Trending Topik

Stoikometri pada Pembakaran Batubara (Excess Air dan Air Fuel Rasio) di Boiler Furnace PLTU

Pembakaran batubara (hydrocarbon kompleks) di boiler furnace diharapkan terjadi pembakaran sempurna menghasilkan karbondioksida (CO2yang bercirikan asap putih atau bening dan menghindarkan dari pembakaran tidak sempurna menghasilkan karbon monoksida (CO) yang bercirikan asap hitam pekat. Ketika pembakaran batubara tidak sempurna berarti terdapat carbon yang tidak habis terbakar (unburned coal) sehingga efisiensi pembangkit menurun dan terjadi pemborosan energi bahan bakar. Pembakaran tidak sempurna terjadi karena minimnya excess air (O2). Tujuan dari excess air pada pembakaran di boiler furnace adalah untuk pembakaran sempurna menghasilkan (CO2) dan menghindarkan pembakaran tidak sempurna (CO). Sesuai reaksi:

C + O ---> CO

C + 3/2 O2 ---> CO2

Kebutuhan O2 antara kedua reaksi tersebut berbeda, dimana kebutuhan yang lebih besar adalah untuk menghasilkan CO2 dan inilah tujuan excess air.

Secara teoritis berarti dalam pembakaran hydrocarbon (coal) harus melebihkan sedikit bahan bakar agar terjadi pembakaran sempurna dan harus melakukan perhitungan secara kimia perbandingan mol antar reaktan untuk menghasilkan produk yang dikenal dengan istilah stoikiometri. Enjiniring pembangkitan harus memiliki formula untuk mengetahui kebutuhan udara pembakaran ketika spesifikasi batubara yang masuk berbeda-beda. Disinilah peranan penting chemical engineer di PLTU. Seperti contoh CoA batubara berikut:



Berikut urutan cara menghitung excess air dan kebutuhan udara pembakaran di boiler furnace:

  1. Mendata dari CoA %berat unsur penyusun utama batubara yaitu: C, H, O, N dan S
  2. Mencari di tabel periodik berat atom (Ar/Mr) setiap unsur yaitu: C (12), H(1), O (16), N (14) dan S (32)
  3. Menghitung mol unsur=gr/mr dengan gr dibuat basis misalnya 100 gram atau 100 kg agar mudah menghitungnya,kemudian mengalikan dengan %berat masing-masing unsur
  4. Menghitung mol/mol C. ini dimaksudkan agar rumus molekul kimia batubara menjadi sederhana yaitu membagi semua mol dengan mol terbesar (untuk kasus ini C adalah mol terbesar)
  5. Membentuk rumus kimia batubara yaitu: CxHyOzNxS

  6. Mencari data komposisi udara dan ini sudah baku yaitu: 20.9% ~21% O2 dan 78% Nsehingga perbandingan O2 : N= 1 : 3.762
  7. Melanjutkan penyetaraan reaksi pembakaran sesuai stoikimoteri berikut: A CxHyOzNxSy (hydrocarbon) + B (O2 + 3.762 N2) udara ---> C CO2 + D H2O + E SO2 + F N2

  8. Kemudian menghitung rasio air/fuel
Berdasarkan perhitungan tersebut dengan basis massa per ton maka setiap 1 ton fuel (coal) maka membutuhkan 8.58 ton udara. Umumnya satuan flow udara pembakaran di PLTU adalah m3/h sehingga harus di-konversi ke ton/h, berikut detailnya:
  • Rumus n=mol=massa/mr dengan mr udara= 28.9 massa/mol
  • Densitas udara= 1.225 kg/m3
  • Satuan yang umum di udara pembakaran (PA + SA Fan) adalah m3/h, sehingga untuk konversi ke ton/h = m3/h x 1.225 kg/m=1.225 kg/h=0.001225 ton/h

Poin-Poin Pentingnya:
  • Setiap bahan bakar (hydrocarbon) PASTI terdiri dari unsur berdasarkan urutan komposisi prioritas C, H, O, N dan S 
  • Setiap pembakaran PASTI terdiri dari reaktan hydorcarbon + O2 atau karena di PLTU ini digunakan untuk menghitung kebutuhan udara pembakaran dalam massa maka reaksi pembakarannya adalah hydorcarbon + udara (O2 + N2) walaupun dalam pembakarannya nanti Ntidak bereaksi karena boiler furnace masih <1200 oC sehingga diakhir reaksi (produk) Nharus dimunculkan kembali
  • Pembakaran batubara PASTI menghasilkan produk gas berupa CO2, H2O, CO2 dan N2 (akibat tidak bereaksi kimia)

Berdasarkan handbook Frayne (2002) tersebut didapatkan informasi yaitu:
  • Excess air untuk bahan bakar batubara (coal) adalah 20-50%
  • Excess air untuk bahan bakar gas atau minyak adalah 5-20%
  • Setiap 10% excess air berdampak pada kehilangan 1% efisiensi boiler
Menurut Basu (2015) sebagai berikut:
Excess air untuk beberapa tipe boiler PLTU berbeda-beda sebagai berikut:
  • Stoker: 20-30%
  • Bubbling Fluidized Bed (BFB): 20-25%
  • Circulating Fluidized Bed (CFB): 15-20%
  • Pulverized: 15-30%
Proses pembakaran batubara di boiler PLTU mengikuti skema berikut: [Basu, 2015]
Berdasarkan grafik tersebut didapatkan informasi sebagai berikut:
  1. Pada temperatur 200 oC, batubara mengalami drying & heating
  2. Pada temperatur 300-800 oC, kandungan volatile batubara mulai terlepas
  3. Pada temperatur >800 oC, terjadi pembakaran sempurna batubara
Kutip Artikel ini Sebagai Referensi (Citation):
Feriyanto, Y.E. (2021). Stoikometri pada Pembakaran Batubara (Excess Air dan Air Fuel Rasio) di Boiler Furnace PLTU, Best Practice Experience in Power Plantwww.caesarvery.com. Surabaya

Referensi:
[1] Feriyanto, Y.E. (2020). Best Practice Experience in Power Plant. Surabaya
[2] Frayne, C. (2002). Boiler Water Treatment Principles and Practice. Vol. 1. New York-USA
[3] Basu, P. (2015). Circulating Fluidized Bed Boiler, Design Operation and Maintenance. Canada

Ingin Konsultasi dengan Tim Website, Silakan Hubungi DISINI

Previous
« Prev Post