Air Pre-Heater (APH) atau ada yang menyebutnya Air Heater adalah peralatan di PLTU yang difungsikan untuk meningkatkan efisiensi dengan kinerja memanfaatkan kembali gas buang untuk dikontakkan dengan udara dingin dari fan sebelum digunakan sebagai pembakaran di furnace boiler.
Terdapat 3 tipe APH yaitu: [Nurhasan, 2015]
- Rotary Regenerative (Ljungstrom)
Memiliki kelebihan seperti: (i) performa dan kehandalan yang baik; (ii) efektif pengontrol kebocoran; (iii) adaptif untuk macam-macam karakteristik bahan bakar; (iii) pemeliharaan yang mudah [Vulloju et al., 2014]
- Tubular System (Shell & Tube)
Memiliki kelebihan seperti: (i) investasi yang murah; (ii) sistem sealing yang baik; (iii) pemasangan yang mudah; (iv) flexible untuk dikembangakan dalam kapasitas kecil maupun besar; (v) simpel operasi [Lv et al., 2020]
- Regenerator, tipe ini terdiri dari batu-bata yang tersusun kotak
Berikut rumus perhitungan %APH leakage:
Beberapa parameter untuk mengukur kinerja APH sebagai berikut:
.jpg)
.jpg){kind=small}
Beberapa permasalahan di APH sebagai berikut:
- Pembentukan kerak/slagging yang mengkorosi material tube APH dan ketika dilakukan uji X-Ray Diffraction (XRD) seperti berikut: [Cristiana, 2017]
- Leakage (kebocoran) karena acid dew point yaitu H2SO4 pada 138
oC atau 120-150 oC atau 143 oC dan HCl pada 47 oC [Cho and Kim, 2020] [Pal et al., 2019] [Srivastava et al., 2014]. Pada pembakaran batubara pasti menghasilkan SO2 dan SO3, dimana pembentukan SO3 ini hanya 0.65% pada temperatur 593-427 oC dan SO3 ini korosif pada low temperature (<300 F=150 oC) di flue gas membentuk H2SO4 karena sifatnya yang hygroscopic (menyerap moisture) dan pada high temperature (>1000 F=540 oC) korosif pada superheater dan reheater boiler [Srivastava et al., 2014]. Jurnal lain Moskovits (1959) menyatakan hanya sedikit pembakaran coal yang terkonversi menjadi SO3 yaitu 98% terkonversi menjadi SO2 dan sisanya 2% menjadi SO3. Berikut grafik konsentrasi H2SO4 terhadap dew point:
Berdasarkan jurnal Cristiana et al., (2017), konversi SO3 terhadap excess air dan coal sebagai berikut:
Grafik tersebut menunjukkan bahwa pada excess air kecil maka SO3 yang terbentuk juga kecil dan terdapat maksimum konversi SO3 yaitu pada 15-20% excess air. Selain itu juga didapatkan data bahwa kandungan di hasil pembakaran coal tidak pernah lebih dari 5-6% SO3.
Pada temperature berbeda, SO3 terdapat 3 bentuk yaitu: (i) gas SO3; (ii) gas H2SO4; dan (iii) H2SO4 cair. Dalam transformasinya, SO3 terserap oleh fly ash dan bereaksi dengan ammonia (NH3) membentuk ammonium bisulfate [(NH4)HSO4] atau ammonium sulfate [(NH4)2SO4]. Konversi SO2 menjadi SO3 terjadi pada kondisi temperatur tinggi yaitu 1100-1400 oC [Yuan and Yujie, 2021]
- Flue gas pada ujung tube APH sekitar 30 mm mengalami high adhesion force yang sulit dihilangkan karena fluida panas (ash + gas) bertemu dengan temperatur dingin mendadak. Pada bahan bakar coal maka ujung tube APH bisa terbentuk SO3 (acid dew point) sedangkan bahan bakar biomass bisa terjadi ash deposit (Na dan K) yang mengeras dan Cl yang bisa membentuk acid gas yaitu HCl dan Cl2 yang bersifat korosif. Material yang korosif bisa low carbon steel dan corten steel [Song et al., 2013]
Keberadaan sulfur content di CFB boiler umumnya sangat kecil <5 ppm namun seiring berjalannya operasi boiler maka terjadi pengikatan sulfur dan ash melebihi level normal (>5 ppm) sehingga bisa meningkatkan beberapa derajat dew point temperature [Pihu et al., 2009]. Berikut kutipannya:
Material APH tipe tubular umumnya ada 2 yaitu: (i) HOT END dari low carbon steel; (ii) COLD END dari corten steel (high strength low alloy steel) atau aplikasi lebih murah yaitu dari enamel-coated plain carbon steel [Chen et al., 2017] [Shayan et al., 2015]. Berdasarkan jurnal Datta (1998) pada HOT END bisa digunakan material mild steel, alumunium, titanium dan corten steel. Sifat corten steel adalah tahan korosi, erosi, konduktifitas thermal yang baik [Modi et al., 2017]
Berikut tabel komposisi corten, enamel coated steel dan material coating (enamel): [Shayan et al., 2015]
.jpg)
Beberapa cara untuk mencegah pengaruh korosif dan slagging di tube APH adalah:
- Injeksi limestone (CaO) di furnace boiler [Srivastava et al., 2014]
- Injeksi alkaline sorbent (Ca-Mg slurry) seperti hydrated lime, MgO, sodium carbonate dan gypsum (calcium carbonate yang mengandung setidaknya 30% magnesium carbonate). Terdapat 2 tempat yang bisa dipilih yaitu: (i) penempatan sebelum APH untuk mengontrol dew point corrosion pada ujung tube namun cleaning APH harus rutin dilakukan; (ii) penempatan antara APH dan ESP dengan kelemahan mempengaruhi particulate matter yang terbuang ke cerobong [Srivastava et al., 2014] [Cristiana et al., 2017]
- Mengoperasikan flue gas (outlet APH) pada temperature >150 oC agar tidak terjadi dew point corrosion [Srivastava et al., 2014]
- Injeksi ammonia (NH3) antara APH dan ESP sehingga SO3 bisa terikat menjadi (NH4)2SO4 dan NH4HSO4 [Srivastava et al., 2014]
- Menggunakan material enamel coated atau teflon coated namun beberapa penelitian menunjukkan beberapa failure seperti cracking, fish-scaling, poor adherence, bubbling structure [Shayan et al., 2015]. Porcelain/vitreous/glassy enamel dengan thickness 1.5 mm cocok diterapkan pada low carbon steel yang dapat meningkatkan ketahanan korosi dan abrasi. Penggunaan coating enamel harus dilakukan pre-treatment seperti pre-coating, decarburisation heat treatment dan shot blasting untuk meningkatkan interface adherence dan mengurangi fish scaling [Zhang and Jiang, 2011] [Song et al., 2013]. Berikut kutipan reaksi kimia antara material low carbon steel dengan enamel coating:
Vitreous/glassy enamel coating dapat diterapkan pada cast iron alumunium alloy, Ti-based alloy, TiAl-based alloy, Ni-based superalloy untuk ketahanan oksidasi pada temperatur tinggi [Rossi et al., 2020]
- Memperpendek periodik soot-blowing [Shayan et al., 2015] [Song et al., 2013]
- Coating material tube metode thermojet dengan based NiCrMoSiB atau Ni-Al [Song et al., 2013]
Terdapat 2 coating yang umum yaitu: (i) Fusion Bonded Epoxy (FBE); (ii) Zinc (Galvanized) [Tang et al., 2016]
- Ketika bahan bakar menggunakan biomass maka untuk mengurangi kandungan alkali (Na & K) penyebab slagging dan chlorine (Cl) penyebab corrosion adalah mencuci bahan bakar biomass sebelum digunakan kemudian mengeringkan [Song et al., 2013]. Pencucian bisa mengunakan water atau H2O atau NH4OAc (Ammonium acetate) atau HCl [Tillman, 2009]. Lebih
lengkap ada di artikel tentang "biomass dan pengaruh chlorine (Cl) corrosion"
- Mengurangi excess air udara pembakaran di furnace boiler [sesuai grafik di jurnal Cristiana et al., (2017)] semakin kecil excess air maka semakin kecil kandungan SO3
- Penggantian model/tipe APH [Cristiana et al., 2017]
Kutip Artikel ini (Citation) Sebagai Referensi:
Feriyanto, Y.E. (2022). Air Pre-Heater (APH) Boiler, Karakteristik, Macam Failure dan Rekomendasinya. Surabaya. www.caesarvery.com
Referensi:
[1] Nurhasan, M.V. (2015). Performance Analysis Regenerative Air Heater Side A PLTU Unit 3 PT PJB UP Gresik Using ASME PTC 4.3. ITS. Surabaya
[2] Cho, S., and Kim, J.G. (2020). Failure Analysis of Gas-Gas Heater Tube for a Flue Gas Desulfurization System. J. of Engineering Failure Analysis, Vol. 118, pp. 104945
[3] Chen, H., Pan, P., Shao, H., Wang, Y., and Zhao, Q. (2017). Corrosion and Viscous Ash Deposition of a Rotary APH in a Coal-Fired Power Plant. J. of Applied Thermal Engineering. Vol. 113, pp. 373-385
Pal, U., Kishore, K., and Mukhopadhyay, S. Failure Analysis of Boiler Economizer Tubes at Power House. J. of Engineering Failure Analysis. Vol. 104, pp. 1203-1210
[4] Suwarno, S., Nugroho, G., Santoso, A., and Witantyo. (2021). Failure Analysis of Air Preheater in a Circulating Fluidized Bed Boiler. J. of Engineering Failure Analysis. Vol. 124, pp. 105380
[5] Srivastava, R.K., Miller, C.A., Erickson, C., and Jambhekar, R. (2014). Emission of Sulfur Trioxide from Coal Fired Power Plants. J. of the Air & Waste Management Association
[6] Modi, A.K., Haque, A., and Pratap, B. (2017). A Review on Air Preheater Elements Design and Testing. J. of Mechanics, Materials Science & Engineering
[7] Moskovits, P.D. (1959). Low-Temperature Boiler Corrosion and Deposits-A Literature Review. Esso Reasearch and Engineering
[8] Shayan, M.R., Ranjbar, K., Hajidavalloo, E., and Kydan, A.H. (2015). On the Failure Analysis of an Air Preheater in a Steam Power Plant. J. of Failure Analysis and Prevention
[9] Zhang, A., and Jiang, Z. (2011). Microstructure and Adherence of Vitreous Enamel to Low Carbon Steel. Int. J. Surface Science and Engineering, Vol. 5, pp. 5/6
[10] Song, J., Gu, Y., Li, J., and fang, J. (2013). Study on Air Preheater Corrosion Problem of CFB Biomass Directed-fired Boiler in Zhanjiang Biomass Power Plant. App. Mech. and Materials, Vol. 291-294, pp. 294-299
[11] Tillman, D.A. (2009). Chlorine in Solid Fuels Fired in Pulverized Fuel Boilers. J. of Energy & Fuels. Vol. 23, pp 3379-3391
[12] Shayan, M.R., Ranjbar, K., Hajidavalloo, E., and Kydan, A.H. (2015). On the Failure Analysis of an Air Preheater in a Steam Power Plant. J. of Failure Analysis and Preventing
[13] Rossi, S., Russo, F., and Calovi, M. (2020). Durability of Vitreous Enamel Coating and their Resistance to Abrasion, Chemicals, and Corrosion: A Review. J. Coat. Technol. Res.
[14] Pihu, T., Arro, H., Prikk, A., Rootamm, R., and Konist, A. (2009). Corrosion of Air Preheater Tubes of Oil Shale CFB Boiler. Part I. Dew Point of Flue Gas and Low-Temperature Corrosion. J. of Oil Shale, Vol. 26, No. 1, pp. 5-12
[15] Lv, F., Hu, X., ma, C., Yang, B., and Luo, Y. (2020). Failure Analysis on Cracking of Backing Plate of Lifting Lug for Air Preheater. J. of Engineering Failure Analysis, Vol. 109, pp. 104395
[16] Tang, F., Bao, Y., Chen, Y., Tang, Y., and Chen, G. (2016). Impact and Corrosion Resistance of Duplex Epoxy/Enamel Coated Plates. Missoury University of Science and Technology-USA
[17] Vulloju, S., Kumar, E.M., Kumar, M.S., and Reddy, K.K. (2014). Analysis of Performance of Ljungstrom Air Preheater Elements. J. of Current Engineering and Technology
[18] Datta, S. (1998). Acid Resistant One Coat Enamel for Power Generation Plants. J. of Bull. Mater. Sci., Vol. 21, pp. 421-425
[19] Cristiana, E.M., Marius, V.C., Aurel, G., and Ivona, P. (2017). Cold End Corrosion Avoiding by Using a New Type of Air Combustion Pre-Heater. J. of Advanced Technologies of Materials Processing II
[20] Yuan, H.,and Yujie, Z. (2021). Study on the Effect of Supercritical CFB Boiler Air Preheater and Flue Gas Treatment Facilities on Sulfur Trioxide Emission Characteristics. J. of Energy Reports, Vol. 8, pp. 926-939
Previous
« Prev Post
« Prev Post
Next
Next Post »
Next Post »