLTU LABUHAN ANGIN

Transkripsi

1 ANALISA FLUIDISASI PADA BOILER FB PLTU LABUHAN ANGIN 1 Anotona Telaumbanua, 2 Ir. Tugiman, ST Jurusan Teknik Mesin STT Harapan Medan tona1452@gmail.com Abstrak Boiler FB adalah Boiler irculating 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 irculating 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 ,2 [kj/jam] Kata kunci : Boiler FB, Fluidisasi, efisiensi dan Heat Release Rate. Abstract FB Boiler is a Boiler irculating 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 oal. 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 irculating 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, % efficiency boiler with a heat release rate 792,894,138.2 [kj / h] Keywords: FB 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 FB yaitu irculating Bed Boiler. Teknologi Boiler yang berteknologi FB ini merupakan teknologi yang baru di Pembangkitan Sumatera Utara, Operasi pertama kalinya di tahun Prinsip kerja dan operasi dengan tipe PLTU FB ini menggunakan Udara sebagai media yang akan mengangkat, membuat mengambang bed material. Pengertian dari FB 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. METODE PENELITIAN 2.1 Tempat Tempat penelitian adalah di PLTU Labuhan Angin, Tapanuli Tengah, pada ruang control room, dari monitor DS, 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. MULAI Studi Literatur Survey Lapangan ATATAN 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 * Tek. Steam = 6,2 Mpa * Temp. Steam = 510 Analisa Data 2.3 Bahan, Peralatan dan Metode Bahan yang digunakan untuk pengambilan data adalah tampilan hasil pengukuran parameterparameter operasi pada DS, ruang control room operator DS. Peralatan yang digunakan adalah monitor DS. Metode dengan pengambilan datadata operasional dan hasil Laboratorium PLTU Labuhan Angin. 2.4 Pelaksanaan Penelitian Pelaksanaan penelitian pada bulan Februari 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. 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 FB 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 gram. 2

3 Tabel 3.1 Data Sampel Distribusi Ukuran Pasir SIZE (micron) Sumber : PLTU Labuhan Angin Pasir yang digunakan mempunyai density 1441,66 kg/m 3. 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 o JUMLAH (gr) Archimedes Number : ρ g = 1,1281 [kg/m 3 ] ρ p = 1441,66 [kg/m 3 ] PERSENTASE (+) (-) (+) (-) (+) (-) (+) (-) (+) (-) 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 Ukur Kecepatan fluidisasi minimum [m/s] N an o. Pasir [µm] pada perubahan temperatur furnace 37 o 192 o 300 o 600 o 800 o ,7 2,1 2,4 3 3, ,0 2,5 2,8 3,5 3, ,3 2,9 3,2 4 4, ,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. g = 9,81 [m/s 2 ] µ = 189,32 x 10 7 [Ns/m 2 ] d p = 125 x 10-6 [m] Jadi : Ar = 86,8713 Didapat kecepatan fluidisasi minimum untuk pasir ukuran 125 micron di temperatur udara 37[ o ] Gambar 3. 1 Grafik Kecepatan Fluidisasi Minimum pasir berbagai ukuran pada temperatur tertentu 3

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 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 Kcal/kg 5. Tekanan steam 6,2 MPa 6. Temperatur steam 510 o 7. Tekanan feed water 7 MPa 8. Temperatur feed water Flow Udara PAF 191 Ton/jam 10. Temperatur udara PAF Temperatur Bed 800 Sumber : PLTU Labuhan Angin Efisiensi boiler adalah sebagai berikut : o o o 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 arbon 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 : g f = G f [HHV(1-L r ) + Q u + Q m 577,777(8,936H 2 ) 811,11(- 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] H 2 = 3,8 % = 59% x = 59% g f = 41000[19732,4(1-0,01) - 577,777(8,936x0,038) - 811,11 (0)] g f = ,2 [kj/kg] 4

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 4.2 Saran pengoperasian tanggal 12 Februari 2015 adalah ,2 [kj/jam] 1. Pada saat pengoperasian boiler FB 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. Sarojo Aby Ganijanti, Mekanika Seri Fisika Dasar Edisi 5, 2014 Dr. Suyitno M. M.Pd, Pembangkit Energi Listrik, Rineka ipta, Watiningsih Tri, ST, MT, Kholistianingsih, ST, M.Eng, Ir. Atmadi Broto Pingit, MT, Pembangkit Tenaga Listrik, Graha Ilmu, DAFTAR PUSTAKA Basu, Prabir, ombustion and Gasification in Fludized Beds, Lecture For Trainees, FB boiler Part, Shaanxi Northwest Power Generation o, Ltd, Labuhan Manual Book, Foster wheeler, Adi Surjosatyo, Evaluasi Kinerja Power Plant 30 MW dengan Teknologi irculating Fluidized Bed ombustor berbahan Bakar Batubara, Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin, Marsudi, Djiteng, Pembangkitan Energi Listrik, Erlangga,