BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Batubara Batubara adalah salah satu bahan bakar fosil. Pengertian umumnya adalah batuan sedimen yang dapat terbakar, terbentuk dari endapan organik, utamanya adalah sisa-sisa tumbuhan dan terbentuk melalui proses pembatubaraan. Unsurunsur utamanya terdiri dari karbon, hydrogen dan oksigen. Gambar 2.1 Batubara 6

2 Batubara juga adalah batuan organik yang memiliki sifat-sifat fisik dan kimia yang kompleks yang dapat ditemui dalam berbagai bentuk. 7 Komposisi batubara hampir sama dengan komposisi kimia jaringan tumbuhan, keduanya mengandung unsur utama yag terdiri dari unsur C, H, O, N yang telah mengalami coalfication. Pada dasarnya batubara terbentuk oleh proses alam, maka banyak parameter yang berpengaruh pada pembentukan batubara. Makin tinggi intensitas parameter yang berpengaruh makin tinggi mutu batubara yang terbentuk Terbentuknya Batubara Pembentukan batubara memerlukan kondisi-kondisi tertentu dan hanya terjadi pada era-era tertentu sepanjang sejarah geologi. Zaman karbon, kira-kira 340 juta tahun yang lalu (jtl), adalah masa pembentukan btubara yang paling produktif dimana hampir seluruh deposit batubara (black coal) yang ekonomis di bumi bagian utara terbentuk. Gambar 2.2 Proses Pembentukan Batubara Dalam proses pembentukan selulosa sebagai senyawa organik yang merupakan senyawa pembentukan batubara,semakin banyak unsur C pada

3 8 batubara, maka semakin baik kualitasnya. Sebaliknya, semakin bayak unsur H maka semakin rendah kualitasnya. Senyawa kimia yang terbentuk adalah gas metan, semakin besar kandungan gas metan maka semakin baik kualitasnya. Secara ringkas ada 2 tahap proses yang terjadi, yakni: Tahap Diagenetik atau Biokimia, dimulai pada saat material tanaman terdeposisi hingga lignit terbentuk. Agen utama yang berperan dalam proses perubahan ini adalah kadar air, tingkat oksidasi dan gangguan biologis yang dapat menyebabkan proses pembusukan (dekomposisi) dan kompaksi material organic serta membentuk gambut. Tahap Malihan atau Geokimia, meliputi prose perubahan dari lignit menjadi bituminous dan akhirnya antrasit. Gambar 2.3 Tahap Pembentukan Batubara

4 Kualitas Batubara Batubara merupakan endapan organik yang mutunya sangat ditentukan oleh beberapa factor antara lain tempat terdapatnya cekungan, umur dan banyaknya kontaminasi. Didalam penggunaannya perancangan mesin yang mempergunakan batubara sebagai bahan bakar harus menyesuaikan dengan kualitas batubaranya agar mesin yang dipergunakan tahan lama Pengenalan Kualitas Umum Batubara Batubara merupakan bahan baku pembangkit energi dipergunakan untuk industri. Mutu dari batubara akan sangat penting dalam menentukan peralatan yang dipergunakan. Untuk menentukan kualitas batubara, beberapa hal yang harus diperhatikan adalah : High heating value (kcal.kg), Total moisture (%), Inherent moisture (%), Volatile matter (%), Ash content (%), Sulfur content (%), Coal size (%), Hardgrove grindability index (<3mm). a. High Heating Value (HHV) High heating value sangat berpengaruh terhadap pengoperasian alat, seperti : pulverizer, pipa batubara, wind box, burner. Semakin tinggi high heating value maka aliran batubara setiap jamnya semakin rendah sehingga kecepatan coal feeder harus disesuaikan.

5 10 b. Moisture Content Kandungan moisture mempengaruhi jumlah pemakaian udara primernya, pada batubara dengan kandungan moisture tinggi akan membutuhkan udara primer lebih banyak guna mengeringkan batubara tersebut pada suhu keluar mill tetap. c. Volatile Matter Kandungan volatile matter mempengaruhi kesempurnaan pembakaran dan intensitas nyala api. Semakin tinggi fuel ratio maka carbon yang tidak terbakar semakin banyak. d. Ash Content dan Komposisi Kandungan abu akan terbawa bersama gas pembakaran melalui ruang bakar dan daerah konveksi dalam bentuk abu terbang atau abu dasar. Sekitar 20% dalam bentuk abu dasar dan 80% dalam bentuk abu terbang. Semakin tinggi kandungan abu dan tergantung komposisinya mempengaruhi tingkat pengotoran (fouling), kehausan dan korosi peralatan yang dilalui.

6 11 e. Sulfur Content Kandungan sulfur berpengaruh terhadap tingkat korosi sisi dingin yang terjadi pada elemen pemanas udara, terutama apabila suhu kerja lebih rendah dari letak embun sulfur, disamping berpengaruh terhadap efektifitas penangkapan abu pada peralatan electrostatic precipator. f. Coal Size Ukuran butir batubara dibatasi pada rentang butir halus dan butir kasar Parameter Kualitas Batubara Cukup banyak parameter untuk menentukan kualitas batubara antara lain : 1. Total moisture (%) *) **) ***) 2. Inherent moisture (%) *) **) ***) 3. Ash content (%) *) **) 4. Volatile matter (%) *) **) 5. Fixed carbon 6. Calorific value (kcal/kg) *) **) 7. Total sulphur (%) ***) 8. Index hardgrove *) **)

7 12 9. Index muai bebas ***) 10. Roga index ***) 11. Gray king ***) 12. Diatometri ***) 13. Nitrogen (%) **) 14. Phosphor *) 15. P2O5 *) 16. Plastometri ***) Keterangan : *) Diperlukan datanya untuk PLTU **) Diperlukan datanya untuk bahan bakar ***) Diperlukan datanya untuk industry kokas metallurgi Pemanfaatan suatu jenis batubara tertentu perlu diketahui suatu set data kualitas batubara yang diperlukan untuk suatu keperluan tertentu. Data ini diperoleh dari hasil suatu analisis pengujian. Dari sekian banyak parameter kualitas batubara, biasanya hanya beberapa saja yang bermakna dalam melanjutkan suatu kemanfaatan tertentu. Tetapi dengan mempunyai data lengkap parameter kualitas batubara dari suatu cadangan tertentu, akan lebih terlihat seluruh kemungkinan pemanfaatan batubara tersebut yang dapat membantu industri pemakai.

8 Arti Kualitas Batubara Pada Pemanfaatannya Pada pemanfaatan batubara perlu diketahui sifat-sifat yang akan ditunjukan oleh batubara tersebut, baik sifat kimiawi, fisik dan mekanis. Sifat-sifat ini akan dapat dilihat atau disimpulkan dari data kualitas batubara hasil analisis dan pengujiannya. Dari sejumlah data kualitas yang ada daripadanya dapat diambil harga rata-ratanya, misalnya kandungan air, abu dan lain yang bersifat kimiawi, tetapi ada pula yang tidak dapat diambil harga rataratanya melainkan harus dilihat harga minimum dan maksimum, seperti pada harga hardgrove index dan titik leleh abu. Beberapa parameter kualitas yang akan sangat mempengaruhi pemanfaatannya terutama sebagai bahan bakar adalah : a. Kandungan air Kandungan air ini dapat dibedakan atas kandungan air bebas (free moisture), kandungan air bawaan (inherent moisture) dan kandungan air total (total moisture). Kandungan air ini akan banyak pengaruhnya pada pengangkutan, penanganan, penggerusan maupun pada pembakarannya. b. Kandungan abu Selain kualitas yang akan mempengaruhi penanganannya, baik sebagai fly ash maupun bottom ash tetapi juga komposisinya yang akan mempengaruhi pemanfaatannya dan juga titik leleh yang dapat menimbulkan fouling pada pipa-pipa. Dalam hal ini kandungan Na2O

9 14 dalam abu akan sangat mempengaruhi titik leleh abu. Abu ini dapat dihasilkan dari pengotor bawaan (inherent impurities) maupun pengotor sebagai hasil penambangannya. Komposisi abu seyogyanya diketahui dengan baik untuk kemungkinan pemanfaatannya sebagai bahan bangunan atau keramik dan penanggulangannya terhadap masalah lingkungan yang dapat ditimbulkannya. c. Zat terbang (Volatile Matter) Kandungan zat terbang sangat erat kaitannya dengan kelas batubara tersebut, makin tinggi kandungan zat terbang makin rendah kelasnya. Pada pembakaran batubara, maka kandungan zat terbang yang tinggi akan lebih mempercepat pembakaran karbon padatnya dan sebaliknya zat terbang yang rendah lebih mempersukar proses pembakaran. Nisbah kandungan carbon tertambat terhadap kandungan zat terbang disebut fuel ratio.

10 15 Table 2.1 Fuel Ratio Berbagai Jenis Batubara Jenis Batubara Fuel Ratio 1. Coke Antrasit Semi antrasit Bitumen *) Low volatile 2.8 *) Medium volatile 1.9 *) High volatile Lignit 0.9 d. Nilai Kalor (Fuel Ratio) Harga nilai kalor merupakan penjumlahan dari harga-harga panas pembakaran dari unsur-unsur pembentuk batubara. Harga nilai kalor yang dapat dilaporkan adalah harga gross calorific value dan biasanya dengan besar air dried, sedang nilai kalor yang benar-benar dimanfaatkan pada pembakaran batubara adalah net calorific value yang dapat dihitung dengan harga panas latent dan sensible yang dipengaruhi oleh kandungan total dari air dan abu.

11 Kelas dan Jenis Batubara Berdasarkan tingkat proses pembentukannya yang dikontrol oleh tekanan, panas dan waktu, batu bara umumnya dibagi dalam lima kelas: antrasit, bituminus, sub-bituminus, lignit dan gambut. Antrasit adalah kelas batu bara tertinggi, dengan warna hitam berkilauan (luster) metalik, mengandung antara 86% - 98% unsur karbon (C) dengan kadar air kurang dari 8%. Bituminus mengandung 68-86% unsur karbon (C) dan berkadar air 8-10% dari beratnya. Kelas batu bara yang paling banyak ditambang di Australia. Sub-bituminus mengandung sedikit karbon dan banyak air, dan oleh karenanya menjadi sumber panas yang kurang efisien dibandingkan dengan bituminus. Lignit atau batu bara coklat adalah batu bara yang sangat lunak yang mengandung air 35-75% dari beratnya. Gambut, berpori dan memiliki kadar air di atas 75% serta nilai kalori yang paling rendah. Klasifikasi batu bara berdasarkan tingkat pembatubaraan biasanya dimaksudkan untuk menentukan tujuan pemanfaatannya. Misalnya, batu bara bintuminus banyak digunakan untuk bahan bakar pembangkit listrik, pada industri baja atau genteng serta industri semen (batu bara termal atau steam coal). Adapun batu bara antrasit digunakan untuk proses sintering

12 17 bijih mineral, proses pembuatan elektroda listrik, pembakaran batu gamping, dan untuk pembuatan briket tanpa asap. Ditinjau dari segi pemanfaatannya, batubara dapat dibagi menjadi 3 (tiga) golongan, yaitu: 1. Batubara untuk bahan bakar, disebut batubara bahan bakar (steaming coal, fuel coal, atau energy coal). 2. Batubara bitumen untuk pembuatan kokas, disebut batubara kokas (cooking coal). 3. Batubara untuk dibuat bahan-bahan dasar energi lainnya, disebut batubara konversi (conversion coal) Batubara untuk Bahan Bakar Sebagai bahan bakar, batubara dapat dimanfaatkan untuk mengubah air menjadi upa didalam suatu ketel uap atau boiler PLTU, untuk membakar bahan pembuat klinker dipabrik semen, dan sebagai bahan bakar di industri-industri kecil. Pada hakikatnya, semua batubara dapat dibakar, tetapi pemanfaatannya sebagai bahan bakar tertentu perlu dipenuhi berbagai persyaratan tertentu pula. Misalnya, sebagai baha bakar di PLTU diperlukan batubara yang mempunyai kandungan ash <30%. Ketel yang memanfaatkan batubara halus dapat didesain agar bisa membakar batubara dengan kandungan ash lebih tinggi lagi, katakanlah 50%. Akan tetapi, dengan kandungan ash yang demikian besar dapat menimbulkan banyak masalah dalam pengoperasiannya. Bahkan pada

13 18 pembakaran batubara yang mengandung ash <30% pun masih banyak menimbulkan masalah pada ketel karena dapat menyebabkan erosi dan kerak pada tabung uap. Umumnya, pembuatan sebuah ketel suatu PLTU dirancang untuk membakar batubara dengan spesifikasi yang telah ditentukan, sesuai dengan sifat batubara yang akan menjadi makanannya. Spesifikasi ini kadang-kadang mempunyai nilai rentang yang agak panjang sehingga dapat menampung batubara lebih dari satu sumber. Itulah sebabnya mengapa sewaktu masih dalam tahapan eksplorasi dan studi kelayakan tambang, berbagai parameter penting sebagai penentu tersebut dalam sampel inti bor sudah mulai ditentukan. Jadi, suatu PLTU dibangun menurut spesifikasi batubara yang akan membakarnya, bukan sebaliknya (kecuali jika PLTU sudah ada dan perlu tambahan pasokan, harus dicari batubara yang mempunyai spesifikasi sama dengan spesifikasi batubara yang digunakan dalam perancangan ketel tersebut). Umumnya, batubara harus cukup untuk memasok PLTU selama 30 tahun, karena umur PLTU sekitar tiga puluh tahunan. Bila batubara pasokan tersebut masih kurang, maka harus dicari batubara yang sifatnya sama dengan spesifikasi ketel PLTU tersebut. Semua PLTU yang direncanakan dibangun di Indonesia, satu unitnya berkapasitas MW. Untuk yang berkapasitas >200 MW, umumnya dipakai cara pulverized fuel, sedangkan untuk yang kapasitasnya lebih kecil digunakan cara fluidised bed

14 19 combustion ataupun pembakaran pada panggangan (grate firing). Demikian pula dengan pabrik semen dewasa ini. Semuanya harus menggunakan bahan bakar batubara, dan yang telah dibangun sebelum Peraturan Presiden ditetapkan, harus mengganti bahan bakar minyaknya dengan batubara. Untuk keperluan tersebut harus dibangun untuk membakar batubara yang didesain dengan spesifikasi tertentu, seperti halnya PLTU. Hanya untuk pabrik semen, persyaratan yang diminta lebih ringan bila dibandingkan dengan yang diminta untuk PLTU. Pemanfaatan batubara sebagai bahan bakar telah mulai dirintis dalam industri kecil, seperti pabrik kertas, pabrik gula, pabrik bata, pabrik genteng, dan pabrik kapur. Hal ini terutama untuk memanfaatkan batubara dengan cadangan kecil. Pada saat ini, Indonesia telah mencoba memanfaatkan batubara untuk menggantikan minyak tanah sebagai bahan bakar tidak berasap (smokeless fuel) di rumah tangga. Untuk keperluan tersebut, batubara dikarbonisasikan pada suhu rendah, digerus dan diberi bahan perekat, kemudian dicetak dan dibentuk menjadi briket batubara. Di Victoria-Australia, bahan untuk briket batubara berasal dari batubara peringkat (rank) rendah yang mengandung moisture tinggi, misalnya lignit yang mengandung mositure >60%.

15 Spontaneous Combustion Sebagaimana bahan bakar lainnya, batubara memiliki sifat terbakar (flammable) apabila terjadi reaksi oksidasi baik dengan cara dibakar atau oksidasi akibat bereaksi dengan oksigen yang ada di udara. Reaksi batubara dengan oksigen yang ada diudara akan menghasilkan panas yang sering disebut self heating dan apabila pemanas ini tidak terkontrol maka akan terjadi pembakaran spontan yang sering disebut Spontaneous Combustion. Tentu saja hal tersebut sangat tidak diinginkan, karena ini akan merugikan Permasalahan Oksidasi Sebelum mengalami Spontaneous Combustion batubara akan mengalami proses oksidasi yang merupakan proses inisiasi dari spontaneous combustion apabila proses oksidasi ini diikuti dengan meningkatnya temperatur terus menerus yang akhirnya mengalami pembakaran spontan. Batubara akan bereaksi dengan oksigen di udara segera setelah batubara tersebut tersingkap selama penambangan. Kecepatan reaksi ini lebih besar terutama pada batubara golongan rendah seperti lignite dan sub-bituminus, sedangkan pada golongan batubara bituminus keatas atau high rank coal, oksidasi ini baru akan tampak apabila batubara tersebut sudah tersingkap dalam jangka waktu yang sangat lama. Apabila temperatur batubara terus meningkat yang disebabkan oleh self heating, maka ini perlu ditangani dengan serius karena ini akan

16 21 berpengaruh terhadap nilai-nilai komersial dari batubara tersebut, selain itu akan mengakibatkan pembakaran spontan batubara yang tidak kita inginkan karena akan merugikan dan juga mengakibakan kerusakan lingkungan Bahaya Ledakan Dalam prakteknya batubara yang digunakan sebagai bahan bakar menggunakan conveyor sebagai alat bantu pengiriman. Pada PLTU Suralaya conveyor mengangkut batubara dari area penyimpanan menuju bunker. Distribusi tersebut akrab dengan temperatur tinggi dan sangat berpotensi terjadinya ledakan. Ledakan pada batubara ini terjadi karena kandungan dalam batubara itu sendiri dan dipengaruhi lingkungan sekitar. Faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya ledakan diantaranya: 1. Bahan bakar (batubara) 2. Oksigen 3. Panas Dalam batubara terdapat kandungan yang dapat memicu terjadinya ledakan. Kandungan-kandungan tersebut yaitu Volatile Matter (hidrocarbon, carbon monoksida, dan metan), ash containt, ukuran batubara, dan volatile Ratio.

17 22 Senyawa hidrocarbon dikenal mudah terbakar karena karbon dan oksigen mudah bereaksi dengan oksigen dalam reaksi pembakaran. Ash contant juga mempengaruhi kadar batubara terhadap bahaya ledakan. Ash contant merupakan abu terbang yang halus dan mudah terbakar. Karena sifatnya yang sangat halus ini, ash containt sangat mudah tersulut api dan memicu terjadinya ledakan. Volatile ratio juga sangat mempengaruhi terjadinya bahaya ledakan. Harga volatile ratio >12% bahaya terjadinya ledakan selalu ada. 2.2 Komputer Perangkat lunak (software) merupakan sebuah langkah untuk mempermudah apabila desain yang telah ada akan hendak kita ubah untuk menyesuaikan terhadap kebutuhan. Software juga mempermudah kita dalam melakukan desain hardware. Untuk menjalankan sebuah alur dari pendeteksian, dibutuhkan sebuah chip programmable (mikroprosesor) yang dapat bekerja sebagai pengontrol. Untuk menjalankan semua fungsi tersebut dibutuhkan sebuah bahasa pemrograman dimana dalam program yang akan ditanamkan (flash) ke chip. Data yang dikirimkan oleh mikroprosesor secara serial diterima sebuah software, kemudian dilakukan proses pengolahan dan displaying.