BAB III ANALISA DAN PEMBAHASAN DATA

Transkripsi

1 BAB III ANALISA DAN PEMBAHASAN DATA 3.1 Analisis dan Pembahasan Kehilangan panas atau juga bisa disebut kehilangan energi merupakan salah satu faktor penting yang sangat berpengaruh dalam mengidentifikasi effisiensi pada boiler. Hal ini menyebabkan banyak kerugian yang ditimbulkan, sehingga berdampak pada faktor ekonomis juga. Boiler merupakan salah satu media pembangkit yang berfungsi menghasilkan uap, dimana boiler memerlukan kondisi yang baik sehingga dapat menghasilkan uap dengan kapasitas yang dibutuhkan Kinerja boiler mempunyai parameter seperti efisiensi dan rasio yang berkurang terhadap waktu. Hal tersebut disebabkan karena buruknya proses pembakaran. Buruknya kinerja boiler dipengaruhi oleh buruknya kualitas bahan bakar Universitas Mercu Buana 37

2 dan kualitas air. Neraca panas dapat membantu dalam mengidentifikasikan kehilangan panas yang dapat atau tidak dapat dihindari. 3.2 Diagram Alir Dan Kriteria Penelitian (1) OBSERVASI (2) PENGUMPULAN DATA Observasi dilakukan pada unit PT.X, dengan pengumpulan data yang reliable dan objektif. (3) PERUMUSAN MASALAH Permasalahan yang menjadi fokus penelitian adalah pada unjuk kerja dan efesiensi dari Boiler pada masa operasi. (4) TEORITIS Penggunaan metode penelitian eksperimen dan penelitian evaluasi sebagai teori. (5) HIPOTESIS TUJUAN PENELITIAN Tujuan penelitian secara umum : penemuan, pembuktian, dan pengembangan unjuk kerja Boiler. (6) RANCANGAN PENELITIAN (7) ANALISIS Memahami permasalahan, melakukan pemecahan masalah, mengantisipasi masalah. Menggunakan dua metode perumusan masalah yang dianalisa : Metode langsung Metode Tidak Langsung dan Syeam System Assessment Tool. (8) KESIMPULAN Rangkuman hasil penelitian Universitas Mercu Buana 38

3 3.3 Metode - metode Menentukan Efisiensi Boiler Untuk membantu dalam menemukan penyimpangan efisiensi boiler dari efisiensi terbaik dan target area permasalahan untuk tindakan perbaikan diperlukan pengujian efisiensi boiler Effisiensi boiler merupakan nilai yang menunjukkan kemampuan boiler dalam mengubah air menjadi uap dengan menggunakan kalor hasil pembakaran. A. Metode Langsung Dikenal juga sebagai metode input-output karena kenyataan bahwa metode ini hanya memerlukan keluaran/output (steam) dan panas masuk/input (bahan bakar) untuk evaluasi efisiensi. Efisiensi ini dapat dievaluasi dengan menggunakan rumus:..(1)..(2) Parameter yang dipantau untuk perhitungan efisiensi boiler dengan metode langsung adalah: 1. Jumlah (kapasitas) steam yang dihasilkan per jam (Q) dalam kg/jam. 2. Jumlah bahan bakar yang digunakan per jam (q) dalam kg/jam. 3. Tekanan kerja (dalam bar) dan suhu lewat panas ( O C), jika ada Universitas Mercu Buana 39

4 4. Suhu air umpan ( O C). 5. Jenis bahan bakar dan nilai panas kotor bahan bakar atau Gross Calories Value (GCV) dalam kcal/kg bahan Bakar. Dimana, hg Entalpi steam jenuh dalam kcal/kg steam hf Entalpi air umpan dalam kcal/kg air Analisa Kasus Cari efisiensi boiler dengan metode langsung dengan data yang diberikan dibawah ini: a) Jenis boiler Berbahan bagasse b) Jumlah steam (kering) yang dihasilkan 34 TPJ c) Tekanan steam (gauge) / suhu 9.81 bar/180 O C d) Jumlah pemakaian Bagasse 1.87 TPJ e) Suhu air umpan 105 O C f) GCV Bagasse kilojoule (5000 kcal/kg) g) Entalpi steam kilojoule (692 kcal/kg) h) Entalpi air umpan kilojoule (501.6 kcal/kg) Universitas Mercu Buana 40

5 Keuntungan metode langsung : 1. Pekerja pabrik dapat dengan cepat mengevaluasi efisiensi boiler 2. Memerlukan sedikit parameter untuk perhitungan 3. Memerlukan sedikit instrumen untuk pemantauan 4. Mudah membandingkan rasio penguapan dengan data benchmark Kerugian metode langsung 1. Tidak memberikan petunjuk kepada operator tentang penyebab dari efisiensi sistim yang lebih rendah. 2. Tidak menghitung berbagai kehilangan yang berpengaruh pada berbagai tingkat efisiensi. B. Metode Tidak Langsung Standar acuan untuk Uji Boiler dengan menggunakan metode tidak langsung adalah British Standard, BS 845:1987 dan USA Standard ASME PTC-4-1 Power Test Code Steam Generating Units. Metode tidak langsung juga dikenal dengan metode kehilangan panas. Efisiensi dapat dihitung dengan mengurangkan bagian kehilangan panas dari 100 sebagai berikut: Efisiensi boiler (n) = (i + ii + iii + iv + v + vi + vii) Dimana kehilangan yang terjadi dalam boiler adalah kehilangan panas yang diakibatkan oleh: Universitas Mercu Buana 41

6 i. Gas cerobong yang kering. ii. Penguapan air yang terbentuk karena H 2 dalam bahan bakar. iii. Penguapan kadar air dalam bahan bakar. iv. Adanya kadar air dalam udara pembakaran. v. Bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu terbang/ fly ash. vi. Bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu bawah/ bottom ash. vii. Radiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung. Kehilangan yang diakibatkan oleh kadar air dalam bahan bakar dan yang disebabkan olehpembakaran hidrogen tergantung pada bahan bakar, dan tidak dapat dikendalikan oleh perancangan. Data yang diperlukan untuk perhitungan efisiensi boiler dengan menggunakan metode tidak langsung adalah: i. Analisis ultimate bahan bakar (H 2, O 2, S, C, kadar air, kadar abu) ii. Persentase oksigen atau CO 2 dalam gas buang iii. Suhu gas buang dalam O C (Tf) iv. Suhu ambien dalam O C (Ta) dan kelembaban udara dalam kg/kg udara kering v. Gross Calories Value (GCV) bahan bakar dalam kcal/kg vi. Persentase bahan yang dapat terbakar dalam abu (untuk bahan bakar padat) Universitas Mercu Buana 42

7 vii. Gross Calories Value (GCV) abu dalam kcal/kg (untuk bahan bakar padat) Prosedur rinci untuk perhitungan efisiensi boiler menggunakan metode tidak langsung diberikan dibawah. Biasanya, manager energi di industri lebih menyukai prosedur perhitungan yang lebih sederhana. Tahap 1: Menghitung kebutuhan udara teoritis = [(11,43 x C) + {34,5 x (H 2 O 2 /8)} + (4,32 x S)]/100 kg/kg bahan bakar. Tahap 2: Menghitung persen kelebihan udara yang dipasok (EA) Tahap 3: Menghitung massa udara sebenarnya yang dipasok/ kg bahan bakar (AAS) = {1 + EA/100} x udara teoritis Tahap 4: Memperkirakan seluruh kehilangan panas i. Persentase kehilangan panas yang diakibatkan oeh gas buang yang kering Universitas Mercu Buana 43

8 Dimana, m = m = massa gas buang kering dalam kg/kg bahan bakar (massa hasil pembakaran kering / kg bahan bakar) + (massa N2 dalam bahan bakar pada basis 1 kg) + (massa N 2 dalam massa udara pasokan yang sebenarnya). Cp = Panas jenis gas buang (0,23 kcal/kg ). ii. Persen kehilangan panas karena penguapan air yang terbentuk karena adanya H 2 dalam bahan bakar Dimana, H 2 = persen H 2 dalam 1 kg bahan bakar Cp = panas jenis steam lewat jenuh/superheated steam (0,45 kcal/kg). iii. Persen kehilangan panas karena penguapan kadar air dalam bahan bakar Dimana, M persen kadar air dalam 1 kg bahan bakar Universitas Mercu Buana 44

9 Cp = panas jenis steam lewat jenuh/superheated steam (0,45 kcal/kg). iv. Persen kehilangan panas karena kadar air dalam udara Dimana, Cp = panas jenis steam lewat jenuh/superheated steam (0,45 kcal/kg) v. Persen kehilangan panas karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu terbang/ fly ash vi. Persen kehilangan panas karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu bawah/ bottom ash vii. Persen kehilangan panas karena radiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung Kehilangan radiasi dan konveksi aktual sulit dikaji sebab daya emisifitas permukaan yang beraneka ragam, kemiringan, pola aliran udara, dll. Pada boiler yang relatif kecil, dengan kapasitas 10 MW, kehilangan radiasi dan yang tidak Universitas Mercu Buana 45

10 terhitung dapat mencapai 1 hingga 2 persen nilai kalor kotor bahan bakar, sementara pada boiler 500 MW nilainya 0,2 hingga 1 persen. Kehilangan dapat diasumsikan secara tepat tergantung pada kondisi permukaan. Tahap 5: Menghitung efisiensi boiler dan rasio penguapan boiler Efisiensi boiler (n) = (i + ii + iii + iv + v + vi + vii) Rasio Penguapan : Panas yang digunakan untuk pembangkitan steam/ panas yang ditambahkan ke steam Rasio penguapan yaitu kilogram steam yang dihasilkan per kilogram bahan bakar yang digunakan. Contohnya adalah: Boiler berbahan bakar batubara: 6 (yaitu 1 kg batubara dapat menghasilkan 6 kg steam). Boiler berbahan bakar minyak: 13 (yaitu 1 kg batubara dapat menghasilkan 13 kg steam). Walau demikian, rasio penguapan akan tergantung pada jenis boiler, nilai kalor bahan bakar dan efisiensi. Universitas Mercu Buana 46

11 3.4 Analisa Data dan Perhitungan Analisa data dan perhitungan di dapatkan dari penelitian dan pengumpulan data dilapangan. A. Lokasi penelitian Penelitian Analisa efesiensi BOILER Maxitherm dilakukan pada peralatan boiler yang ada di PT.X, hasil analisa ditinjau pada kondisi komisioning dan kondisi operasi saat ini, dengan menggunakan perhitungan metode langsung dan metode tidak langsung. B. Spesifikasi Boiler Tipe Boiler : Double Drum, transversely arranged type water tube boiler with Superhater, Economizer and Air-preheater Manufaktur Bahan Bakar Kapasitas Boiler Steam Temperature : PT. Multi Mechsindo Industries : Ampas Tebu : 70 tons/jam : 362 O C Working Pressure : 20 kg/cm 2 C. Peralatan penelitian Menggunakan Bacharach Combustion Analyzer Kit untuk mendeteksi kebocoran dan Thermometer infra merah Sanfix untuk mengukur temperature dari luar. Universitas Mercu Buana 47

12 D. Komposisi Unsur Kimia Ampas Tebu E. Senyawa Kimia dalam Ampas Tebu Tabel 3.1 Komposisi Unsur Kimia Ampas Tebu Tabel 3.2 Senyawa Kimia dalam Ampas Tebu Universitas Mercu Buana 48

13 3.5 Pengolahan Data a. Metode Langsung Menentukan Efesiensi DATA ULTIMATE ANALIS NO. ITEM UNIT OPERASI 1. Steam Flow t/h Steam Pressure KPa 1961,33 3. Feed Water Pressure KPa 2353,6 4. Bagasse Flow t/h 66,2 5. Steam Temperature 6. Feed Water Temperature 7. GCV Bagasse kj/kg O C 362 O C (5000 kcal)) 8. Steam Entalphy kj/kg 2899,78 (692,6 kcal) 9. Makeup Water Entalphy kj/kg 2100,1 (501,6 kcal) Tabel 3.3 Data Parameter Metode Langsung 1. Analisa Kondisi Operasi Boiler Efisiensi Boiler (h) = = Q x (hg hf) x 1000 q x GCV x x 100 X 100 = 69,4545 % 69 % Universitas Mercu Buana 49

14 b. Metode tidak langsung menentukan efesiensi boiler DATA HASIL RISET BOILER NO. ITEM UNIT OPERASI 1. Carbon wt % 3,66 2. Hydrogen wt % 9 3. Sulfur wt % 2 4. Oxygen wt % GCV Bagasse kj/kg (5000 kcal)) 6. Oxygen percentage % CO2 % Gas Exhaust Temperature O C Ambien Temperature O C Air Humidity Kg/ HHV kj/kg 15882,4 12. LHV Kj/kg 12642,4 Tabel 3.4 Data Parameter Metode Tidak Langsung 1. Analisa Kondisi Komisioning Boiler Tahap 1 : menghitung kebutuhan udara teoritis = [(11,43 x C) + {34,5 x (H2 O2/8)} + (4,32 x S)]/100 = [(11.43 X 3.66) + {34,5 x (9-0,17/8} + (4,32 x 2)]/100 =[ 41, ,8 + 8,64]/100 = 3.61 kg udara/kg bahan bakar. Tahap 2 : menghitung kelebihan udara yang dipasok Excess air = 0.9 % Universitas Mercu Buana 50

15 Tahap 3 : menghitung massa udara/ kg bahan bakar (AAS) = {1 + EA/100} x udara teoritis ={1 + 0,9/100} x 3,61 = 3.64 kg udara/kg bahan bakar Tahap 4 : Menghitung kehilangan panas akibat : i. Gas buang kering = m x Cp x (Tf Ta) x 100 GCV bahan bakar 25,28 x 0,23 x (172 30) x 100 = 5000 = % ii. Penguapan kadar air untuk pembakaran hydrogen 9 x 21 x { ,45 (172 30)}x 100 = 5000 = 24.5 % iii. Kadar air dalam bahan bakar = 3,64 x 0,018 x 0,45 (172 30) x = 0,084 % Universitas Mercu Buana 51

16 iv. Radiasi atau perpindahan panas Data dari pabrikan dengan nilai diperkirakan = 2 % Tahap 5 : Menghitung efesiensi dan rasio penguapan Boiler Efisiensi boiler (n) = (i + ii + iii + iv) = (16, ,5 + 0, ) = 57% Rasio penguapan Panas = GCV bahan bakar x efesiensi / (HHV-LHV) = 5000 x 57 / (15882, ,4) = 87 % 3.6 Evaluasi Hasil Analisa dan Perhitungan Efesiensi a. Tabel TAHAPAN LOAD Tahap 1 Kebutuhan udara teoritis kg air/ kg fuel 3,61 Tahap 2 Persentase kelebihan udara yang dipasok (Excess Air) % 0,9 Tahap 3 Massa udara sebenarnya yang dipasok / kg bahan bakar (AAS) kg air/ kg fuel 3,64 Universitas Mercu Buana 52

17 Tahap 4 Memperkirakan seluruh kehilangan panas % 16,57 - Loss 1 Persentase kehilangan panas karena gas kering cerobong % 24,5 - Loss 2 Kehilangan panas karena kadar air dalam udara % Loss 3 Kehilangan panas karena radiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung % 2 Tahap 5 Efisiensi boiler dan rasio penguapan boiler % 57 Rasio Rasio Penguapan Panas % 87 Tabel 3.5 Rekap Data Perhitungan Efesiensi dengan Metode tidak Langsung Universitas Mercu Buana 53

18 3.6 Analisa Steam System Assessment Tool Gambar 3.1 SSAT Current Operation Universitas Mercu Buana 54

19 Gambar 3.2 SSAT Operation After Project A. Surface heat loss Diketahui Ts = 172 C Ta =30 C Ditanya q (surface heat loss)? q = 10 + ((Ts Ta)/ 20) x (Ts Ta) x (4,2/3,6) Universitas Mercu Buana 55

20 = 10 + ((172 30)/ 20) x (172 30) x (4,2/3,6) = 10 + (7,1 x241,4) = 1724 Watt/m 2 B. Exposed area for heat loss Diketahui: (d) diameter pipa = 80 mm (L) panjang pipa = 35 m Dicari A Exposed area for heat loss? A = 3,1 x (d/ 1000) x L = 3,1 x (80/ 1000) x 35 = 3,1 x 10,08 x 35 = 8,7 m 2 Gambar 3.3 grafik stack loss pada bahan bakar green wood Universitas Mercu Buana 56

21 Tabel 3.6 Results Summary Universitas Mercu Buana 57