Sains, Teknologi dan Ekonomi Bisnis

Kesadahan air (hardness water) adalah komposisi air yang mengandung mineral tinggi seperti Ca²⁺, Mg²⁺, carbonate, bicarbonate dan sulfat. Juga sebagian kecil dari strontium (Sr) dan barium (Ba) [Frayne, 2002]. Kesadahan ini merugikan jika digunakan untuk operasional misalnya untuk mencuci maka kebutuhan sabun akan lebih ganyak, untuk dimasak maka akan timbul kerak. Di PLTU, parameter hardness water dikendalikan sangat ketat setiap harinya meliputi inlet WTP, outlet CEP dan outlet steam drum. Parameter ini dikendalikan dengan tujuan untuk menentukan strategic planning operasi dan pemeliharaan seperti inlet WTP untuk planning regenerasi resin, outlet CEP untuk analisis kebocoran condenser dan pemeliharaan leak-test half condenser serta outlet steam drum unuk menganalisis potensi pengerakan (slagging) pada boiler-turbine sehingga blowdown harus open cukup besar. Hardness water bisa dilakukan minimalisir seperi yang sudah dijelaskan di artikel: Boiler & Permasalahannya.

BACA JUGA: Analisa Deposit pada Blade Turbine

Alkalinity/alkali/basa adalah golongan IA pada tabel periodik kimia unsur dan juga bisa diartikan sebagai kandungan basa dalam air. Mengapa demikian?? karena basa kuat sendiri adalah jika golongan IA berikatan dengan OH^-. Di PLTU kandungan alkali juga dipantau ketat seperti sodium (Na⁺) dan potassium (K⁺) dengan metode anion conductivity dan umumnya terletak di superheated steam untuk memantau kelebihan injeksi phospate dan ammonia. Sedangkan cation conductivity/acid conductivity digunakan untuk mendeteksi ion negatif seperti chloride (Cl^-), sulphate (SO₄^2-) dan umumnya diletakkan di outlet CEP/condensate dan superheated steam.

Penamaan anion-cation conductivity dan spesific conductivity mengikuti hal berikut:

• Anion conductivity yang sebenarnya adalah anion exchanged conductivity ---> sampel air dilewatkan resin bed anion exchanger (muatan negative) sehingga muatan ion yang tertangkap dari sampel air adalah positif seperti sodium (Na⁺) dan potassium (K⁺)
• Cation conductivity/Acid conductivity yang sebenarnya adalah cation exchanged conductivity --->  sampel air dilewatkan resin bed cation exchanger (muatan positif) sehingga muatan ion yang tertangkap dari sampel air adalah negatif seperti chloride (Cl^-), sulphate (SO₄^2-)
• Specific conductivity artinya mengukur seluruh ion (positif dan negatif) pada sampel air. Umumnya penyebutan cukup conductivity atau total conductivity

Hardness mengukur potensial pembentukan scale pada jalur yang dilewati air. Terdapat 2 macam pengukuran hardness pada standard asam (carbonat) yaitu: (i) P-alkalinity, untuk indikator titrasi menggunakan phenolphtalein (pH 8.3); (ii) M-alkalinity, untuk indikator titrasi menggunakan methyl orange (pH 3.9).

Hardness bisa diukur sebagai calcium hardness, total hardness (TH) dan alkalinity yang diekspresikan sebagai CaCO₃. Kenyataan penyumbang hardness adalah calcium, Ca(HCO₃)₂ atau magnesium bicarbonate, Mg(HCO₃)₂ [Frayne, 2002]. Terdapat 3 klasifikasi hardness water (kesadahan):

Condenser/Condensor/Kondensor adalah alat untuk peng-konversi steam/uap menjadi cair. Pada beberapa industri yang memanfaatkan siklus uap-air untuk efisiensi pasti menggunakan condenser tak terkecuali di PLTU yang pasti ada peralatan ini. Condenser/Kondensor adalah peralatan untuk kondensasi sehingga menghasilkan produk akhir berupa kondensat/condensate water.

Condenser/kondensor dibedakan menjadi beberapa macam seperti berikut:

• Berdasarkan lewatan, yang umum dijumpai ada 2 yaitu: 1x lewatan dan 2x lewatan
• Berdasarkan jenis pendingin/cooling, yang umum dijumpai yaitu: pendingin air (laut, sungai, demineral, coolant) dan udara
• Berdasarkan tipe, yang umum dijumpai yaitu: shell and tube dan plate
• Berdasarkan arah aliran, yang umum dijumpai adalah searah, berlawanan dan tegak lurus
• Berdasarkan siklus, yang umum dijumpai adalah open (once through) dan close (cooling tower)

Di PLTU, jenis condenser/kondensor adalah 2x lewatan shell and tube, tegak lurus dengan pendingin air laut/air sungai. Berikut gambar condenser di PLTU:

Pada perhitungan laporan efisiensi suatu pembangkit listrik sering ditemukan pada dokumen serah terima dari EPC ke owner yaitu "as-designed" dan "as-built". Terdapat perbedaan antara keduanya yaitu as-designed adalah proses flow berdasarkan hasil perhitungan software/asusmsi yang telah ditetapkan diawal, sedangkan as-built adalah kondisi riil yang terpasang dengan beberapa peralatan/part/valve ada yang diubah menyesuaikan dengan kondisi di lapangan, kualitas bahan bakar yang berbeda, air umpan dan air pendingin yang berbeda dll. Ketika perhitungan untuk laporan efisiensi maka baseline performa PLTU sekarang dibandingkan dengan hasil commisioning as-built. Perbedaan antara "as-designed" dan "as-built" terdapat pada beberapa hal sebagai berikut:

• Extraction line pressure drop
• Reheater pressure drop
• Pengurangan performa desain turbine meliputi perubahan HP, IP dan LP
• Pengurangan performa desain boiler meliputi superheat & reheat spray flow, excess air yang dibutuhkan dan efisiensi APH

Tipe-Tipe Heat-Rate Losses Secara OVERALL Seperti:

1. Boiler Losses, bisa disebabkan karena:

• Penurunan efisiensi boiler
• Kenaikan exit flue gas
• Leakage air heater
• Kelebihan excess air/kenaikan exit O₂

2. Condensate/Feed Water Losses, bisa disebabkan karena:

• Peningkatan terminal temperature difference (TTD)
• Peningkatan drain cooler approach (DCA)
• Penurunan kinerja boiler feed pump (BFP)

Terminal Temperature Difference (TTD) adalah mengukur seberapa dekat jarak temperature antara feedwater outlet dengan saturation temperature-nya

Drain Cooler Approach (DCA) adalah mengukur seberapa dekat jarak temperature antara heater drain temperature outlet dengan feedwater inlet 

3. Circulating Water Losses, bisa disebabkan karena:

• Peningkatan condenser backpressure atau vacuum condenser rendah

4. Turbine Losses, bisa disebabkan karena:

• Penurunan efisiensi pada HP, IP & LP steam
• Penurunan steam flow
• Penurunan generator output

Beberapa Penyebab Condenser Vacuum Low sebagai berikut:

1. Kebocoran tube condenser, hal ini mengakibatkan steam lolos ke lingkungan ikut air pendingin sehingga vacuum menjadi rendah
2. Beban condenser berlebih, disebabkan karena kapasitas BFP dan heater drain pump yang terlalu kecil
3. Tube fouling, hal ini menyebabkan pertukaran panas menjadi tidak optimal sehingga condensate yang dihasilkan menurun
4. Rendahnya flowrate CWP, menyebabkan transfer panas turun
5. Peningkatan temperature inlet air pendingin, ini menyebabkan kemampuan pertukaran panas

Beberapa Penyebab Kenaikan Make-Up Water Consumption sebagai berikut:

1. Kebocoran tube boiler, ini tentu akan membuang banyak feedwater (demineralized water) sehingga air siklus akan turun
2. Excess venting deaerator, ini berisi steam dan feedwater sehingga ketika venting terlalu besar
3. Excess blowdown
4. Excess steam lost pada venting condenser
5. Kebocoran valve
6. Kebocoran seal pompa

Beberapa Penyebab Tingginya Dry-Gas Losses sebagai berikut:

• Terlalu tinggi excess air, hal ini bisa disebabkan oleh beberapa hal seperti:

1. Penyumbatan pada air-preheater (APH), bisa terjadi pada hot-side (dalam) atau cold-side (luar) namun lebih banyak pada sisi luar karena moisture yang terbentuk sehingga mencapai titik dew-point-nya. Dampaknya adalah peningkatan exit flue gas temperature karena kurang maksimal terserap oleh udara yang disemburkan oleh fan
2. Memastikan tipe soot-blowing yang cocok untuk APH, biasanya menggunakan 2 tipe yaitu: (i) dry superheated steam; (ii) compressed air (ini tidak sebagus penggunaan oleh steam)
3. Korosi APH

• Rendah penyerapan panas di boiler system, bisa disebabkan oleh beberapa hal seperti:

1. Kebocoran di boiler dan ducting

• Ketidak-akuratan O₂ monitoring system

Beberapa Penyebab Tingginya Unburned Carbon Losses sebagai berikut:

• Excess air yang kurang tepat
• Mixing yang kurang pas antara udara dan fuel di furnace
• Size coal yang tidak sesuai desain
• Tingginya surface moisture pada batubara

Beberapa Penyebab Tingginya Throttle Pressure/Main Steam Valve (MSV) Turbine sebagai berikut:

• Instrument error, hal yang paling utama diduga adalah alat ukur instrumentasi dan cara cepat yang bisa dilakukan adalah membandingkan antara pressure di SH outlet drum dengan MSV
• Tidak mengikuti set point yang telah ditetapkan, memverifikasi apakah MSV turbine tidak fully open

Beberapa Penyebab Rendahnya Throttle Temperature sebagai berikut:

• Instrument error, hal yang paling utama diduga adalah alat ukur instrumentasi dan cara cepat yang bisa dilakukan adalah membandingkan temperature antara SH outlet & throttle temperature
• Throtlle pressure/MSV terlalu tinggi
• Tingginya desuperheater flow, DSH berfungsi menurunkan temperature SH agar sesuai standar Siklus Rankine. Lebih detail baca: Cara Menurunkan Temperature Superheated Steam
• Permukaan SH kotor, hal ini bisa disebabkan karena slagging dari sisi outside tube (diselesaikan dengan cara soot-blowing) atau deposit di inside tube (diselesaikan dengan chemical cleaning). Baca detail di: Proses Chemical Cleaning di Tube Boiler
• Rendahnya excess air, hal ini menyebabkan pembakaran tidak sempurna terjadi sehingga kalor yang belum terbakar masih banyak sehingga kalor yang terserap oleh feedwater menjadi turun
• Rendahnya set-point

Beberapa Penyebab Tingginya SH Spray Flow (Desuperheater-DSH) sebagai berikut:

• Instrument error, hal yang paling utama diduga adalah alat ukur instrumentasi dan cara cepat yang bisa dilakukan adalah menghitung flow dari steam temperature masuk dan yang meninggalkan desuperheater
• Steam temperature set-point terlalu rendah
• Excess air terlalu tinggi
• Temperature feedwater terlalu rendah, ini bisa disebabkan oleh beberapa hal antara lain:

1. HPH bypass, mengecek temperature sebelum & sesudah bypass. Melakukan close valve dan me-repair jika terjadi leakage
2. Tingginya temperature difference (TD) HPH

• Valve DSH bocor

Beberapa Penyebab Tingginya Auxiliary Power sebagai berikut:

• Instrument error, hal yang paling utama diduga adalah alat ukur instrumentasi dan cara cepat yang bisa dilakukan adalah mengukur per titik area menggunakan ampere meter, melakukan performance test beban maksimum, mengukur dengan alat PDMA dll
• Rendahnya efisiensi fan
• Tingginya excess air, ini memaksa fan bekerja extra sehingga overload dan konsumsi power juga meningkat

Beberapa Penyebab Tingginya Carbon Monoxide (Pembakaran Tidak Sempurna) sebagai berikut:

• Instrument error, hal yang paling utama diduga adalah alat ukur instrumentasi dan cara cepat yang bisa dilakukan adalah mengecek CO menggunakan portable flue gas analyzer pada beberapa titik di flue gas seperti inlet-outlet air heater
• Rendahnya excess air, udara yag kurang menyebabkan oksigen berkurang sehingga untuk mencapai pembakaran sempurna belum bisa tercapai
• Rendahnya distribusi udara di boiler furnace
• Atomization dari fuel yang rendah (untuk bahan bakar gas cair)

Beberapa Penyebab Tingginya Unburned Carbon sebagai berikut:

• Pembakaran yang tidak sempurna
• Bubbling bahan bakar tidak sempurna di boiler furnace (pada CFB boiler)
• Densitas coal yang terlalu besar

Beberapa Penyebab Tingginya Air Heater Leakage/Rendahnya Air Heater Effectiveness sebagai berikut:

• Instrument error, hal yang paling utama diduga adalah alat ukur instrumentasi dan cara cepat yang bisa dilakukan adalah mengecek pressure drop air heater
• Korosi pada air heater, hal ini bisa berdampak pada bocornya air heater sehingga flue gas terikut aliran udara atmosfer

Beberapa Penyebab Rendahnya Condenser Cleanliness sebagai berikut:

• Instrument error, hal yang paling utama diduga adalah alat ukur instrumentasi dan cara cepat yang bisa dilakukan adalah membandingkan temperature hotwell dengan back-pressure, melakukan verifikasi temperature outlet cooling water dengan mengukur flow dibandingkan dengan kurva pompa
• Macrofouling, ini berbentuk biota laut yang berukuran besar seperti kerang, tritip dll. Bisa diatasi dengan melakukan inspeksi inlet tube-sheet, membandingkan pressure antara aktual dengan tube bundle untuk mengecek pressure drop
• Microfouling, ini berbentuk biota laut yang berukuran kecil (mikroorganism/bakteri/tumbuhan laut).  Bisa diatasi dengan melakukan evaluasi injeksi chlorine dan pembersihan tube (ball cleaning)
• Kebocoran excess air

BACA JUGA: Analisa Kebocoran Tube Condenser yang Menggunakan Cooling Tipe Air Laut

Beberapa Penyebab Tingginya HPH/LPH Terminal Temperature Difference (TTD) sebagai berikut:

• Instrument error, hal yang paling utama diduga adalah alat ukur instrumentasi dan cara cepat yang bisa dilakukan adalah mengecek steam pressure di heater dengan turbine (standar turbine pressure ±3% lebih tinggi)
• Tube fouling
• Leakage tube
• Venting yang kurang maksimal

Kutip Artikel ini Sebagai Referensi (Citation):

Feriyanto, Y.E. (2021). Heat-Rate Improvement untuk Efisiensi PLTU Berdasarkan Standard EPRI, Best Practice Experience in Power Plant. www.caesarvery.com. Surabaya

Referensi:

EPRI. (1998). Heat Rate Improvement Reference Manual

Ingin Konsultasi dengan Tim Website, Silakan Hubungi DISINI

Pembakaran batubara (hydrocarbon kompleks) di boiler furnace diharapkan terjadi pembakaran sempurna menghasilkan karbondioksida (CO₂) yang 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:

BACA JUGA: Certificate of Analysis (CoA) Batubara Uji Laboratorium

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: C_xH_yO_zN_xS_y 

6. Mencari data komposisi udara dan ini sudah baku yaitu: 20.9% ~21% O₂ dan 78% N₂ sehingga perbandingan O₂ : N₂ = 1 : 3.762
7. Melanjutkan penyetaraan reaksi pembakaran sesuai stoikimoteri berikut: A C_xH_yO_zN_xS_y (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/m³ =1.225 kg/h=0.001225 ton/h

BACA JUGA: Prinsip Pembakaran Hydrocarbon untuk Mencapai Efisiensi Tinggi di PLTU

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 N₂ tidak bereaksi karena boiler furnace masih <1200 ^oC sehingga diakhir reaksi (produk) N₂ harus 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 Plant. www.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

Perkembangan teknologi boiler semakin maju dengan meminimalisir kelemahan untuk mencapai efisiensi dan reliability, berikut skema urutannya:

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

Prinsip Heat-Transfer pada Boiler PLTU:

1. Radiasi, coal terbakar dan panas radiasi mengenai tube boiler
2. Konduksi, tube boiler yang menyerap panas akan merata pada seluruh bagian metal
3. Konveksi, panas pada metal kemudian terserap oleh feedwater pada inner tube dan merata sepanjang tube (feedwater-saturated-superheated)

Pembagian Zona Heat-Transfer pada Boiler PLTU:

1. Combustion Zone, area pembakaran batubara di floor furnace dengan temperatur antara 1100-1200 ^oC
2. Radiation Zone, area diatas combustion zone yang bercirikan bubbling bed material sudah tidak ada dengan temperatur antara 800-900 ^oC
3. Convection Zone, area dimana fase steam (saturated & superheated) berada dengan temperatur sekitar 650 ^oC

Berdasarkan Basu (2015) di Boiler CFB dijaga pada range 800-900 ^oC dengan alasan sebagai berikut:

1. Pada temperatur tersebut sebagian besar fuel ash tidak mengalami fusi
2. Pengikatan sulphur efektif di kisaran 850 ^oC
3. Alkali metal dari coal tidak teruapkan pada kisaran temperatur tersebut
4. Pada temperatur tersebut, nitrogen tidak membentuk NOx

Beberapa Hal yang Harus Diperhatikan di Boiler:

• Boiler PLTU hanya didesain pada 1 tipe coal saja sehingga ketika properties yang masuk berbeda maka akan ada dampak pada operasionalnya sehingga unit PLTU diharapkan memiliki tabel khusus untuk planning operasi ketika ada properties feeding coal maka akan didapatkan beban yang diijinkan untuk dioperasikan

BACA JUGA: Klasifikasi Batubara Berdasarkan Kalori Menurut ASTM

• Istilah low rank, medium/moderate & high rank coal hanya istilah di marketing penyediaan batu bara saja sedangkan istilah dalam operasional PLTU adalah over-spec atau under-spec coal yang didasarkan pada desain boiler oleh manufacture
• Berdasarkan prinsip gas ideal, PV=nRT sehingga tekanan (P) berbanding lurus dengan temperatur (T) dan ketika di boiler over-heat maka harus digali adalah penyebab over-pressure. Hal ini bisa disebabkan karena pengaruh PA Fan dan SA Fan sehingga membutuhkan combustion tuning. Hal ini bisa disebabkan juga karena adanya penyumbatan pada air nozzle cap oleh agglomerasi atau adanya fouling di tube boiler
• Agglomeration pada boiler furnace lebih disebabkan karena berlebihnya feeding coal sedangkan melting karena properties coal itu sendiri yang banyak mengandung Na dan K sehingga menyebabkan titik leleh bed material menjadi turun.

BACA JUGA: Karakteristik Pasir (Bed Sand Material) dan Agglomeration pada Boiler CFB

• Langkah yang umum dilakukan ketika steam overheating adalah mengaktifkan desuperheater (DSH) menggunakan demineralized water untuk menjaga temperatur steam pada standar Main Steam Temperature (MST). Sedangkan bagian luar yaitu tube boiler tidak terkendali dan tetap overheating sehingga potensi kebocoran mudah terjadi. Hal inilah yang seharusnya menjadi concern juga mengapa tube CFB boiler mudah terjadi leak. Selain itu, jika penggunaan DSH terlalu besar maka MST akan turun dan Main Steam Flow (MSF) turun sehingga langkah umum yang dilakukan operator adalah feeding kembali coal sehingga akan terus menambah temperatur tube boiler sehingga bisa overheating

BACA JUGA: Cara Menurunkan Temperature Superheated Steam di PLTU

• Umpan coal boiler selalu fluktuatif properties-nya dan tergantung juga salah satunya dari jenis penambangannya yaitu: (i) open/ground mining, bertipe lignite cenderung besar kandungan Ca dan Si karena termasuk batubara permukaan yang bersifat lengket, tidak mudah pecah seperti tanah liat; (ii) close/under ground mining, cenderung dominan kandungan S yang bersifat korosif dan CH₄ (metana) yang bersifat explosion, termasuk bituminuous & sub-bituminuous yang bersifat brittle mudah pecah. Stock batubara ini bukan ranah O&M pembangkitan melainkan owner sehingga sebagai O&M harus bisa menjelaskan dampak ketika coal properties yang diberikan under-spec dari desain boiler
• Pembakaran di boiler hanya untuk yang reaksi bersifat eksothermis seperti C menjadi CO₂, H menjadi H₂O dan S menjadi SO₂. 

Sedangkan N tidak terbakar karena untuk membentuk NO₂ membutuhkan panas yang sangat tinggi kisaran 1200-1300 ^oC (sesuai grafik yang diarsir diatas) dan sifat reaksinya adalah endothermis.  NO₂ ini di CFB boiler jarang bisa tercapai karena furnace temperature yang hanya berkisar antara 800-900 ^oC bahkan ketika sampai di convection zone turun sampai 650 ^oC. Sedangkan O₂ hanya sebagai pe-reduksi saja unsur yang terkandung pada coal

• Coal tidak terbakar sempurna atau efisiensi termal rendah salah satunya adalah tingginya moisture content. Rekomendasi yang umum dilakukan adalah drying coal atau menimbun coal di ruang beratap (coal dome), namun perlu diketahui bahwa moisture content ada 2 yaitu: (i) surface content, terletak pada permukaan coal saja; (ii) inherent content, terletak didalam coal

BACA JUGA: Macam-macam Analisa Bahan Bakar di PLTU

• CFB boiler cukup efektif dalam pengikatan kandungan SO₂ karena didesain ada injector limestone/kapur (CaCO₃) namun kebanyakan CFB boiler di Indonesia tidak mengaktifkan injeksi tersebut karena coal yang dipakai mengandung kadar S (sulfur content) yang rendah.
• Reaksi pembentukan yang terjadi pada pembakaran coal sebagai berikut: S + O₂ --> SO₂ bersifat eksothermis dan reaksi penguraian kapur sebagai berikut: CaCO₃ ---> CaO + CO₂ bersifat eksothermis. Ketika CaO berikatan dengan SO₂ maka terbentuk gypsum (CaSO₄) fase solid yang bisa terbuang lewat bottom ash. Berdasarkan hal tersebut, maka limestone berfungsi ganda selain untuk pengikat gas B3 juga sebagai penyerap panas sehingga boiler furnace tidak overheating

BACA JUGA: Fungsi Limestone/Kapur (CaCO3) pada Boiler CFB

• Exit flue gas temperature yang dianjurkan adalah 123 ^oC, karena jika dibawah temperature point tersebut akan terjadi dew-point corrosion yaitu pengkorosian pada ujung Air Pre-Heater (APH) sedangkan untuk diatasnya akan menyumbang kenaikan heat-loss pembakaran. Setiap kenaikan 4 ^oC akan meningkatkan heat-loss sebesar 5%. Ketika exit flue gas temperature tinggi maka radiasi yang ditransfer ke tube boiler berkurang sehingga mengurangi kalor serap di furnace boiler. Baca detail analisis reaksi di: Shell and Tube APH: Material, Korosi dan Karakteristiknya

• Potensi abrasi tinggi banyak terjadi di welded tube boiler (level boiler bawah yang mengerucut) sehingga direkomendasikan untuk menambah refractory sampai ketemu diatas level tersebut, dimana tidak ditemukan lagi welded joint tube yang bersentuhan langsung dengan bubbling bed material

• Urutan batubara terbakar adalah initial heating (pyrolisis/devolatilization/demineralization) yang melepas surface moisture kemudian pelan-pelan coal hancur dan melepas mineral kemudian terbakar terbentuk arang dan abu. 
• Beberapa Cara Mencegah Agglomeration:

1. Penambahan aditif kimia
2. Pre-treatment bahan bakar sebelum masuk boiler
3. Pemilihan alternatif lain bed material
4. Blending & mixing coal dengan biomass (co-firing), blending adalah mencampur dengan umpan yang berbeda misalnya coal + cangkang sawit/bahan organik sedangkan mixing adalah pencampuran antara bahan yang bisa menyebabkan hasil berbeda bisa karena reaksi kimia dll, seperti fuel + udara

• Terdapat kemungkinan kesalahan yang umum terjadi di lapangan ketika pengambilan sampling uji unburned carbon (UBC), umumnya sampel diambil begitu saja dari bottom ash tanpa melakukan seleksi padahal di bottom ash terdapat 2 carbon yaitu:

1. Unburned coal, karakteristiknya adalah jika dipegang masih keras dan menggumpal
2. Unburned carbon ash, karakteristiknya adalah lembut karena memang sudah jadi abu

Saran sebaiknya sampel diambil dengan memilah bagian yang terlihat halus namun masih mengandung butir-butir halus. Kesalahan pengambilan sampel ini bisa berakibat nilai UBC sangat tinggi (karena memang unburned coal masih besar nilai C-nya) dan data laboratorium yang dihasilkan kurang valid jika digunakan untuk analisa pembakaran. Letak sampling yang ideal adalah: (i) unburned carbon ash di bottom ash floor furnace; (ii) unburned coal di drain sealpot cyclone

• Standar baku rasio PA Fan : SA Fan adalah 60 : 40, namun itu untuk properties batubara desain, jika terdapat perbedaan spesifikasi maka hasil combustion tuning-lah yang dipakai
• Menganalisis kapasitas PA Fan + SA Fan apakah lebih besar (>) atau lebih kecil (<) dengan ID Fan sangat diperlukan untuk menentukan potensi flow fluida apakah over-pressure atau under-pressure
• Salah satu indikasi overheating boiler adalah bubbling bed material tidak sempurna karena coal size terlalu besar sehingga cenderung berada di floor furnace dan bisa menyebabkan melting % agglomeration.  
• Agglomeration index lebih disebabkan karena coal yang dipakai adalah low rank (lignite) bersifat lengket seperti tanah liat (clay) sehingga ketika bercampur dengan pasir maka akan terjadi ikatan yang menyebabkan densitas bed material naik sehingga mengganggu bubbling dan jatuh ke floor furnace terbentuklah aglomerasi
• Overheating juga bisa disebabkan karena pembakaran tidak sempurna 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. Mengapa jika menghasilkan CO tidak diinginkan di boiler furnace?? karena dari pembakaran tidak sempurna melanjutkan reaksi menuju sempurna sesuai reaksi: CO+ 1/2 O₂ ---> CO₂ menghasilkan panas (eksothermis) yang bisa menambah temperatur ruang bakar di zona radiasi (level 2 pada pembagian 3 level boiler yaitu: level 1-combustion, level 2-radiasi, level 3-konveksi) sehingga menyebabkan overheating. Cara mencari excess air dan kebutuhan udara pembakaran sebagai berikut:

1. Mengetahui komposisi coal dari CoA
2. Menghitung stoikiometri rasio
3. Mengetahui total coal flow
4. Menghitung stoikiometri air flow = stoikiometri rasio x total coal flow
5. Menghitung excess air = [oksigen terbaca di furnace / (20.9-oksigen terbaca di furnace)] x 100%
6. Total air flow = [100%+ excess air] x stoikiometri air flow

Lebih detail BACA: Stoikometri pada Pembakaran Batubara (Excess Air dan Air Fuel Rasio) di Boiler Furnace PLTU

• Parameter operasi utama di boiler adalah velocity dan residence time, dimana velocity CFB boiler berkisar ± 6 m/s dan residence time berkisar 1-2 s di radiation zone. Velocity & residence time dihitung hanya antara combustion zone (level 1) sampai radiation zone (level 2), sehingga apabila masih terdapat panas berlebih di convection zone (level 3) maka itu adalah heat-loss karena fase sudah superheated yang tidak memerlukan panas lagi
• Fluidisasi di CFB boiler ada 2 yaitu: (i) furnace boiler karena adanya PA/SA Fan; (ii) seal pot cyclone karena adanya return fan/seal fan/HP blower
• Standar asumsi persentase ash di boiler adalah bottom ash : fly ash = 80 : 20
• Ketika kandungan alkali di CoA bahan bakar >9% maka bisa dipastikan terdapat potensi agglomeration yang besar

Kutip Artikel ini Sebagai Referensi (Citation):

Feriyanto, Y.E. (2021). Catatan Lengkap Pembakaran Batubara (Coal Combustion) Based Experience di Workshop CFB Boiler, Best Practice Experience in Power Plant. www.caesarvery.com. Surabaya

Referensi:

[1] Feriyanto, Y.E. (2021). Workshop CFB Boiler. Surabaya

[2] Basu, P. (2015). Circulating Fluidized Bed Boiler, Design Operation and Maintenance. Canada

Ingin Konsultasi dengan Tim Website, Silakan Hubungi DISINI

Aliran proses yang umum ada di PLTU sebagai berikut: 

Air laut-Bak pengendapan/clarifier/sedimentation pond-Multi media filter (MMF)-Desalination (RO/MSF/MED)-Demineralization (mixed bed/single bed)-Condensate Water-Outlet deaerator/lnlet economizer-Boiler water/steam drum-Saturated steam/outlet drum-Superheated steam

• Bak Pengendapan/Clarifier, berfungsi menurunkan kadar lumpur/suspended solid. Parameter standar umum outlet clarifier adalah:

1. Turbidity, <5 NTU
2. Total Suspended Solid (TSS), <10 ppm

1. Turbidity, <1 NTU

• Desalination, berfungsi meminimalisir kandungan garam dengan prinsip filter membrane untuk RO dan distilasi untuk MED. Parameter standar umum outlet desalination adalah:

Inlet SWRO

1. Turbidity, <1 NTU
2. Free Chlorine, <100 ppb
3. Silt Density Index (SDI), <5

Outlet SWRO

1. pH, 6-8
2. Conductivity, <800 µS/cm

Outlet BWRO

1. pH, 6-8
2. Conductivity, <20 µS/cm

• Demineralization, berfungsi meminimalisir kandungan mineral ion. Parameter standar umum outlet demineralization adalah:

1. pH, 6-8
2. Specific Conductivity, <1 µS/cm
3. Silica (SiO₂), <20 ppb
4. Chloride (Cl^-), <100 ppb

• Condensate Water, air keluaran condenser yang merupakan kondensasi steam turbine menjadi cair. Parameter standar umum outlet condensate water adalah:

1. pH, 9-9.6 (TD), 8.8-9.3 (AM/BJ)
2. Conductivity/Specific Conductivity, <11 µS/cm
3. Cation Conductivity, <0.3 µS/cm (PCT)
4. Chloride (Cl^-), <100 ppb
5. Silica (SiO₂), <15 ppb (TD), <20 ppb (BK)
6. Dissolved Oxygen (DO), <50 ppb
7. Hardness Water, <1 ppb (air laut), <40 ppb (air sungai)
8. Iron (Fe), <20 ppb

• Deaerator/Economizer, deaerator berfungsi menurunkan dissolved gas sebelum masuk boiler, parameternya sama antara outlet deaerator & inlet economizer sebagai berikut:

1. pH, 9-9.6
2. Specific Conductivity, <11 µS/cm
3. Iron (Fe), <30 ppb (TD), <20 ppb (BT)
4. Hydrazine (N₂H₄), 10-30 ppb (TD), 30-50 ppb (AM)
5. DO, <7 ppb
6. Silica (SiO₂), <20 ppb

• Steam Drum/Boiler Water, air yang sudah dipanaskan dan treatment di steam drum namun masih dalam fase semi liquid-vapor (saturated steam) untuk siklus kembali ke boiler furnace (downcomer steam drum). Parameter standar umum boiler water adalah:

1. pH, 9.2-10.5
2. Specific Conductivity, <150 µS/cm (TD), <100 µS/cm (BK), <60 µS/cm (air sungai)
3. Phospate (PO₄), 0.5-3 ppm (TD), 2-10 ppm (BK)
4. Chloride (Cl^-), <2 ppm (TD), <1 ppm (BK)
5. Silica (SiO₂), <2000 ppb (TD), <800 ppb (AM)
6. Iron (Fe), <250 ppb

• Superheated Steam/Main Steam, uap kering yang siap digunakan untuk memutar turbine. Parameter standar umum superheated steam adalah:

1. pH, 9-9.6
2. Specific Conductivity, <11 µS/cm (TD), <15 µS/cm (BK)
3. Silica (SiO₂), <20 ppb
4. Iron (Fe), <20 ppb
5. Chloride (Cl^-), <0.1 ppm

Penamaan anion-cation conductivity dan spesific conductivity mengikuti hal berikut:

• Anion conductivity yang sebenarnya adalah anion exchanged conductivity ---> sampel air dilewatkan resin bed anion exchanger (muatan negative) sehingga muatan ion yang tertangkap dari sampel air adalah positif seperti sodium (Na⁺) dan potassium (K⁺)
• Cation conductivity/Acid conductivity yang sebenarnya adalah cation exchanged conductivity --->  sampel air dilewatkan resin bed cation exchanger (muatan positif) sehingga muatan ion yang tertangkap dari sampel air adalah negatif seperti chloride (Cl^-), sulphate (SO₄^2-)
• Specific conductivity artinya mengukur seluruh ion (positif dan negatif) pada sampel air. Umumnya penyebutan cukup conductivity atau total conductivity

Ingin Konsultasi dengan Tim Expert Website Silakan, KLIK

Kutip Artikel ini Sebagai Referensi (Citation):