5 Proses Pembakaran Dalam Pembakar Siklon Dan Prospek Pengembangannya 43
Penelitian Pembakaran Batubara Sumarjono Tahap-tahap Proses Pembakaran Tahap-tahap proses pembakaran batu bara adalah : pemanasan partikel batu bara dan penguapan air secara konveksi dan radiasi dari sistem alat pembakar proses penguapan zat terbang Dimulai pada 300-400 C, mencapai puncaknya antara 500-700 C, selanjutnya menurun terus sampai 900-950 C dengan pengeluaran CO dan H2 dalam waktu lama proses pembakaran zat terbang Proses ini berjalan sangat cepat setelah bercampur dengan oksigen proses pembakaran sisa arang (char) Proses ini berjalan lebih lambat, ditentukan oleh proses difusi oksigen ke permukaan dan pori-pori arang. Faktor-faktor Penentu yang Menunjang Proses Pembakaran Dari tahap proses pembakaran tersebut, mula-mula adalah pemanasan partikel batu bara yang datang ke dalam pembakar siklon kemudian proses penguapan air dari batu bara. Untuk teknik pembakaran lain proses pemanasan dan penguapan air ini termasuk proses yang sangat sulit, khususnya menghadapi batu bara peringkat rendah Indonesia yang berkadar air tinggi. Kesulitan ini disebabkan kebutuhan energi yang besar untuk proses penguapan air yang harus disediakan dalam sistem alat pembakar batu bara. Air adalah cairan yang ajaib, dan oleh keajaibannya itu maka air dapat dimanfaatkan oleh manusia dan makhluk hidup lainnya dengan manfaat yang luar biasa besar. Sampai saat ini manusia belum mampu mengganti air dengan cairan lain untuk keperluan mereka maupun industrinya. Dengan mempelajari air dan sifat-sifatnya, dapat mengantarkan manusia memahami kebesaran Allah SWT. Energi yang besar untuk proses penguapan air adalah kalor penguapan air yang luar biasa besar yaitu 540 kkal/kg, sehingga diperlukan desain alat pembakar yang mampu dengan cepat memasok kebutuhan energi 44
Proses Pembakaran Dalam Pembakar Siklon Dan Prospek Pengembangannya tersebut sehingga bahan bakar yang masuk cepat mengering untuk kemudian segera dimulai proses pembakarannya, sehingga alat pembakar tersebut dapat diandalkan sebagai pembakar dengan kecepatan tinggi. Teknologi pembakaran batu bara yang dapat melaksanakan proses ini dengan baik antara lain teknik pembakaran batu bara bubuk (Pulverized Fuel Combustor, PFC) dan Pembakar Unggun Terfluidakan (Fluidized Bed Combustor). Teknik pembakar siklon yang dikembangkan ini selain mempunyai kemampuan yang bagus untuk proses tersebut juga mempunyai banyak keunggulan lain yaitu fleksibilitas lebih besar, dapat digunakan mulai dari skala 6 kg/jam batu bara sampai 6000 kg/jam atau lebih, dapat dipasang dengan berbagai posisi (alignment) untuk dimanfaatkan di berbagai jenis fasilitas proses pemanasan di industri yang sangat bervariasi. Proses-proses yang terjadi pada pembakaran partikel batu bara yang masuk ke dalam ruang bakar pembakar siklon adalah : 1. Pemanasan pertikel batu bara Oleh proses radiasi Radiasi ke permukaan partikel batu bara dilaksanakan oleh permukaan peradiasi yang sangat luas, yaitu permukaan bagian dalam silinder siklon yang emisivitasnya tinggi pada 1100-1300 C, terbuat dari batu kuarsa. Ditambah lagi dari radiasi dari asap pembakaran partikel batu bara sebelumnya. Oleh konveksi gas panas hasil pembakaran dalam suasan turbulensi tinggi sehingga panas konveksi lebih efisien, memberikan proses pemanasan dan penguapan lebih efektif. Dengan proses-proses tersebut, pemanasan partikel batu bara yang masuk ruang bakar berlangsung dengan sangat baik dan efektif. 45
Penelitian Pembakaran Batubara Sumarjono 2. Penguapan Air dan Zat Terbang Partikel batu bara masuk ke ruang bakar secara tangensial, berpusar dalam ruang bakar, memberikan waktu tinggal yang panjang dalam ruang bakar bertemperatur tinggi sehingga penguapan air dan zat terbang berlangsung cepat. Zat terbang segera habis terbakar dalam suasana turbulensi yang tinggi. Penguapan zat terbang berlangsung dalam kondisi flash pyrolisis atau pirolisis berkecepatan tinggi. Dalam kondisi ini, zat terbang yang dikeluarkan partikel batu bara meningkat jumlahnya, dapat melebihi kadar zat terbang dari proxymate analysis karena reaksi-reaksi sekunder dari komponen-komponen zat terbang jauh berkurang. Dalam proses pirolisis yang terjadi adalah kompetisi reaksi-reaksi antar atom C, H, dan O dalam batu bara. Pada pirolisis cepat, sebagian besar C, H, dan O membentuk gas dan uap hidrokarbon dan CO, sedangkan pada pirolisis lambat banyak atom C, H, dan O yang membentuk H 2 O dan C atau jumlah zat terbang yang lebih rendah. Sebagai akibatnya, pada flash pyrolisis ini lebih banyak zat terbang yang dihasilkan sehingga api pembakarannya lebih panjang mirip/mendekati api BBM/BBG. 46
Proses Pembakaran Dalam Pembakar Siklon Dan Prospek Pengembangannya 47
Penelitian Pembakaran Batubara Sumarjono 48
Proses Pembakaran Dalam Pembakar Siklon Dan Prospek Pengembangannya Beberapa Jenis Api Pembakaran Batubara dengan Berbagai Stoikiometri 49
Penelitian Pembakaran Batubara Sumarjono 3. Pembakaran Arang Dengan keluarnya sejumlah besar zat terbang maka sisa arang yang tertinggal berupa arang yang berporositas tinggi yang bersifat lebih reaktif sehingga proses pembakarannya dalam ruang bakar yang bertemperatur tinggi ini menjadi sangat cepat. Dengan demikian, dengan selesainya pembakaran sisa arang yang efisien dan cepat ini, pembakar siklon telah selesai melaksanakan tugasnya untuk membakar partikel batu bara secara efektif. Jadi, dapat disimpulkan, proses utama dalam pembakar siklon adalah pembakaran batu bara setelah proses gasifikasi dalam ruang bakar, dilanjutkan dengan pembakaran sisa arang yang berlangsung di dalam ruang bakar yang sama. Prospek Pengembangan Pembakar Siklon Dari uraian di atas, pembakar siklon dengan parameter-parameter penstabil pembakaran yang unggul seperti lining batu kuarsa yang mempunyai emisivitas tinggi, permukaan peradiasi yang luas, proses flash pyrolisis dan turbulensi yang tinggi, telah mengantarkan penggunaannya yang sangat luas di industri untuk substitusi pembakar BBM/BBG dengan pembakar batu bara untuk berbagai jenis peralatan/fasilitas industri. Tidak berhenti di sini, teknik pembakar siklon juga memberikan peluang untuk proses pembakaran biomassa. Biomassa yang merupakan energi terbarukan mempunyai prospek yang bagus untuk Indonesia yang produk biomassa/limbah biomassanya besar dan peluang untuk memproduksi energi dari biomassa juga besar sekali. Jadi perlu pengembangan teknologi pembakaran biomassa yang efektif dan efisien mengingat sifat biomassa yang kurang reaktif dalam pembakaran. Alat pembakar siklon dengan keunggulan-keunggulannya potensial untuk dikembangkan sebagai pembakar yang handal untuk biomassa. Dari uji-uji yang telah dilakukan, pemanfaatan biomassa sebagai sumber energi meningkat tajam efisiensi energi pemanfaatannya dengan teknik 50
Proses Pembakaran Dalam Pembakar Siklon Dan Prospek Pengembangannya pembakaran co-firing (pembakaran bersama) dengan batu bara dengan peningkatan 20 sampai mendekati 100%. Selain efisiensi energi yang meningkat, teknik co-firing batu bara-biomassa juga dapat menurunkan kadar komponen-komponen gas rumah kaca dan pengotor lain dari batu bara. Biomassa di daerah terpencil di luar Jawa yang memerlukan pembangkit listrik sering berlimpah ketersediaannya seperti cangkang sawit, serabut sawit, sisa-sisa gergajian, dan limbah pertanian dan perkebunan lainnya. Teknik pembakaran co-firing batu bara-biomassa dapat dilakukan langsung dengan pembakar siklon yaitu dengan mencampur tepung batu bara dan serbuk gergaji, dapat pula dilakukan dengan biomassa berbentuk batang, dan batu bara berbentuk tepung yang proses pembakarannya bersatu dalam silinder. Untuk cangkang sawit dan fibre, perlu didesain alat pencacah/ penghancurnya misalnya sampai -5 mm. Jadi, teknologi co-firing dengan pembakar siklon ini sangat luas alternatifalternatif proses pembakarannya, karena sangat bervariasinya karakteristik biomassa yang digunakan dan jenis batu bara pun sangat berpengaruh, khususnya untuk batu bara peringkat sub-bituminous atau bituminous atau bahkan lignit yang masing-masing dapat mempunyai peran berbeda-beda dalam teknik co-firing. Jadi, selain prospek untuk industri, teknologi co-firing batu bara-biomassa juga mempunyai prospek yang bagus untuk PLTU di daerah-daerah terpencil dengan kapasitas 3-10 MW. 51