BAB V ANALISIS HASIL PERANCANGAN

Transkripsi

1 BAB V ANALISIS HASIL PERANCANGAN 5.1. Proe Fluidiai Salah atu faktor yang berpengaruh dalam proe fluidiai adalah kecepatan ga fluidiai (uap pengering). Dalam perancangan ini, peramaan empirik yang digunakan untuk mendapatkan berbagai macam parameter kecepatan fluidiai hanya berlaku untuk uatu diameter partikel rata-rata tertentu. Dalam kondii ebenarnya, batubara yang difluidiaikan memiliki diameter partikel rata-rata yang dapat berubah-ubah karena adanya variai hail proe ize reduction batubara dalam ubitem pengolahan awal. Adanya variai terebut menyebabkan kecepatan operai fluidiai yang dipilih perlu dicek, apakah kecepatan terebut akan menghailkan proe fluidiai yang berbeda dengan proe fluidiai yang diharapkan (bubbling fluidization). Parameter perubahan proe fluidiai yang dimakud diata adalah parameter kecepatan fluidiai. Gambar 5.1 dan Gambar 5.2 menunjukkan beberapa parameter kecepatan fluidiai pada bed 1 dan bed 2, erta kecepatan operai fluidiai. Dalam gambar terebut terlihat bahwa kondii fluidiai maih berada dalam daerah bubbling fluidization ketika diameter partikel berada di antara 0,6 1,3 mm. Ketika diameter rata-rata batubara menjadi lebih bear dari 1,3 mm, maka kecepatan operai fluidiai perlu dinaikkan untuk menghailkan daerah bubbling fluidization yang aman. Penambahan kecepatan fluidiai terebut dapat dicapai dengan menaikkan debit uap pengering melalui pengaturan blower bed. Gambar 5.3 merupakan gambaran daerah fluidiai pada kecepatan operai fluidiai untuk berbagai ukuran partikel (ditandai dengan daerah berwarna merah). Dalam gambar terebut, terlihat bahwa agar fluidiai tetap berada dalam daerah bubbling fluidization yang aman, kecepatan operai fluidiai perlu dinaikkan ketika diameter rata-rata batubara menjadi emakin kecil atau diameter rata-rata batubara menjadi emakin bear. 89

2 5 4 kecepatan (m/) kecepatan minimum fluidiai kecepatan operai aat ukuran gelembung makimum kecepatan operai aat mulai terjadi turbulent fluidization kecepatan operai aat mulai terjadi tranport fluidization kecepatan operai fluidiai kecepatan terminal partikel diameter partikel (mm) Gambar 5.1. Parameter kecepatan fluidiai bed 1 untuk berbagai diameter batubara rata-rata 4 kecepatan (m/) kecepatan minimum fluidiai kecepatan operai aat ukuran gelembung makimum kecepatan operai aat mulai terjadi turbulent fluidization kecepatan operai aat mulai terjadi tranport fluidization kecepatan operai fluidiai kecepatan terminal partikel diameter partikel (mm) Gambar 5.2. Parameter kecepatan fluidiai bed 2 untuk berbagai diameter batubara rata-rata 90

3 Gambar 5.3. Daerah fluidiai bed 1 (kiri) dan bed 2 (kanan) untuk berbagai diameter partikel batubara [9] 5.2. Proe Pengeringan dan Pemanaan Batubara Proe pengeringan dan pemanaan batubara dalam bed ditentukan oleh bear perpindahan pana yang terjadi dalam bed antara lain: perpindahan pana antara partikel batubara dan uap pengering; erta perpindahan pana antara partikel batubara dan uap dalam internal heater (Tabel 5.1). Kalor yang digunakan untuk pengeringan dan pemanaan batubara dalam bed utamanya didapatkan dari penurunan kalor uap dalam internal heater, dalam hal ini proe kondenai uap internal heater. Perpindahan kalor yang bear terebut berlangung di permukaan pipa internal heater. Tabel 5.2 dan 5.3 menunjukkan kondii perpindahan pana yang terjadi pada permukaan pipa internal heater. Dalam tabel terebut, terlihat bahwa permukaan perpindahan pana paling banyak digunakan untuk menurunkan temperatur fluida internal heater dibanding permukaan untuk mengkondenai uap internal heater. Penyebab hal ini adalah koefiien konveki fluida internal heater 91

4 aat mengalami penurunan tekanan jauh lebih kecil daripada koefiien konveki aat fluida internal heater berkondenai. Tabel 5.1. Sumber kalor untuk proe pengeringan dan pengeringan batubara Sumber kalor dalam bed Bear dalam kw - (% terhadap total) Bed 1 Bed 2 Penurunan temperatur uap pengering 1032 (22) 2204 (42) Penurunan temperatur uap internal heater 301 (6) 774 (15) Kondenai uap internal heater 3447 (72) 2259 (43) Tabel 5.2. Kondii perpindahan pana pipa internal heater bed Skema : temperatur temperatur fluida internal heater temperatur bed egmen pipa internal heater Parameter Satuan Daerah 1 2 Daerah 2 3 Daerah 3 4 koefiien perpindahan pana fluida internal heater W/m 2 K 37, ,22 109,60 koefiien perpindahan pana total W/m 2 K 28, ,58 77,84 lua permukaan perpindahan pana m 2 210,39 68,24 37,31 LMTD C 50,45 22,70 18,50 penurunan kalor fluida internal heater kw Faktor lain yang menentukan lua permukaan perpindahan pana adalah beda temperatur antara fluida internal heater dan bed. Temperatur bed yang digunakan dalam perhitungan adalah temperatur jenuh bed ehingga pemilihan tekanan bed akan menentukan bear temperatur bed terebut. Bear tekanan fluida 92

5 internal heater juga mempengaruhi bear beda temperatur pada tiap egmen pipa internal heater (Tabel 5.2 dan Tabel 5.3). Tabel 5.3. Kondii perpindahan pana dalam bed Skema : temperatur temperatur fluida internal heater temperatur bed egmen pipa internal heater Parameter Satuan Daerah 1 2 Daerah 2 3 Daerah 3 4 koefiien perpindahan pana fluida internal heater W/m 2 K 50, ,74 150,85 koefiien perpindahan pana total W/m 2 K 39, ,16 109,42 lua permukaan perpindahan pana M 2 102,20 9,49 12,76 LMTD C 183,68 103,59 92,46 penurunan kalor fluida internal heater kw Tingginya perbedaan tekanan fluida internal heater dan tekanan bed pada bed 2 menghailkan beda temperatur bed-fluida internal heater yang bear. Dalam bed 1, tekanan bed dan tekanan fluida internal heater memiliki beda tekanan yang kecil ehingga pipa internal heater memerlukan permukaan perpindahan pana yang jauh lebih lua daripada permukaan perpindahan pana dalam bed 2. Efek lain dari rendahnya beda tekanan bed-fluida internal heater dalam bed 1 adalah ruang fluidiai bed 1 yang lebih tinggi daripada ruang fluidiai bed 2. Alaan pemilihan geometri rancangan terebut adalah : 1. Dalam proe fluidiai, ketinggian ruang fluidiai akan menentukan bear penurunan tekanan yang terjadi dalam ruang fluidiai (Gambar 5.2) melalui Peramaan Wbed ρbed Abed Lbed g pbed ρbed Lbed g...(5.1) A A bed bed 93

6 Gambar 5.4. Kurva penurunan tekanan dan kecepatan fluidiai [9] Bear penurunan tekanan dalam Peramaan 5.1 merupakan beban penurunan tekanan utama yang haru diuplai oleh blower. Tingginya debit uap fluidiai menyebabkan beda tekanan terebut haru dibuat ekecil mungkin untuk mengurangi daya yang diperlukan blower bed. 2. Jarak antar pipa internal heater dan diameter pipa internal heater akan menentukan rancangan upport pipa internal heater. Kedua faktor terebut juga berpengaruh dalam pengendalian proe fluidiai yang terjadi dalam bed. Dalam rancangan ini, ruang koong antara 2 pipa yang berebelahan diuahakan ebear mungkin untuk mempermudah pemaangan upport ekaligu mempermudah pergerakan batubara elama mengalami proe fluidiai. Pemilihan tekanan uap internal heater bed 2 (34,32 bar) didaarkan pada temperatur batubara keluar dari bed (210 C) dan peifikai boiler yang diperlukan turbin dalam ubitem pembangkit daya. Temperatur kondenai uap internal heater bed 2 adalah 220 C ehingga temperatur ini dinilai udah cukup untuk menjamin temperatur keluar batubara dari bed 2 mencapai temperatur 210 C terebut. Pemilihan tekanan bed 2 didaarkan pada peifikai peralatan 94

7 tranfer padatan antar bed (flap gate). Penjelaan pemilihan tekanan bed 2 terebut ada dalam Sub-bab 5.3. Pemilihan tekanan bed 1 didaarkan pada tekanan bed 2 dan tekanan deaerator. Perbedaan tekanan bed 2 dan bed 1 akan menentukan beda temperatur bed-fluida internal heater dalam bed 1, yang pada akhirnya akan berpengaruh pada lua permukaan internal heater bed 1. Perbedaan tekanan bed 1 dan tekanan deaerator berpengaruh pada tingkat recovery energi kelebihan uap irkulai bed 1. Kelebihan uap irkulai bed 1 digunakan untuk memanakan air yang keluar dari pompa kondenor (dalam ubitem pembangkit daya) ebelum air keluaran pompa kondenor terebut mauk ke deaerator. Pemanaan dilakukan hingga air keluaran pompa kondenor mencapai kondii cair jenuh pada tekanan deaerator. Profil temperatur pada penukar pana tempat recovery energi terebut ditunjukkan dalam Gambar 5.5. Dari gambar terebut, terlihat bahwa beda temperatur keluar air keluaran deaerator (ii dingin) dan temperatur jenuh kelebihan uap irkulai bed 1 (ii pana) merupakan faktor utama yang mengendalikan tingkat recovery energi dalam deaerator. Faktor temperatur mauk kelebihan uap irkulai bed 1 tidak terlalu berpengaruh karena ebagian bear energi pemanaan air keluaran kondenor didapatkan dari kondenai kelebihan uap irkulai bed 1. Jadi, temperatur kondenai kelebihan uap irkulai bed 1 memiliki peranan yang lebih bear daripada temperatur mauk uap terebut. Temperatur kondenai kelebihan uap irkulai bed 1 bergantung pada tekanan bed 1 ehingga tekanan bed 1 angat menentukan tingkat recovery energi terebut. 5.3 Tranfer Padatan Antar Bed Perbedaan temperatur bed dan uap internal heater bergantung pada beda temperatur kondenai uap internal heater dan temperatur jenuh uap dalam bed. Temperatur jenuh uap dalam bed ditentukan oleh tekanan dalam bed terebut. Dalam deain CCP, temperatur jenuh uap terebut angat dikendalikan oleh kemampuan peralatan flap gate dalam menjaga beda tekanan antara ii inlet dan outlet-nya. Speifikai peralatan flap gate yang digunakan dalam deain ini mampu menahan tekanan hingga 30 pi (2,07 bar), ehingga tekanan makimum dalam bed 2 mampu mencapai 5,14 bar. Mekipun demikian, dari beberapa 95

8 inquiry yang dilakukan dengan pabrik pembuat alat terebut, kondii deain flap gate dalam bed 2 memerlukan deain khuu (alaan hal ini tidak dijelakan oleh cutomer ervice pabrik terebut). Pabrik terebut menyarankan penggunaan tekanan kurang dari 3,5 bar bila peralatan flap gate yang akan digunakan adalah peralatan flap gate tandar. Berdaar aran terebut dan pertimbangan harga cutomed flap gate untuk bed 2, maka dipilih penggunaan flap gate tandar dan adalah tekanan bed 2 ditetapkan ebear 3,4 bar. Gambar 5.5. Diagram Q T penukar pana etelah pompa kondenor dalam ubitem pembangkit daya 5.4 Kebutuhan Uap Proe Kebutuhan uap untuk proe pengeringan dan pemanaan batubara dalam unit pengering utamanya dipenuhi oleh boiler dalam ubitem pembangkit daya CCP (lihat Tabel 4.15 dan Gambar 3.14). Setelah digunakan dalam unit pengering, uap dari boiler yang telah menjadi kondenat terebut dialirkan kembali ke dalam ubitem pembangkit daya untuk digunakan ebagai feedwater heater air keluaran deaerator ebelum air keluaran deaerator terebut mauk ke dalam boiler (dilakukan dengan menggunakan penukar pana 2 dalam Gambar 3.17). Selain untuk recovery energi, uaha ini juga dimakudkan untuk menurunkan temperatur kondenat dari unit pengering ehingga pompa etelah 96

9 penukar pana 2 pada Gambar 3.17 dapat bekerja pada temperatur yang cukup rendah. Dalam Sub-bab 4.3.6, kebutuhan batubara CCP adalah 3,457 /. Kebutuhan terebut didaarkan pada aumi LHV batubara ebear 18,84 / ehingga dapat dikatakan bahwa kebutuhan batubara CCP adalah 3, ,841 65,132 Batubara terebut digunakan untuk memanakan air boiler yang nantinya digunakan untuk proe pengeringan-pemanaan batubara dan untuk mengggerakkan turbin dalam ubitem pembangkit daya. Turbin terebut kemudian menggerakkan generator yang menghailkan litrik yang digunakan untuk memenuhi kebutuhan daya eluruh peralatan pabrik. Jadi, kebutuhan batubara terebut merupakan kebutuhan energi total proe upgrading batubara. Kebutuhan batubara ebear 3,457 / terebut digunakan untuk menguapkan kandungan air batubara ebear 8,013 / ehingga kebutuhan energi proe upgrading batubara CCP adalah 65,132 8,013 8,128 kandungan air Tingginya kebutuhan energi proe upgrading batubara CCP di ata diebabkan oleh: Kebutuhan daya peralatan CCP yang tinggi. Peralatan yang memerlukan kebutuhan daya bear adalah peralatan ize reduction dan peralatan ize enlargement CCP. Tingginya energi yang dibuang kondenor dalam ubitem pembangkit daya. Kondenor dalam ubitem pembangkit daya bertuga mendinginkan uap keluaran turbin yang nantinya akan diirkulai kembali ke boiler. Dari imulai Cycle Tempo, bear energi yang haru dibuang oleh kondenor mencapai 18,459 MW. Bila bear energi ini dikonveri ke kebutuhan energi 97

10 proe upgrading batubara, maka bear energi yang terbuang terebut mencapai 2,304 / kandungan air. Litrik yang dihailkan oleh generator dalam ubitem pembangkit daya CCP tidak eluruhnya digunakan untuk memenuhi kebutuhan daya peralatan pabrik. Dalam deain awal CCP, kebutuhan daya eluruh peralatan dalam CCP diperkirakan berkiar antara kw. Kebutuhan daya ini membawa pada pemilihan turbin berkapaita 6 MW karena turbin tandar yang teredia di paaran adalah turbin dengan kapaita tertentu, yaitu 3 MW atau 6 MW (lihat Lampiran B.4). Selain kebutuhan energi, parameter rancangan awal CCP lain yang didapatkan dalam perancangan ini adalah konumi energi pengeringan, η drying. Bila didefiniikan, η drying energi yg diperlukan untuk pengeringan (& pemanaan) laju aliran maa kandungan air batubara yg menguap penurunan energi uap proe + kebutuhan daya peralatan laju aliran maa kandungan air batubara yg menguap maka konumi energi pengeringan batubara CCP (berdaar hail imulai Cycle Tempo dalam Lampiran D dan Tabel 4.20) adalah η drying kj kj 3. 2,623 ( 3304,60 914,44) 561,12kW kw 8,013 2,557 kandungan air yg menguap 3 kj Sebagai perbandingan, Tabel 5.4 menunjukkan konumi energi beberapa metoda pengeringan lain. Perbandingan rancangan awal CCP dan rancangan awal CCP dapat dilakukan dengan mendefiniikan konumi energi uap pengering, yaitu penurunan energi uap pengeringan η uap laju aliran maa kandungan air batubara yang menguap 98

11 Tabel 5.4. Konumi energi peralatan pengering ecara umum [4] Tipe peralatan pengering Konumi energi (/ kandungan air yang menguap) Tunnel dryer Band dryer Rotary dryer Spray dryer Dari [10], konumi energi uap pengering CPP adalah η uap, CPP kj 0,263 ( 3212,34 376,33).10 0,4 1,865 kandungan air yg menguap 3 kj Konumi energi uap pengering CCP adalah η uap,ccp kj 3 2,623 ( 3304,60 914,44).10 8,013 2,347 kandungan air yg menguap kj Konumi energi uap pengering CCP lebih tinggi daripada konumi energi uap pengering CPP karena tahap proe pengeringan dan pemanaan batubara dalam CCP lebih edikit daripada tahap proe pengeringan dan pemanaan batubara dalam CPP. Proe pengeringan dan pemanaan batubara dalam CCP dilakukan dalam 2 tahap edangkan di CPP, proe terebut dilakukan dalam 3 tahap. Penggunaan tahap pengeringan dan pemanaan yang lebih banyak akan memakimalkan tingkat recovery energi kelebihan uap irkulai tiap tingkat proe ehingga kebutuhan uap proe menjadi berkurang. 99