157

RANCANG BANGUN DAN PEREKAYASAAN TUNGKU

FLUIDIZEDBED SIRKULASI BATU BARA KALORI RENDAH

(LIGNIT) UNTUK MENGHASILKAN EFISIENSI PEMBAKARAN

TINGGI DAN RAMAH LINGKUNGAN

(DEVELOPMENT OF THE COAL COMBUSTION FOR INCREASE EFFICIENCY,

ASH REDUCTION AND CLEAN ENVIRONMENT)

Mochamad Furqon

Balai Besar Tekstil

mfurqon_bblm@yahoo.com

ABSTRAK

Pada penelitian ini, dilakukan pengembangan tungku pembakaran tipe fluidized bed sirkulasi, batubara yang

digunakan untuk pembakaran adalah jenis batu bara kalori rendah (lignit). Batubara yang diumpankan ke dalam

ruang bakar, campuran serbuk batu bara dab batu kapur, denganrasioCa/S : 0,8 1,4. Diperoleh kondisi

pelepasan SO2 antara 71,2 -98,2% . Emisi gas NOx : 32 ppm pada suhu 700 C dan 320 pada suhu 850 C.

Efisiensi pembakaran diperoleh antara 94,6 -96,8%.

Kata kunci :Fluidized bed sirkulasi, nilaikalorirendah, lignit,emisiNOx, pelepasan SO , efisiensipembakaran2

ABSTRACS

In this study, conducted the development of fluidized bed type furnace circulation, which is used for coal

combustion is a type of low calorie coal (lignite). Coal is fed into the combustion chamber, a mixture of coal powder

and limestone, with a ratio of Ca/S: 0.8 to 1.4. Conditions of the release of SO is obtained between 71.2 -98.2%. 2

NOx emissions: 32 ppm at a temperature of 700 C and 320 at a temperature of 850 C. Combustion efficiency is

obtained between 94,6 -96.8%.

Key words : Circulating fluidized bed,low calorie value, lignite, emissions NOx,release of SO , combustion 2

BABI. PENDAHULUAN boiler dan pemanasan proses sebagian

besar jenis batu bara bituminus (> 5.000

Industri merupakan salah satu sektor kkal/kg). Tungku pembakaran batu bara

yang banyak mengkonsumsi energi untuk yang dipergunakan industri adalah jenis

mendukungkeg ia tan p roduks inya . fixed bed/stocker dan bubbling fluidized

Diperkirakan komponen biaya energi sekitar bed.

16 32% dari total biaya produksinya, Pemakaian tungku jenis fluidized bed

tergantung dari jenis industri. masih terbatas. Karakteristik dari tungku

Dewasa ini bahan bakar batu bara j e n i s f i x e d b e d / s t o c k e r a d a l a h

merupakan bahan bakar yang banyak menghasilkan limbah padat abu terbang (fly

dipergunakan untuk kebutuhan energi, baik ash) dan abu dasar (bottom ash). Limbah

untuk utilitas/pembangkit tenaga listrik padat abu tersebut masih mengandung

ataupun untuk proses produksi, terutama karbon (C) cukup tinggi > 15% dari total abu,

boiler, emanasan, pengeringan dll. Kondisi dengan nilai kalori antara 2.000 3.000

ini disebabkan bahan bakar batu bara dinilai kkal/kg limbah padat dengan kandungan

lebih murah dibandingkan dengan bahan karbon tinggi mengindikasikan bahwa

bakar minyak. efisiensi pembakaran rendah (< 90%) dan

Jenis bahan bakar batu bara yang limbah tersebut masih dikategorikan

banyak dipergunakan untukpemanasan limbah B3.

Jurnal Riset Industri Vol. VI No. 2, 2012, Hal. 157-163

158

Rancang Bangun Dan Perekayasaan Tungku .. (Mochamad Furqon)

Gambar 1. Alur Kegiatan Rancang Bangun

dan Perekayasaan Tungku

Fluidized

Pengembangan tungku pembakaran Keuntungan lain dari pemakaian tungku

batu bara pada kegiatan ini dilakukan Fluidized bed Sirkulasi adalah rendahnya

melalui cara modifikasi mekanisme emisi gas NOx, hal ini disebabkan muatan pembakaran, pemanfaatan limbah padat

bahan bakar yang berlangsung dalam 2 pembakaran menjadi bahan bakar sekunder

tahap (primer dan sekunder), sekaligus dan modifikasi emisi gas buang melalui

dapat menurunkan suhu pembakaran, penambahan sorben batu kapur.

dapat menurunkan pembentukan emisi gas Diharapkan pengembangan ini dapat

NOx. Emisi gas yang terbentuk Nox meningkatkan efisiensi pembakaran,

sekitar 150 350 ppm, tergantung dari mereduksi limbah padat fly ash dan

suhu pembakaran.bottom ash serta mereduksi emisi gas Sox

dan Nox.BAB II. METODE PENELITIAN

Ef is iens i pembakaran me la lu i

pembakaran Tungku Fluidized bed Alur kegiatan rancang bangun dan

Sirkulasi efisiensipembakaran tinggi, bisa perekayasaan tungku fluidized bed sirkulasi

mencapai 99% (flaxes et all). Hal ini batu bara kalori rendah (lignit) untuk

disebabkan limbah padat yang keluar dari menghasilkan efisiensi pembakaran dan

siklon atau penangkap debu diumpankan ramah lingkungan dapat dilihat pada

kembali sebagai bahan bakar padat gambar 1.

sekunder.

Efisiensi pembakaran dapat dihitung

dengan persamaan

Dimana

: Efisiensi Pembakaran

Qlc : Nilaipanasabu, kcal/jam

Qlb : Nilaipanas gas buang,kcal/jam

Fc : Pemakaianbatubara kg/jam

H : Nilaipanaspembakaranbatu

bara, kcal/kg

Pada pembakaran dengan Fluidized

bed Sirkulasi oksida belerang yang

diperoleh dari pembakaran batu bara akan

menjadi padatan, hasil reaksi batu bara dan

serbuk kapur atau dolomit.

Padatan alkali CaO dihasilkan dari

proses kalisinasi batu kapur bereaksi

dengan SO , sebagai berikut :2

Dari reaksi di atas dapat dilihat bahwa

volume mole CaSO sekitar 3 kali lebih 4

besar di banding volume batu kapur. Bahan dan alat

Pembentukan CaSO menghasilkan 4

porasitas tertutup dan reaksi akan berhenti Pada kegiatan ini dipergunakan batu

sebelum seluruh CaO dipergunakan (flaxes bara kalori rendah jenis lignit, nilai kalori

et all) rasio Ca/S sekitar 2 4 pada Fluidizd < 4.500 kkal/kg dari Kalsel Sulawesi Tengah

bed konvensional sedangkan pada dan Bayah.

Fluidized bed Sirkulasi rasio Ca/S < 2.

159

Spesifikasi Tungku Fluidized Bed Parameter proses

sirkulasi yang dipergunakan pada kegiatan Cara penyalaan dilakukan terlebih dulu

ini adalah hasil rancangan dan prabikasi memanaskan silinder tungku pada suhu o

seperti pada gambar 2 dan 3. 600 C dengan burner gas LPG. Setelah

Diameter dalam tungku : 450 mm suhu tersebut di capai burner gas dimatikan,

Tinggi tungku : 2.000 mm pengisian batu bara serbuk ke dalam ruang

Lubang pengisian : 200 mm bakar dengan meniupkan blower.

dari plat dasar Parameter proses sebagai berikut :

500 mm Kecepatan Fluidized : 0,30,5 m/dtk

dari plat dasar Kecepatan Terminal : 1,01,5 m/dtk

Kecepatan operasi : 1,53,0 m/dtk

Pengisian batu bara : Screw Feeder Laju muatan batu bara : 1517,5 kg/g

Diameter plat dasar : 1.000 mm

BAB III. HASIL DAN PEMBAHASANDiameter lubang

udara plat : 0,90 mm

Hasil PengujianBlower : 2 PK

Refraklon : Castabel

Batu bara

Hasil uji batu bara yang dipergunakan

pada kegiatan ini adalah :

Karbon Fixed C : 32,95%

Valatile matter VM : 26,40%

Ash : 24,20%

Nilai kalori : 4.348 kkal/kg

Suhu Pembakaran

Suhu pembakaran dilakukan pada 2

posisi pemasukan batu bara, yaitu 200 dan

500 mm diatas plat distribusi. Hasil uji suhu

pembarakannya dapat di lihat pada tabel 1

dan gambar 4

Gambar 2. Rancangan Tungku Fluidized

Bed Sirkulasi

Gambar 3. Pabrikasi Tungku Fluidized

Bed Sirkulasi

Tabel 1 Suhu Pembakaran

Jurnal Riset Industri Vol. VI No. 2, 2012, Hal. 157-163

160

Gambar 4. Grafik Suhu Pembakaran

Emisi Gas Nox Pelepasan Gas SO2

Hasil uji emisi gas NOx dapat di lihat pada Hasil uji pelepasan gas SO dapat 2

tabel 2 dan gambar 5 di bawah ini : di lihat pada tabel 3 dan gambar 6

di bawah ini :

Tabel 2 Hasil Pengujian Emisi NOx

Gambar 5 Grafik Emisi Gas Nox terhadap

Suhu Pembakaran

Tabel 3 Hasil Pengujian Pelepasan

Mole Gas SO2

Rancang Bangun Dan Perekayasaan Tungku .. (Mochamad Furqon)

161

PEMBAHASAN

Mekanisme pembakaran batu bara

terdiri dari 2 tahap, yaitu pembakaran

volatile dan pembakaran tar. Pembakaran

volatile berlangsung singkat sedangkan

pembakran tar berlangsung lambat, karena

itu menentukan lamanya pembakaran batu

bara keseluruhan. Untuk batu bara dengan

ukuran kecil berlangsung beberapa detik

saja, sedangkan batu bara ukuran besar

lebih lambat.

Pembakaran tar dimulai dari reaksi

kimia oksigen pada permukaan tar dan

terjadi dekomposisi dari oksida permukaan

tar. Selanjutnya menghasilkan gas CO. Mashum, dkk (2008) mengatakan bahwa

Gas oksida karbon kemudian diaksidasi beberapa senyawa asam yang diproduksi

menjadi CO pada daerah batas gas-serbuk oleh bakteri memiliki afinitas yang lebih 2

tinggi daripada orthofospat terhadap tar. Gas CO bergerak keluar menuju 2

beberapa kation logam berat, akibatnya lintasan gas mereduksi CO jikaa dengan tar. fospat terbebas ke dalam larutan tanah

Reaksi keseluruhan dapat dilihat pada menjadi bentuk tersedia bagi tanaman.

persamaan reaksi sebagai berikut :Tingginya konsentrasi logam yang

memfiksasi P, sehingga P tersedia

berkurang.Unsur P merupakan komponen

utama penyusun asam ribonukleat dan

deoksiribonukleat (RNA dan DNA) yang

membentuk ester dengan fospat, senyawa

ini merupakan senyawa penting pada

semua mahluk hidup. Kurangnya P tersedia

sehingga serapan P tanaman juga

berkuran menyebabkan kurangnya energi

untuk melakukan aktifitas pertumbuhan Reaksi berlangsung tidak hanya lainnya termasuk pertumbuhan organ

berlangsung C dengan gas O , tetapi vegetatif dan generatif tanaman. Adanya 2

dengan gas lain yang ada pada sistem, yaitu warna ungu pada daun menandakan bahwa

tanaman mengalami defisiensi P, sehingga H dan S.2

ATP (adenosin trifospat) yang merupakan L a j u r e a k s i p e m b a k a r a n t a r energi yang dibutuhkan untuk merombak dikendalikan oleh 2 proses, yaitu laju reaksi amilum tidak tersedia, akibatnya terjadi

kimia karbon oksigen pada permukaan tar penumpukan karbohidrat pada daun dan

dan laju perpindahan oksigen gas sekitar batang tanaman. Unsur P berperan dalam

laisan batas sekitar permukaan partikel.proses perombakan gula dalam bentuk ATP,

gula yang dirombak akan menjadi energi

Suhu Pembakaranuntuk menyusun sel dan jaringan tanaman

baru.

Tungku f ludized bed sirkulasi

Efisiensi Pembakaran mempergunakan bahan bakar berupa batu

Data kondisi pembakaran dan nilai kalori bara serbuk, oleh karena itu pola distribusi

gas buang dan ash dapat di lihat pada tabel bahan bakar tergantung dari variasi ukuran

4 di bawah ini. partikel dan kecepatan udara tiup.

Gambar 6. Grafik Pelepasan Gas SO terhadap2

rasio Ca/S

Jurnal Riset Industri Vol. VI No. 2, 2012, Hal. 157-163

162

Tabel 4. Efisiensi Pembakaran

Pada kondisi aliran gas keatas, serbuk Pada penelitian ini hanya difokuskan

batu bara memiliki pola distribusi terbang, pada suhu pembakaran yang terjadi

mengambang dan jatuh pada plat distribusi pembentukan gas Nitrogen Oksida udara tergantung dari kecepatan udara,

tergandung dari suhu pembakaran, dapat di lebih rendah, seimbang atau lebih besar o

lihat pada tabel diatas pada suhu < 800 C dibandingkan kecepatan terminal serbuk

emisi gas NOx sangat rendah (< 100 ppm), batu bara.

o

tetapi pada suhu lebih tinggi dari 800 C Pada kondisi kecepatan udara tinggi

terjadi peningkatan yang sangat tinggi tetapi dapat meningkatkan jarak antar serbuk atau

masih sekitar 300 ppm, bahkan pada suhu porositi, sedangkan pada kecepatan

o

900 C terjadi penurunan sekitar 286 ppm. rendah mengakibatkan serbuk kasar jatuh

Kondisi ini masih menunjukan masih sangat atau tetap didasar plat distribusi.

memenuhi ambang batas emisi gas NOx Jarak antar serbuk batu bara pada

yang diizinkan. Hal ini terjadi karena dengan pembakaran dapat meningkatkan laju

dilakukannya pemasukan batu bara pembakaran, sehingga pembakaran

balik/sekunder yang disertai udara tiup, berlangsung cepat dan menghasilkan panas

menurunkan suhu pembakaran dan dapat tinggi.

menghambat pembentukan gas Nox.Melalui pemasukan batu bara pada 2

posisi diperoleh data sebagai berikut : Pelepasan Gas So2

Pembakaran pada posisi pemasukan

batu bara primer 200 mm di atas plat dasar o Berdasarkan hasil uji komposisi batu

menghasilkan suhu maksimum 870 C, lebih bara rasio mole Ca/S mengalami

rendah dibandingkan pada pembakaran kesetimbangan pada posisi rasio Ca/S : 0,8,

pada posisi pemasukan 500 mm, yaitu 910 o yang merupakan acuan awal dan tidak perlu C. Hal ini disebabkan pengaruh pemasukan

ada penambahan batu kapur pada batu bara sekunder pada posisi 500 mm di

pembakaran.atas plat distributor yang disertai udara

hembus rendah menurunkan suhu UCAPAN TERIMA KASIH

pemanasan.

Terima kasih kami sampaikan kepada Emisi Gas Nox

Program Kreatif Peningkatan Kemampuan

Peneliti dan Perekayasa (PKPP), yang telah Pembentukan gas NOx sangat

mendanai kegiatan Perancangan dan komplek, berbagai parameter yang Perekayasaan ini.

mempengaruhinya seperti tipe boiler,

kapasitas, karakteristik batu bara, suhu

pembakaran, waktu pembakaran.

Rancang Bangun Dan Perekayasaan Tungku .. (Mochamad Furqon)

163

DAFTAR PUSTAKA R. Lithner. J Wang. 1991. on Dimensional

Fluidized Bed Furnace Model,

Proceeding Seminar, Technischen Bruce G. Miller. 2005. Coal Energy System :

Universitat Braun Schweig, Germany195 - 236

Dogu. T. 1999. The Importance of Structure SaraivaPC,T.Azevedo and Carvalho. 1993

and Diffusion in The Kinetics of Gas-Mathematical Simulation on Fluidized

Solid Non Catalytic Reaction, Reaction Bed Combustor, Institute Superior

of Calcined Limes Tone With SO2. Technica Lisbon : 545 - 565

Chem Engineering Institute,lisboaUysal B Z Mutel and Dogu, 1993. Fluidized

Eastman ML. 2003. Clean Power Initiative, Bed Coal Combustion Emission and

Clean Power Conference.Heat Transfer Characteristic. Chemical

Kelly AG and Layden. 1997. Fluidized Bed Engineering Symposium,Ankara, :

Combustion of Coal with high Ash. Inst 435 - 442

of EnergyVogel Gj. 1993. Reduction of Emission of

Mariatis, Bridgwater. 1991. Fluidized Bed Sulfur Oxide and Nitrogen Oxides by

Gassification of Wood, In Research in Addition of during The Combustion of

Thermodinamical Biomass Conversion Coal in F lu id ized Bed. EPA.

Kuestza Plaas L, Bierbach. 1997.

Experience with Combustion Fluidized

Bed. LurgiGmbHGervinustrabe,

Frankfurt

Jurnal Riset Industri Vol. VI No. 2, 2012, Hal. 157-163

Page 1Page 2Page 3Page 4Page 5Page 6Page 7