Trending Topik

Permasalahan Biomass Sebagai Bahan Bakar PLTU dan Pengaruh Chlorine (Cl) dalam Korosi Tube Boiler

Biomass menjadi concern akhir-akhir ini terkait issue carbon yang menyebabkan pemanasan global karena pembakaran fossil fuel (minyak bumi & batubara). Semua negara sudah komitmen untuk riset dan secara perlahan mencoba blending biomass dengan fossil fuel seperti coal/batubara untuk program carbon neutral. Mengapa menggunakan biomass karena permasalahan CO2 balance dalam siklusnya, dengan artian ketika PLTU menggunakan kayu maka dalam pembakaran kayu tersebut dihasilkan CO2 sedangkan pohon sendiri dalam proses fotosintesisnya menggunakan CO2 untuk hidup dan melepas O2 sehingga terjadilah balance dalam sistemdan dalam prosesnya terjadilah yang dinamakan carbon neutral [Pronobis, 2020]

Beberapa permasalahan penggunaan biomass sebagai berikut: [Ren et al., 2017]

  1. High moisture content
  2. Low heating value
  3. Low combustion efficiency
  4. Resistance to pulverization
  5. High price of transportation per unit energy content
  6. Surface deposition (slagging, fouling, corrosion)
Penyebab korosi di biomass salah satunya adalah chlorine (Cl) bahkan kandungan fraksi sedikit saja pada solid fuel berbahaya bagi material. Keberadaan 0.1% wt chlorine (Cl) bertanggung jawab atas sekitar 100 ppmv chlorine gas yang terlepas. Selain berbahaya keberadaan Cl pada pembakaran boiler juga ada manfaatnya yaitu sebagai peng-oksidasi mercury (Hg) dengan sistem menangkap dan mengontrol [Ren et al., 2017]. 
Selama pembakaran chlorine (Cl) bisa terlepas dalam bentuk senyawa: [Ren et al., 2017] [Nielsen et al., 2000] [Obenberger et al., 2006]
  1. HCl, penyebab korosi terbesar karena bersifat asam kuat
  2. Cl2
  3. Alkali chloride, tipe ini merupakan garam chloride yang bersifat lengket (sticky) dan mengendap (deposit) yang mengkorosi tube. Bentuk alkali chloride seperti KCl (melting point 770 oC), CaCl2 (melting point 772 oC) dan NaCl (melting point 801 oC)
Untuk mengurangi kandungan chlorine (Cl) atau mengurangi potensi korosi pada biomass direkomendasikan beberapa hal sebagai berikut: [Ren et al., 2017] [Obenberger et al., 2006] [Kassman et al., 2013] [Song et al., 2013]
  1. Pre-treatment biomass dengan pencucian (washing) menggunakan water atau H2O atau NH4OAc (Ammonium acetate) atau HCl
  2. Kandungan aluminosilicate dan sulfur yang tinggi pada coal ash untuk mencegah penempelan deposit pada boiler. Menambahkan peat ash (Al, Fe, Ca dan Si) yang mampu mengikat potassium (K) sehingga chlorine (Cl) menurun
  3. Menambahkan alumunium (Al2O3) yang berisi aditif (kaolin, bauksit dan fly ash dari pulverized coal plant) dan limestone (CaCO3 yang berguna mengikat Cl dari alkali chloride yang bisa menyebabkan korosi
  4. Coating pipe dengan NiCrMoSiB atau Ni-Al based
  5. Pada low-temperature misalnya ujung air-pre heater (APH) tube dilapisi material enamel untuk mencegah dew point corrosion
  6. Menambahkan ammonium sulfate-(NH4)2SO4 untuk mengikat KCl dan juga mampu menurunkan NOx

Terdapat beberapa contaminant pada biomass (wood chip) yang bisa dihilangkan dengan beberapa solvent seperti H2O, NH4OAc (Ammonium acetate), HCl seperti berikut: [Tillman, 2012]


Chlorine (Cl) memiliki kemampuan untuk penetrasi protective oxide layer lewat pori metal dan bisa menyebabkan crack. Excess oksigen yang bereaksi dengan gas HCl mempercepat korosi pada iron karena pembentukan dan sublimasi dari low melting FeCl3 [Nielsen et al., 2000]. Dibawah water dew point 52.3 oC untuk acid vapor HCl dan 138 oC untuk H2SO4 di flue gas akan ter-kondensasi di tube [Wang et al., 2016] [Vainio et al., 2016].
Chlorine (Cl) yang bisa menyebabkan korosi dengan permasalahan emisi gas HCl adalah ketika konsentrasi >0.1%wt [Obenberger et al., 2006]. Setiap 0.1% Cl di biomass atau coal diperkirakan mengandung HCl atau senyawa chlorine lain sebesar 80 ppm [Tillman, 2009]. High chlorine (Cl) pada biomass menyebabkan korosi pada tube superheater dan untuk mencegahnya direkomendasikan untuk mengganti dengan materia low-alloy steel, chromia-forming auztenitic stainless steel, high-alloy FeCr steel dan Ni based superalloy [Kassman et al., 2013]
Berikut kutipan dari Tillman (2009):
Berdasarkan data tersebut didapatkan informasi bahwa:
  • Chlorine (Cl) terlepas pada solid fuel (biomassa/coal) pada temperatur <500 oC
  • Arang kayu melepaskan 85% Cl pada temperatur 500 oC dan 100% Cl pada 700 oC
  • 10-30% potassium (K) terlepas pada temperatur 1150 oC
  • 20% sodium (Na) terlepas pada temperatur 1000 oC dan 60-75% Na pada 1150 oC
Kutip Artikel ini Sebagai Referensi (Citation):
Feriyanto, Y.E. (2022). Permasalahan Biomass Sebagai Bahan Bakar PLTU dan Pengaruh Chlorine (Cl) dalam Korosi Tube Boilerwww.caesarvery.com

Referensi:
[1] Ren, X., Sun, R., Chi, H.H., Meng, X., Li, Y., and Levendis, Y.A.(2017). Hydrogen Chloride Emissions from Combustion of Raw and Torrefied Biomass. J. of Fuel. Vol. 200, pp. 37-46
[2] Nielsen, H.P., Frandsen, F.J., Johansen, K.D., and Baxter, L.L. (2000). The Implications of Chlorine-Associated Corrosion on the Operation of Biomass-Fired Boilers. J. of Progress in Energy and Combustion Science. Vol. 26, pp. 283-298 
[3] Wang, Y., Ma, H., Liang, Z., Chen, H., Zhao, Q., and Jin, X. (2016). Experimental Study on Dew Point Corrosion Characteristics of the Heating Surface in a 65 t/h Biomass-Fired Circulating Fluidized Bed. J. of Applied Thermal Engineering. Vo. 96, pp. 76-82
[4] Obenberger, I., Brunner, T., and Barnthaler, G. (2006). Chemical Properties of Solid Biofuels-Significance and Impact. J. of Biomass and Bioenergy. Vol. 30, pp. 973-982
[5] Kassman, H., Pettersson, J., Steenari, B.M., and Amand, L.E. (2013). Two Strategies to Reduce Gaseous KCl and Chlorine in Deposits during Biomass Combustion-Injection of Ammonium Sulphate and Co-Combustion with Peat. J. of Fuel Processing Technology. Vol. 105, pp. 170-180
[6] Pronobis. (2020). Adaptation of Boilers for Biomass Burning. Chapter 7
[7] Song, J., Gu, Y., Li, J., and Fang, J. (2013). Study on Air Preheater Corrosion Problem of CFB Biomass. J. of Applied Mechanics and Materials.Vol. 291-294, pp. 294-299
[8] Vainio, E., Kinnunen, H., Lauren, T., Brink, A., Yrjas, P., Demartini, N., and Hupa, M. (2016). Low-Temperature Corrosion in Co-Combustion of Biomass and Solid Recovered Fuels. J. of Fuel
[9] Tillman, D.A. (2009). Chlorine in Solid Fuels Fired in Pulverized Fuel Boilers. J. of Energy & Fuels. Vol. 23, pp 3379-3391
[10] Tillman, D.A. (2012). Blending Coal with Biomass-Cofiring Biomass with Coal. Chapter 4

Previous
« Prev Post