BAB III ELECTROSTATIC PRECIPITATOR 3.1 Gambaran Umum Elektrostatik merupakan salah satu cabang ilmu fisika yang mempelajari tentang medan listrik statik. Elektrostatik diaplikasikan dalam dunia industri, salah satunya yaitu PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap), dengan menggunakan alat yang sering disebut Electrostatic Precipitator (ESP/EP). Gambar 3.1 Bentuk umum Electrostatic Precipitator/ESP 3.2 Fungsi dan Efisiensi Electrostatic Precipitator Electrostatic Precipitator (ESP) berfungsi untuk menangkap abu yang terdapat pada gas buang hasil pembakaran bahan bakar (batubara) pada sebuah industri. ESP didesain memiliki empat ruang sehingga proses penangkapan debu sebanyak empat kali dengan tingkat efisiensi masing masing penangkapan sebesar 80%. Hal ini bertujuan supaya tingkat efisiensi ESP mencapai 99.84%. 17
Sehingga limbah debu yang keluar dari cerobong hanya sekitar 0.16%. Efisiensi penangkapan abu oleh ESP tidak hanya bergantung pada desain tetapi juga dipengaruhi oleh kecepatan aliran/debit gas buang, suhu gas buang dan jumlah partikel abu pada gas buang. Gambar 3.2 Efisiensi ESP 3.3 Komponen Eletrosatic Precipitator 3.3.1 Discharge Electrode/Electrode Wire Di dalam Electrostatic Precipitator terdapat dua jenis elektroda, yaitu discharge electrode yang bermuatan negatif (-) dan collector plate electrode yang bermuatan positif (+). Discharge Electrode berfungsi untuk mengionisasi partikel debu sehingga partikel debu bermuatan negatif. 18
Gambar 3.3 Discharge Electrode / Electrode Wire 3.3.2 Collecting Plate Colecting plate berfungsi untuk menangkap partikel abu yang bermuatan negatif. Colecting plate terbuat dari pelat baja dan dipasang sejajar. Gambar 3.4 Collecting Plate 19
3.3.3 Rapper Rapper berfungsi menjatuhkan debu yang sudah menempel pada Collecting plate dengan cara memberikan getaran atau dipukul/diketuk. Rapper diagi menjadi dua bagian yaitu : 1. Collecting Rapper Collecting Rapper berfungsi untuk memukul Collecting Plate secara periodik agar abu yang sudah menempel pada Collecting Plate jatuh ke Hopper. 2. Discharge Rapper Discharge Rapper berfungsi untuk memukul Electroda Wire secara periodik agar abu yang menempel pada Electroda Wire jatuh ke Hopper. Apabila Collecting Plate dan Electroda Wire bersih maka proses penangkapan abu di dalam ESP akan lebih baik. Supaya bisa bekerja masing masing Rapper digerakkan oleh motor. Gambar 3.5 Rapper 20
Gambar 3.6 Motor Rapper 3.3.4 Hopper Hopper berfungsi sebagai penampung abu yang jatuh dari Collecting Plate dan Emiting Wire. Masing-masing unit ESP mempunyai 16 ruang Hopper. Ukuran serta kemiringan Hopper dirancang secara khusus dan disesuaikan dengan debit gas buang yang masuk ke dalam ESP. Gambar 3.7 Hopper 21
3.3.5 Transformer Rectifier Transformer Rectifier merupakan peralatan utama ESP yang berfungsi untuk memasok daya sehinga ESP bisa bekerja. Tegangan input 0 380 volt dan tegangan output 0 70 kv. Transformer dan Rectifier diletakan dalam satu tanki dan direndam di dalam minyak pendingin trafo, sehingga dinamakan Transformer Rectifier. Satu unit ESP mempunyai 16 buah transformator rectifier, masingmasing transformator rectifier bekerja untuk satu field. Sistem pasokan daya memiliki empat komponen dasar yaitu : 1. Sistem kontrol tegangan otomatis Fungsi utama dari sistem kontrol tegangan adalah untuk mengatur dan memberikan tenaga listrik sesuai sesuai dengan kebutuhan electrostatic precipitator. Sistem kontrol akan memonitor tegangan primer dan sekunder serta arus sirkuit. Sistem kontrol juga berfungsi untuk melindungi komponenkomponen pada sistem. Transformer Rectifier dapat rusak oleh arus dan tegangan yang berlebihan. 2. Transformator Step-up Transformator Step-up berfungsi untuk menaikkan tegangan dari 380 V menjadi 70 kv. 3. Penyearah tegangan tinggi Penyearah tegangan tinggi berfungsi untuk merubah masukan AC menjadi output DC. 4. Perangkat Sensor Perangkat sensor berfungsi untuk mendeteksi gangguan dan memberikan sinyal supaya sistem kontrol memutus pasokan daya bila terjadi gangguan. 22
Gambar 3.8 Transformer Rectifier 3.3.6 Sistem Distribusi Gas Untuk mendapatkan effsiensi EP yang optimal Gas Distribution System mempunyai peranan yang sangat penting yaitu untuk mendistribusikan gas buang ke seluruh area elektroda ESP. Gas distribution system terdiri dari plat-plat baja yang tersusun sedemikian rupa searah dengan aliran gas buang, sehingga gas buang dapat tersebar ke seluruh field area secara merata. mbar 3.9 Sistem Distribusi Gas Ga 23
3.4 Alat Bantu Electrostatic Precipitator Supaya ESP bisa beroperasi dengan baik, ESP bekerja sama dengan beberapa alat bantu yang disebut fly ash system. 3.4.1 Transporter / Transmitter Transporter/Transmitter berfungsi sebagai pemindah abu hasil tangkapan ESP. Abu yang sudah terkumpul di dalam Hopper akan dipindah oleh Transmitter ke Silo. Prinsip kerja Transporter adalah menampung dan memindahkan abu yang berasal dari ESP Hopper ke Silo setelah Tabung penuh. Pada saat kondisi pengisian, maka : Vent Valve terbuka, Ash Inlet Valve terbuka, Air Inlet Valve dan Ash Outlet Valve tetap posisi tertutup. Setelah Tabung terisi abu maka Ash Inlet Valve dan Vent Valve akan tertutup. Sedangkan pada saat kondisi transporting, maka : Ash Outlet Valve dan Air inlet Valve akan terbuka. Tekanan di Tabung transporter akan naik sampai +/- 2,5 kg/cm 2 dan akan turun mendekati tekanan 0 kg/cm 2 dalam rentang waktu +/- 6 menit. Setelah tekanan Tabung Transporter mendekati 0 (0,5 kg/cm 2 ), Air Inlet Valve dan Ash Outlet Valve akan tertutup. Kondisi ini akan terus berulang secara periodik. Bagian-bagian utama dari Transporter/Transmitter adalah : 1. Tabung Transporter Tabung transporter berada tepat di bawah ESP Hopper yang berfungsi sebagai penampung abu yang berasal dari ESP Hopper yang selanjutnya akan dipindahkan ke Silo. Di dalam Tabung Transporter terdapat membran sebagai pemisah antara abu dan udara transporting. Tabung Transporter yang berada pada barisan depan biasanya berukuran lebih besar dari pada tabung yang berada pada barisan belakang, karena abu hasil tangkapan EP pada bagian depan lebih banyak dari bagian belakang. Tabung Transporter juga dilengkapi dengan Main Hole dan Safety Valve. 24
Gambar 3.10 Tabung Transporter 2. Ash Inlet Valve Ash inlet valve adalah katup yang berfungsi untuk membuka dan menutup aliran abu yang datang dari ESP Hopper. Gambar 3.11a Ash Inlet Valve bagian luar 25
EP Hopper Aliran abu Gerakan ash inlet valve tabung Gambar 3.11b Ash Inlet Valve bagian dalam 3. Ash Outlet Valve Ash outlet valve adalah katup yang berfungsi untuk membuka dan menutup aliran abu yang keluar dari tabung. Tipe valve yang digunakan adalah ball valve. Gambar 3.12 Ash Outlet Valve 26
4. Vent Valve Vent valve adalah katup yang berfungsi untuk membuka dan menutup pipa (line venting) agar abu dari ESP Hopper mudah mengalir/turun ke tabung Transporter. Line Venting diarahkan ke bagian atas ESP Hopper yang mempunyai tekanan negative. Gambar 3.13 Vent Valve 5. Air Inlet Valve Air Inlet valve adalah katup yang berfungsi untuk membuka dan menutup aliran udara yang berfungsi sebagai media pendorong abu. 6. Membran / Aramid Membran berada di dalam tabung transporter berfungsi sebagai pemisah antara abu dan udara transporting. 7. Line Ash Outlet Line ash outlet berfungsi sebagai jalur mengalirnya abu keluar dari Transporter menuju Silo. 8. Line Ash Inlet (Down Comer) 27
Line ash inlet merupakan pipa yang berfungsi sebagai jalur mengalirnya abu masuk ke Tabung Transporter dari EP Hopper. Gambar 3.14 Line Ash Inlet dan Line Ash Outlet 9. Emergency Valve Emergency valve adalah katup yang berfungsi untuk membuka dan menutup aliran abu yang akan dikeluarkan melalui line emergency, jika transporter mengalami gangguan sehingga tidak bisa beroperasi. Abu dialirkan melalui saluran emergency dan diarahkan ke vacuum truck. 10. Main Valve (Isolating Valve) Main valve adalah katup yang berfungsi untuk membuka dan menutup aliran abu yang keluar dari EP Hopper. Pada keadaan normal operasi valve ini selalu dalam keadaan terbuka. Penutupan valve dilakukan bila akan ada perbaikan pada Tabung transporter. 28
Gambar 3.15 Line Emergency dan Valve / Main Valve 11. Silo Silo adalah penampung abu yang berasal dari transporter/transmitter. Dari Silo abu akan dipindahkan/dibuang ke pembuangan akhir melalui conveyor/truck capsul yang tertutup ke ash valley. Silo dilengkapi bag filter, blower/fan, dust conditioning dan juga dilengkapi perlengkapan untuk melayani dry unloading system. Gambar 3.16 Fly Ash Silo 29
Hopper level L EP HOPPER EP HOPPER L Hopper level EMERGENCY VALVE MANUAL VALVE DOWN COMER ASH INLET VALVE ASH OUTLET VALVE KE TRANSFER BIN L VENT VALVE L TABUNG TRANSPORTER MEMBRAN PI P PI P AIR INLET VALVE DARI COMPRESSOR Gambar 3.17 Bagian-bagian Transporter 3.4.2 Dust Conditioning / Mixer dan Conveyor Dust conditioning/mixer dan conveyor adalah peralatan fly ash system yang berfungsi untuk memindahkan dan menyalurkan abu dari dalam Silo ke pembuangan akhir. Abu dalam Silo ditiup oleh blower atau fan sehingga mudah turun/mengalir ke dust conditioning/mixer. Sebelum dialirkan ke conveyor, abu disemprot dengan air sehingga tidak menimbulkan polusi pada saat transmisi ke ash valley. Level kelembapan air untuk spray dikontrol agar abu yang sudah bercampur air tidak lengket karena abu yang lengket akan menimbulkan masalah di conveyor system, terutama pada bagian-bagian chute/diverter gate. 3.4.3 Compressor dan Dryer Bagian dari fly ash system yang berfungsi sebagai pensupply udara transporting adalah compressor dan dryer. Untuk menjaga kecukupan udara bertekanan pada masing-masing unit biasanya dipasang beberapa compressor yang dilengkapi dryer dan receiver tank. Udara yang akan digunakan sebagai media transporting abu dari transporter/transmitter dikeringkan oleh dryer, sehingga tidak terjadi 30
penggumpalan dalam line transporter/transmitter. Ada 3 jenis kompresor yang paling umum digunakan dalam industri, yaitu : 1. Centrifugal 2. Reciprocating 3. Rotary screw gas flow Superheater reheater econo mizer Coal bunker E P Coal Boiler furnace ash Air heater EP hopper ash mill reject PULVERIZER DDCC SDCC screen crusher AIR HEATER AIR HEATER udara masuk PA Fan dryer Compressor Transporter Transfer Bin 250 m3 Jumbo Truck Transporter capsole DUST CONDITIONING 1 ID Fan Silo 2x2500m3 STACK DRY UNLOADING ASH VALLEY CONVEYOR UNIT BISNIS SURALAYA FD Fan ASH VALLEY DUM TRUCK CONVEYOR TRUCK CAPSULE DUST CONDITIONING 2 SURALAYA STEAM POWER PLANT #567 ASH AND DUST HANDLING PLANT #567 FLOW GAS AND ASH HANDLING PLANT SUDIRMAN MARET 2007 Gambar 3.18 Siklus Gas Buang 3.5 Cara Kerja Eletrosatic Precipitator Prinsip dasar Eletrosatic Precipitator yaitu listrik statis. Gas buang yang mengandung butiran debu pada awalnya bermuatan netral akan terionisasi pada saat melewati medan listrik, sehingga partikel debu tersebut menjadi bermuatan negatif. Medan listrik terbentuk di antara discharge electrode dengan collector plate. Partikel debu yang bermuatan negatif akan menempel pada collector plate. Rapper akan memberikan getaran sehingga debu yang dikumpulkan di collector plate akan jatuh secara periodik ke bak penampung (ash hopper), selanjutnya akan dipindahkan ke fly ash silo dengan cara dihembuskan. 31
Gambar 3.18 Cara Kerja ESP 3.6 Proses Pembentukan Medan Listrik Di dalam Eletrosatic Precipitator terdapat dua jenis electroda yang berbeda muatan, yaitu discharge electrode yang bermuatan negatif dan collector plate electrode bermuatan positif. discharge electrode diberi listrik arus searah (DC) dengan muatan minus pada level tegangan antara 55 75 kv DC, sedangkan collector plate ditanahkan agar bermuatan positif. Medan listrik akan terbentuk pada saat discharge electrode diberi arus DC. Gambar 3.19 Proses Pembentukan Medan Listrik 32