PENGOLAHAN SAMPAH DENGAN KONSEP WASTE TO ENERGY

i

KATA PENGANTAR

Modul Pelatihan Teknologi WtE Termal Insinerasi ini disusun untuk pegangan

bagi setiap peserta pelatihan sebagai materi pendukung agar peserta dapat

mengevaluasi pemahamannya terhadap materi yang diajarkan di kelas. Modul

ini menggambarkan konsep dan fitur WtE Termal Insinerasi secara

keseluruhan.

Modul Pelatihan Teknologi WtE Termal Insinerasi ini bertujuan agar peserta

pelatihan mampu memahami prinsip, mengidentifikasi, dan memilih teknologi

Waste to Energy untuk pengolahan sampah dengan mempertimbangkan aspek

teknis dan non-teknis. Modul ini merupakan Modul ke-9 dari 14 Modul.

Modul ini disusun dalam 4 (empat) Bab, meliputi Pendahuluan, Pengenalan

WtE Termal Insinerasi, Desain WtE Termal Insinerasi dan Analisis WtE Termal

Insinerasi. Modul ini disusun secara sistematis agar peserta pelatihan dapat

mempelajari materi dengan lebih mudah.

Ucapan terima kasih dan penghargaan kami sampaikan kepada tim penyusun

dan Para Narasumber atas tenaga dan pikiran yang dicurahkan untuk

mewujudkan modul ini. Penyempurnaan maupun perubahan modul di masa

mendatang senantiasa terbuka dan dimungkinkan mengingat akan

perkembangan situasi, kebijakan dan peraturan yang terus menerus terjadi.

Semoga modul ini dapat membantu dan bermanfaat bagi peningkatan

kompetensi ASN dalam pengolahan sampah dengan konsep WtE.

Bandung, Oktober 2018

Kepala Pusat Pendidikan dan Pelatihan Jalan,

Perumahan, Permukiman, dan Pengembangan

Infrastruktur Wilayah

ii| Modul 09 – Teknologi Termal WtE Berbasis Proses Pembakaran (Insinerasi)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ................................................................................................ i

DAFTAR ISI............................................................................................................ ii

DAFTAR TABEL ..................................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... vi

PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL ..................................................................... xi

Deskripsi .................................................................................................. xi

Persyaratan ............................................................................................. xi

Metode .................................................................................................. xii

Alat Bantu/Media .................................................................................. xii

BAB 1 PENDAHULUAN ......................................................................................... 1

A Latar Belakang .......................................................................................... 2

Tujuan ...................................................................................................... 2

Kompetensi Dasar .................................................................................... 2

Indikator Hasil Belajar .............................................................................. 2

Materi Dan Submateri Pokok ................................................................... 3

Estimasi Waktu......................................................................................... 3

BAB 2 PENGENALAN WtE TERMAL INSINERASI ................................................... 5

Indikator Keberhasilan ............................................................................. 6

Tujuan ...................................................................................................... 6

Konsep Dasar Wte Termal Insinerasi....................................................... 6

Komponen Utama WtE Termal Insinerasi ........................................... 7

Proses Insinerasi di WtE ...................................................................... 8

Sampah Sebagai Bahan Bakar Insinerasi ........................................... 25

Jenis Dan Fitur Wte Termal Insinerasi ................................................... 26

Fixed bed Incinerator/Reactor .......................................................... 26

Moving Grate (MG) Incinerator (Stoker) ........................................... 28

Fluidized bed (FB) Incinerator ........................................................... 37

Rotary kiln incinerator ....................................................................... 42

Perbandingan antara tipe insinerasi FB dan MG stoker ................... 46

Aplikasi Wte Termal Insinerasi Di Dunia ............................................... 47

iii

WtE Plant Dublin, Irlandia ................................................................. 48

Tuas South Incineration Plant, Singapore ........................................ 50

Nanjing City WtE Plant, China ........................................................... 52

Amagasaki dan Ota Incineration Power Plant, Japan ....................... 54

Riverside WtE Plant, UK .................................................................... 56

Palm Beach Renewable Energy Facility No. 2, USA .......................... 57

Amsterdam Waste Fired Power Plant (AWFP) ................................. 58

Phuket Power Plant ........................................................................... 60

Leeds Recycling and Energy Recovery Facility (RERF) ...................... 61

Latihan Soal ........................................................................................... 62

Rangkuman ........................................................................................... 63

BAB 3 DESAIN WtE TERMAL INSINERASI .......................................................... 65

Indikator Keberhasilan .......................................................................... 66

Tujuan .................................................................................................... 66

Sizing Wte Termal Insinerasi ................................................................. 66

Identifikasi Karakteristik Sampah ..................................................... 66

Rancangan Process Flow Diagram .................................................... 69

Rancangan Konfigurasi Pembangkit PLTSa ....................................... 72

Rancangan Dasar Proses Pre-treatment ........................................... 74

Desain Ruang Bakar Insinerasi .............................................................. 76

Validasi proses pembakaran ............................................................. 80

Perhitungan volume ruang bakar primer ......................................... 83

Perhitungan volume ruang bakar sekunder ..................................... 84

Perhitungan kapasitas aktual ruang bakar ....................................... 84

Perhitungan waktu tinggal ................................................................ 84

Desain Komponen Pendukung Wte Termal Insinerasi ......................... 86

Rancangan Unit Pengkonversi Energi (energy conversion system) . 86

Rancangan Air Proses ........................................................................ 88

Rancangan Sistem Pengolahan Gas Buang ....................................... 89

Rancangan Saluran gas, ID fan, Cerobong asap (stack) .................... 92

Rancangan Turbin, Generator, Sistem Elektrikal .............................. 92

Latihan Soal ........................................................................................... 93

Rangkuman ........................................................................................... 94

iv| Modul 09 – Teknologi Termal WtE Berbasis Proses Pembakaran (Insinerasi)

BAB 4 ANALISIS WtE TERMAL INSINERASI ......................................................... 95

Indikator Keberhasilan ........................................................................... 96

Tujuan .................................................................................................... 96

Analisis Kondisi Sampah Masuk Wte Termal Insinerasi ........................ 96

Karakteristik sampah ......................................................................... 96

Potensi jumlah sampah ..................................................................... 97

Potensi Pembangkitan Energi ............................................................ 99

Nilai Kalor dan Komposisi Sampah yang dapat Masuk PLTSa ........... 99

Studi Mengenai Sampah yang tidak boleh masuk PLTSa ................ 106

Sampah yang harus diproses sebelum masuk PLTSa ...................... 106

Analisis Efisiensi Konversi Energi Wte Termal Insinerasi .................... 108

Analisis Teknoekonomi Wte Termal Insinerasi ................................... 110

Istilah Umum .................................................................................... 111

Perbandingan Komponen harga OPEX &CAPEX untuk Landfill dan WtE

115

Regulasi Esdm Mengenai Pltsa Dan Jual Beli Listrik ............................ 116

Latihan Soal .......................................................................................... 119

Rangkuman .......................................................................................... 119

IDENTIFIKASI DAN KOMPARASI WtE TERMAL ................................................. 121

v

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Standard Baku Mutu Emisi Indonesia ................................................. 16 Tabel 2. Penanganan Komponen Polutan Flue gas .......................................... 18 Tabel 3. Kisaran Nilai Kalori Berbagai Sampah Kota ......................................... 26 Tabel 4. Perbandingan antara tipe insinerasi fluidized bed dan moving grate stoker ................................................................................................................ 46 Tabel 5. Penilaian antara tipe insinerasi fluidized bed dan moving grate stoker ................................................................................................................ 47 Tabel 6. Level emisi yang dapat dicapai TSIP ................................................... 52 Tabel 7. Spesifikasi Moving Grate Incineration di Nanjing City ....................... 53 Tabel 8. Spesifikasi Riverside WtE Plant ........................................................... 56 Tabel 9. Spesifikasi Palm Beach Renewable Energy Facility No. 2 ................... 58 Tabel 10. Spesifikasi dari WFPP Amsterdam .................................................... 60 Tabel 11. Identifikasi karakteristik sampah ...................................................... 67 Tabel 12. Parameter penting hasil simulasi PLTSa ........................................... 71 Tabel 13. Titik rekomendasi monitoring gas hasil pembakaran ...................... 83 Tabel 14. Spesifikasi Dasar Insinerator ............................................................. 85 Tabel 15. Contoh rancangan air proses ............................................................ 89 Tabel 16. Ringkasan sistem pengolahan gas buang dan reduksi emisi ............ 92 Tabel 17. Contoh data timbulan sampah kota ................................................. 98 Tabel 18. Lampiran Harga Pembelian Listrik dari PLTSa melalui pemanfaatan Panas/Termal Dengan Menggunakan Teknologi Thermochemical ............... 118

vi| Modul 09 – Teknologi Termal WtE Berbasis Proses Pembakaran (Insinerasi)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Diagram Alir Umum Insinerasi Sampah Kota .................................... 9 Gambar 2. Detail Diagram Alir Kerja WtE Termal Insinerasi tipe Moving Grate .................................................................................................................. 10 Gambar 3. Beberapa Proses Penyortiran .......................................................... 11 Gambar 4. Proses Mixing (kiri) dan Shredding (kanan) .................................... 11 Gambar 5. Skematik Moving Grate ................................................................... 12 Gambar 6. Siklus Rankine .................................................................................. 15 Gambar 7. Ilustrasi Boiler jenis Water-Tube ..................................................... 15 Gambar 8. Diagram Electrostatic Precipitator .................................................. 17 Gambar 9. Bag/Fabric filter ............................................................................... 19 Gambar 10. Hybrid Bag filter ............................................................................. 20 Gambar 11. Skematik dry-system ..................................................................... 21 Gambar 12. Teknologi dry flue gas treatment system dengan efisiensi tinggi 21 Gambar 13. Teknik semi-dry atau spray absorber ............................................ 22 Gambar 14. Semi-dry teknologi sirkulasi reagent ............................................. 22 Gambar 15. Contoh wet-process dengan 2 tingkat .......................................... 23 Gambar 16. Wet Scrubber teknologi lain .......................................................... 24 Gambar 17. Insinerator jenis Fixed Bed dan Prinsip Kerjanya .......................... 27 Gambar 18. Tipe pembakaran stoker dengan moving grate (piringan yang bergerak) ............................................................................................................ 29 Gambar 19. Contoh moving grate tipe water-cooled ....................................... 30 Gambar 20. Anjuran segitiga karakteristik sampah untuk mencapai pembakaran yang stabil .................................................................................... 30 Gambar 21. Daerah rancangan ruang bakar ..................................................... 31 Gambar 22. Sistem pengumpul abu (ash handling and discharge) .................. 32 Gambar 23. Pengaruh λ terhadap emisi NOx (LN = Low NOx ; VLN = Very Low NOx) .................................................................................................................... 33 Gambar 24. Tumbling & Sliding Tiles Moving Grate ......................................... 34 Gambar 25. Skematik two-way gas flow ........................................................... 34 Gambar 26. Low-excess air combustion........................................................... 35 Gambar 27. Back & Forth Moving Grate .......................................................... 36 Gambar 28. Moving Grate jenis DynaGrate ...................................................... 36 Gambar 29. Insinerator jenis fluidized bed ....................................................... 37 Gambar 30. Skematik Fluidized bed Incinerator dengan Water Spray ............. 38 Gambar 31. Teknologi Fluidized bed dengan pelat orifice ................................ 39 Gambar 32. Skema ruang bakar fluidized bed pada sistem PLTSa Insinerasi... 40 Gambar 33. Variasi kecepatan gas pada fenomena fluidisasi .......................... 41 Gambar 34. Proses fluidisasi tipe bubbling dan circulating .............................. 41

vii

Gambar 35. Insinerasi jenis rotary kiln ............................................................. 43 Gambar 36. Skema ruang bakar rotary kiln dalam sistem PLTSa ..................... 44 Gambar 37. Skema proses ruang bakar rotary kiln .......................................... 44 Gambar 38. WtE PLTSa di Dublin, Irlandia ....................................................... 48 Gambar 39. Skema Insinerasi WtE di Dublin, Irlandia ...................................... 49 Gambar 40. Tuas Plant Incineration oleh MHI ................................................. 50 Gambar 41. Proses insinerasi dari TSIP ............................................................ 52 Gambar 42. Skematik Teknologi Insinerasi di Nanjing City .............................. 53 Gambar 43. Amagasaki & Ota Incineration Power Plant di Jepang ................. 54 Gambar 44. Skematik Flue gas Recirculation ................................................... 55 Gambar 45. Pemanfaatan Panas untuk Keperluan Penduduk ......................... 55 Gambar 46. Riverside Waste to Energy Plant ................................................... 56 Gambar 47. Skema Plant Insinerasi dari WtE Riverside ................................... 57 Gambar 48. Palm Beach Renewable Energy Facility No. 2, USA ...................... 57 Gambar 49. Skematik Palm Beach Renewable Energy Facility No.2 ................ 58 Gambar 50. Amsterdam Waste Fired Power Plant (AWFP) ............................. 59 Gambar 51. Process Flow Diagram & Heat Mass Balance dari WFPP Amsterdam ........................................................................................................................... 59 Gambar 52. Phuket Power Plant di Thailand .................................................... 60 Gambar 53. Phuket Incineration Plant Process Flow Chart ............................. 61 Gambar 54. RERF di Leeds, UK oleh Veolia ...................................................... 62 Gambar 55. Skematik Diagram dari Leeds RERF di Leeds Utara ...................... 62 Gambar 56. Hasil Uji Proksimat ........................................................................ 68 Gambar 57. Hasil Uji Proksimat ........................................................................ 68 Gambar 58. Rancangan process flow diagram PLTSa insinerasi ...................... 69 Gambar 59. Skema komponen utama & pendukung PLTSa ............................ 73 Gambar 60. Skema ruang bakar insinerasi PLTSa............................................. 77 Gambar 61. Proses dalam ruang bakar pembakaran insinerasi tipe moving grate ........................................................................................................................... 78 Gambar 62. Contoh Daerah Perancangan Kondisi Operasi PLTSa ................... 79 Gambar 63. Penetapan daerah QSCZ (Quality Secondary Combustion Zone) 82 Gambar 64. Skema unit konversi energi sistem Rankine ................................. 87 Gambar 65. Siklus uap Rankine ........................................................................ 87 Gambar 66. Skematik Sistem Gas Buang WtE Termal Insinerasi ..................... 90 Gambar 67. Sistem kendali Gas buang ............................................................. 91 Gambar 68. Contoh penyajian data komposisi sampah ................................... 97 Gambar 69. Penyajian data dari kondisi bahan bakar padat ......................... 103 Gambar 70. Penyajian data rasio karbon terhadap oksigen dan hidrogen bahan bakar padat dalam kurva Van Krevelen .......................................................... 103 Gambar 71. Analisis Nilai Kalor Sampah Secara Keseluruhan ........................ 105 Gambar 72. Perbandingan OPEX & CAPEX untuk WtE dan Landfill ............... 116

viii| Modul 09 – Teknologi Termal WtE Berbasis Proses Pembakaran (Insinerasi)

ix

POSISI MODUL DALAM KURIKULUM PELATIHAN

x| Modul 09 – Teknologi Termal WtE Berbasis Proses Pembakaran (Insinerasi)

xi

PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL

Deskripsi

Modul Teknologi WtE Termal Insinerasi ini terdiri atas tiga materi pokok. Materi

pokok pertama membahas konsep dasar WtE termal insinerasi, meliputi

definisi insinerasi dan proses konversi energi sampah menjadi listrik

menggunakan WtE termal insinerasi, prinsip kerja dan fitur WtE termal

insinerasi, jenis-jenis dan aplikasi WtE termal insinerasi di dunia. Materi pokok

kedua menjelaskan konsep desain WtE termal insinerasi yang meliputi

perhitungan dan penentuan kapasitas WtE termal insinerasi ditinjau dari

pasokan sampah dan efisiensi pembangkit secara keseluruhan, jenis dan desain

ruang bakar insinerasi serta komponen pendukung WtE termal insinerasi yang

utamanya berbasis siklus Rankine. Materi pokok ketiga berupa analisis WtE

termal insinerasi, yang menjelaskan metode analisis kecocokan kondisi sampah

dengan karakteristik WtE termal insinerasi, serta perhitungan efisiensi konversi

energi dan teknoekonomi WtE termal insinerasi.

Modul ini utamanya dibuat dengan tujuan agar peserta pelatihan mampu

memahami prinsip kerja dan kelebihan serta kekurangan WtE termal berbasis

insinerasi. Peserta pelatihan mempelajari keseluruhan modul ini dengan cara

yang berurutan. Pemahaman setiap materi pada modul ini sangat diperlukan

karena materi ini menjadi dasar pemilihan teknologi WtE yang akan

diaplikasikan di lapangan, sesuai dengan kondisi sampah yang akan digunakan.

Sebagaimana tujuan pembelajaran kegiatan belajar dalam modul ini, maka

diperlukan metode pengajaran interaktif yang mampu menyentuh logika dasar

para peserta pelatihan. Karena itu, modul ini dilengkapi dengan materi berupa

tayangan visual sebagai dasar untuk membangun diskusi interaktif antar

peserta. Evaluasi dilakukan langsung saat presentasi dan diskusi berlangsung,

oleh narasumber terhadap peserta. Latihan atau evaluasi ini menjadi alat ukur

tingkat penguasaan peserta pelatihan.

Persyaratan

Dalam mempelajari buku ini peserta pelatihan diharapkan telah memahami

modul sebelumnya terkait dengan Modul Pelatihan 3 Penyiapan Bahan Baku

xii| Modul 09 – Teknologi Termal WtE Berbasis Proses Pembakaran (Insinerasi)

untuk WtE dan Modul Pelatihan 6 Pengantar Konversi Energi Termal Teknologi

WtE.

Metode

Dalam pelaksanaan pembelajaran modul ini, metode yang dipergunakan

adalah metode pemaparan di dalam kelas, yang diberikan oleh narasumber

yang akan menjadi bahan bagi diskusi interaktif yang harus terbangun di antara

Peserta Pelatihan. Paparan yang diberikan juga dilengkapi dengan beberapa

film singkat mengenai WtE termal berbasis insinerasi.

Alat Bantu/Media

Untuk menunjang tercapainya tujuan pembelajaran ini, diperlukan alat

bantu/media pembelajaran tertentu, yaitu :

1. LCD/projector

2. Laptop

3. Papan tulis atau whiteboard dengan penghapusnya

4. Bahan tayang

5. Modul dan/atau Bahan Ajar

6. Video

7. Laser Pointer

1

BAB 1 PENDAHULUAN

2| Modul 09 – Teknologi Termal WtE Berbasis Proses Pembakaran (Insinerasi)

PENDAHULUAN

A Latar Belakang

Modul ini utamanya dibuat dengan tujuan agar peserta pelatihan mampu

memahami prinsip kerja dan kelebihan serta kekurangan WtE termal berbasis

insinerasi, sebagai jenis pengolah sampah menggunakan prinsip termal yang

banyak dipakai di dunia. Meski ditengarai menghasilkan gas polutan

berbahaya, namun jenis pengolahan sampah ini tetap digunakan karena

memiliki karakteristik mampu mengurangi volume sampah dalam jumlah besar

dan waktu yang relatif singkat.

Tujuan

Mata pelatihan ini bertujuan untuk memberikan pemahaman lebih mendalam

tentang konsep insinerasi, keunggulan dan kelemahan berbagai jenis WtE

termal insinerasi, serta cara memilih rancangan WtE termal insinerasi kepada

peserta melalui ceramah interaktif, diskusi dan latihan soal.

Kompetensi Dasar

Secara umum, setelah mengikuti mata pelatihan ini peserta pelatihan

diharapkan:

1. Mengidentifikasi dan memahami prinsip insinerasi

2. Memahami keunggulan dan kelemahan berbagai jenis WtE termal yang

menggunakan metode insinerasi

3. Memahami perhitungan yang dibutuhkan saat memilih dan merancang

WtE termal yang menggunakan metode insinerasi.

Indikator Hasil Belajar

Setelah mengikuti pembelajaran modul ini, peserta mampu:

1. Mengenali dan memahami WtE termal insenerasi.

2. Melakukan perancangan/desain WtE termal insenerasi

3. Menganalisis secara umum berbagai WtE termal insinerasi yang cocok

untuk lokasi dan kondisi sampah yang akan diolah menggunakan

perangkat lunak sederhana.

3

Materi Dan Submateri Pokok

Materi dan submateri pokok dalam Mata Pelatihan ini adalah:

1. Pengenalan WtE Termal Insinerasi, meliputi:

a. Konsep Dasar WtE Termal Insinerasi

b. Jenis dan Fitur WtE Termal Insinerasi

c. Aplikasi WtE Termal Insinerasi di Dunia

2. Desain WtE Termal Insinerasi, meliputi:

a. Sizing WtE Termal Insinerasi

b. Desain Ruang bakar WtE Termal Insinerasi

c. Desain Komponen Pendukung WtE Termal Insinerasi

3. Analisis WtE Termal Insinerasi, meliputi:

a. Analisis Kondisi Sampah Masuk WtE Termal Insinerasi

b. Analisis Efisiensi Konversi Energi WtE Termal Insinerasi

c. Analisis Teknoekonomi WtE Termal Insinerasi

Penjelasan mengenai isi materi pokok modul pelatihan ini terdapat di diagram

alir di bawah ini.

Estimasi Waktu

Untuk mempelajari mata pelatihan WtE Termal Insinerasi ini, dialokasikan

waktu sebanyak 4 (lima) jam pelajaran.

5

BAB 2 PENGENALAN WtE TERMAL

INSINERASI


PENGENALAN WtE TERMAL INSINERASI

Indikator Keberhasilan

Dengan mengikuti pembelajaran ini, peserta pelatihan diharapkan dapat

mengenali dan memahami WtE termal insenerasi.

Tujuan

Tujuan materi ajar pengenalan WtE termal insinerasi ini adalah agar peserta

pelatihan dapat mengidentifikasi dan memahami prinsip insinerasi serta WtE

termal berbasis insinerasi.

Konsep Dasar Wte Termal Insinerasi

Insinerasi adalah salah satu teknologi pengolahan sampah melalui pembakaran

langsung dan terus-menerus (kontinyu selama 24 jam) menggunakan udara

yang mencukupi dan pada temperatur tinggi. Insinerasi material sampah

mengubah sampah menjadi gas panas sisa hasil pembakaran, abu dan

partikulat. Gas yang dihasilkan insinerator dibersihkan dahulu dari polutan

sebelum dilepas ke atmosfer di dalam Air Pollution Control (APC) dan dipantau

secara kontinyu melalui Continuous Emission Monitoring System (CEMS).

Pada ruang bakar insinerasi (yang disebut insinerator), temperatur

pembakaran pada ruang bakar mencapai 800 hingga 1100 °C, dan

menghasilkan flue gas (gas buang) dengan temperatur tinggi. Dengan

pembakaran temperatur tinggi, sampah mengalami oksidasi dan berubah fasa

dari padatan atau cairan menjadi gas, utamanya dalam bentuk CO2 (karbon

dioksida) dan H2O (air). Dengan perubahan fasa ini, insinerasi menjadi sangat

efektif untuk mengurangi volume sampah sebanyak 80 hingga 90 persen,

dengan abu dan partikulat sebagai residu.

Panas yang dihasilkan insinerator dapat dimanfaatkan sebagai energi

pembangkit listrik dan keperluan domestik penduduk (pemanas air/ruangan).

Konsep inilah yang disebut sebagai Waste to Energy (WtE) termal insinerasi. Di

dalam WtE termal insinerasi terdapat insinerator penghasil gas panas, boiler

sebagai penangkap panas sekaligus pengubah air menjadi uap, turbin uap yang

mengubah energi uap menjadi putaran, serta generator yang mengubah

7

putaran turbin menjadi daya listrik, dan komponen-komponen pendukung

lainnya.

Komponen Utama WtE Termal Insinerasi

Berdasarkan konsep tersebut, terlihat bahwa WtE termal insinerasi

harus dirancang, dibuat dan digunakan sebagai satu kesatuan

komponen agar dapat berjalan sesuai tujuan, yaitu memusnahkan

sampah padat/cair dan memanfaatkan panas yang dibangkitkan

menjadi energi listrik. Secara umum, WtE termal insinerasi memiliki

komponen-komponen utama berikut:

a. Waste receiving system (sistem penerima sampah)

Sistem ini bertujuan sebagai penerima awal dari sampah pada

PLTSa untuk penanganan sampah pertama kali. Pada sistem ini

terdapat overhead crane atau sistem serupa untuk melakukan

homogenisasi sampah dan memasukkannya ke ruang bakar, serta

mungkin terdapat pencacah atau pengering awal sampah sebagai

tahapan pemrosesan awal (pre-treatment) sampah sebelum masuk

ruang bakar. Keterangan lebih terperinci terdapat di Modul

Pelatihan 3 Penyiapan Bahan Baku untuk WtE.

b. Ruang bakar (furnace)

Pada ruang bakar ini terjadi pembakaran sampah (mass-burning)

atau proses insinerasi pada temperatur tinggi sehingga

mengoksidasi sampah menjadi flue gas, partikulat dan abu.

Keterangan lebih rinci terdapat pada Bab Desain WtE Termal

Insinerasi Bab D mengenai desain ruang bakar insinerasi.

c. Flue gas treatment system (air pollution control)

Sistem penanganan flue gas atau yang biasa disebut air pollution

control merupakan sistem untuk mengatur kondisi flue gas yang

telah dimanfaatkan boiler sedemikian sehingga dapat keluar ke

atmosfer di bawah batas emisi yang diizinkan. Keterangan lebih

terperinci terdapat di Modul Pelatihan 11 Pengendalian Emisi WtE.

d. Boiler dan komponen siklus pembangkit

Boiler merupakan sistem pemanfaatan panas untuk

memanfaatkan flue gas yang masih panas dari ruang bakar

sehingga mampu mengubah air menjadi uap sebagai masukan

turbin. Uap jenuh keluaran turbin lalu dimasukkan ke kondenser


untuk didinginkan dan kemudian dipompa masuk kembali ke

boiler. Keterangan lebih terperinci terdapat di Modul Pelatihan 6

Pengantar Konversi Energi Termal Teknologi WtE.

e. Turbin & generator

Turbin memanfaatkan energi uap dari boiler sehingga dapat

berputar dan menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik.

Uap keluaran turbin kemudian dikondensasi dan masuk kembali ke

boiler. Keterangan lebih terperinci terdapat di Modul Pelatihan 6

Pengantar Konversi Energi Termal Teknologi WtE.

Setelah WtE menghasilkan listrik, tidak seluruh listrik yang

dihasilkan dapat digunakan atau dijual ke PLN, namun sebagian

listrik tersebut digunakan pula untuk keperluan WtE itu sendiri,

atau disebut juga ‘listrik pemakaian sendiri’. Konsumsi listrik untuk

pemakaian sendiri tersebut antara lain adalah untuk:

a. Mengoperasikan feedwater pump dan pompa-pompa lain

b. Mengoperasikan induced draft fan (IDF, kipas untuk menghisap

dan mengeluarkan flue gas dari cerobong) & forced draft fan

(FDF, kipas yang digunakan untuk meniupkan udara ke dalam

ruang bakar) dan fan lain

c. Mengoperasikan komponen pendingin turbin dan generator

d. Mengoperasikan sistem kendali WtE

e. Mengoperasikan overhead crane

f. Menjalankan conveyor pada ruang bakar, dan

g. Keperluan PLTSa lainnya (penerangan, kantor, dan lain

sebagainya).

Hasil pembangkitan listrik netto adalah total pembangkitan listrik dari

generator dikurangi dengan listrik pemakaian sendiri.

Proses Insinerasi di WtE

Secara umum, prinsip kerja WtE termal insinerasi dapat dilihat pada

Gambar 1. Proses insinerasi dimulai dari pengangkutan sampah yang

kemudian dimasukkan kedalam pit atau bunker sampah sebelum

masuk ke dalam ruang bakar pembakaran, agar didapatkan sampah

dengan jenis dan nilai kalor yang cukup seragam. Pada pit sampah ini,

tekanan dijaga negatif atau vakum agar debu dan bau dari sampah

9

tetap terjaga di dalam pit. Pada umumnya bunker sampah berkapasitas

untuk tiga hari hingga satu minggu operasi.

Gambar 1. Diagram Alir Umum Insinerasi Sampah Kota

Untuk beberapa jenis termal insinerasi, limbah sampah padat

membutuhkan pre-treatment terlebih dahulu sebelum masuk ke dalam

ruang bakar pembakaran. Dengan menggunakan overhead crane,

sampah yang telah tercampur dalam bunker kemudian dimasukkan ke

dalam ruang bakar melalui hopper & chute secara konstan dan

seragam, sebagai pengumpan (feeder) limbah sampah dari pit menuju

ke ruang bakar/ furnace yang berfungsi sebagai ruang pembakaran dari

sampah.

Detail dari diagram alir kerja dari WtE termal insinerasi yang lebih detail

dapat dilihat pada Gambar 2. Pembakaran sampah terjadi dengan

menghasilkan gas buang bertemperatur tinggi dan abu sebagai hasil

sisa. Gas buang dapat digunakan untuk heat recovery pada boiler

sehingga menghasilkan uap panas ke turbin yang menghasilkan listrik.

Gas buang yang telah melewati boiler kemudian melewati sistem air

pollution control atau penanganan dari flue gas agar keluar dari

cerobong dalam batas emisi yang diizinkan oleh lingkungan hidup.


Gambar 2. Detail Diagram Alir Kerja WtE Termal Insinerasi tipe Moving Grate

Secara global, proses kerja dari insinerasi dapat dibagi menjadi empat

kelompok, yang akan dijelaskan pada:

I. Pre-treatment

Proses pre-treatment sampah sebelum masuk insinerator bergantung

pada kualitas sampah dan sistem insineratornya. Proses pre-treatment

sampah meliputi kegiatan penyortiran dan homogenisasi. Berikut ini

penjelasan proses pre-treatment sampah yang pada umumnya

dilakukan.

a. Penyortiran

Penyortiran berfungsi untuk meningkatkan nilai kalori rata-rata

sampah sebelum masuk ke WtE insinerasi seperti terlihat di

Gambar 3. Kebutuhan penyortiran untuk masing-masing sistem

insinerator berbeda-beda. Untuk tipe moving grate incinerator,

sampah dapat dibakar tanpa melalui proses penyortiran, berbeda

dengan fluidized bed incinerator yang membutuhkan proses

penyortiran sampah sebelum masuk insinerator.

11

Gambar 3. Beberapa Proses Penyortiran

Proses penyortiran dapat dilihat pada Gambar 3. Pada proses

penyortiran ini, sampah dapat dibagi menjadi beberapa kelompok,

yaitu sampah yang dapat di daur ulang, sampah untuk dilakukan

treatment, dan sampah yang hanya bisa dilakukan proses landfill

karena tidak dapat diolah. Penyortiran dapat dilakukan secara

manual (penyortiran dengan bantuan tenaga manusia), otomatis,

dan penyortiran kasar. Penyortiran otomatis cukup memakan

waktu dan biaya, sedangkan penyortiran kasar hanya dapat

diaplikasikan untuk insinerasi selain tipe fluidized bed.

b. Homogenisasi

Kegiatan homogenisasi bisa berupa pencampuran sampah (mixing)

ataupun pencabikan sampah (shredding), sebagaimana dilihat

pada Gambar 4. Pencampuran sampah dilakukan untuk

mengontrol masukan energi dan proses pembakaran. Sedangkan

pencabikan sampah dilakukan untuk menangani sampah jenis

bulky waste (kumpulan/timbunan sampah berjumlah besar).

Pencabikan sampah merupakan persyaratan minimal untuk

fluidized bed incinerator, dan pada tipe moving grate pada

umumnya tidak perlu homogenisasi cukup mixing dan shredding

menggunakan overhead crane.

Gambar 4. Proses Mixing (kiri) dan Shredding (kanan)


II. Proses Pembakaran

Pada proses pembakaran sampah, ada beberapa sistem insinerator

yang digunakan, diantaranya adalah moving grate incinerator, rotary

kiln incinerator dan fluidized bed incinerator. Di antara ketiga sistem

insinerator tersebut, yang paling banyak digunakan untuk proses

insinerasi sampah adalah moving grate incinerator. Moving grate

incinerator merupakan tipe ruang bakar insinerasi yang berupa

susunan pelat atau piringan yang bergerak menggunakan conveyor

sebagai tempat pembakaran dari sampah, sebagaimana dapat dilihat

pada Gambar 5. Hal ini karena moving grate incinerator dapat

mengakomodasi variasi komposisi yang luas dan kapasitas pembakaran

sampah yang besar.

Gambar 5. Skematik Moving Grate

Dalam meningkatkan proses pembakaran, peran prinsip 3T

(temperature, turbulence, time) sangat penting. Temperatur,

turbulensi dan waktu memiliki perbandingan lurus terhadap

pembakaran. Semakin tinggi temperatur, semakin meningkatnya

turbulensi dan semakin lamanya waktu tinggal flue gas dan sampah

maka proses pembakaran juga semakin baik dan emisi berbahaya yang

dihasilkan lebih sedikit. Untuk insinerator tipe grate, ketentuan yang

berhubungan dengan prinsip 3T adalah waktu tinggal sampah dalam

grate insinerasi kurang dari 60 menit, waktu tinggal gas lebih dari 2

detik dan suhu gas lebih dari 850°C. Selama proses pembakaran,

persediaan udara harus cukup agar proses pembakaran sampah

berlangsung secara sempurna.

13

Proses pembakaran sampah dapat terbagi menjadi dua:

a. Horizontal

Selama proses arah horizontal pada bagian awal, sampah akan

mengalami proses pengeringan, pada tahap ini terjadi proses

pemanasan sehingga volatile matter terlepas, dan dilanjutkan

dengan proses pembakaran sehingga sampah menjadi abu, yang

kemudian didinginkan sebelum abu dikeluarkan dari dalam ruang

bakar. Proses pembakaran arah horizontal dilakukan pada sistem

grate atau piringan berpendingin udara atau air untuk

meningkatkan umur dari grate.

b. Vertikal

Pada proses vertikal diharapkan terjadi proses pembakaran gas-gas

pada temperatur antara 800 – 1100 °C, dan gas-gas berada pada

temperatur ini selama paling sedikit dua detik. Dengan demikian

diharapkan gas dioksin dapat terurai pada proses ini.

Udara untuk proses pembakaran dimasukan ke dalam ruang bakar

sebagai udara primer pada grate/piringan dan sebagai udara sekunder

pada proses pembakaran gas. Udara primer diambil dari lubang atau

bunker sampah, sedangkan udara sekunder diambil dari rumah boiler.

Masing-masing udara tersebut mengalami proses pemanasan awal.

Proses pemanasan bisa dilakukan dengan ekstraksi uap atau

menggunakan gas buang yang masih bertemperatur tinggi. Pada proses

pembakaran dihasilkan gas buang dan bottom ash. Bottom ash yang

masih bisa dimanfaatkan seperti metal akan didaur ulang, sedangkan

bottom ash yang tidak termanfaatkan bisa masuk ke TPA.

Pada umumnya, ruang bakar dilengkapi dengan auxiliary burner

dengan bahan bakar minyak atau gas. Fungsi dari auxiliary burner ini

adalah:

Untuk memanaskan ruang bakar hingga mencapai temperatur

850°C pada saat start.

Untuk mempertahankan temperatur pembakaran di atas 850°C.

Dengan demikian auxiliary burner akan menyala secara manual

apabila temperatur pembakaran berada di bawah 850°C.

Untuk membakar gas hasil pembakaran pada saat shutdown.


III. Heat recovery (Pemanfaatan Panas)

Gas buang (flue gas) yang merupakan hasil pembakaran sampah

memiliki temperatur yang tinggi, dan harus didinginkan terlebih dahulu

sebelum keluar melalui cerobong. Heat recovery merupakan proses

pemanfaatan panas dari flue gas, karena temperatur keluaran flue gas

yang masih cukup tinggi. Heat recovery menggunakan prinsip heat

transfer/perpindahan panas. Panas dari flue gas dapat dimanfaatkan

untuk beberapa hal, yaitu:

1. Power: Menghasilkan listrik

2. Steam: Menghasilkan uap untuk industri proses

3. Heat: Keperluan domestik penduduk, seperti pemanas air atau

pemanas ruangan.

Flue gas yang sangat panas membawa potensi energi yang sangat

besar, terutama untuk pembangkitan listrik. Pembangkitan listrik pada

PLTSa menggunakan prinsip siklus Rankine, yang dapat dilihat pada

Gambar 6. Siklus Rankine merupakan siklus tertutup, yang

memanfaatkan reservoir panas dan dingin untuk menghasilkan listrik.

Panas yang dibawa oleh flue gas dari proses pembakaran akan di-

recovery dengan menggunakan boiler. Pada umumnya boiler mampu

untuk menurunkan temperatur flue gas hingga 200 °C.

Boiler dari jenis boiler pipa air seperti pada Gambar 6 menggunakan

konsep pemanasan konveksi bebas. Boiler terdiri dari bagian radian,

bagian konvektif, superheater, dan ekonomiser. Pipa-pipa ketel pada

bagian radian harus terbungkus material refraktori atau teknik lain

yang dapat mencegah terjadinya korosi secara berlebihan. Pada

umumnya, jenis boiler yang digunakan adalah tipe water-tube boiler,

yaitu tipe boiler yang mensirkulasikan pipa berisi air yang dipanaskan

secara eksternal menggunakan panas dari flue gas. Skema water-tube

boiler dapat dilihat pada Gambar 7.

15

Gambar 6. Siklus Rankine

Dengan menggunakan siklus rankine, maka beberapa hal dapat

ditentukan, yaitu:

a. Berdasarkan karakteristik atau jenis sampah, maka dapat

ditentukan nilai kalornya, sehingga dapat mengetahui Qin (kalor

masuk) pada ruang bakar.

b. Dengan menggunakan siklus rankine, maka dapat ditentukan kerja

dari pembangkit berdasarkan kondisi operasi dari masing-masing

equipment pada PLTSa (turbin, kondensor, ruang bakar, pompa).

Hal ini dikarenakan kerja dari pembangkit merupakan luas daerah

tertutup dari siklus rankine tersebut.

c. Dengan mengetahui kalor masuk dari ruang bakar dan kerja dari

pembangkit, maka dapat menghitung efisiensi dari pembangkit

listrik, dimana efisiensi merupakan kerja yang dihasilkan PLTSa

dibagi dengan nilai kalor yang masuk ke ruang bakar (bergantung

pada karakteristik dan nilai kalor sampah)

Gambar 7. Ilustrasi Boiler jenis Water-Tube


Dengan adanya pertukaran panas antara flue gas dengan air di dalam

boiler, akan dihasilkan uap superpanas yang bertekanan tinggi yang

digunakan untuk menggerakkan turbin. Turbin yang di-kopel dengan

generator kemudian akan menghasilkan listrik sesuai dengan desain

dari pembangkit listrik. Sisa flue gas yang masih panas kemudian dapat

dimanfaatkan untuk pemanas ruangan atau pemanas air untuk

keperluan domestik rumah tangga penduduk. Uap jenuh yang keluar

dari turbin kemudian dikondensasi dengan menggunakan kondensor,

sehingga mengubah fasa uap menjadi cair. Air yang melewati

kondensor kemudian dimasukkan ke feedwater untuk dipompakan lagi

ke dalam boiler.

IV. Air Pollution Control atau Flue Gas Treatment

Gas buang yang telah digunakan untuk recovery panas untuk

menghasilkan listrik pada turbin-generator dan keperluan domestik

lainnya perlu dilakukan treatment agar memenuhi persyaratan emisi

yang diizinkan oleh lingkungan hidup. Sistem pengendalian flue gas ini

disebut juga sistem Air Pollution Control (APC). Berdasarkan Peraturan

Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan Republik Indonesia Nomor

P.70/Menlhk/Setjen/Kum.1/8/2017 Tentang Baku Mutu Emisi Usaha

Dan/Atau Kegiatan Pengolahan Sampah Secara Termal, standard baku

mutu emisi di Indonesia adalah sebagaimana dapat dilihat pada Tabel

1.

Tabel 1. Standard Baku Mutu Emisi Indonesia

No. Parameter Satuan Batas Maksimum

Usulan

1

2

3

4

5

6

7

8

Total Partikulat

Sulfur Dioksida (SO2)

Oksida Nitrogen (NOx)

Hidrogen Klorida (HCl)

Merkuri (Hg)

Karbon Monoksida (CO)

Hidrogen Fluorida (HF)

Dioksin & Furan

mg/Nm3

mg/Nm3

mg/Nm3

mg/Nm3

mg/Nm3

mg/Nm3

mg/Nm3

mg/Nm3

120

210

470

10

3

625

2

0,1

17

Maka untuk menurunkan emisi flue gas hasil pembakaran dari insinerasi

dibawah batas maksimumnya, diperlukan sistem penanganan flue gas

lebih lanjut. Secara umum, treatment flue gas dijelaskan pada Tabel 2,

dimana terdapat polutan dan teknologi mengenai cara penanganannya.

Penjelasan mengenai teknologi penanganan dan pengendalian flue gas

dijelaskan berikut ini.

a. Electrostatic precipitator (ESP)

Electrostatic precipitator (ESP) merupakan media filtrasi yang

menghilangkan partikel-partikel seperti abu (fly ash) dan smoke

(asap) dari flue gas. Skematik diagram dari ESP dapat dilihat pada

Gambar 8, dimana konsep ESP menggunakan muatan elektrostatik

terinduksi yang menghalangi partikulat seperti abu / fly ash dan

partikulat lainnya. Flue gas dialirkan ke sebuah box dengan pelat-

pelat yang ditanahkan (grounding). Elektroda yang bermuatan

negatif (oleh high-voltage DC) berada diantara baris-baris pelat

tersebut. Hal itu menyebabkan adanya medan listrik yang menarik

partikel-partikel ke pelat untuk membentuk lapisan debu. Secara

berkala, pelat digerak-gerakkan dan debu berjatuhan ke

penampungan debu di bagian bawah.

Gambar 8. Diagram Electrostatic Precipitator


Konsep ESP dapat menurunkan level debu hingga 20-150 mg/Nm3

bergantung dari desainnya. ESP memiliki struktur yang kuat dan

tidak mudah rusak, serta biaya O&M nya rendah. Namun biaya

investasinya cukup tinggi. Selain itu, terdapat tipe basah dari ESP

yaitu wet electrostatic precipitator, yang juga berfungsi untuk

memisahkan debu, butiran air, partikel halus, dan partikel

submikron dari flue gas.

Tabel 2. Penanganan Komponen Polutan Flue gas

Polutan Teknologi/Cara Penanganan

Partikel/Partikulat Dry/wet/condensation electrostatic precipitators Ionization wet scrubbers Fabric filters Cyclones dan multi-cyclones

Gas asam (HCl, HF, SOx,….)

Wet-scrubber Semi-dry/dry scrubber (misalnya suspension of lime) + bag filter

Desulfurisasi langsung

Injeksi adsorben (misalnya senyawa kalsium) langsung ke ruang pembakaran

Nitrogen Oksida (Nox)

Mengontrol udara dan suhu, resirkulasi gas buang, Selective Non-Catalytic Reduction (SNCR) dan Selective Catalytic Reduction (SCR)

Hg Teknik Utama : Pengumpulan terpisah,

membatasi penerimaan sampah yang terkontaminasi. Teknik sekunder: scrubber dengan penambahan oksidan, karbon aktif, ruang bakar arang atau zeolit.

Logam berat yang lain

Dikonversi ke dalam no-volatile oxides dan disetorkan fly ash, semua teknik merujuk pada penghilangan partikel yang dapat diterapkan. Karbon aktif diinjeksi ke dalam scrubbing unit.

19

Polutan Teknologi/Cara Penanganan Senyawa karbon organik

Adsorbsi pada karbon aktif SCR digunakan untuk NOx Catalytic bag filters Static bed filters Rapid quenching of flue-gas

Gas Rumah Kaca (CO2, NO2)

Semua teknik yang digunakan untuk penanganan NOx

b. Bag filter (fabric filter)

Fabric filter merupakan salah satu metode untuk mengurangi

jelaga dan abu dari gas buang. Prinsip kerja dari bag filter dapat

dilihat pada Gambar 9, dimana konsep dari fabric/bag filter ini

adalah melewatkan flue gas ke sebuah box, yang ditekan menuju

bag berbentuk silinder. Lapisan debu terbentuk pada permukaan

bag. Debu nantinya akan ditampung dengan menggunakan

mekanisme shaking (penggoncangan) di dalam bag filter.

Gambar 9. Bag/Fabric filter

Bag/fabric filter dapat menurunkan level debu hingga 10 mg/Nm3.

Bag filter memiliki efisiensi tinggi, dapat sekaligus menghilangkan

gas asam, dan biaya O&M yang tidak terlalu mahal. Namun bag

filter rentan terhadap uap air (moisture) dan percikan listrik

(spark). Teknologi terkini dari bag filter antara lain adalah multi-

compartment fabric filter, dan hybrid bag filter, sebagaimana

dapat dilihat pada Gambar 10.


Beberapa keunggulan dari hybrid bag filter antara lain adalah

1) Sebagai pelengkap dari reaktor penyaring yang dapat

menghilangkan SOx, HCl, debu, dan NOx sekaligus secara lebih

optimal

2) Sebagai solusi menyeluruh untuk kontrol emisi

3) Kemudahan perawatan karena struktur yang sederhana

Gambar 10. Hybrid Bag filter

c. Teknik Mengurangi Gas Asam (HCl, HF, SOx)

Untuk mengurangi gas asam seperti halogen dan sulfur dioksida,

agen penyerapan fisik/kimia (sorption agent) di injeksi kedalam

flue gas dan berkontak dengan flue gas, dimana agen sor Hasil

reaksinya adalah larutan atau larutan garam.

1. Dry system

Pada proses penyerapan kering, agen absorpsi (umumnya lime

atau sodium bikarbonat) dimasukkan ke reaktor sebagai bubuk

kering. Skematik diagram dari dry-system dapat dilihat pada

Gambar 11, dimana dry-system ini melibatkan injeksi solid

hydrated lime/ sodium bikarbonat ke flue gas sebagai bubuk.

Reagent dikumpulkan pada bag filter untuk membentuk ‘filter

cake’, yaitu partikel-partikel padat yang terakumulasi pada

media filter. Kemudian terjadi reaksi antara gas asam dan

reagent saat flue gas melewati filter cake. Hasil reaksi nya

adalah padatan dan perlu dipisahkan dari flue gas sebagai debu

pada beberapa tingkat penyerapan, yang pada umumnya

menggunakan bag filter.

21

Gambar 11. Skematik dry-system

Teknologi terkini dari dry-system adalah menggunakan bahan

kimia berbasis sodium, sebagaimana dapat dilihat pada

Gambar 12. Hal ini dapat meningkatkan tingkat pengurangan

gas asam, sehingga sisem ini dapat mengurangi steam atau uap

yang digunakan untuk sistem selain pembangkitan listrik. Maka

dari itu, sistem ini dapat meningkatkan kapasitas

pembangkitan listrik oleh turbin uap.

Gambar 12. Teknologi dry flue gas treatment system dengan

efisiensi tinggi

2. Semi-wet system

Dapat juga disebut proses semi-dry, dengan skematik diagram

dari semi dry-system dapat dilihat pada Gambar 13. Prinsip

kerja dari semi-dry system adalah menginjeksi quick lime

sebagai slurry ke flue gas dalam bentuk spray/semburan dari


butiran air. Gas asam diserap menjadi fasa cair pada

permukaan butiran air dan bereaksi dengan quick lime. Butiran

air menguap saat flue gas melewati sistem, sekaligus

mengurangi temperatur gas. Produk hasil reaksi berupa

padatan dan dibuang sebagai debu menggunakan bag filter.

Proses ini membutuhkan agen penyerapan yang berlebih.

Gambar 13. Teknik semi-dry atau spray absorber

Teknologi lainnya dari teknik semi-dry adalah menggunakan

prinsip fluidized bed tersirkulasi untuk menghilangkan gas

asam dengan lime secara efisien, sebagaimana dapat terlihat

pada Gambar 14. Reagent disirkulasi untuk mengoptimalkan

penggunaan reagent dan menangkap kontaminan. Sistem ini

juga dapat diinjeksikan karbon aktif atau ‘coke’. Dengan sistem

ini, penggunaan lime dapat berkurang, emisi rendah dengan

fleksibilitas tinggi, dan teknologi telah teruji. Efisiensi energi

juga tinggi dibandingkan sistem yang berbasis lime-slurry.

Gambar 14. Semi-dry teknologi sirkulasi reagent

23

3. Wet system

Pembersihan flue gas dengan metode basah menggunakan

beberapa tipe desain scrubber, seperti tipe jet, rotasi, spray,

venturi, dry tower, dan lain sebagainya. Wet-system

melibatkan pencampuran flue gas dengan larutan alkalin

(sodium hidroksida/hydrated lime), dimana sistem ini

menghasilkan performa baik namun membutuhkan konsumsi

air yang banyak dan menghasilkan limbah cair yang harus dolah

kembali, sehingga biayanya cukup mahal. Umumnya digunakan

untuk PLTSa dengan level gas asam yang tinggi dan

memerlukan kapasitas buffering.

Wet-process dengan dua tingkat dapat dilihat pada Gambar

15, larutan scrubber bersifat asam saat diinjeksi dengan

menggunakan air karena proses dekomposisi asam, sehingga

terbentuk HCl dan HF pada tahap pertama scrubber. SO2 akan

dihilangkan pada tahap kedua dari sistem wet scrubber.

Gambar 15. Contoh wet-process dengan 2 tingkat

Teknologi lain dari wet scrubbing dapat dilihat pada Gambar

16, dimana prinsip kerjanya adalah kontaminan ditangkap

dengan cara mengintensifkan kontak antara flue gas dan air.

Pada tiap-tiap tingkat scrubber butiran air kecil diinjeksi agar

didapatkan permukaan kontak yang besar, dengan aliran

counterflow. Dengan teknologi ini, didapatkan emisi gas asam

dan residu terendah, biaya O&M rendah, dan juga dapat

menghilangkan partikulat dan aerosol dengan baik.


Gambar 16. Wet Scrubber teknologi lain

Pada wet scrubber juga terdapat teknologi lainnya yaitu

condensing scrubber, dimana pada wet scrubber di-install

penukar kalor untuk menangkap uap air pada flue gas, Energi

dari air terkondensasi dapat digunakan untuk menghasilkan

panas pada perkotaan, sehingga energy recovery semakin tinggi.

Energi yang di-recover dari condensing scrubber berada pada

temperatur menengah yang paling baik digunakan untuk

pemanasan di rumah-rumah atau koneksi dengan heat pump.

d. Teknologi APC lainnya

Beberapa teknologi APC lainnya adalah sebagai berikut

i. Flue Gas Recirculation (FGR)

FGR melibatkan resirkulasi flue gas menuju ruang bakar untuk

menggantikan udara sekunder untuk menambah turbulensi dan

menyeimbangkan temperatur. Sistem FGR ini dapat mereduksi

NOx secara signifikan

ii. SNCR (Selective Non-Catalytic Reduction)

Pada proses ini, NOx bereaksi dengan amonia (NH3) yang

secara kimia terkonversi ke nitrogen dan uap air. Semakin

banyak injeksi amonia, penghilangan NOx juga semakin besar.

Kelebihannya dapat dihilangkan melalui proses wet scrubbing.

Amonia dapat di-recover dan diinjeksi kembali ke ruang bakar.

25

Dengan proses ini, pembentukan dioksin berkurang dan

menghilangkan NOx hingga 90%

iii. SCR (Selective Catalytic Reduction)

Proses ini terjadi dengan mereaksikan antara amonia atau urea

dengan NOx dengan menggunakan katalis untuk

menghilangkan NOx. Air amonia diinjeksi ke nosel flue gas,

sehingga terbentuk nitrogen dan uap air pada permukaan

katalis.

iv. Sulphur Recirculation

Resirkulasi sulfur merupakan teknologi yang unik untuk

mengurangi laju korosi pada super-heater dan menambah

produksi listrik apabila tekanan dan temperatur boiler &

superheater bertambah. Sulfur diresirkulasi dari wet flue gas

cleaning kembali ke boiler, sehingga mengurangi konten klorida

pada depositnya untuk mengurangi korosi pada boiler dan

pembentukan dioksin.

Sampah Sebagai Bahan Bakar Insinerasi

Pada proses insinerasi, pasokan bahan bakar sampah baik dari segi

kualitas maupun kuantitas harus diperhatikan. Tidak semua sampah

dapat menjadi bahan bakar proses insinerasi. Ada persyaratan yang

berkaitan dengan sampah sebagai bahan bakar insinerasi yang harus

dipenuhi agar proses pembakaran dapat berjalan dengan baik.

Persyaratan tersebut antara lain:

1. Bahan bakar sampah minimal harus memiliki nilai kalori (Lower

Heating Value/LHV) sebesar 7 MJ/kg sepanjang tahun. Jika nilai

kalori dari sampah kurang dari nilai kalori yang disyaratkan, maka

diperlukan pre-treatment atau bahan bakar tambahan agar nilai

kalori meningkat dan proses insinerasi bisa berlanjut.

2. Pasokan yang stabil untuk proses insinerasi sampah adalah minimal

50.000 ton/ tahun, dan variasi suplai sampah tidak boleh melebihi

20%.

3. Sampah dikategorikan sebagai mampu untuk diproses secara

insinerasi tanpa menggunakan bahan bakar tambahan (auxilliary

fuel) apabila sampah tersebut memiliki kadar abu dibawah 60%

dan kadar air dibawah 50%.


4. Perkiraan komposisi dan jumlah sampah harus dibuat berdasarkan

survei pada Tempat Pembuangan Akhir sampah yang akan menjadi

bahan bakar insinerasi, dan harus dilakukan oleh institusi yang

berpengalaman.

Untuk mendirikan sebuah insinerator pengolah sampah, diperlukan

gambaran jangka panjang tentang sampah yang dihasilkan di masa

depan. Tidak hanya jumlah sampah, tetapi juga komposisi, sumber dan

nilai kalor sampah. Tabel 3 menyediakan kisaran nilai kalori dari

berbagai jenis sampah kota yang dibakar dalam WtE Insinerasi.

Tabel 3. Kisaran Nilai Kalori Berbagai Sampah Kota

Tipe Sampah kJ/kg Kcal/kg

Sampah Rumah Tangga 6.300-10.500 1.500-2.500

Bulky Waste 10.500-16.800 2.500-4.000

Sampah komersial dan industri 7.600-12.600 1.800-3.000

Minyak bekas 33.600-42.000 8.000-10.000

Limbah lumpur (75% kandungan air) 1.200 290

Residu dari kompos 6.300-10.500 1.500-2.500

Jenis Dan Fitur Wte Termal Insinerasi

Terdapat jenis-jenis WtE termal berbasis insinerasi berdasarkan konsep

pembakarannya. Beberapa diantaranya akan dibahas dalam subbab

berikut:

Fixed bed Incinerator/Reactor

Tipe fixed bed merupakan tipe konvensional, dimana grate yang tidak

bergerak berada di bagian bawah insinerator dengan bukaan pada

bagian atas atau samping untuk memasukan sampah dan bukaan

lainnya untuk memindahkan bahan yang tidak terbakar (abu, logam,

dan sebagainya). Dibawah bagian piringan (grate) adalah ash pit yaitu

tempat untuk menampung abu.

Gambar 17 merupakan skema insinerator fixed bed dan prinsip

kerjanya. Pada reaktor pembakaran fixed bed, tumpukan sampah yang

dibakar mempunyai beberapa zone mulai bagian bawah adalah zona

27

pembakaran, zona gasifikasi, zona pirolisa dan zona pengeringan pada

bagian paling atas. Sebagian gas hasil pembakaran mengalami reaksi

gasifikasi dengan bantuan panas eksotermis hasil pembakaran.

Selanjutnya gas panas ini mengalir ke atas melewati zona pirolisa

dimana pada zona ini terjadi proses penguapan bahan menguap

sampah kering yang berasal dari zona pengeringan.

Gambar 17. Insinerator jenis Fixed Bed dan Prinsip Kerjanya

Pada tahap akhir gas panas dan bahan menguap mengalir ke zona

pengeringan sehingga sampah mengalami dehidrasi sebelum dibuang

ke keluar. Sampah kering hasil dehidrasi turun ke zona pirolisa baik

secara gravitasi atau dengan bantuan mekanis. Produk dari zona

pirolisa berupa arang mengalir ke zona pembakaran.

Kelebihan & Kekurangan Insinerasi tipe Fixed Bed

Kelebihan tipe ini adalah:

Harga murah dan perawatan relatif lebih mudah, karena sangat

sedikit peralatan mekanikal yang bergerak.

Bentuk simpel dan tidak membutuhkan space yang luas

Sementara kekurangan tipe ini adalah:

Kapasitas pembakaran sampah kecil, hanya cocok untuk limbah

sampah dengan jumlah sedikit.


Tipe insinerator ini membutuhkan pre-treatment atau pemilahan

sampah-sampah sebelum dibakar

Efisiensi yang cenderung rendah dan memiliki emisi yang cukup

tinggi.

Dikarenakan kapasitasnya yang terlalu kecil dan penanganan flue gas

yang sangat minimum, maka tipe insinerasi ini jarang digunakan dan

tidak dibahas terlalu detail dalam modul ini.

Moving Grate (MG) Incinerator (Stoker)

Jenis insinerasi moving grate (MG) sangat banyak diaplikasikan pada

PLTSa di dunia, dimana MG memungkinkan pergerakan sampah

dengan menggunakan conveyor pada ruang pembakaran agar terjadi

pembakaran yang efektif dan sempurna pada sampah. Tujuan utama

dari tipe moving grate ini adalah distribusi udara yang baik pada ruang

bakar sesuai kebutuhan pembakaran. PLTSa dengan jenis moving grate

dapat membakar 35 metrik ton sampah per jam. Tipe moving grate

stoker tidak membutuhkan pre-treatment, sehingga dapat mengolah

sampah dengan variasi dan jumlah yang besar.

Pada tipe moving grate stoker ini, pembakaran terdiri dari tiga zona

seperti yang dapat dilihat pada Gambar 18, yaitu zona pengeringan

(drying), pembakaran (combustion), dan pasca pembakaran (post-

combustion). Pada zona pengeringan, sampah dikeringkan terlebih

dahulu sebelum dibakar, sehingga bahan-bahan volatile atau bahan

yang mudah menguap seperti uap air yang terkandung pada sampah

kemudian dapat ber-evaporasi. Pada fase pembakaran, sampah

terbakar sempurna, mengalami distilasi kering yang dilanjutkan dengan

oksidasi aktif pada suhu tinggi, dan menghasilkan flue gas. Kemudian

fase pasca pembakaran akan membakar sisa sampah yang belum

terbakar dan tersisa pada abu insinerator hingga habis.

29

Gambar 18. Tipe pembakaran stoker dengan moving grate (piringan

yang bergerak)

Udara primer yang dipakai dalam proses pembakaran disuplai melalui

celah piringan. Suplai udara pembakaran sekunder dilakukan dengan

memompa udara menuju bagian atas piringan. Jika dilakukan dengan

kecepatan tinggi, hal ini dapat memicu turbulensi yang memastikan

terjadinya pembakaran yang lebih baik dan surplus oksigen. Turbulensi

ini juga penting untuk pengolahan gas sisa hasil pembakaran sampah.

Berdasarkan jenis pendinginannya, tipe insinerasi ini dapat dibagi

menjadi pendinginan dengan udara dan air.

Secara umum, tipe insinerasi dengan pendinginan air seperti di

Gambar 19 digunakan untuk sampah dengan nilai kalor (LHV) yang

tinggi, untuk menjaga reliabilitas dari grate. Namun pendinginan

dengan air ini kurang disukai karena membutuhkan sistem sirkulasi &

pendingin air untuk pendinginannya, sehingga akan memakan banyak

tempat dan biaya.


Gambar 19. Contoh moving grate tipe water-cooled

Pada umumnya beberapa material halus (disebut juga sifting) jatuh

melalui grate. Material ini kemudian ditampung pada bottom ash

hopper. Material-material halus ini dapat di-recover untuk produk

lainnya, atau dikembalikan lagi ke proses insinerasi. Peralatan stoker

harus dibuat dan dioperasikan sehingga tahan terhadap kerusakan api,

dan mencegah jatuhnya aluminium, kaca, dan material meleleh

lainnya. Sehingga harus menggunakan material berkualitas yang

memiliki ketahanan panas yang baik dan mencegah keausan.

Konsep Insinerasi Jenis Moving Grate

Pada sisi feedstock (tempat masuknya sampah), untuk menjaga pembakaran

yang stabil maka diberikan anjuran segitiga karakteristik sampah (lower

heating value, moisture, dan ash content) seperti ditunjukan pada Gambar 20

berada dalam daerah yang diarsir.

Gambar 20. Anjuran segitiga karakteristik sampah untuk mencapai pembakaran

yang stabil

31

Pada perkembangan teknologi terkini secara praktis, nilai kalor LHV

bahan baku diharapkan lebih besar dari 6 MJ/kg dengan fluktuasi

variasi antara 6-12 MJ/kg sebagai acuan. Kebutuhan operasi yang

diperlukan jika bahan baku di luar batas tersebut adalah kebutuhan

pre-heater udara jika nilai kalor LHV bahan baku rendah dan kapasitas

uap cadangan jika nilai kalor melebihi nilai LHV. Penggambaran daerah

rancangan bahan baku terhadap produksi energi termal terlihat pada

Gambar 21.

Gambar 21. Daerah rancangan ruang bakar

Pada sisi moving grate, aspek desain dalam perencanaan dimensi

grate antara lain:

a. Firing capacity (MW)

b. Nilai kalor bahan bakar LHV (MJ/kg)

c. Waste throughput (ton/jam)

d. Thermal grate load (kW/m2) dan mechanical grate load (ton/m2)

Perbedaan mendasar masing masing jenis grate terletak pada

mekanisme pergerakan elemen grate untuk membuat gerakan relatif

sehingga sampah secara otomatis dapat bergerak sepanjang

combustion zone (pusher, reciprocating, roller grate). Aspek lain yang

perlu diperhatikan adalah lifetime dari material grate, bagian

permukaan grate selalu ter-ekspose oleh temperatur pembakaran

yang tinggi dan gesekan sehingga tidak terhindarkan dari wear dan


tear. Konsekuensinya adalah grate dirancang menggunakan pendingin

udara atau pendingin air sehingga temperatur dari elemen grate dapat

terkontrol. Trade off antara efisiensi pembakaran dan lifetime moving

grate akan terjadi dikarenakan adanya penurunan kapasitas termal

sebanyak yang terserap oleh media pendingin grate (udara / air).

Pada bagian akhir dari grate, ruang bakar akan dilengkapi dengan

sistem Shifting Discharge yaitu sistem pengumpul dan pengangkut

kotoran (abu/sampah) yang lolos ke bawah grate seperti ditunjukan

pada Gambar 22. Kotoran yang lolos dari grate dikumpulkan pada

shifting hopper, disemprot air untuk menurunkan temperaturnya dan

kemudian diangkut oleh konveyor ke ekstraktor abu bersama-sama

dengan bottom ash. Ruang bakar juga akan dilengkapi dengan sistem

pengumpul abu (ash extractor) yang berupa pendorong abu otomatik

dengan penggerak hidrolik atau pneumatic. Baik bottom ash maupun

shifting ash didinginkan terlebih dahulu hingga temperatur 60 °C

sebelum dimasukkan ke pengangkut abu.

Gambar 22. Sistem pengumpul abu (ash handling and discharge)

Pada sisi operasi, proses pembakaran secara umum dilakukan pada

dua bagian yakni: pembakaran udara primer dan pembakaran udara

sekunder. Pembakaran udara primer akan terjadi ketika feedstock

berada di atas grate dan disuplai oleh udara primer dari bawah grate,

sedangkan kebutuhan udara sekunder dalam proses pembakaran

diinginkan untuk mencapai pembakaran sempurna dengan kondisi:

33

a. Cukup oksigen sehingga proses pembakaran masih dapat

berlangsung

b. Cukup waktu tinggal pada temperatur diatas 850 °C (lebih dari 2

detik), untuk memastikan dioxin dapat terurai

c. Cukup bercampur sehingga tiga aspek pembakaran dapat terpenuhi

(waktu, temperatur, dan tercampur)

d. Tekanan ruang bakar di bawah tekanan atmosfer (mencegah

terjadinya kebocoran dan ledakan)

Kondisi rasio campuran udara terhadap bahan bakar (λ) pun akan

berpengaruh saat pembakaran karena akan menentukan tingkatan

emisi (NOx, Dioxin, CO) dan temperatur pembakaran. Dalam hal ini,

penyusun dokumen AMDAL harus menyertakan BAT (best available

technology) dalam rangka mencapai emisi gas buang yang rendah.

Gambar 23 menunjukkan pengaruh dari jumlah udara suplai terhadap

bahan bakar atau biasa disebut dengan istilah air fuel ratio. Variasi

pasokan jumlah udara pada ruang bakar direkayasa sedemikian

sehingga dapat menekan produksi emisi gas NOx. Pada kondisi

pembakaran dengan pasokan udara normal emisi NOx sebesar 400

mg/Nm3, namun dengan penurunan jumlah pasokan udara pada

bagian secondary combustion sesuai skema LN emisi NOx turun menjadi

300 mg/Nm3, sedangkan pada skema VLN emisi NOx sebesar 250

mg/Nm3.

Gambar 23. Pengaruh λ terhadap emisi NOx (LN = Low NOx ; VLN = Very

Low NOx)

Beberapa teknologi dan pengembangan dari insinerator jenis moving

grate adalah


1. Tumbling & Sliding Tiles Moving Grate

Tipe ini digunakan untuk mengakomodasi fluktuasi komposisi

sampah yang berbeda sebagai input ruang bakarnya. Sebagaimana

terlihat pada Gambar 24, tipe aktuator yang terkontrol secara

terpisah yang digunakan untuk pergerakan/pemindahan sampai

pada grate sekaligus pencampuran sampah. Dua hal ini

diakomodasi dengan menggunakan sliding tiles (untuk pergerakan

sampah horizontal secara kontinu dan lambat) dan tumbling tiles

(pergerakan sampah secara vertikal miring untuk pencampuran

dan aerasi)

Gambar 24. Tumbling & Sliding Tiles Moving Grate

2. Two-way gas flow with intermediate ceiling

Pada teknologi ini, gas tak terbakar (unburned gas) dan gas

terbakar (burned gas) dipisahkan di dalam ruang bakar dengan

intermediate ceiling dan dicampurkan kembali di ruang

pencampuran untuk mendapatkan pembakaran yang sempurna,

sebagaimana terlihat pada Gambar 25. NOx yang tergenerasi pada

zona pembakaran utama (zona merah) berkurang dan

terdekomposisi di dalam ruang pencampuran gas ketika beraksi

dengan NH3, HCN, dan lain-lain yang terdenitrasi sendiri (self-

denitrated) pada zona pengeringan (zona biru).

Gambar 25. Skematik two-way gas flow

35

Dengan teknologi ini, produksi dioksin berkurang karena reaksi

terjadi pada temperatur tinggi, waktu retensi yang cukup, dan

terjadi pencampuran/turbulensi sebagai syarat pengontrolan

produksi dioksin (3T). Selain itu, korosi pada boiler juga berkurang

karena gas yang tereduksi.

3. Low-excess air combustion

Pada ruang bakar stoker normal, aliran gas dan daerah temperatur

pada ruang bakar adalah heterogen, sehingga udara berlebih dari

nilai teoritiknya harus diberikan untuk kestabilan pembakaran.

Pada Gambar 26, udara pembakaran temperatur tinggi yang

berasal dari flue gas setelah filter bag (sebelum induced draft fan)

ditiupkan diatas bagian refuse layer membentuk zona pembakaran

yang stabil pada lapisan sampah bagian atas (refuse layer).

Gambar 26. Low-excess air combustion

Hal ini membuat dekomposisi termal dipercepat dengan menjamin

pembakaran stabil walaupun rasio udara berlebihnya rendah (1.3-

1.5 kali). Sehingga pembentukan NOx, CO, dan dioksin berkurang,

heat loss berkurang dan efisiensi recovery dari exhaust gas

bertambah.

4. Back & forth moving grate

Moving grate jenis dyna grate adalah sistem pembakaran yang

terdiri dari seri piringan api (fire grates) yang terdiri dari beberapa

langkah. Sebagaimana terlihat pada Gambar 27, grate tersebut

bergerak ke belakang dan depan untuk mengakomodasi kontak

yang efisien antara sampah dan udara untuk mendapatkan

pembakaran yang stabil dari sampah.


Gambar 27. Back & Forth Moving Grate

5. DynaGrate merupakan teknologi terkini dari moving grate

sebagaimana dapat dilihat pada Gambar yang memiliki keunggulan

sebagai berikut

- Agitasi yang kuat pada tempat pembakaran dari sampah

menghasilkan pembakaran sempurna. Dimana pergerakan antar

grate seperti pergerakan longitudinal gelombang untuk

mengoptimasi pembakaran dengan grate yang dipasang pada

shaft membentuk sudut kurang lebih 60 derajat.

- Desain unik, dimana tidak ada kontak antara batangan-batangan

grate, sehingga dapat meminimalisir gaya mekanis antar grate,

dan mengurangi kebutuhan spare part. Keausan dapat jauh

dikurangi.

- Tersedia untuk kapasitas bervariasi dari 4-55 ton/jam, dengan

lebar grate mencapai 6 meter. Serta terdapat empat bagian dari

sistem pembakaran pada grate, sehingga memungkinkan untuk

mengatur kecepatan dan kelebihan udara di tiap-tiap

bagiannya.

Gambar 28. Moving Grate jenis DynaGrate

37

Kelebihan dan Kekurangan insinerator tipe moving grate

Kelebihan dari insinerator tipe moving grate ini adalah

Tidak memerlukan pemilahan atau pre-treatment limbah

padat yang masuk ke insinerator

Dapat mengakomodasi variasi nilai kalor dan komposisi limbah

padat yang cukup besar.

Teknologi telah secara luas dipakai, telah banyak dibangun di

dunia dan teruji performanya secara teknis

Efisiensi termal keseluruhan mencapai 85%

Kapasitas dari sampah yang akan dibakar cukup besar, dimana

mencapai 1200 ton/hari tiap ruang bakarnya.

Sementara kekurangan dari insinerator tipe moving grate adalah:

Kebutuhan udara berlebih, yang menyebabkan volume flue gas

yang lebih banyak

Biaya investasi dan perawatan cukup besar

Kurang sesuai untuk nilai kalor yang cukup tinggi (lebih dari

3000 kcal/kg)

Fluidized bed (FB) Incinerator

Fluidized bed incinerator (ruang bakar dasar fluida) adalah sebuah

ruang bakar pembakar yang menggunakan media pengaduk berupa

pasir seperti pasir kuarsa atau pasir silika, sehingga akan terjadi

pencampuran (mixing) yang homogen antara udara dengan butiran-

butiran pasir tersebut, sebagaimana terlihat pada Gambar 29.

Pencampuran yang konstan antara partikel-partikel mendorong

terjadinya laju perpindahan panas yang sangat cepat serta terjadinya

pembakaran sempurna.

Gambar 29. Insinerator jenis fluidized bed


Ruang bakar dasar fluida berkarakter proses lebih pendek yang

melibatkan pengeringan, gasifikasi, dan pembakaran sampah. Hal ini

dilakukan dengan membuat kondisi statis domana pasir panas atau

material semacamnya dicampur ke material dasar untuk menciptakan

panas potensial. Dikarenakan sampah bersentuhan dengan material

dasar yang statis, sangat mudah untuk mengolah sampah dengan kadar

air tinggi dan/atau bernilai kalor rendah. Selain itu, aliran sampah

plastik dan sampah bernilai kalor tinggi lainnya menyebarkan panas

secara merata di seluruh dasar ruang bakar.

Fluidized bed incinerator berorientasi bentuk tegak lurus, vertikal

dengan kerangka baja yang dilapisi bahan tahan api, berisi hamparan

pasir (sand bed) dan distributor untuk fluidasi udara. Fluidized bed

incinerator normalnya tersedia dalam ukuran berdiameter dari 9

sampai 34 feet (3-11 meter). Pembakaran dengan teknologi fluidized

bed merupakan satu rancangan alternatif untuk pembakaran limbah

padat.

Fluidisasi meningkatkan pencampuran dan turbulensi serta laju

perpindahan panas yang terjadi. Auxilliary burner digunakan selama

pemanasan awal untuk memanaskan hamparan sampai temperatur

operasi sekitar 750 sampai 900°C sehingga pembakaran dapat terjaga

pada temperatur konstan. Dalam beberapa instalasi, suatu sistem

water spray digunakan untuk mengendalikan temperatur ruang bakar,

sebagaimana terlihat pada Gambar 30.

Gambar 30. Skematik Fluidized bed Incinerator dengan Water Spray

39

Salah satu contoh teknologi insinerasi tipe fluidized bed adalah

menggunakan plat orifice yang dapat disesuaikan untuk aplikasi

tertentu untuk distribusi udara yang ideal pada reaktor, sebagaimana

terlihat pada Gambar 31. Fluidized bed tipe ini juga telah

dikembangkan digunakan untuk tipe sampah biosolid maupun untuk

sludge. Tipe ini juga memiliki fleksibilitas dan durabilitas yang tinggi,

dengan range spesifikasi sebagai berikut

- Fuel heat input range : 5-150 MMBtu/hr [1.5-44

MW(th)]

- Fuel moisture range : 60 – 80 %

- Steam production : <150.000 lb/hr (68,027 kg/hr)

- Ukuran reaktor : 4-30 feet

Gambar 31. Teknologi Fluidized bed dengan pelat orifice

Reaktor tipe fluidized bed ini menggunakan carbon steel vessel-lined

dengan material refraktori, yang terdiri dari 4 komponen:

Wind box zone: memastikan distribusi udara yang baik

dibawah orifice

Orifice plate: mempertahankan pressure drop untuk distribusi

udara

Combustion zone: terdapat fluidized bed dimana bahan bakar di-

injeksi


Free-board zone: bagian terbesar reaktor untuk memastikan

pembakaran berlangsung sempurna dan pemisahan material bed

& gas

Konsep ruang bakar insinerasi jenis Fluidized Bed (unggun fluidisasi)

Fluidized bed merupakan jenis ruang bakar yang memanfaatkan pasir

silika, abu pembakaran, atau material sejenis pasir lainnya sebagai

media yang tersuspensi di dalam ruang bakar sehingga terjadi tingkat

turbulensi dan perpindahan panas yang merata pada seluruh ruang

ruang bakar. Secara skematis rancangan sistem insinerator

menggunakan ruang bakar fluidized bed ditunjukan pada Gambar 32.

Gambar 32. Skema ruang bakar fluidized bed pada sistem PLTSa Insinerasi

Fenomena fluidisasi terjadi akibat adanya aliran gas dari bagian plenum

(bawah ruang bakar) yang menyebabkan terjadinya drag force pada

partikel, sehingga gaya berat partikel dapat diatasi. Kecepatan-gas

minimum fluidisasi dan pengaruh variasi kecepatan gas pada fenomena

fluidisasi digambarkan secara jelas pada Gambar 33.

Pada tinjauan proses fluidisasinya, ruang bakar tipe fluidized bed dapat

dibagi menjadi jenis bubbling fluidized bed (BFB) dan circulating

fluidized bed (CFB). Pada ruang bakar jenis BFB, partikel dijaga

tersuspensi pada kecepatan fluidisasi 0,5-3 m/s ukuran partikel kurang

dari 10 mm. Pada ruang bakar jenis CFB, partikel dijaga tersuspensi

pada kecepatan fluidisasi 3-9 m/s sehingga partikel akan tersuspensi

sepanjang tinggi ruang bakar dan disirkulasikan kembali melalui kaki

41

siklon. Gambaran mengenai proses fluidisasi pada ruang bakar

diberikan pada Gambar 33. Sedangkan proses fluidisasi tipe bubbling

dan circulating terlihat pada Gambar 34.

Gambar 33. Variasi kecepatan gas pada fenomena fluidisasi

Gambar 34. Proses fluidisasi tipe bubbling dan circulating

Parameter-parameter utama yang penting dalam proses rancangan

ruang bakar fluidized bed antara lain:

a. Karakteristik partikel bed (ukuran, densitas, distribusi ukuran

partikel, panas jenis)

b. Superficial velocity dan solid circulation flux

c. Kecepatan fluidisasi

d. Pressure drop sepanjang bed (termasuk siklon)

e. Efisiensi siklon

f. Tinggi riser

g. Combustion residence time


Kelebihan & Kekurangan Insinerasi tipe fluidized bed

Beberapa kelebihan dari tipe insinerasi fluidized bed adalah:

Konsep desain lebih sederhana sehingga biaya investasi dan

perawatan relatif lebih kecil

Efisiensi termal keseluruhan dapat mencapai 90%

Bagian mekanikal yang bergerak lebih sedikit, sehingga keausan

yang terjadi lebih sedikit

Dapat digunakan untuk variasi campuran yang berupa cairan

(sludge) dan limbah padat

Sedangkan kekurangan dari insinerasi tipe ini adalah:

Masih sedikit digunakan terutama untuk aplikasi limbah padat yang

tercampur atau tidak dipilah terlebih dahulu, sehingga belum

begitu teruji performanya. Begitu pula belum teruji untuk kapasitas

yang cukup besar

Kontrol operasi cukup sulit untuk mengakomodasi fluktuasi

sampah karena pembakaran yang begitu cepat

Bahan bakar tambahan dibutuhkan untuk nilai kalor sampah yang

lebih rendah

Membutuhkan pre-treatment terlebih dahulu untuk pembakaran

yang stabil, karena permintaan komposisi dan ukuran sampah yang

cukup ketat

Rotary kiln incinerator

Rotary kiln incinerator merupakan jenis insinerasi yang memiliki

kerangka silindris yang dilapisi material refraktori, yang terpasang pada

sudut kemiringan rendah seperti terlihat pada Gambar 35. Rotasi dan

sudut kemiringan dari tanur (kiln) menyebabkan bergeraknya limbah

melalui tanur sekaligus meningkatkan efektifitas pencampuran limbah

tersebut dengan udara dengan jumlah sedikit. Rotary kiln pada

umumnya memerlukan suatu ruang bakar sekunder (after-burner)

untuk memastikan hancurnya unsur-unsur yang berbahaya secara

menyeluruh dan pembakaran yang sempurna.

43

Gambar 35. Insinerasi jenis rotary kiln

Ruang bakar sekunder pada umumnya memiliki tipe stoker (moving

grate) yang dipasang setelah rotary kiln. Sehingga rotary kiln pada

umumnya dikombinasikan dengan moving grate untuk mendapatkan

karakteristik pembakaran yang baik. Ruang utama berfungsi untuk

terjadinya pembakaran limbah padat menjadi gas. Reaksi pembakaran

fasa gas disempurnakan di dalam ruang sekunder. Kedua ruang utama

dan sekunder secara umum dilengkapi dengan sistem bahan bakar

pembantu (auxilliary burner). Abu dari proses insinerasi kemudian

keluar melalui ash conveyor yang berada di bawah ruang bakar.

Konsep Ruang bakar insinerasi jenis Rotary Kiln

Ruang bakar rotary kiln sangat cocok digunakan untuk jenis sampah

campuran tanpa proses pre-treatment (pencacahan dan pemilahan).

Secara skematis rancangan sistem insinerator dengan ruang bakar

rotary kiln ditunjukan pada Gambar 36. Bahan baku (feedstock) berupa

sampah kota akan masuk melalui ujung atas rotary kiln. Putaran rotary

kiln digerakan oleh motor penggerak dengan kecepatan rendah (< 5

rpm) yang memungkinkan sampah akan terbakar dengan waktu tinggal

antara 30-90 menit. Temperatur pembakaran kiln berkisar antara 850–


1,000 °C atau dapat lebih tinggi antara 1,000–1,200 °C untuk

memastikan hancurnya komponen berbahaya dioxin dan furan.

Ruang bakar rotary kiln, merupakan suatu ruang bakar pembakaran

tertutup yang dijaga agar bertekanan negatif dengan suplai udara

sebagai oksidator pembakaran. Pembakaran dilakukan secara

bertingkat, pada tingkat pertama bahan baku (feedstock) dibakar

sehingga menghasilkan gas hasil pembakaran dan panas. Pada tingkat

berikutnya, rotary kiln dilengkapi oleh afterburner yang akan aktif jika

temperatur pembakaran turun akibat tingginya kandungan air

komponen ataupun turunnya kualitas sampah bahan baku.

Gambar 36. Skema ruang bakar rotary kiln dalam sistem PLTSa

Pada bagian akhir dari rotary kiln, komponen abu akan meleleh dan

membentuk slag. Pada bagian pengumpul abu, sejumlah abu akan

dicampurkan dengan air sehingga terjadi proses de-slagging sehingga

akan terbentuk granulated slag. Sistem pengumpul abu pada rotary

kiln, tidak berbeda pada sistem moving grate seperti yang telah

dijelaskan pada bagian sebelumnya.

Gambar 37. Skema proses ruang bakar rotary kiln

45

Secara skematik rancangan ruang bakar rotary kiln ditunjukan oleh

Gambar 37 dengan aspek dasar rancangan dibuat berdasarkan

kebutuhan meliputi:

a. Karakteristik olah bahan baku (nilai kalor, kandungan air, ukuran,

komposisi sampah)

b. Kapasitas olah ruang bakar (kg/jam)

c. Temperatur pembakaran

d. Residence time dan kecepatan putar kiln

e. Limit emisi (tar, NOx, slagging)

Sehingga didapatkan beberapa parameter rancangan yakni :

a. Diameter kiln dan panjang kiln, tebal dinding ruang bakar refraktori

dan insulasi

b. Sudut inklinasi, kecepatan putar kiln, daya motor penggerak kiln

c. Sistem pembakar tambahan dan Air fuel ratio

d. Komposisi gas hasil pembakaran dan rendemen produk

Kondisi operasional dari rotary kiln dapat mencapai suhu 800-1650 °C,

sehingga insinerator jenis ini memiliki resistansi paling baik terhadap

pembakaran temperatur tinggi. Sistem insinerator jenis rotary kiln

merupakan sistem pengolahan limbah yang paling universal dari segi

jenis dan kondisi limbah sampah yang dikelola. Insinerator jenis ini

dapat digunakan untuk mengolah berbagai jenis limbah padat dan

sludge (cair) dengan kuantitas sangat besar.

Kelebihan dari pembakaran dengan rotary kiln adalah:

Variasi jenis sampah yang luas dapat dibakar, termasuk jenis

padatan dan cairan limbah untuk variasi komposisi dan nilai kalor

yang luar

Tidak membutuhkan pemilahan atau pre-treatment lainnya

Efisiensi termal dapat mencapai 80%

Memiliki waktu retensi yang lama, sehingga mampu mengatasi

limbah berbahaya

Memiliki isolasi termal yang baik


Sementara kekurangan dari pembakaran dengan rotary kiln adalah:

Biaya investasi, serta biaya operasi dan perawatan mesin yang

tinggi karena masalah teknis yang sering terjadi untuk limbah padat

yang tercampur seperti erosi pada material refraktori, deposisi

plastik.

Kapasitas untuk tiap ruang bakar pada umumnya dibatasi pada 480

ton/hari

Belum ada rekam jejak yang baik untuk tipe insinerasi jenis ini,

karena teknologi yang belum cukup dikenal

Operasi secara kontinu sulit untuk ditebak

Perbandingan antara tipe insinerasi FB dan MG stoker

Pada subbab ini, akan dijelaskan perbandingan tipe insinerasi antara

fluidized bed dan moving grate (stoker). Tipe insinerasi fixed bed tidak

dimasukkan dalam perbandingan karena kapasitasnya yang sangat

kecil dan sudah jarang digunakan untuk saat ini. Sedangkan insinerasi

jenis rotary kiln tidak dimasukkan dalam perbandingan karena belum

ada rekam jejak cukup baik dan kapasitas ruang bakar yang kecil

sehingga biaya akan sangat besar untuk kapasitas yang besar. Maka

untuk menyempitkan fokus dari perbandingan insinerasi, yang dibahas

dalam perbandingan hanya untuk tipe insinerasi fluidized bed dan

moving grate.

Perbandingan yang akan dibahas adalah terkait stabilitas pembakaran,

hasil sisa pembakaran, dan beban lingkungan/sampah. Perbandingan

kedua teknologi tersebut dapat dilihat pada Tabel 4.

Tabel 4. Perbandingan antara tipe insinerasi fluidized bed dan moving

grate stoker

Kriteria Stoker (MG) Fluidized bed

Stabilitas Pembakaran

- Tipe pembakaran paling umum

- Untuk kapasitas yang besar sudah teruji

- Kontrol operasi cukup sulit untuk mengakomodasi fluktuasi sampah karena pembakaran cepat

- Membutuhkan bahan bakar tambahan untuk mengakomodasi variasi sampah

47

Kriteria Stoker (MG) Fluidized bed

Hasil Sisa Pembakaran

- Bottom ash - Fly ash

- Fly ash - Sampah tak terbakar

(termasuk logam) Beban Lingkungan

- Tidak ada - Membutuhkan tambahan bahan bakar untuk nilai kalor yang rendah

Sehingga dari kriteria-kriteria tersebut, dapat diambil penilaian pada

Tabel 5.

Tabel 5. Penilaian antara tipe insinerasi fluidized bed dan moving grate

stoker

Kriteria Stoker (MG) Fluidized bed (FB)

Stabilitas

Hasil Sisa

Beban Sampah

A

B

A

C

B

B

TOTAL A B

Sehingga dapat disimpulkan bahwa insinerasi jenis stoker (moving

grate) lebih baik dan lebih direkomendasikan untuk digunakan. Dan hal

ini pula yang mendasari bahwa hampir seluruh tipe insinerasi di dunia

menggunakan jenis moving grate atau stoker, sehingga memiliki rekam

jejak yang baik.

Aplikasi Wte Termal Insinerasi Di Dunia

Berbagai macam kapasitas dan jenis PLTSa atau WtE Termal Insinerasi telah

dibangun di berbagai negara, baik negara maju maupun negara berkembang.

Beberapa negara memiliki PLTSa dengan kapasitas yang sangat besar, sebagai

contoh adalah Tuas Incineration Plant di Singapura dengan kapasitas mencapai

4320 ton/hari, serta Shenzen Incineration Plant yang akan selesai dan

dioperasikan pada tahun 2020 dengan kapasitas mencapai 5000 ton/hari yang

akan menjadi PLTSa dengan kapasitas terbesar di dunia, serta menghasilkan

kurang lebih 165 MWe listrik. Pada subbab berikut akan dijelaskan beberapa

WtE termal insinerasi atau PLTSa yang telah dibangun di berbagai negara,

teknologi yang disediakan oleh vendor, serta contoh PLTSa yang telah sukses

dibangun.


WtE Plant Dublin, Irlandia

WtE termal insinerasi di Dublin, Irlandia, seperti terlihat pada Gambar

38 disebut juga Poolbeg Incinerator. Plant ini dibangun oleh Covanta

dapat memproduksi 58 MW untuk melistriki 80.000 rumah dan untuk

menghangatkan ruangan di perkotaan hingga 50.000 rumah. Fasilitas

insinerasi ini dapat memproses kurang lebih 600.000 ton sampah per

tahun. Teknologi insinerasi dari WtE ini adalah menggunakan insinerasi

tipe mechanical moving grate stoker dengan pendingin udara.

Gambar 38. WtE PLTSa di Dublin, Irlandia

Tahap-tahap proses insinerasi pada WtE di Dublin adalah sebagai

beikut:

1. Truk sampah melakukan bongkar muat sampah pada tipping hall

sebelum masuk ke bungker sampah, lalu beberapa sampah yang

tidak dapat masuk dipisahkan terlebih dahulu untuk dibuang dan di

daur ulang secara terpisah.

2. Sampah dimasukkan ke storage pit dan dicampur agar seragam,

dijaga tekanan negatif.

3. Sampah masuk ke ruang bakar melalui hopper dan dilakukan

pembakaran dimana temperatur dijaga diatas 850°C. Sampah harus

terbakar habis dalam waktu 1-2 jam. Boiler yang digunakan sebagai

heat recovery dari flue gas memiliki spesifikasi 4-pass untuk water-

tube nya, dan orientasi horizontal.

4. Uap superheated dari boiler kemudian digunakan untuk

membangkitkan listrik pada turbin. Kemudian uap keluar dari turbin

49

dikondensasi menggunakan kondensor sehingga air dikembalikan ke

boiler (closed-loop system)

5. Untuk treatment flue gas, maka plant ini menggunakan tiga fasilitas:

i. Lime dan semi-dry scrubber reactor untuk menetralkan asam.

Kemudian menggunakan activated carbon untuk mengontrol

emisi logam berat seperti Hg.

ii. Untuk mengontrol emisi pada flue gas, maka plant ini

menggunakan fabric filter bag yang jumlahnya mencapai ribuan

bag.

iii. Wet scrubber juga di-install pada plant ini dengan melewatkan

flue gas dengan menyemprotkan air dan sodium hydroxide

untuk mengurangi temperatur keluar flue gas dan mengurangi

kadar HCl.

Secara keseluruhan, skema proses dari WtE Covanta dapat dilihat pada

Gambar 39. Flue gas yang keluar dari plant ini memiliki emisi yang

sangat rendah. Penggunaan air diminimalisir dengan menggunakan air

tanah dan air hujan dari site, dan dari waste water treatment plant. Air

pendingin menggunakan sumber air Liffey Estuary di dekat WtE.

Gambar 39. Skema Insinerasi WtE di Dublin, Irlandia


Tuas South Incineration Plant, Singapore

Plant insinerasi yang cukup terkenal di Asia Tenggara secara khususnya

adalah Tuas South Incineration Plant (TSIP) yang dibangun oleh MHI

(Mitsubishi Heavy Industries) seperti terlihat pada Gambar 40, dimana

PLTSa ini merupakan salah satu yang terbesar di Asia, bahkan dunia,

dengan kapasitas desain mencapai 4.320 ton/hari (720 x 6 ton/hari)

dengan menghasilkan listrik maksimum 66.3 x 2 MW (desain).

Gambar 40. Tuas Plant Incineration oleh MHI

TSIP menggunakan konsep insinerasi moving grate pada ruang

bakarnya untuk pembakaran sampah, dimana temperatur pada ruang

bakar dijaga pada 1000°C. TSIP menggunakan treatment flue gas

berupa dry lime reactor untuk menetralkan asam pada flue gas dan

electrostatic precipitator untuk menangkap debu pada flue gas.

Berikut ini adalah spesifikasi dan equipment dari Tuas Incineration

Plant seperti yang terlihat di Gambar 41.

Incineration Capacity : 3,000 tonnes per day

Steam Generation per Boiler : 105 tonnes per hour, 35 barG at 370

degC

Condensing Pressure : 0.17 barA

Power Generation Capacity : 80 MW, 10.5kV generator voltage

Refuse Handling

o 8 weighbridges of 50 tonnes capacity each

o 24 refuse discharge bays and 2 refuse screening bays served by

a hydraulic polyp grab

51

o 4 bulky waste rotary shears with 25 tonnes per hour capacity

o 2 bulky waste cranes and 4 refuse cranes of 10m3 each (wire

rope operated)

o 2 separate refuse storage bunkers and 1 bulky waste storage pit

Refuse Incineration and Steam Generation: 6 stoker / furnace units

with integral boilers

Flue gas Handling

o 6 two-zone electrostatic precipitators

o 6 ten-compartment catalytic bag filters each comprising 2,240

fabric bags

o 2 concrete chimneys of 150 m height with ceramic brick inner

lining

o 2 lime silos and 2 reaction product silos

Ash Handling (each incinerator unit): 2 pusher-type hydraulic slag

extractors and vibrating conveyors

Scrap Metal Recovery: 2 magnetic separators to each incinerator

unit

Ash / Scrap Loading: 3 overhead wire rope operated cranes of 3.5

m3 each

Power Generation: 2 condensing steam turbines coupled to

generators (max. rating of 66.3MW each)

Steam Condensation: 2 air-cooled condenser systems with 12 fans

each

Cooling Closed-loop system with treated water

Rain Water Collection: 2 rain water buffer basins with 7,000 m3

storage capacity

Boiler Feedwater Treatment: NEWater is polished with activated

carbon, multi-gravel filters and is treated with cation, anion and

mixed bed ion exchangers


Gambar 41. Proses insinerasi dari TSIP

Emisi yang dapat dicapai oleh TSIP tergambar dalam Tabel 6.

Tabel 6. Level emisi yang dapat dicapai TSIP

Parameter Limit

(based on Regulations) Plant Level

Particulate substances 50 2.08

Hydrogen chloride 200 128

Sulphur dioxide 1700 79

Carbon monoxide 250 16

Dioxin & furans 0.1 0.0324

Mercury & its compounds 0.05 0.0059

Nanjing City WtE Plant, China

Sebuah WtE Plant dengan tipe moving grate telah dibangun oleh Ebara

di Nanjing City seperti terlihat pada Gambar 42 dengan kapasitas 2000

ton/hari. WtE Plant ini adalah bagian dari tujuh plant yang dibangun

perusahaan tersebut, dua dengan jenis fluidized bed, lima berupa

moving grate. Spesifikasi WtE Plant di Nanjing adalah sebagaimana

terlihat pada Tabel 7.

53

Gambar 42. Skematik Teknologi Insinerasi di Nanjing City

Tabel 7. Spesifikasi Moving Grate Incineration di Nanjing City

Item Specification

Incinerator Model High Pressure Combustion Control Capacity: 2000 ton/day (500 t / 24h x 4 lines) Type: Natural Circulation water tube boiler with superheater

Boiler Steam capacity: 47 ton/hour (Max. 51.7 ton/hour) x 4 units Steam condition: 400 degC x 4.0 MPaG (at superheater) Steam turbine (condensing type) + generator

Steam turbine generator

Steam turbine: 18 MW x 2 units Generator: 20 MW x 2 units

Flue-gas treatment facility

Dust collector type: Bag filter Removal method of HCl & SOx : semi-dry type system (slaked-lime slurry rotary atomizing injection) + dry type system (sodium bicarbonate injection) De-NOx method: Selective Non Catalytic Reduction + Selective Catalytic Reduction Removal method of dioxins & Hg compounds: activated carbon injection

Stack External wall: Reinforced concrete structure Internal stack: Carbon steel Height: 80 meter


Beberapa teknologi yang digunakan dalam WtE Plant di Nanjing antara

lain adalah:

1. Penerapan injeksi dry-type sodium bicarbonate

2. Untuk mengurangi emisi HCl yang ditetapkan oleh standard

regulasi, yaitu kurang dari 10 mg/m3 (NTP), digunakan sodium

bikarbonat sebagai injeksi kering untuk memenuhi emisi. Pada

aktualnya dihasilkan nilai emisi yang sangat rendah untuk HCl

(sekitar 5 mg/m3) dengan laju penghilangan emisi 98.5 %. Sebagai

tambahan, nilai SOx juga jauh berkurang dari nilai yang dijaminkan

yaitu 50 mg/m3 menjadi 3 mg/m3 dengan laju penghilangan emisi

91%

3. Exhaust gas recirculation (EGR) & Selective Catalytic Reduction

(SCR) untuk pengurangan emisi NOx

4. Nilai emisi untuk NOx pada insinerasi limbah padat adalah 80

mg/m3 (NTP), maka EGR dengan rasio udara rendah digunakan

untuk mengurangi laju pembentukan NOx, selain itu SCR juga

dibutuhkan agar nilai emisi maksimum dapat dipenuhi. Prinsip SCR

adalah amonia dan NOx yang berada pada reaksi kimia dengan

katalis untuk mengkonversi NOx menjadi N2 dan H2O.

Amagasaki dan Ota Incineration Power Plant, Japan

WtE Plant yang telah dibangun di Jepang diantaranya adalah di

Amagasaki dan Ota, yang dibangun oleh Takuma dengan kapasitas 480

ton/hari dan 600 ton/hari, sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 43.

Gambar 43. Amagasaki & Ota Incineration Power Plant di Jepang

Stoker yang digunakan adalah sistem pembakaran yang terdiri dari seri

piringan api (fire grates) yang bertipe back forth moving grate

55

sebagaimana telah dijelaskan pada Bab Jenis dan Fitur WtE Termal

Insinerasi.

Untuk sistem pembakaran yang baik, WtE Plant tersebut menggunakan

sistem pembakaran dengan menjamin udara pembakaran berlebih

yang rendah dengan sistem resirkulasi flue gas, yang mengembalikan

flue gas dari pengoleksi debut dengan tipe filter ke insinerator, dan

sistem pembakaran otomatis menggunakan laser O2 analyzer. Skematik

dapat dilihat pada Gambar 44.

Gambar 44. Skematik Flue gas Recirculation

WtE ini juga memanfaatkan flue gas yang panas hasil dari

pembangkitan listrik untuk menghasilkan uap dan air panas, sehingga

menghasilkan fasilitas untuk keperluan domestik penduduk seperti

terlihat di Gambar 45.

Gambar 45. Pemanfaatan Panas untuk Keperluan Penduduk


Riverside WtE Plant, UK

Salah satu PLTSa terbesar di Inggris dibangun di Riverside oleh Hitach

Zosen Inova dengan kapasitas sampah mencapai 2.290 ton/hari seperti

terlihat di Gambar 46.

Gambar 46. Riverside Waste to Energy Plant

Data spesifikasi terkait WtE Riverside ini adalah terlihat pada Tabel 8.

Tabel 8. Spesifikasi Riverside WtE Plant

Item Deskripsi

Client Riverside Resource Recovery, Ltd. Start-up 2010 Furnace Grate furnace (air-cooled) Energy recovery 4-pass boiler, turbine Flue gas treatment SNCR, semi-dry process Fuel Municipal waste Waste capacity 2290 ton/day (763 ton, 3 lines) Net calorific value 9.0 MJ/day Thermal capacity 3x79.5 MW Steam 3x54 ton/hour

Sedangkan Gambar 47 merupakan skema WtE Riverside.

57

Gambar 47. Skema Plant Insinerasi dari WtE Riverside

Palm Beach Renewable Energy Facility No. 2, USA

Salah satu PLTSa terbesar yang dibangun oleh B&W Volund adalah

Palm Beach Renewable Energy Facility No.2, sebagaimana terlihat pada

Gambar 48. dimana mulai dibangun pada tahun 2012 dan mulai

beroperasi secara komersial pada bulan Juli tahun 2015. PLTSa ini

menggunakan Stirling power boiler yang menghasilkan hingga 95 MW,

serta menggunakan sistem recovery dari logam, kontrol emisi dan

CEMS.

Gambar 48. Palm Beach Renewable Energy Facility No. 2, USA


Skematik Palm Beach Renewable Energy Facility No.2 dapat dilihat

pada Gambar 49. Kontrol dari emisi pada plant ini menggunakan spray

dryer absorbers (SDA) untuk gas asam dan kontrol SO2, Pulse Jet Fabric

Filter (PJFF) untuk kontrol partikula, injeksi karbon aktif untuk kontrol

mercury & dioksin/furan, serta SCR untuk kontrol NO2.

Gambar 49. Skematik Palm Beach Renewable Energy Facility No.2

Spesifikasi dari PLTSa ini adalah pada Tabel 9 sebagai berikut.

Tabel 9. Spesifikasi Palm Beach Renewable Energy Facility No. 2

Item Deskripsi

Kapasitas 3000 ton/hari atau 1 juta ton/tahun

Line proses 3 line, masing-masing 1000 ton/hari

Boiler 3 B&W Stirling power boiler

Feed system Automated refuse cranes, charging hopper,

damper, water-cooled feed chute

Grate Design B&W DynaGrate traveling grate

Primary fuel Unprocessed municipal solid waste

Auxilliary fuel Natural gas

Steam capacity 284.400 lb/h per boiler

Electric power capacity 95 MW gross, power approx. 55.000 homes

Fly ash removal system By Allen-Sherman-Hoff/Loibl

Amsterdam Waste Fired Power Plant (AWFP)

Amsterdam Waste Fired Power Plant (AWFP) merupakan WtE

insinerasi yang dibangun oleh AEB (Afval Energie Bedrijf) Amsterdam

59

yang sukses mulai beroperasi pada tahun 2008. AWFP merupakan

Waste to Energy Plant yang terbesar di kota Amsterdam, sebagaimana

dapat terlihat pada Gambar 50.

Gambar 50. Amsterdam Waste Fired Power Plant (AWFP)

Teknologi dari AWFP ini merupakan WtE insinerasi yang mampu

menghasilkan energi berupa pembangkitan listrik dan panas,

sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 51. Selain itu, WtE insinerasi

AWFP mampu menghasilkan material-material yang bernilai seperti

pasir dan granula untuk bahan-bahan konstruksi & infrastruktur, non-

ferrous metal, gypsum, industrial salt, dan lain sebagainya. Residu dari

AWFP yang berupa ash kemudian dilakukan penimbunan atau landfill

berjumlah kurang dari 0.5%.

Gambar 51. Process Flow Diagram & Heat Mass Balance dari WFPP Amsterdam


Spesifikasi dari WFPP Amsterdam adalah dapat dilihat pada Tabel 10.

Tabel 10. Spesifikasi dari WFPP Amsterdam

Item Deskripsi

Kapasitas Max 50 ton/jam atau 1.5 juta ton/tahun

Efisiensi 30% (850 kWh/Million Ton Waste)

Emission Generated <20% EPA limits

Overall solids recycling rate 95%

Avoided CO2 600.000 Million ton per year

Steam T/P 440 C / 130 bar

Back pressure 0.3 bar at 25 C

Excess air 6% dry

Power generated 97 MW

Waste Calorific Value 10 MJ/kg

Phuket Power Plant

Phukets Municipal Waste Power Plant merupakan WtE insinerasi yang

dibangun PJT Technology Co. Ltd, sebagaimana terlihat pada Gambar

52. Plant ini telah beroperasi pada tahun 2012.

Gambar 52. Phuket Power Plant di Thailand

PLTSa di Thailand ini memiliki kapasitas 700 ton/hari, dan dapat

menghasilkan 12 MW energi yang ramah lingkungan. PLTSa di Phuket

yang dibangun pada tahun 2012 merupakan PLTSa kedua yang

61

dibangun. PLTSa pertama di Phuket berkapasitas 250 ton/hari untuk

menghasilkan 2.5 MW.

Gambar 53. Phuket Incineration Plant Process Flow Chart

Process Flow Chart dari phuket incineration plant dapat dilihat pada

Gambar 53. Sampah dari tempat pembuangan akhir dengan berat

kurang lebih 900 ton/hari kemudian diproses menjadi refuse derived

fuel dengan kapasitas 700 ton/hari. Sehingga sebelum masuk ke

insinerasi, pre-treatment dilakukan terlebih dahulu agar sampah dapat

terbakar secara efektif pada insinerasi. WtE termal insinerasi di Phuket,

Thailand ini dilengkapi dengan dua unit boiler & incinerator dan turbin-

generator, dan juga memiliki fasilitas treatment flue gas yang lengkap

seperti reaction tower untuk menetralisasi asam, ash crown untuk

mengurangi kadar debu dalam flue gas, dan bag house untuk

mengurangi emisi-emisi agar memenuhi kadar maksimal yang

ditetapkan oleh pemerintahan setempat.

Leeds Recycling and Energy Recovery Facility (RERF)

Recycling and Energy Recovery Facility (RERF) di Cross Green Industrial

Estate, Leeds Utara dibangun oleh Veoilia pada tahun 2012, dan mulai

beroperasi pada tahun 2016. RERF di Leeds dapat dilihat pada Gambar

54.


Gambar 54. RERF di Leeds, UK oleh Veolia

Skematik RERF di Leeds dapat dilihat pada Gambar 55, dimana proses

kerja dari RERF di Leeds secara umum adalah sebagai berikut

Penerimaan sampah, lalu mechanical pre-treatment akan mem-

proses sampah sisa dari aliran sampah.

Sistem insinerasi dengan satu line pembakaran akan diproses pada

ruang bakar dengan sistem moving grate

Penghasilan listrik menggunakan turbin uap

Pembersihan flue gas dengan flue gas treatment

Penyimpanan dan penghilangan dari sisa proses insinerasi seperti

abu

Gambar 55. Skematik Diagram dari Leeds RERF di Leeds Utara

Latihan Soal

1. Jelaskan definisi proses insinerasi, dan jelaskan 4 tahap dari proses

insinerasi tersebut !

63

2. Jelaskan 4 jenis proses insinerasi dan masing-masing kelebihan dan

kekurangannya !

3. Sebutkan minimal 3 WtE termal insinerasi yang telah beroperasi di

dunia beserta kapasitas sampah & pembangkitan listriknya !

Rangkuman

Insinerasi adalah salah satu teknologi pengolahan sampah melalui

pembakaran langsung dan terus-menerus menggunakan udara yang

cukup dan pada temperatur tinggi. Insinerasi material sampah

mengubah sampah menjadi gas panas sisa hasil pembakaran, abu dan

partikulat. Gas panas yang dihasilkan insinerator dapat dimanfaatkan

sebagai energi pembangkit listrik dan keperluan domestik penduduk

(pemanas air/ruangan). Gas yang dihasilkan insinerator dibersihkan

dahulu dari polutan sebelum dilepas ke atmosfer di dalam Air Pollution

Control (APC) dan dipantau secara kontinyu melalui Continuous

Emission Monitoring System (CEMS).

WtE termal insinerasi memiliki komponen-komponen utama sebagai

berikut:

a. Waste receiving system (Sistem penerima sampah)

b. Ruang bakar (furnace)

c. Flue gas treatment system (Air Pollution Control System)

d. Boiler & Komponen siklus pembangkit

e. Turbin & generator

Secara umum, proses insinerasi terdiri dari 4 tahap:

b. Pre-treatment (mencakup penyortiran, homogenisasi, dll)

c. Proses pembakaran (pembakaran sampah di ruang bakar)

d. Heat recovery (pemanfaatan panas untuk boiler & domestik)

e. Air pollution control

Jenis dan fitur WtE termal insinerasi adalah sebagai berikut

a. Fixed bed incinerator:

- Konsep menggunakan grate tetap / tidak bergerak

- Kapasitas pembakaran kecil

- Bentuk simpel & tidak membutuhkan space luas


b. Moving Grate Incinerator (Stoker)

- Konsep menggunakan grate (piringan) yang menggerakkan

sampah, sehingga memungkinkan terjadi pembakaran yang

efektif dan sempurna pada sampah

- Tipe insinerasi yang paling banyak digunakan, teknologi telah

teruji

- Kapasitas sampah yang mampu dibakar cukup besar

c. Fluidized bed iinerator

- Ruang bakar pembakar menggunakan media pasir agar terjadi

pencampuran yang homogen antara udara dan butiran pasir,

untuk meningkatkan laju perpindahan panas

- Memerlukan pre-treatment terlebih dahulu untuk

pembakaran yang stabil

- Dapat digunakan untuk variasi campuran limbah cairan dan

padat

- Aplikasi di dunia masih sedikit digunakan dan kurang teruji

performanya

d. Rotary kiln incinerator

- Jenis insinerasi dengan kerangka silinder yang dilapisi material

refraktori, limbah bergerak menurun dan berotasi untuk

meningkatkan efektifitas pencampuran limbah

- Dapat menangani variasi jenis sampah yang luas

- Memiliki waktu retensi yang lama, untuk mengatasi limbah

berbahaya

- Kapasitas tiap ruang bakar terbatas

Beberapa aplikasi WtE termal insinerasi di dunia

a. Tuas South Incineration Plant: Singapura, 4.320 ton/hari, 66.3x2

MW

b. Nanjing City WtE Plant: China, 2000 ton/hari, 20x2 MW

c. Palm beach renewable energy facility No.2: Amerika, 3000

ton/hari, 95 MW

d. Phuket Power Plant: Thailand, 250 ton/hari, 12 MW

65

BAB 3 DESAIN WtE TERMAL INSINERASI


DESAIN WtE TERMAL INSINERASI



melakukan perancangan/desain WtE termal insenerasi.

Tujuan

Tujuan materi ajar pengenalan desain WtE termal dengan basis insinerasi ini

adalah agar peserta pelatihan dapat menganalisis dan mengonfirmasi

perhitungan yang dilakukan saat memilih dan merancang WtE termal yang

menggunakan metoda insinerasi.

Sizing Wte Termal Insinerasi

Insinerasi adalah teknologi pengolahan sampah yang melibatkan pembakaran

secara langsung limbah sampah padat dengan kadar udara yang besrlebih dan

temperatur tinggi. Insinerasi material sampah mengubah sampah menjadi abu,

gas sisa hasil pembakaran, partikulat, dan panas. Gas yang dihasilkan harus

dibersihkan dari polutan sebelum dilepas ke atmosfer. Panas yang dihasilkan

bisa dimanfaatkan sebagai energi pembangkit listrik dan keperluan domestik

penduduk (pemanas air/ruangan).

Identifikasi Karakteristik Sampah

Karakteristik fisik dan kimiawi sampah pada setiap daerah akan bersifat

unik, sehingga tinjauan mengenai karakteristik sampah penting

menjadi dasar pemilihan teknologi dan rancangan process flow

diagram (PFD). Identifikasi yang penting menjadi tinjauan antara lain:

komposisi sampah, moisture content (kadar air), kandungan abu,

densitas, dan nilai kalor.

Analisis kandungan atau karakteristik dari sampah dapat didekati

menggunakan dua metode uji analisis, yaitu uji proksimat dan uji

ultimat.

67

a. Uji proksimat merupakan pengujian sampah untuk mendapatkan

empat parameter utama, yaitu kadar air (moisture), kadar abu

(ash), zat terbang (volatile matter), dan karbon tetap (fixed

carbon). Pada batubara, uji proksimat dilakukan untuk

menentukan rank dari suatu batubara.

b. Uji ultimat adalah pengujian karakteristik sampah untuk

menganalisa dan menentukan jumlah unsur Carbon (C), Hydrogen

(H), Oksigen (O), Nitrogen (N) dan Sulfur (S).

Contoh hasil identifikasi karakteristik sampah dapat disimpulkan pada

Tabel 11.

Tabel 11. Identifikasi karakteristik sampah

Komponen Komposisi

(% massa)

Kandu-

ngan air

(% wt)

Densitas

(kg/m3)

% massa (dry base,db) LHV

(db,

MJ/kg) C H N S O Ash

Food

products

Kertas

Plastik

Karet

Dirt

Tekstil

Ranting

Sampah

campuran

Sebagai studi kasus, telah dilakukan pengujian ultimat dan proksimat untuk

sampah di kota Bandung secara umum. Gambar 56 merupakan hasil uji

proksimat untuk sampah di Kota Bandung


Gambar 56. Hasil Uji Proksimat

Sedangkan Gambar 57 merupakan contoh dari hasil uji ultimat sampah di

Bandung

Gambar 57. Hasil Uji Proksimat

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Daun

Sisa Makanan

Kayu

Kertas CD

Kertas Arsip

Kertas Duplex

Kertas Dus

Plastik PVC

Plastik Botol

Plastik Keras

Plastik Lain2 (Kemasan)

Plastik Mainan

Plastik PP

Plastik OPP

Plastik Ember

Plastik HD

Alat2 Suntik

Plastik PE

Plastik Keresek

Plastik Botol Infus

Plastik Aqua Gelas

Styrofoam

Daimatu

TPA I

TPA II

Tekstil

Karet

Lain-lain

Karbon Tetap Volatile Matter Abu Kandungan Air

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Daun

Sisa Makanan

Kayu

Kertas CD

Kertas Arsip

Kertas Duplex

Kertas Dus

Plastik PVC

Plastik Botol

Plastik Keras


Plastik Mainan

Plastik PP

Plastik OPP

Plastik Ember

Plastik HD

Alat2 Suntik

Plastik PE

Plastik Keresek

Plastik Botol Infus

Plastik Aqua Gelas

Styrofoam

Daimatu

TPA I

TPA II

Karbon Hidrogen Sulfur Oksigen Nitrogen Klorin

69

Rancangan Process Flow Diagram

Rancangan process flow diagram untuk masing-masing teknologi

insinerasi, gasifikasi, pirolisis akan berbeda dan bersifat unik. Penyusun

dokumen AMDAL harus memberikan uraian mengenai process flow

diagram yang utuh dari bahan baku hingga pemanfaatannya menjadi

energi listrik. Rancangan process flow diagram dapat dijelaskan melalui

skema sesuai kaidah ilmiah yang berlaku. Dicontohkan skema

rancangan proses insinerasi pada Gambar 58.

Penjelasan mengenai rancangan process flow diagram dapat dikaitkan

dengan beberapa hal meliputi:

a. Kapasitas sampah yang dapat diolah setiap hari

b. Karakteristik kimia-fisik dikaitkan dengan proses pre-treatment

c. Persyaratan sampah masuk (komposisi, kemampuan olah, ukuran,

nilai kalor dan lain lain.)

d. Kondisi operasi peralatan

e. Alternatif kemungkinan penggunaan utilitas lain (contoh: turbin

uap, turbin gas, atau motor bakar)

Gambar 58. Rancangan process flow diagram PLTSa insinerasi

Proses pengolahan sampah kota dengan metode insinerasi

Rancangan kondisi operasi suatu PLTSa dapat dibuat dengan membuat

beberapa asumsi yang wajar dan dapat dipertanggungjawabkan

sebagai acuan untuk menentukan variabel-variabel yang diperlukan


sebagai bahan simulasi rancangan kondisi operasi. Berikut ditampilkan

variabel-variabel yang diperlukan:

a. Jumlah sampah berikut besaran dan unitnya, dalam ton/hari atau

kg/jam

b. Tiga buah asumsi nilai LHV (nilai kalor bawah) masuk ruang bakar

(terendah, tertinggi, dan rata rata)

c. Komposisi kimia (C, H, N, S, O, Cl) menggunakan analisis proksimat

d. Komposisi fisik (fixed carbon, volatile matter, ash, moisture

content)

Selain rancangan proses secara umum, diperlukan juga rancangan

proses diagram secara khusus. Rancangan proses diagram secara

khusus biasanya menerangkan suatu kondisi khusus misal (nerasa

massa, neraca energi, kondisi operasi, kelengkapan utilitas PLTSa).

Pengetahuan neraca alir material akan menjadi acuan penting

mengenai dampak potensial pada lingkungan hidup. Neraca alir

material dapat dipakai sebagai acuan jenis, jumlah, proses

pengelolaan, dan proses pemantauan terhadap bahan-bahan limbah

dari poses pengolahan. Jenis yang dimaksud adalah bentuk fisik (padat,

cair, gas), jumlah untuk memperkirakan kemampuan Penyusun

dokumen AMDAL untuk melakukan pengelolaan, dan daya dukung

lingkungan terhadap limbah yang dihasilkan.

Rancangan diagram proses dapat juga diperoleh dari hasil simulasi dan

inputan balans massa, energi, kondisi operasi normal, dan nilai kalor

bahan bakar. Rancangan diagram proses simulasi yang wajar dan dapat

dipertanggungjawabkan dapat dijadikan bukti ilmiah terhadap

alternatif teknologi yang ada dengan mempertimbangkan aspek

lingkungan, teknik, dan ekonomi.

Tabel 12 merupakan parameter hasil simulasi PLTSa Insinerasi di

Bandung. Dalam simulasi ini PLTSa dianggap terdiri dari boiler, turbin,

kondensor (alternatif berpindingin air atau udara), pompa air

kondensor, pemanas air umpan (feed water heater), deaerator, dan

pemanas udara.

71

Tabel 12. Parameter penting hasil simulasi PLTSa

Parameter Nilai Unit

Laju Pemasukan Sampah Ton/hari

kg/jam

Nilai Kalor, LHV kkal/kg

kJ/kg

Kondisi uap masuk turbin Ba, abs

oC

Laju aliran uap kg/s

Asumsi efisiensi turbin %

Asumsi efisiensi pompa %

Asumsi efisiensi boiler %

Jumlah Panas di Boiler MW

Laju udara primer yang dipanaskan kg/s

Daya turbin yang dihasilkan MW

Panas yang di buang di Kondensor MW

Kondensor Berpendingin air:

Laju air pendingin kg/s

Temperatur air masuk oC

Temperatur air keluar oC

Daya pompa air pendingin kW

Kondensor Berpendingin udara:

Laju udara pendingin kg/s

Temperatur udara masuk oC

Temperatur udara keluar oC

Daya blower udara kW

Berdasarkan data-data hasil simulasi dan data-data lain dari vendor

PLTSa dibuatlah Process Flow Diagram (PFD). PFD ini menunjukan

perkiraan kondisi operasi pada bagian-bagian utama PLTSa sehingga

dapat diketahui kebutuhannya seperti make-up water, karbon aktif,

katalis bahan bakar tambahan, laju penghasilan limbah (fly ash, bottom

ash, flue gas), juga preferensi alternatif.


Rancangan Konfigurasi Pembangkit PLTSa

Penyusun dokumen AMDAL harus memberikan uraian yang rinci

terhadap jenis pengolahan termal sampah (insinerasi, pirolisis, dan

gasifikasi) disertakan dengan utilitas pendukung berdasarkan klasifikasi

kegunaan utilitas. Konfigurasi pembangkit PLTSa akan sangat beragam,

karena itu Penyusun dokumen AMDAL harus merinci minimal nama

utilitas, jumlah atau jumlah stage, dan kegunaan kerjanya.

Gambar 59 merupakan contoh skema penggambaran diagram proses

insinerasi yang baik, yang menunjukkan kelengkapan utilitas PLTSa

insinerasi, aliran material, rancangan air proses, suplai udara, dan

aliran flue gas yang terjadi.

Dapat disimpulkan dari skema diagram proses tersebut bahwa PLTSa

insinerasi memiliki input material berupa bahan baku sampah pada

ruang bakar, make-up water, udara, dan reaktan pada unit Fabric Filter.

Juga, output material berupa gas buang dari stack, bottom ash sisa

pembakaran, dan fly ash hasil penyaring partikulat pada penukar panas

boiler yaitu Electrostatic Precipitator (ESP) dan Fabric Filter.

Contoh konfigurasi PLTSa ditunjukan pada pada Gambar 59, dengan

rincian utilitas sebagai berikut:

Utilitas penerima sampah antara lain:

a. Jembatan timbang truk (weighbridge) sebanyak 2 buah

b. Fasilitas bongkar muat sampah (waste reception facilities) dan

gerbang bongkar muat (tipping gate)

c. Pit/ bungker sampah

d. Sistem penanganan sampah (grabber, cranes, dan unit control)

minimal 2 buah

e. Conveyor feeding grate beserta penggerak hidroliknya

f. Hopper dan chute pemasukan sampah, termasuk sistem pendingin

dan penangkal kebakaran

73

Gambar 59. Skema komponen utama & pendukung PLTSa

Utilitas ruang bakar-boiler antara lain:

a. Air preheater

b. Superheater (SH)

c. Economizer (ECO)

d. Feedwater heater (EVA)

e. Ketel uap (steam boiler)

f. Steam Drum dan sistem pengamannya

g. Burner

h. Burner tambahan

i. Dinding ruang bakar dan boiler dari material refraktori

j. Unit pembersih berkas pipa boiler konveksi

k. Grate shifting hopper

l. Bottom ash conveyor

m. Bottom ash extractor

n. Boiler ash removal system dan tempat penyimpanannya

o. Induced fan


p. Deaerator

q. Main central staircase in boiler house

Utilitas kondensor (pendingin) antara lain:

a. Kondensor

b. Sistem pendingin kondensor seperti cooling tower (udara atau air)

c. Pompa vakum kondensor

d. Pompa make-up water

e. Pompa air umpan (feedwater)

f. Water treatment/ demin system

g. Waste water treatment/ effluent water system

Utilitas pembangkit energi dengan steam turbine:

a. Steam turbine

b. Heat recovery system dengan turbin gas

c. Generator

d. Transmisi

e. Control system

Utilitas pengolahan gas buang:

a. Flue gas analyzer dan sensor

b. Semiwet scrubber

c. Active carbon injector

d. Lime silo

e. Lime milk preparation dan dosing system

f. Active carbon storage dan dosing

g. Air bag filter

h. Cerobong

i. Induced fan

j. Sensor kontrol emisi

Rancangan Dasar Proses Pre-treatment

Dalam hal pemenuhan kriteria feedstock yang sesuai dengan spesifikasi

masing-masing PLTSa dengan teknologi insinerasi, pirolisis, dan

gasifikasi maka dibutuhkan proses pre-treatment bahan baku, yang

secara garis besar terbagi atas:

75

a. Pre-treatment mekanikal meliputi proses yang melibatkan

peralatan mekanik seperti shredding (pencacahan), sorting

(pemilahan), mixing (pencampuran), pengompakan, dan

mechanical dewatering

b. Pre-treatment termal meliputi proses yang melibatkan panas baik

secara natural ataupun buatan seperti drying, torefaksi dan

hydrothermal

Penyusun dokumen AMDAL harus memberikan uraian mengenai

spesifikasi bahan baku yang diperbolehkan masuk ke dalam ruang

bakar juga metode pemilahan yang dilakukan seperti:

a. Bahan baku non-PVC, non-metal, non-organik maka dibutuhkan

proses sorting

b. Kandungan air maksimum maka dibutuhkan proses drying

c. Nilai kalor minimum maka dibutuhkan proses torefaksi

d. Ukuran minimum maka dibutuhkan proses shredding

e. Keseragaman maka dibutuhkan proses mixing

Spesifikasi masukan feedstock sangat berpengaruh pada jenis pre-

treatment yang dibutuhkan (sorting, shredding, mixing, drying, dan

sebagainya.) juga kapasitas yang dirancang agar supply chain tidak

terhambat.

Contoh bahan baku sampah untuk PLTSa insinerasi dirancang memiliki

beberapa kriteria berikut:

a. Kapasitas 500 ton/hari

b. Nilai kalor minimum 1200 kkal/kg

c. Sampah metal, PVC, B3, dan kaca tidak dapat diolah

d. Kemampuan olah sampah campuran organik dan anorganik tinggi

e. Ukuran maksimum (120x80x130 cm)

f. Kandungan air antara 30-50%

g. Sampah tidak menggumpal cenderung seragam


Untuk mencapai kriteria tersebut maka dipersiapkan proses pre-

treatment sebagai berikut:

a. PLTSa paling sedikit memiliki dua buah grabber dan crane untuk

mendistribusikan dan memastikan sampah tidak menggumpal

b. PLTSa memiliki utilitas sorting metal, PVC, B3 baik secara manual

maupun otomatis

c. Kapasitas dan kecepatan angkut grabber harus memenuhi kapasitas

ruang bakar

d. PLTSa memiliki utilitas drying untuk memastikan kandungan air

tetap berada pada batasnya baik saat musim hujan maupun

kemarau

e. Rendemen produk hasil pre-treatment mampu memasok kebutuhan

PLTSa

Masing-masing rancangan proses pre-treatment harus dilengkapi

dengan spesifikasi (material), kapasitas, jumlah line, lama proses pre-

treatment, dan mekanisme yang dipakai (terintegrasi atau harus

menempati lahan tertentu).

Desain Ruang Bakar Insinerasi

Rancangan ruang bakar untuk PLTSa secara umum dibagi menjadi jenis:

1. Fixed bed

2. Moving grate

3. Fluidized bed

4. Rotary kiln

5. Entrained flow/ pulverized

Setiap rancangan ruang bakar bersifat unik, sehingga Penyusun dokumen

AMDAL harus memberikan uraian mengenai proses termal yang terjadi di

dalam ruang bakar, material ruang bakar, spesifik desain dan fitur (temperatur,

penanganan sampah masuk, dimensi, kemampuan olah, prestasi), juga

material tambahan non-bahan baku yang ikut serta dalam proses termal dalam

ruang bakar. Pengetahuan ini akan memberikan gambaran mengenai dampak

potensial yang mungkin terjadi selama proses seperti risiko ruang bakar

bertekanan, risiko temperatur proses yang tinggi, risiko penumpukan abu pada

77

ruang bakar, dan risiko lain yang berhubungan dengan proses yang mungkin

berdampak pada lingkungan.

Ruang bakar pembakaran tempat proses terjadinya pembakaran feedstock

(sampah) menjadi energi termal ditunjukan oleh poin 6, 7, 8, dan 9

sebagaimana dapat dilihat pada Error! Reference source not found. 60. Pada

roses tersebut, ruang bakar didesain sedemikian hingga terjadi optimasi antara

beberapa aspek berikut:

1. Kesempurnaan proses pembakaran dengan kandungan slag dan

sampah tak terbakar kurang dari 3 %

2. Pencegahan produksi emisi gas buang per ton sampah masuk (dioxin,

NOx, CO)

3. Peningkatan kualitas abu

4. Fleksibilitas feedstock (bahan baku)

5. Kemudahan maintenance

Gambar 60. Skema ruang bakar insinerasi PLTSa


Untuk memenuhi tujuan tersebut, ruang bakar pada teknologi dikembangkan

dan didesain dengan beberapa kriteria utama. Tipe ruang bakar yang paling

banyak dipakai pada teknologi insinerasi antara lain:

a. Grate Furnace Incinerator

b. Rotary kiln

c. Fluidised bed dan

d. Entrained flow (tahap pengembangan, tidak akan dibahas pada

dokumen ini)

Keterangan mengenai kelengkapan proses yang terjadi pada ruang bakar

dijelaskan secara ringkas pada Gambar 61.

Gambar 61. Proses dalam ruang bakar pembakaran insinerasi tipe moving grate

Berdasarkan kriteria-keriteria yang disebutkan di atas maka dilakukan simulasi

kondisi operasi PLTSa dengan hasil simulasi berupa Daerah Perancangan,

diperlihatkan pada Gambar 62 di bawah berikut. Diagram memperlihatkan

hubungan antara beban termal pada boiler (pada sumbu vertikal) dan jumlah

bahan bakar yang dibutuhkan (pada sumbu vertikal).

79

Gambar 62. Contoh Daerah Perancangan Kondisi Operasi PLTSa

Interpretasi hasil simulasi dijelaskan lebih rinci, sebagai bukti ilmiah performa

PLTSa menggunakan asumsi yang telah dibuat. Keterangan mengenai cara

pembacaan seperti terterapun harus dicantumkan.

Contoh interpretasi: Kondisi operasi normal pada furnace ditunjukan oleh garis

tebal pada diagram (poligon ABCDEF). Zona ini merupakan kondisi operasi

normal selama 24 jam per hari.

Titik A merupakan kondisi yang dikehendaki (design point), dimana

jumlah sampah sebagai bahan bakar dan beban termal boiler yang

dihasilkan berada pada kondisi operasi maksimal sesuai perancangan

Zona polygon ABGHIF merupakan zona beban berlebih yang

diperbolehkan. PLTSa dapat dioperasikan secara kontinu pada zona

beban lebih dengan syarat rata-rata beban termal dan pemasukan

sampah selama periode 8 jam, tidak lebih dari 102%.

Garis A-B menunjukkan beban termal maksimum, dimana boiler

memproduksi jumlah uap maksimum dan turbin akan menghasilkan

daya sesuai perancangan. Pengoperasian di bawah garis ini akan

menyebabkan keluaran daya listrik akan berkurang.

Garis A-F menunjukkan batas pemasukan sampah yang diperbolehkan,

pengoperasian di luar garis ini akan menyebabkan pembakaran

sampah menjadi tidak sempurna dan menyebabkan banyak sampah

yang tidak terbakar pada abu.

LHV nom ; 1200 kkal/kg

(22.9 ton/h) (10.4 ton/h)

(15.78 MWth)

(31.57 MWth)

LHV max ; 2000 kkal/kg

5

10

15

20

25

30

35

40

45

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

Pemasukan Sampah (ton/h)

Kap

asit

as T

erm

al

(MW

th)

AB

G

LHV min ; 800 kkal/kg

DAERAH

PERANCANGAN

(A-B-C-D-E-F)

H

50%

I

F

E

C

D

50% 80% 110%100%

100%(34.73 MWth)

110%

DAERAH BEBAN LEBIH

(A-B-G-H-I-F)

61%

(19.35 MWth) BURNER/BAHAN BAKAR

TAMBAHAN

(16.64 MWth) (20.8 MWth)


Garis batas minimum beban termal (garis D-E) dan garis batas

minimum nilai kalor (garis E-F) merupakan batasan kondisi operasi,

dimana temperatur pembakaran akan menjadi sangat rendah apabila

sistem dioperasikan diluar batasan tersebut.

Garis batas maksimum nilai kalor (garis C-B) juga merupakan batasan

kondisi operasi, dimana beroperasi di luar batas tersebut dapat

menyebabkan kerusakan pada komponen boiler akibat temperatur

pembakaran yang berlebih.

Agar dapat memenuhi daerah rancangan di atas maka semua peralatan PLTSa

akan dirancang untuk dapat dioperasikan secara kontinu pada garis beban

100% (basis rata-rata harian), dan operasi berkala pada garis beban 110% (basis

rata-rata jam-an). Karena PLTSa dirancang untuk mampu beroperasi secara

berkala pada kapasitas 110%, maka beberapa peralatan seperti peralatan

pengolahan gas buang, turbin, dan kondensor akan mampu beroperasi pada

beban lebih 110%.

Simulasi daerah perancangan seperti tertera pada Gambar 62 berlaku umum

pada setiap teknologi baik insinerasi, gasifikasi, maupun pirolisis. Perbedaan

mendasar pada daerah perancangan operasi masing-masing teknologi adalah:

Faktor konversi sampah (rendemen produk sampah yang dapat

dimanfaatkan)

Nilai kalor produk sampah (tertinggi, median, dan terbawah0

Validasi proses pembakaran

Rancangan pada masing-masing jenis ruang bakar dan teknologi harus

disertai dengan validasi yang wajar dan mewakili proses yang

sesungguhnya. Validasi proses pembakaran dapat dilakukan melalui

tahapan metodologi sebagai berikut:

a. Tahapan desain

i. Penggunaan simulasi model Computational Fluid Dynamics

(CFD) yang merepresentasikan perilaku pembakaran seperti

profil temperatur, residence time, profil temperatur gas hasil

pembakaran. Identifikasi hasil simulasi digunakan untuk

81

menunjukan kesesuaian hasil rancangan sebagai acuan proses

pembakaran yang berlangsung.

ii. Penerangan mengenai asumsi yang dipergunakan seperti input

yang diberikan pada model CFD, penyederhanaan, dan

bagaimana hasil simulasi dapat merepresentasikan desain

iii. Penerangan mengenai simulasi pada worstcase scenario dan

kondisi normal operasi, meliputi kondisi sampah (kandungan air,

nilai kalor, ukuran)

iv. Identifikasi “qualifying zone” dimana temperatur dan residence

time memenuhi syarat pembakaran yang dibutuhkan

(penghancuran dioxin dan furan)

v. Penerangan validitas hasil simulasi

b. Tahapan operasi

i. Pengukuran waktu tinggal flue gas hasil pembakaran

menggunakan metode time of flight dengan titik rekomendasi

pengukuran pada Error! Reference source not found.

ii. Pengukuran menggunakan mean gas flow rate method dan time

domain method

iii. Memastikan 95% dari temperatur rata-rata menit pertama gas

pembakaran berada pada temperatur minimal pembakaran

iv. Pengukuran temperatur gas hasil pembakaran menggunakan

suction pyrometer atau shielded thermocouple

c. Penetapan daerah qualifying zone (Quality Secondary Combustion

Zone)

i. Daerah qualifying zone merupakan daerah diskrit yang dapat

teridentifikasi

ii. Daerah QSCZ tidak merujuk pada daerah primary combustion

melainkan pada daerah pembakaran sempurna gas hasil

pembakaran dimana temperatur di atas 850 °C, waktu tinggal,

dan kadar oksigen tidak di bawah prasyarat minimum

iii. Pada kasus insinerasi dengan moving grate, Daerah qualifying

zone direkemondasikan berada pada titik air injeksi udara

sekunder (over fire) atau pada kasus injeksi udara sekunder

diletakkan berseberangan pada dinding ruang bakar maka


datum bidang merupakan daerah bidang miring antara udara

sekunder yang berseberangan

iv. Pada kasus insinerasi dengan ruang bakar rotary kiln, ruang

QSCZ tidak direkomendasikan berada sepanjang drum kiln

v. Pada kasus insinerasi dengan ruang bakar fluidized bed BFB,

ruang QSCZ direkomendasikan berada pada daerah “freeboard”

vi. Pada kasus insinerasi dengan ruang bakar fluidized bed CFB,

terdapat kesulitan pendefinisian daerah ”freeboard”, oleh

karena itu ruang QSCZ direkomendasikan berada pada ruang

sebelum flue gas terperangkap pada hot cyclone. Namun

demikian, waktu yang dibutuhkan pada proses pembakaran

minimal harus mencapai 2,2 detik.

Gambar 63. Penetapan daerah QSCZ (Quality Secondary Combustion

Zone)

Daerah QSCZ (Quality Secondary Combustion Zone) seperti yang

ditunjukan pada Gambar 63 merupakan daerah yang dibatasi oleh

datum bidang ABCD pada awal injeksi udara sekunder dan EFGH

sebagai bagian akhir dari daerah yang akan diberikan sensor pengukur.

83

Sedangkan titik rekomendasi monitoring gas hasil pembakaran dapat

dilihat pada Tabel 13.

Tabel 13. Titik rekomendasi monitoring gas hasil pembakaran

Residence

time

measuring

method

Parameter (Lokasi) Ukuran

Port Kuantitas Port

Gas Volume

Flow

Temperatur (mid QSCZ) 3 inch 2 (side by side)

Temperatur (akhir QSCZ) 3 inch Min. 2 (side by

side)

Temperatur dan kecepatan

gas (boiler exit dan stack)

4 inch

BSP Minimal 2

Komposisi gas (akhir QSCZ) 2 inch 1

Komposisi gas (boiler exit

dan stack)

4 inch

BSP 1

Time of flight

Temperatur (akhir QSCZ) 3 inch Min. 2 (side by

side)

Injection of pulse (wall) 3 inch 2

Injection of pulse (overfire

air) 1/4 inch

Setiap pipa

kedua/ ketiga

Injection of reference pulse 2 inch 1

Extracted response

detection 2 inch 1

Cross-duct detection 4 inch 1 (diametrically

opposed)

Perhitungan volume ruang bakar primer

Volume ruang bakar primer dapat dihitung mengggunakan persamaan

𝑉𝑠𝑐 =𝑄. 𝐶𝑡𝑘

𝑞

atau

0,040. 𝐶𝑡𝑘 ≥ 𝑉𝑠𝑐 ≥ 0,014. 𝐶𝑡𝑘

dimana

o 𝑉𝑠𝑐 adalah volume ruang bakar primer (m3)

o 𝐶𝑡𝑘 adalah kapasitas rancangan ruang bakar (kg/h)


o 𝑄 adalah lower heating value sampah kota (kcal/kg) (setelah

dipisahkan, sampah kota memiliki kelembapan 30 % dan nilai kalor

dari 1,200 kcal/kg menjadi 1,700 kcal/kg)

o 𝑞 adalah massa jenis termal dari volume ruang bakar (kcal/m3h)

(untuk ruang bakar kontinyu, massa jenis termal dari volume ruang

bakar dari 80,000 kcal/m3h menjadi 150,000 kcal/m3h)

Perhitungan volume ruang bakar sekunder

Volume ruang bakar sekunder dapat dihitung menggunakan

persamaan

𝑉𝑡𝑐 = 𝑡𝑡𝑘 𝑥 Q

Dimana

o 𝑉𝑡𝑐 adalah volume ruang bakar sekunder (m3)

o 𝑡𝑡𝑘 adalah waktu penahanan rancangan (≥2s)

o Q adalah laju aliran udara di ruang bakar sekunder (m3/s)

Perhitungan kapasitas aktual ruang bakar

Kapasitas aktual ruang bakar mungkin berbeda dengan kapasitas

rancangan dan perubahannya bergantung pada jenis sampah yang

dimasukkan ke dalam ruang bakar. Kapasitas aktual (C) ruang bakar

dapat dihitung melalui persamaan berikut.

C =𝑉𝑠𝑐 . 𝑞

𝑄

Dimana

o C adalah kapasitas aktual ruang bakar (kg/h)

o 𝑉𝑠𝑐 adalah volume ruang bakar primer (m3)

o 𝑞 adalah massa jenis termal volume ruang bakar (kcal/ m3h)

o 𝑄 adalah lower heating value untuk tiap sampah kota aktual

(kcal/kg)

Perhitungan waktu tinggal

Jika tidak ada pengukuran tepat untuk waktu tinggal sampah di ruang

bakar, maka dapat dihitung menggunakan persamaan berikut.

85

t =𝑉𝑡𝑐

Q

Dimana

o t merupakan waktu tinggal (detik)

o 𝑉𝑡𝑐 merupakan volume ruang bakar sekunder yang secara aktual

dihitung (m3)

o Q adalah laju udara di ruang bakar sekunder (m3/s). Q dapat

diekstrapolasi dari laju aliran udara yang diukur pada titik sampel di

cerobong atau berdasarkan laju aliran udara dari air ejector fan di

belakang ruang bakar sekunder

Dengan melakukan perhitungan di atas, kapasitas PLTSa yang

diharapkan dapat diketahui dan spesifikasi teknis komponen PLTSa

dapat dirancang. Selama operasi normal, spesifikasi dasar ruang bakar

harus memenuhi parameter pada Tabel 14.

Tabel 14. Spesifikasi Dasar Insinerator

No Parameter Satuan Nilai

Standar

1 Kapasitas insinerator sampah(1) kg/h ≥ 300

2 Temperatur ruang bakar primer(2) °C ≥ 400

3 Temperatur ruang bakar sekunder °C ≥ 950

4 Waktu penahanan s ≥ 2

5 Temperatur gas buang (pada titik

pengambilan sampel)

°C ≤ 180

6 Konsentrasi residu oksigen (pada titik

pengambilan sampel)

% 6 - 15

7 Temperatur di dinding luar insinerator

(atau lapisan isolasi termal)

°C ≤ 60

8 Kemampuan untuk beroperasi secara

kontinyu (untuk memastikan daya

tahan dan spesifikasi lain) (3)

h ≥ 72

Catatan: (1) Kapasitas pada 300 kg/h setara pada volume minimal ruang bakar

primer pada 2,4 m3


(2) Pada kasus khusus (contohnya pada insinerasi pirolisis anaerobik),

ruang bakar primer harus beroperasi pada temperatur di bawah 400 °C

dengan kondisi operasi pada saat pengujian harus memenuhi persyaratan

pada regulasi dan mendapatkan izin dari pihak yang kompeten yang dapat

memberi sertifikasi pada perlindungan lingkungan dari fasilitas

pengolahan sampah kota (3) Parameter ini hanya digunakan pada saat pengujian dan serifikasi yang

memenuhi persyaratan untuk perlindungan lingkungan pada fasilitas

pengolahan sampah kota

Desain Komponen Pendukung Wte Termal Insinerasi

Desain komponen pendukung WtE termal insinerasi ini menjelaskan secara

global aspek-aspek apa yang perlu diperhatikan perancangan komponen

pendukung WtE, mencakup sistem, subsistem, aksesoris, ataupun komponen-

komponen dari sistem pendukung WtE. Subbab ini juga menjelaskan

parameter-parameter yang perlu dihitung pada komponen atau subsistem

pendukung WtE termal insinerasi.Beberapa diantaranya yang dijelaskan pada

subbab ini adalah yang menggunakan prinsip siklus Rankine, berupa unit

pengkonversi energi, air proses, pengolahan gas buang, blower, stack, dan juga

turbin-generator

Rancangan Unit Pengkonversi Energi (energy conversion system)

Pada PLTSa jenis Insinerasi, unit konversi energi yang paling

memungkinkan untuk digunakan adalah external combustion engine.

External combustion engine adalah satu paket peralatan pengkonversi

energi termal di mana energi panas yang dihasilkan dari sumber

eksternal (flue gas) dipindahkan pada fluida kerja (air) pada suatu sitem

tertutup untuk menghasilkan uap yang akan diekstraksi melalui

ekspansi pada unit turbin untuk menghasilkan listrik. Gambar 64

merupakan representasi unit pengkonversi energi, menggunakan

steam generator dan fluida kerja air

87

Gambar 64. Skema unit konversi energi sistem Rankine

Gambaran siklus rankine adalah dimulai dari ruang bakar insinerasi –

steam generator – turbin uap – generator listrik. Gambar 65

menunjukkan skema siklus Rankine yang terjadi pada unit konversi

energi.

Gambar 65. Siklus uap Rankine


Efisiensi dari proses konversi energi termal enjadi energi listrik sangat

bergantung dari kemampuan rekayasa termal pada siklus Rankine

ataupun pengurangan rugi-rugi panas. Langkah-langkah yang dilakukan

untuk meningkatkan efisiensi termal antara lain:

a. Menurunkan jumlah udara berlebih (excess air ratio)

b. Menurunkan boiler exit temperature

c. Menurunkan tekanan dan temperatur kondensor

d. Meningkatkan temperature dan tekanan steam

e. Melakukan intermediate reheating

f. Mengurangi heatloss pada flue gas (feedwater heater)

g. Mengurangi kebutuhan listrik Plant (Fan atau Selective Catalytic

Reduction)

Dalam hal unit konversi energi, harus diberikan uraian rinci mengenai

tipe unit pengkonversi energi yang digunakan, fitur, gambaran proses,

kaidah proses yang harus diperhatikan (syarat proses pembakaran),

material non-bahan baku tambahan dalam proses, prestasi unit

konversi, dan fitur yang dipakai dalam rangka usaha untuk mencapai

peningkatan efisiensi ataupun penurunan tingkat emisi.

Rancangan Air Proses

Penggunaan air dalam proses merupakan hal krusial yang perlu

diperhatikan terutama pada proses yang menggnunakan sistem uap

Rankine. Rancangan air proses dibuat berdasarkan beberapa asumsi,

yakni:

a. Working cycle (misal: 24 jam)

b. Jumlah line proses

c. Nilai continous maximum load (CML), thermal load

d. Iklim (temperatur dan kelembaban)

Pemrkarsa harus memberikan uraian secara terperinci neraca alir air

proses meliputi, sistem (closed system atau open system), kebutuhan

make-up water, unit pengolah air proses, alur pembuangan air proses,

persyaratan teknis maupun lingkungan mengenai air proses.

89

Beberapa contoh utilitas yang memerlukan rancangan air proses

antara lain:

a. Air umpan ketel (feedwater boiler)

b. Air pendingin kondensor

c. Air pendingin grate

d. Air pendingin unit konversi energi (radiator engine, turbin gas,

turbin uap)

e. Air untuk unit wet scrubber

f. Air pada urea solution unit SCR

g. Air untuk sarana pemadam kebakaran, dsb.

Tabel 15. Contoh rancangan air proses

No Penggunaan

Konsumsi air (m3/jam)

Iklim

T = 32 °C/ RH=

40% Musim

Panas

T = 28 °C/ RH=

70% Musim

Penghujan

1

Air umpan ketel:

Feedwater

Make up water de-aerator

2

Air pendingin:

Air pendingin turbin/engine

Air pendingin kondensor

Evaporasi pada cooling tower

Evaporasi pada bottom ash cooling

Discharged blowdown

Lost as drips

3 Air untuk urea solution

4 Air untuk wet scrubber

5 Lain- lain

Rancangan Sistem Pengolahan Gas Buang

Sistem pengolahan gas buang, alur proses, beserta fitur secara

terperinci (recycleable atau sekali pakai) harus dapat dijelaskan secara

detail, selain itu harus disertakan gas yang mampu diolah dan


dikurangi, lengkap dengan alat ukur dan material non-bahan baku lain

yang diperlukan.

Sistem pengolah gas buang secara umum minimum terdiri dari

beberapa utilitas yang dirancang untuk menurunkan tingkat emisi dari

gas buang hasil pembakaran pada ruang bakar insinerasi. Gambar 66

menunjukkan skema pengolahan gas buang (poin 7, 8, 9, 10, 11).

Gambar 66. Skematik Sistem Gas Buang WtE Termal Insinerasi

Sistem pengolahan gas buang dirancang minimal memiliki beberapa

utilitas berikut dengan fungsinya seperti Gambar 67 , yaitu:

a. Electrostatic precipirator – mengendapkan fly ash dan PM

(Particulate Matter)

b. Dry scrubber/ wet scrubber – menghilangkan gas asam ( SO2, HCl),

dioxin dan furan

c. Bag filter – menyaring sisa PM dan debu

d. SCR (selective catalytic reactor) atau SNCR (selective non catalytic

reactor)- De-NOx, VOC (volatile organic compound),

91

IDF

Stack

Fly Ash & Reaction Product

A. C.

Silo

Lime

Silo

Gas Buang Quenching

Chamber

CFB

Reactor

Bag Filter

Air

Menurunkan temperatur gas,

mencegah terbentuknya

kembali dioxin

CaO

12 kg/ton

sampah

Menghilangkan gas-

gas asam

SOx, HCl, H2S,

VOC, HAP, PM10,

PM2.5,

1 kg/ton

Karbon aktif

menyerap uap

merkuri, dioxin,

CO

Menyaring

partikel PM10

PM2,5 (debu

logam, dioxin)

Cerobong

Tinggi 70 -80 m

Gambar 67. Sistem kendali Gas buang

Sistem kendali gas buang secara umum terdapat pada Gambar 67.

Sedangkan instrumen lain yang harus ada pada sistem gas buang

adalah:

a. Pengukur temperatur dengan kisaran 0 – 200 oC

b. Pengukur tekanan dengan kisaran 800 – 1200 mBar absolute

c. Pengukur laju aliran gas buang, Nm3/jam

Instrumen pengukur dan penganalisa gas harus terhubung dengan

sistem data akusisi sehingga dapat dimonitor secara online di ruang

kendali, dapat direkam dan dapat ditransmisikan ke lembaga-lembaga

terkait secara online (apabila diperlukan). Data akusisi harus dilengkapi

dengan perangkat lunak yang memadai sehingga penampilan dan

kendali dapat dilakukan dengan mudah. Besaran-besaran emisi gas

buang harus langsung dikonversi menjadi besaran-besaran dalam

keadaan standar. Yang dimaksud keadaan standar adalah kering, 11%

O2, 273 K, 1013 mBar absolut (mungkin berbeda sesuai standar yang

digunakan).

Ringkasan rancangan sistem pengolahan gas buang disimpulkan seperti

Tabel 16.


Tabel 16. Ringkasan sistem pengolahan gas buang dan reduksi emisi

Rancangan Saluran gas, ID fan, Cerobong asap (stack)

Rancangan saluran gas, induced draft fan, cerobong asap (stack)

memerlukan data-data sebagai berikut:

a. Dimensi perancangan dan fitur (panjang, diameter, tinggi,

konfigurasi)

b. Temperatur keluar gas, volume gas per jam, kecepatan alir gas

c. Kapasitas dan daya fan

d. Potensi pembentukan plume

e. Standar baku mutu lingkungan

Rancangan Turbin, Generator, Sistem Elektrikal

Sistem pembangkitan listrik (turbo-generator) merupakan unit

pengkonversi energi mekanik (putaran poros) melalui steam turbine

dengan konsep siklus uap rankine. Dari siklus rankine tersebut dapat

dihasilkan daya dan energi kinetik pada poros turbin yang dikopel

dengan generator untuk menghasilkan energi listrik dikonversikan

melalu unit Electrical Generator. Selain itu, pembangkitan daya juga

dapat menggunakan siklus brayton (apabila menggunakan gas) dan

juga motor bakar (reciprocating engine), namun pada subbab ini hanya

dijelaskan mengenai sistem pembangkitan yang umum digunakan pada

PLTSa yaitu Siklus Rankine.

None ESPBag

Filter

Dry

Scrubber

Wet

ScrubberSCR SNCR Flaring Keterangan

Kadar

maksimum

baku

Partikulat matter (PM) mg

Sulfur Dioxides (SO2) mg

Hidrogen Flourida (HF) mg

Hidrogen Clorida (HCl) mg

Nitrogen Oxides (NOx) mg

Ammonia (NH3) mg

Nitrous Oxide (N20) mg

Carbon Monoxide (CO) mg

Dioxin dan Furan ng TEQ

Kadmium (Cd) mg

Timbal (Pb) mg

Merkuri (Hg) mg

VOC µg

Opasitas %

Ammonia g ***

TiO2 g ***

V2O5 g ***

CaO g ***

WO3 g ***

* Kadar maksimum pada Tabel di atas dikoreksi terhadap (xx)% oksigen (O2) dan pada kondisi normal (25 °C, 760 mm Hg) dan berat kering (dry basis).

** Kadar emisi pada Tabel di atas dikoreksi terhadap (xx)% oksigen (O2) dan pada kondisi normal (25 °C, 760 mm Hg) dan berat kering (dry basis).

*** Diisikan oleh keterangan lifetime dari katalis (tidak dapat dipergunakan kembali (sekali pakai), dapat dipakai kembali, dll. )

Satuan per

kg sampah

(waste)

Emisi**

Input material non-bahan baku

Teknologi proses pengolahan yang digunakan

93

Pada unit konversi menggunakan siklus uap Rankine (menggunakan

turbin uap), parameter-parameter rancangan turbin uap meliputi:

a. Baseload, power rating (MW)

b. Inlet pressure (bar), inlet temperature (K), condenser pressure

(mbar), stage turbin

c. Net efficiency, gross efficiency (%)

d. Sistem pendingin

e. Kecepatan putaran poros (rpm)

f. Start up time (menit)

g. Dimensi (panjang x lebar x tinggi)

Pada unit Generator, rancangan meliputi:

a. Kecepatan putaran poros (rpm)

b. Frekuensi jala-jala (Hz)

c. Sistem gearbox dan kopling

d. Sistem pendingin generator

e. Sistem proteksi meliputi:

1. Proteksi kegagalan insulasi

2. Stator earth fault

protection

3. Rotor earth fault

protection

4. Unbalanced stator loading

protection

5. Stator overheating

protection

6. Low vacuum protection

7. Lubrication oil failure

8. Loss of boiler firing

protection

9. Prime mover failure

10. Overspeed protection

11. Rotor distortion

protection

12. Vibration protection

13. Expansion between rotary

and stationary part

protection

14. Back up protection

Latihan Soal

1. Sebutkan komponen-komponen dari utilitas ruang bakar-boiler,

kondensor, pembangkit energi, dan pengolahan gas buang, masing-

masing minimal 3 !

2. Buatlah sketsa daerah perancangan dari ruang bakar, dan jelaskan

langkah-langkah mendesain menggunakan daerah perancangan

tersebut !


Rangkuman

Analisis kandungan atau karakteristik dari sampah dapat didekati

menggunakan dua metode uji analisis, yaitu uji proksimat dan uji

ultimat.

a. Uji proksimat merupakan pengujian sampah untuk mendapatkan

empat parameter utama, yaitu kadar air (moisture), kadar abu

(ash), zat terbang (volatile matter), dan karbon tetap (fixed

carbon). Pada batubara, uji proksimat dilakukan untuk

menentukan rank dari suatu batubara.

b. Uji ultimat adalah pengujian karakteristik sampah untuk

menganalisa dan menentukan jumlah unsur Carbon (C), Hydrogen

(H), Oksigen (O), Nitrogen (N) dan Sulfur (S).

Dari kedua uji ini, dapat diidentifikasi nilai kalor yang dimiliki suatu

bahan bakar, dan dapat dilakukan perancangan dari PLTSa.

Desain pada ruang bakar dapat melibatkan beberapa perhitungan,

antara lain adalah volume ruang bakar primer, volume ruang bakar

sekunder, kapasitas aktual ruang bakar, dan perhitungan waktu tinggal.

Simulasi kondisi operasi oleh PLTSa dapat dianalisis dengan

menggunakan daerah perancangan, yaitu merupakan hubungan

antara beban termal pada boiler dan jumlah bahan bakar yang

dibutuhkan

Agar dapat memenuhi daerah rancangan di atas maka semua peralatan

PLTSa akan dirancang untuk dapat dioperasikan secara kontinu pada

garis beban 100% dan 110%. Karena PLTSa dirancang untuk mampu

beroperasi secara berkala pada kapasitas 110%, maka beberapa

peralatan seperti peralatan pengolahan gas buang, turbin, dan

kondensor akan mampu beroperasi pada beban lebih 110%.

Desain unit-unit pendukung antara lain adalah:

o Unit pengkonversi energi : dengan rankine cycle

o Unit air proses

o Unit pengolahan gas buang

o Unit blower & stack

o Unit turbin-generator

95

BAB 4 ANALISIS WtE TERMAL INSINERASI


ANALISIS WtE TERMAL INSINERASI



menganalisis secara umum berbagai WtE termal insinerasi yang cocok untuk

lokasi dan kondisi sampah yang akan diolah menggunakan perangkat lunak

sederhana.

Tujuan

Tujuan materi ajar analisis WtE termal insinerasi ini adalah agar peserta

pelatihan dapat memahami keunggulan dan kelemahan berbagai jenis WtE

termal yang menggunakan metoda insinerasi serta memberikan preferensi

teknologi WtE termal berdasarkan lokasi dan kondisi sampah yang akan diolah

dengan bantuan perangkat lunak sederhana.

Analisis Kondisi Sampah Masuk Wte Termal Insinerasi

Menjelaskan perubahan kondisi sampah masuk WtE yang dapat terjadi karena

perubahan paradigma masyarakat, perubahan musim dan event besar.

Menjelaskan perlunya analisis sampah secara periodik untuk menentukan

kondisi operasi WtE dan memprediksi daya listrik yang dihasilkan, serta

peralatan yang diperlukan untuk analisis.

Karakteristik sampah

Proses penanganan sampah yang tepat dan efektif sangat bergantung

dari karakteristik timbulan sampah yang akan diolah. Karakteristik

timbulan sampah akan sangat bervariasi bergantung pada komponen-

komponen sampahnya, sehingga dimungkinkan akan terjadinya

perbedaan sifat baik secara fisika maupun kimiawi. Karakteristik

sampah dapat dikelompokkan menurut sifat-sifatnya, seperti:

a. Komposisi: sebaran jumlah dari jenis sampah yang berbeda baik

dalam persen berat atau volum

b. Karakter fisika: densitas, sebaran ukuran, proksimat (kadar air, kadar

volatile, kadar abu, kadar karbon tetap), nilai kalor

c. Karakter kimia: susunan kimia sampah terdiri dari unsur C, N, S, O,

P, H, Cl, Hg, dsb.

97

Komposisi berdasarkan sifat keterbakarannya

Komposisi timbulan sampah dapat diklasifisikan berdasarkan berbagai

aspek tinjauan, semisal komposisi sampah organik dan anorganik dan

sebagainya. Pada Gambar 68 akan ditampilkan komposisi sampah yang

terdapat pada TPS untuk mewakili sumber sampahnya (rumah tangga

dan sejenis rumah tangga). Pada Gambar 68 diklasifikasikan jenis

sampah yang dapat terbakar (plastik, tekstil, sampah kebun,

sterofoam, sisa makanan, dan kertas) dan jenis sampah yang tidak

dapat terbakar (kaca, logam, dan B3)

Gambar 68. Contoh penyajian data komposisi sampah

Potensi jumlah sampah

Potensi kuantitas timbulan sampah dapat dinyatakan dalam satuan

berat (kilogram per orang perhari, kilogram per meter-persegi perhari,

atau kilogram per tempat tidur perari) ataupun dalam satuan volume

(liter per orang perhari, liter per meter persegi perhari, atau liter per

tempat tidur perhari). Secara praktis sumber sampah dibagi menjadi

dua kelompok besar, yaitu:


a. Sampah dari permukiman, atau sampah rumah tangga

b. Sampah dari non-permukiman yang sejenis ruma tangga, seperti

dari pasar, daerah komersial, dsb.

Sampah dari kedua jenis ini (a dan b) dikenal sebagai sampah domestik.

Sedangkan sampah non-dosmestik adalah sampah atau limbah bukan

sejenis rumah tangga, misalnya limbah dari proses industry. Bila

sampah dosmetik ini berasal dari lingkungan perkotaan, dalam Bahasa

Inggris dikenal sebagai municipal solid waste (MSW).

Prakiraan timbulan sampah harus dibuat mendekati keadaan

sebenarnya dan sebaiknya data lapangan yang digunakan adalah data

yang terbaru. Besaran timbulan sampah akan mempunyai variasi dari

tiap tahun yang disebabkan oleh faktor pertumbuhan penduduk, taraf

hidup masyarakat, pendidikan, budaya baru, dll. Data timbulan sampah

ini akan menjadi acuan terhadap perkiraan tahun yang akan datang

untuk menentukkan penanganan sampah seperti kapasitas, pola

pengangkutan, dll. Tabel 17 merupakan contoh data timbulan sampah

kota.

Tabel 17. Contoh data timbulan sampah kota

No. Sumber sampah Timbulan Satuan

Pemukiman

1 Rumah: Permanaen L/o/h

Semi permanen

L/o/h

Non permanen L/o/h

Rerata L/o/h

Non Pemukiman

2 Pasar L/m2/h

3 Jalan: Arteri L/km/h

Arteri sekunder

L/km/h

Lokal L/km/h

4 Toko L/unit/h

5 Kantor L/unit/h

6 Rumah makan L/unit/h

99

No. Sumber sampah Timbulan Satuan

7 Hotel L/bed/hari

8 Industri L/pegawai/hari

9 Rumah sakit L/bed/hari

Potensi Pembangkitan Energi

Potensi pembangkitan energi dari sumber sampah harus dilakukan

dengan cermat untuk menghindari penyimpangan dari nilai yang

sesungguhnya. Potensi energi yang dapat dibangkitkan harus selalu

disertai dengan beberapa asumsi yang wajar dan rasional: (1) batasan

wilayah tempat, (2) komposisi masing-masing percontoh, (3) iklim,

curah hujan saat dilakukan sampling, (4) pengambilan nilai rerata nilai

kalor yang wajar dan mewakili keseluruhan sampel sampah.

Besaran HHV mungkin didapatkan dari prediksi berdasarkan komposisi

yang terkandung pada samapah, ataupun pengukuran langsung

menggunakan bom kalorimeter. Dari Error! Reference source not

ound., didapatkan nilai HHV yang mewakili merupakan 12 MJ/kg pada

kondisi *dry basis. Kandungan air (moisture content), akan menjadi

acuan massa ekivalen timbulan sampah. Massa ekivalen sampah

setelah dikurangi kandungan air, nilai kalor HHV rerata, dan rentang

waktu akan menjadi faktor dalam perhitungan potensi energi dari

timbulan sampah yang ada.

Nilai Kalor dan Komposisi Sampah yang dapat Masuk PLTSa

Spesifikasi teknologi yang digunakan dalam fasilitas PLTSa (termasuk

perangkat penyimpanan, pengangkutan, pengolahan sampah baik

secara termal maupun biologis, dan pengolah residu) akan terkait pada

kualitas sampah masuk PLTSa. Sampah yang masuk ke fasilitas PLTSa

harus memenuhi prosedur saat tahap penerimaan yang meliputi:

Dokumentasi yang mencakup kuantitas dalam bentuk berat,

sumber, tipe sampah yang akan diproses, dan waktu penerimaan

sampah (hari, tanggal, dan jam)Rencana inspeksi untuk

menentukan keberadaan limbah B3, kaca, PVC, aluminium foil,

dsb)

Rencana pengambilan sampel dan pengujian kandungan sampah


Rencana pembuangan limbah yang mengandung material

berbahaya (B3, kaca, PVC, aluminium foil, dsb)

Fasilitas penyimpanan harus disediakan untuk semua material sampah

baik berupa sampah yang akan diproses juga segala produk

pembakaran serta residu kimia yang dihasilkan dari residu PLTSa

(dibagi 3 saja). material yang sedang diproses, dan segala produk dari

fasilitas PLTSa yang berupa abu sisa pembakaran, logam tidak terbakar,

dsb. Penyimpanan tersebut harus diupayakan untuk menghindari atau

meminimalisir potensi ledakan, terbakar, korosi, dan penyebaran bau

yang dapat membahayakan keselamatan dan kesehatan orang serta

lingkungan.

Sampah yang dipasok harus heterogen, pasokan sampah yang sejenis

dari suatu kegiatan tertentu (misal plastik sisa dari pemilahan, sampah

kulit dari kerajinan kulit, kertas dari perkantoran) harus dihindari, atau

harus dicampur dengan pasokan sampah dari sumber lainnya dengan

persyaratan sebagai berikut:

a. Satu pasokan sampah sejenis tidak melebihi 15% berat total

pasokan sampah

b. Total pasokan sampah sejenis tidak melebihi 50% berat total

pasokan sampah

Jika komposisi sampah sejenis melebihi 15 % pada satu pasokan

sampah dan melebihi 50 % ada total pasokan sampah maka akan

mempengaruhi karakteristik pembakaran sampah tersebut. Jika terlalu

homogen, karakterisitik pembakaran bisa beda jauh. Misal jika kertas

semua, lidah api bisa panjang.

Dalam hal PLTSa termal (WtE termal insinerasi), kualitas sampah yang

memiliki pengaruh besar di antaranya:

- Kandungan terkait sifat keterbakaran (kandungan air, zat terbakar,

dan abu)

- Nilai kalor-rendah sampah (LHV)

- Komposisi zat terbakar (zat terbang dan karbon tetap)

101

Sampah yang memiliki nilai kalor rendah akan menurunkan temperatur

rata-rata ruang bakar dan stabilitas pembakaran yang berakibat pada

meningkatnya jumlah waktu yang dibutuhkan untuk pembakaran

sempurna. Pembakaran ideal harus di atas temperatur 800 oC dan

waktu tinggal melebihi 2 detik.

Kandungan terkait sifat keterbakaran akan mempengaruhi nilai kalor-

rendah sampah diantaranya:

Kandungan air (moisture content)

Kandungan air pada sampah mencapai hingga 50-80 % yang

didapat dari cairan yang melekat pada sampah dapur atau hujan

ketika proses pengumpulan dan pengangkutan. Kadar air yang

tinggi akan menurunkan nilai kalor sampah dan menghambat

pembakaran.

Zat terbang

Selama proses pembakaran, massa sampah yang berkurang

merupakan zat terbang (vaolatile matter) dan karbon tetap (fixed

carbon) yang terbakar. Komponen dasar zat terbang meliputi

karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, dan sulfur. Sampah yang

mengandung plastik atau senyawa kimia lain yang memiliki rasio

karbon dan hidrogen yang tinggi akan menjadikan zat terbakar

memiliki nilai kalor yang lebih tinggi.

Zat terbang merupakan senyawa yang mudah menguap yang akan

mengalami penguraian termal dan menciptakan api. Persentase

zat terbang pada sampah dapur, kertas, dan sampah kebun sekitar

85-90 %. Hal ini berdampak pada pengurangan massa yang

signifikan selama proses pembakaran.

Abu

Kandungan abu merupakan komponen yang tidak ikut bereaksi

dalam reaksi oksidasi sehingga tidak menyumbangkan nilai kalor

pada bahan bakar padat.

Untuk mengetahui kandungan sampah terkait sifat

keterbakarannya, perlu dilakukan pengujian secara sampling untuk

mewakili total sampah yang masuk, atau biasa disebut dengan

analisis proksimat. Analisis proksimat dilakukan dengan cara

mengeringkan sampah di pengering (2 jam pada 105 oC), kemudian


membakarnya di ruang bakar elektrik sambil diukur pengurangan

berat pada setiap langkah. Metode ini akan menunjukkan tiga

komponen sampah (kandungan air, abu, dan zat terbakar). Dari

kandungan angka ini, nilai kalor dari sampah dapat dihitung.

Terkait dengan analisis proksimat, terdapat beberapa istilah dalam

penyajian data massa sebuah bahan bakar padat tergantung pada

kandungannya. Istilah tersebut diantaranya:

As received (ar), bahan bakar padat belum mendapatkan

perlakuan apapun (bisa disebut juga dengan without

treatment, wt)

Air dried base (adb), bahan bakar telah dikeringkan pada

kondisi atmosfer sehingga tidak memiliki kandungan air

permukaan (surface moisture)

Dry base (db), bahan bakar telah dikeringkan pada temperatur

105 oC sehingga bebas dari kandungan air permukaan dan air

rongga (inherent moisture)

Dry ash-free (daf), bahan bakar padat yang tidak memiliki

kandungan air dan abu

Dry mineral-matter free (dmmf), bahan bakar padat tidak

memiliki kandungan air, abu, dan mineral sehingga dapat

dikatakan bahan bakar padat terdiri atas senyawa organik

murni

Moist, ash-free (maf), bahan bakar padat tidak memiliki

kandungan abu namun memiliki sedikit kandungan air

Moist, mineral-matter free (mmmf), bahan bakar padat tidak

memiliki kandungan abu dan mineral namun memiliki sedikit

kandungan air.

Dimana ketentuannya adalah

HVar< HVadb <HVdb

Istilah penyajian massa bahan bakar padat di atas dapat dirangkum

pada Gambar 69.

103

Gambar 69. Penyajian data dari kondisi bahan bakar padat

Selain analisis karakteristik fisik melalui analisis proksimat, terdapat

pengujian lain untuk mengukur karakteristik kimiawi dengan metode

analisis ultimat. Analisis ultimat merupakan analisis kimia yang hasil

akhirnya menunjukkan presentase kandungan karbon, hidrogen,

oksigen, nitrogen, dan sulfur. Salah satu bentuk penyajian hasil analisis

ultimat adalah menggunakan kurva Van Krevelen. Pada kurva ini, rasio

H:C dan O:C menunjukkan posisi kualitas bahan bakar padat tersebut.

Semakin kecil rasio H:C dan O:C, semakin baik kualitas bahan bakar

padat tersebut. Kurva Van Krevelen ditunjukkan pada Gambar 70.

Gambar 70. Penyajian data rasio karbon terhadap oksigen dan

hidrogen bahan bakar padat dalam kurva Van Krevelen

Data analisis proksimat dan ultimat yang telah diperoleh dari hasil

pengujian dapat dirangkum ke dalam tabel berikut untuk mengetahui


kualitas sampah tersebut terkait sifat keterbakaran dan kandungan

energinya. Kemudian dapat dilakukan perhitungan kalor berdasarkan

hasil dari analisis ultimat, dengan menggunakan beberapa persamaan.

Perhitungan Nilai Kalor & Analisis Ultimat

Data nilai kalor rendah (Lower Heating Value, LHV) dapat diperoleh

menggunakan tiga metode, yaitu:

1. Kalorimeter bom

2. Rumus pendekatan dari analisis proksimat, sesuai dengan referensi

pada Kementerian Kesehatan Jepang 1979, yaitu:

LHV (kcal

kg) = 4500 ∗

V

100− 600 ∗

W

100

Dimana :

V(%) = konten zat terbakar

W(%) = kandungan air

3. Analisis elementer dari analisis ultimat, dengan beberapa

persamaan diantaranya:

a. Persamaan Dulong

81C + 342,5 (H −O

8) + 22,5S (

kcal

kg)

b. Persamaan Steuer

81 (C −3

8O) + 57 ∗

3

8O + 345(H − (

1

16O) + 25S (

kcal

kg)

c. Persamaan Scheurer-Kestner

81 (C −3

4O) + 57 ∗

3

4O + 342,5H ∗ O + 22,5S (

kcal

kg)

Dimana nilai C, O, N, dan S dapat ditentukan menggunakan uji ultimat

dari sampah. Beberapa keterangan terkait komponen C,O,N, dan S

adalah sebagai berikut

• Karbon (C), Hidrogen (H), dan Sulfur (S) menyumbang nilai kalor

bahan bakar (nilai kalor sebanding dengan kandungan C, H dan

S)→dapat dihitung secara teoretik dengan persamaan Dulong

• Kandungan Oksigen (O) mempengaruhi rasio campuran bahan

bakar udara (AFR, Air Fuel Ratio) di dalam boiler

105

• Kandungan Nitrogen (N) dapat menyumbang terjadinya NOx pada

temperatur tinggi

• Kandungan Klorin (Cl) dapat menyumbang emisi gas dioxin pada

temperatur rendah.

Sedangkan untuk uji proksimat dari sampah berkaitan dengan hal

berikut

• Karbon tetap (FC) menyumbang nilai kalor bahan bakar→semakin

besar kandungan FC semakin disukai

• Kandungan Zat Terbang/Volatile Matter (VM) menyumbang nilai

kalor bahan bakar, tetapi jika terlalu banyak dapat mengakibatkan

pembakaran terlalu cepat (rapid combustion) dan jika tidak

terbakar sempurna dapat menempel pada pipa boiler dan

mempercepat pengerakan

• Kandungan air menurunkan nilai kalor bahan bakar→semakin kecil

kandungan air semakin disukai

• Kandungan abu (ash) yang terlalu tinggi dapat meningkatkan emisi

debu, memperbesar kemungkinan slagging

(pengerakan)→semakin kecil kandungan abu semakin disukai

Maka berdasarkan persamaan-persamaan berikut, dapat dicari nilai

kalor dari sampah yang masuk ke PLTSa. Berikut adalah nilai kalor

secara umum dari masing-masing tipe sampah.

Gambar 71. Analisis Nilai Kalor Sampah Secara Keseluruhan

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Daun

Sisa Makanan

Kayu

Kertas CD

Kertas Arsip

Kertas Duplex

Kertas Dus

Plastik PVC

Plastik Botol

Plastik Keras


Plastik Mainan

Plastik PP

Plastik OPP

Plastik Ember

Plastik HD

Alat2 Suntik

Plastik PE

Plastik Keresek

Plastik Botol Infus

Plastik Aqua Gelas

Styrofoam

Daimatu

TPA I

TPA II

Tekstil

Karet

Lain-lain


Studi Mengenai Sampah yang tidak boleh masuk PLTSa

Sampah yang tidak diterima oleh fasilitas PLTSa sebagian telah diatur

pada Permen LHK No. 70 tahun 2016, diantaranya:

- Limbah Kimia/B3

- Kaca

- PVC

- Aluminium foil

Bahan-bahan di bawah tidak diatur di dalam Permen LHK No. 70 tahun

2016 namun dapat memberi potensi risiko pada operasi PLTSa

- Bahan yang mudah meledak bila dibakar seperti tabung gas, kaleng

aerosol yang masih penuh dalam jumlah besar, wadah bekas solven

- Sisa amunisi/bahan peledak

- Sampah yang dimensinya (ukurannya) besar (>120x80x130 cm)

- Objek sampah yang berat, memberikan tekanan pada dasar ruang bakar

> 500kg/in2

- Potongan beton (berangkal)

- Batang besi dan aluminium foil

- Bahan gas dan cairan yang mudah terbakar dan bahan berbentuk tepung

halus

- Lumpur sisa pengolahan limbah cair

- Limbah yang terkontaminasi oleh limbah mikrobiologis (medis/farmasi)

Sifat limbah B3 adalah mudah meledak, mudah menyala, reaktif,

infeksius, korosif, dan beracun.

Sampah yang harus diproses sebelum masuk PLTSa

Semua tindakan pra-pemrosesan (pretreatment) limbah ditujukan

untuk meningkatkan ketersesuaian antara sampah yang akan diolah

dengan spesifikasi teknis PLTSa. Tahap pra-pemrosesan harus

mempertimbangkan perizinan yang dibutuhkan dan pemantauan

dalam kaitannya dengan potensi pelepasan polutan seperti debu,

senyawa yang mudah terbang, air, bau, kebisingan, dan getaran.

Dalam hal PLTSa Termal, sampah berikut harus diolah terlebih dahulu

dan kemudian dicampur merata dengan sampah lainnya. Yang

termasuk ke dalam golongan sampah ini adalah:

107

- Sampah yang banyak mengandung karpet vinil atau sampah yang

banyak mengandung klorin (Cl) dan sulfur (S)

- Bekas ban mobil/motor (nilai kalorinya tinggi, kandungan sulfur (S)

dan seng (Zn) tinggi)

- Kayu bekas bangunan/kayu yang telah diberi pelindung (kandungan

seng (Zn) tinggi)

Sampah yang memiliki kandungan air tinggi juga harus menjalani pra-

pemrosesan dengan cara pengeringan. PLTSa harus mampu mengolah

sampah dengan nilai kalor rendah dan/atau kandungan air yang tinggi

sedemikian sehingga menghasilkan efisiensi pembakaran yang tinggi

dan emisi gas buang sesuai dengan baku mutu yang berlaku.

Dalam hal pemenuhan kriteria feedstock yang sesuai dengan spesifikasi

masing-masing PLTSa dengan teknologi termal maka dibutuhkan pra-

pemrosesan bahan baku, yang secara garis besar terbagi atas:

1. Pre-treatment mekanikal meliputi proses yang melibatkan peralatan

mekanik seperti shredding (pencacahan), sorting (pemilahan),

mixing (pencampuran), pengompakan, dan dehydration,

2. Pre-treatment termal meliputi proses yang melibatkan panas baik

secara natural ataupun buatan seperti drying, pengarangan dan

penghancuran termal (hydrothermal)

Penyusun dokumen AMDAL harus memberikan uraian mengenai

spesifikasi bahan baku yang diperbolehkan masuk ke dalam ruang

bakar seperti:

a. Bahan baku non-PVC, non-metal, non-organik

b. Kandungan air maksimum,

c. Nilai kalor minimum,

d. Ukuran minimum

e. Keseragaman

Spesifikasi masukan feedstock sangat berpengaruh pada jenis pre-

treatment yang dibutuhkan juga kapasitas yang dirancang agar

pasokan tidak terhambat. Sebagai contoh: PLTSa pirolisis dirancang

untuk mengolah 1000 ton sampah plastik per hari untuk menghasilkan


daya listrik sebesar 5 MWe pada unit motor diesel dengan kapasitas

penghasilan bahan bakar cair 0.6 Liter/ton sampah plastik. Maka

kondisi penghasilan listrik 5 MWe oleh motor diesel hanya dapat

diperoleh jika dan hanya jika motor diesel bekerja full load dengan

jumlah bahan bakar cair 600 Liter dengan spesifikasi tertentu. Pada

kasus pirolisis, presentase sampah plastik masuk reaktor menjadi

faktor penentu jumlah bahan bakar cair yang dapat dihasilkan dari

proses pirolisis, sehingga proses pre-treatment sangat dibutuhkan agar

stabilitas produksi bahan bakar cair pada proses pirolisis tetap terjaga.

Analisis Efisiensi Konversi Energi Wte Termal Insinerasi

Analisis efisiensi konversi energi WtE Termal Insinerasi mencakup perhitungan

dari nilai kalor sampah, flue gas yang dihasilkan yang kemudian menguapkan

air menjadi steam pada boiler. Perhitungan-perhitungan pada analisis ini juga

mencakup daya bersih (net) yang dihasilkan oleh generator.

Studi kasus yang diambil adalah mengambil kondisi sampah di salah satu kota

yang menghasilkan sampah sebesar 250 ton/hari, dimana 250 ton/hari

merupakan 5 truk sampah yang mengangkut bolak-balik sejumlah kurang lebih

50 ton/truknya.

Mayoritas sampah kota ini berasal dari penduduk, pertokoan, dan fasilitas

lainnya seperti hotel, rumah makan, dan toko buah atau sayuran. Sehingga

dapat dilakukan perhitungan daya bersih pembangkit adalah sebagai berikut

Untuk menghitung energi panas (nilai kalor) yang dihasilkan oleh sampah kota

tersebut, maka dapat menggunakan Persamaan Dulong, yaitu sebagai berikut

Dulong’s formula

HV(kJ/Kg) = 338,2*C + 1442,8*(H-O/8) + 94,2*S

Dimana C,H,O dan S adalah presentase dari masing-masing elemen pada dry

ash free basis, yaitu masing-masingnya adalah Carbon, Hydrogen, Oksigen, dan

Sulfur.

109

Sehingga dengan mempertimbangkan presentase masing-masing elemen,

diasumsikan presentase nilai masing-masing C, H dan O adalah sebagai berikut

o C= 31,22 %

o H= 8,17 %

o O= 55,68 %

o Sulphur very small so neglected

Dengan mengaplikasikan nilai-nilai tersebut pada persamaan Dulong,

didapatkan panas yang dihasilkan per satuan massa dari kandungan sampah

tersebut adalah 12.260,69 kJ/kg

* Pada kondisi ini dan berdasarkan persamaan Dulong, kita dapat

menyimpulkan bahwa nilai kalor (HV) dari suatu sampah sangat

bergantung pada komposisi senyawanya yaitu C, H, O, dan S. Dalam hal ini,

yang sangat berpengaruh adalah presentase senyawa Carbon (C), dan juga

Hydrogen (H). Hal ini dikarenakan kedua senyawa tersebut merupakan

sumber energi dari suatu bahan bakar, dalam hal ini biomassa atau

sampah.

Untuk memanaskan air pada boiler hingga menjadi steam, diasumsikan

bahwa efisiensi dari perpindahan panas adalah 70%, dalam arti bahwa

hanya 70% panas yang mampu dimanfaatkan boiler untuk memanaskan

air. Sehingga setelah didapatkan perhitungan dari energi atau entalpi pada

steam karena kenaikan temperatur, didapatkan net atau daya listrik bersih

yang dihasilkan oleh sampah setelah menghitung allowance untuk

pemakaian sendiri (seperti untuk kantor, blower, dan konsumsi listrik

lainnya) sebagaimana telah dijelaskan di awal, dan juga setelah

menghitung heat loss dari sistem.

o Energi pada steam yang tersedia = 70% of heat energy

o Energi pada steam yang tersedia = (0,70 ×12.260,69) kJ/kg

o Energi pada steam yang tersedia = 8.582,483 kJ/kg.

Energi pada steam yang telah dihitung diatas digunakan untuk

menjalankan turbin, dimana turbin dikopel dengan generator untuk

menghasilkan unit listrik (kWh), dengan ketentuan 1 kW = 3.600 kJ/h.

Namun dikarenakan tidak ada konversi energi yang 100%, maka

diasumsikan bahwa efisiensi konversi energi adalah 31,6%, sehingga


input panas yang dibutuhkan untuk pembangkit listrik adalah 3.600

kJ/h dibagi dengan 31.6%, yaitu 11.395 kJ/kWh. Sehingga untuk

menghasilkan 1 kWh dari energi listrik dibutuhan 11.395 kJ dari energi

steam. Maka didapatkan perhitungan untuk daya pembangkitan listrik

per satuan massa adalah sebagai berikut

o Daya pembangkitan listrik = Steam energy ÷ 11.395kJ/kWh

o Daya pembangkitan listrik = (8.582,483 ÷ 11.395) kWh/kg

o Daya pembangkitan listrik = 0,753 kWh/kg

Dengan total berat sampah yang diasumsikan di awal adalah 250

ton/hari, maka didapatkan total pembangkitan daya listrik adalah

0,753×250.000 kWh/hari, yaitu sebesar 188.295 kWh/hari

Kemudian diasumsikan daya untuk pemakaian sendiri adalah 6% dari

total daya pembangkitan listrik, serta heat loss diasumsikan adalah 5%

dari total daya pembangkitan listrik.

Daya Pemakaian Sendiri = (0,06 ×188.295) kWh/hari

Daya Pemakaian Sendiri = 11.297,7 kWh/hari

Asumsi heat loss = 5% of electric power generation

Asumsi heat loss = (0,05 × 188.295) kWh/day

Asumsi heat loss = 9.414,75 kWh/day

Sehingga didapatkan daya bersih yang dihasilkan oleh PLTSa adalah

Daya bersih pembangkit = Total daya pembangkit – (pemakaian

sendiri + heat loss)

Maka

Daya bersih pembangkit = 188295 – (11297.7 + 9414.75)

Daya bersih pembangkit = 167582.55 kWh/hari = 167.6 MWh/hari

Perhitungan tersebut dihitung untuk satu hari (24 jam), maka untuk

basis per jam adalah sebagai berikut

Daya bersih pembangkit = 167.6 MWh / 24h

Daya bersih pembangkit = 6.9 MW≈ 7 MW

Analisis Teknoekonomi WtE Termal Insinerasi

Analisis tekno ekonomi dilakukan untuk menganalisis biaya dari PLTSa,

mencakup biaya investasi, biaya operasional dan maintenance, biaya-biaya raw

material dan juga sumber daya manusia, dan lain sebagainya. Analisis

111

teknoekonomi juga dapat digunakan untuk menganalisa suatu proyek

pembangkit PLTSa dari segi biaya, apakah investasi PLTSa tersebut

menguntungkan dan dapat dilanjutkan kepada tahap implementasi.Untuk

menganalisis teknoekonomi dari WtE Termal Insinerasi, maka perlu diketahui

terlebih dahulu istilah-istilah terkait analsis tekno ekonomi.

Istilah Umum

Penerapan kelayakan investasi dilakukan dengan membandingkan

antara besarnya biaya yang dikeluarkan dengan manfaat yang diterima

dalam suatu proyekinvestasi untuk jangka waktu tertentu. Analisis

investasi dilakukan dengan terlebih dahulu menyusun aliran tunai.

Dalam analisis finansial diperlukan kriteria investasi yang digunakan

untuk melihat kelayakan suatu usaha. Sebagai kriteria investasi

digunakan beberapa indikator kelayakan investasi yaitu: Net Present

Value (NPV), Internal Rate of Return (IRR), Net Benefit Cost Ratio (B/C

Ratio), Payback Period, Analisis Switching Value.

a. Net Present Value (NPV)

Net Present Value (NPV) dapat diartikan sebagai nilai sekarang dari

arus pendapatan yang ditimbulkan oleh investasi. NPV

menunjukan keuntungan yang akan diperoleh selama umur

investasi, merupakan jumlah nilai penerimaan arus tunai pada

waktu sekarang dikurangi dengan biaya yang dikeluarkan selama

waktu tertentu, rumus yang digunakan dalam perhitungan NPV

adalah sebagai berikut :

Keterangan :

Bt = Penerimaan yang diperoleh pada tahun ke-t

Ct = Biaya yang dikeluarkan pada tahun ke-t

n = Umur ekonomis proyek

i = Tingkat suku bunga (%)

t = Tahun investasi (t=0,1,2.....n)


Dalam metode NPV terdapat tiga kriteria kelayakan investasi,

yaitu:

1. NPV > 0, arttinya secara finansial usaha layak dilaksanakan

karena manfaat yang diperoleh lebih besar dari biaya.

2. NPV = 0, artinya secara finansial usaha sulit dilaksanakan

karena manfaat yang diperoleh hanya cukup untuk menutupi

biaya yang dikeluarkan.

3. NPV < 0, artinya secara finansial usaha tidak layak untuk

dilaksanakan karena manfaat yang diperoleh lebih kecil dari

biaya yang dikeluarkan.

b. Internal Rate of Return (IRR)

IRR adalah nilai discount rate yang memuat NPV dari suatu proyek

sama dengan nol, Internal Rate of Return adalah tingkat rata-rata

keuntungan tahunan dinyatakan dalam persen. Pada saat nilai IRR

lebih besar dari nilai diskonto yang berlaku, maka proyek layak

untuk dilaksanakan. Sebaliknya jika nilai IRR lebih kecil dari nilai

diskonto maka proyek tersebut tidak layak untuk dilaksanakan.

Rumus yang digunakan dalam menghitung IRR adalah sebagai

berikut :

Keterangan :

NPV1 = NPV yang bernilai positif

NPV2 = NPV yang bernilai negatif

I1 = Tingkat bunga yang menghasilkan NPV1

i2 = Tingkat bunga yang menghasilkan NPV2

c. Net Benefit Cost Ratio (Net B/C Ratio)

Net B/C ratio merupakan angka perbandingan antara nilai arus

manfaat sekarang dibagi dengan nilai arus biaya sekarang. Rumus

yang digunakan adalah sebagai berikut :

113

Keterangan :

Bt = Penerimaan yang diperoleh pada tahun ke-t

Ct = Biaya yang dikeluarkan pada tahun ke-t

n = Umur ekonomis proyek

i = Tingkat suku bunga (%)

t = Tahun investasi (t=0,1,2.....n)

Angka tersebut menunjukan tingkat besarnya manfaat pada setiap

tambahan biaya sebesar satu satuan uang. Kriteria yang digunakan

untuk pemilihan ukuran. Net B/C ratio dari manfaat proyek adalah

memilih semua proyek yang nilai B/C rationya sebesar satu atau

lebih, jika manfaat diskontonya pada tingkat biaya opportunitis

capital tetapi jika nilai net B/C ratio < 1, maka proyek tersebut tidak

layak untuk dilaksanakan.

d. Payback Period

Payback period merupakan jangka waktu periode yang dibutuhkan

untuk membayar kembali semua biaya-biaya yang telah

dikeluarkan di dalam investasi suatu proyek. Semakin cepat waktu

pengembalian, maka semakin baik proyek tersebut untuk

diusahakan. Namun, analisis payback period memiliki

kelemahankarena mengabaikan nilai uang terhadap waktu

(present value) dan tidak memperhitungkan periode setelah

payback period. Secara sistimatis dapat dirumuskan sebagai

berikut

Keterangan :

P = Jumlah waktu yang diperlukan untuk mengembalikan

modal

I = Biaya investasi

Ab = Benefit bersih setiap tahun


e. Analisis Switching Value

Analisis switching value digunakan untuk mengetahui seberapa

besar perubahan pada nilai penjualan dan biaya variabel yang akan

dihasilkan. Keuntungan normal yaitu NPV sama dengan nol atau

mendekati, IRR sama dengan tingkat suku bunga berlaku dan Net

B/C sama dengan satu. Variabel yang akan dianalisis dengan

switching value merupakan variabel yang dianggap signifikan

dalam proyek. Adapun variabel-variabel yang dimaksud anara lain,

biaya variabel dari PLTSa, sehingga dengan analisis ini akan dicari

tingkat harga penjualan minimum dan peningkatan biaya

maksimum agar proyek masih dapat dikatakan layak. Penggunaan

variabel analisis tersebut didasarkan pada konversi harga input

yang sebenarnya sebagai bagian dari komponen biaya. Oleh karena

itu akan dilihat perubahan nilai penjualan minimum dan biaya

variabel, apakah masih memenuhi kriteria umum kelayakan

investasi atau tidak.

f. CAPEX (Capital Expenditure)

CAPEX adalah biaya bisnis yang dikeluarkan untuk menciptakan

manfaat akuisisi yaitu masa depan aset yang akan memiliki masa

manfaat luar tahun pajak. Capex juga dapat disebut pengeluaran

untuk modal dari suatu proyek atau pekerjaan, sebagai aset untuk

masa depan. Sebagai contoh adalah pengeluaran untuk aset

seperti bangunan, mesin, peralatan.

Belanja modal adalah pengeluaran menciptakan manfaat masa

depan. Sebuah belanja modal tersebut terjadi ketika bisnis

menghabiskan uang baik untuk membeli aktiva tetap atau untuk

menambah nilai aset yang ada dengan masa manfaat yang

melampaui tahun pajak. Sehingga CAPEX juga dapat disebut

pengeluaran di depan sebagai aset dari PLTSa. Beberapa aspek

yang harus dipertimbangkan dalam menghitung CAPEX untuk

membangun PLTSa antara lain adalah

115

Process plant (biaya pabrik PLTSa dan komponen utamanya

secara keseluruhan), seperti:

o Waste reception & handling (tempat penanganan dan

penerimaan sampah pertama kali)

o Ruang bakar (furnace, sistem insinerasi/mass-burning)

o Penanganan flue gas (air pollution control)

o Sistem energy recovery (boiler, kondensor, superheater,

dan lain sebagainya)

Pekerjaan sipil dan bangunan

Koneksi-koneksi utilitas atau komponen pendukung

Biaya desain, pengadaan, dan manajemen proyek

Biaya terkait perencanaan dan perizinan

Dan lain sebagainya

g. OPEX (Operational Expenditure)

OPEX (pengeluaran operasional) mengacu pada biaya yang

dikeluarkan dalam perjalanan bisnis biasa, seperti penjualan,

beban umum dan administrasi (dan tidak termasuk harga pokok

penjualan atau HPP, pajak, depresiasi dan bunga).

Beberapa aspek yang masuk kepada OPEX antara lain adalah:

Upah tenaga kerja (manajer, engineer, operator, dan lain

sebagainya)

Biaya raw material (contoh: bahan-bahan kimia untuk flue gas

treatment)

Biaya akomodasi, transportasi, dan ad-cost lainnya terkait

masalah administrasi pada PLTSa

Dan lain sebagainya

Perbandingan Komponen harga OPEX &CAPEX untuk Landfill dan WtE

Grafik menggambarkan komparasi komponen harga masing-masing

aspek untuk WtE dan landfill, dimana WtE memiliki total nilai CAPEX &

OPEX yang lebih besar dibandingkan landfill, baik secara keseluruhan

maupun per komponennya. Namun dapat dilihat bahwa komponen

harga EPC atau CAPEX (investasi) dari WtE sedikit lebih kecil

dibandingkan landfill.


Gambar 72. Perbandingan OPEX & CAPEX untuk WtE dan Landfill

Regulasi Esdm Mengenai PLTSa Dan Jual Beli Listrik

Peraturan pemerintah & ESDM mengenai pembangunan PLTSa dan jual beli

dengan PLN tertuang dalam Peraturan Menteri Energi dan Sumber Daya

Mineral (ESDM) Republik Indonesia Nomor 44 Tahun 2015 tentang Pembelian

Tenaga Listrik oleh PT PLN (Persero) dari Pembangkit Listrik Berbasis Sampah

Kota. Pada peraturan tersebut menjelaskan bahwa pemerintah menjamin

bahwa PT PLN akan membeli semua listrik yang diproduksi oleh PLTSa.

Pengembang PLTSa harus mengajukan permohonan penetapan sebagai

Pengembang PLTSa yang sah kepada Menteri melalui Dirjen EBTKE dengan

menyertakan:

i) Profil badan usaha

ii) Dokumen studi kelayakan yang telah diverifiaksi oleh PT PLN yang

meliputi:

o Total investasi yang diperlukan untuk pembangunan PLTSa

o Jadwal pelaksanaan pembangunan PLTSa sampai dengan COD

o Hasil kajian interkoneksi ke jaringan tenaga listrik PT PLN

Dokumen tersebut akan dievaluasi oleh Tim Evaluasi dan paling lambat selama

30 hari kerja akan dilaporkan ke pihak Dirjen EBTKE untuk selanjutnya

dilakukan penilaian untuk menetapkan keputusan persetujuan kepada pihak

pengembang PLTSa paling lambat selama 14 hari kerja. Pengembang PLTSa

yang telah mendapatkan perijinan dari Dirjen EBTKE wajib melaporkan

perkembangan pembangunan PLTSa setiap 6 bulan terhitung dikeluarkannya

keputusan ijin sampai dengan COD dengan memberi tembusan kepada Dirjen

Ketenagalistrikan PT PLN.

117

Bersama PT PLN, pengembang PLTSa akan membuat PJBL. PJBL untuk PLTSa

akan berlaku untuk jangka waktu 20 tahun sejak dimulainya COD. Penjelasan

mengenai PJBL telah diatur pada Permen ESDM No. 10 Tahun 2017 mengenai

Pokok-pokok Dalam Perjanjian Jual Beli Tenaga Listrik. Menurut Permen ESDM

No. 39 tahun 2017, PJBL terkait PLTSa akan diatur secara tersendiri oleh PT PLN

karena PLTSa merupakan bagian dari pelaksanaan fisik pemanfaatan energi

baru dan terbarukan.

Pengembang PLTSa paling lambat harus menyerahkan bukti pemenuhan

pembiayaan pembangungan PLTSa kepada Dirjen EBTKE paling lambat 15 bulan

setelah ditandatanganinya PJBL. Ijin sebagai pengembang PLTSa akan dicabut

jika kelengkapan yang disebutkan tidak dipenuhi. Penerbitan IUPTL dapat

diproses setelah bukti pemenuhan pembiayaan telah dilaporkan.

Proses pembangunan PLTSa dilakukan paling lambat 36 bulan setelah

ditandatanginya PJBL. Jika proses pembangunan melebihi batas, maka akan

dikenakan denda sebagai berikut.

i) Keterlambatan hingga 3 bulan dikenakan penurunan harga sebesar 3 %

ii) Keterlambatan antara 3-6 bulan dikenakan penurunan harga sebesar 5

%

iii) Keterlambatan antara 6-12 bulan dikenakan penurunan harga sebesar

8 %

Jika pembangunan melebihi batas 48 bulan maka ijin sebagai pengembang

PLTSa akan dicabut oleh Dirjen EBTKE. Detail peraturan telah disebutkan di

dalam Permen ESDM No. 44 Tahun 2015 dan berlaku secara penuh. Beberapa

pasal yang penting pada peraturan tersebut antara lain adalah:

Pasal 4 ayat (1): Harga pembelian tenaga listrik dari PLTSa sebagaimana

dimaksud dalam Pasal 3 ditetapkan dengan memperhatikan jenis

teknologi pembangkitan yang digunakan, kapasitas pembangkit, dan

tegangan jaringan listrik PT PLN (Persero), dengan besaran

sebagaimana tercantum yang merupakan bagian tidak terpisahkan dari

Peraturan Menteri.

Pasal 5 ayat (1): Perjanjian Jual Beli Listrik (PJBL) berlaku untuk jangka

waktu 20 (dua puluh) tahun dimulai sejak Commercial Operating Date

(COD)


Pasal 6 ayat (2): Permohonan penetapan sebagai pengembang PLTSa

sebagaimana yang dimaksud pada ayat (1) harus dilengkapi dengan

persyaratan sebagai berikut:

a. Profil badan usaha;

b. Dokumen studi kelayakan (feasibility study) yang telah diverifikasi

PT PLN (Persero) antara lan meliputi:

i. Total investasi yang diperlukan untuk pembangunan PLTSa

ii. Jadwal pelaksanaan pembangunan PLTSa sampai dengan

COD; dan

iii. Hasil kajian teknis interkoneksi ke jaringan tenaga listrik PT

PLN (Persero)

Tabel 18. Lampiran Harga Pembelian Listrik dari PLTSa melalui pemanfaatan Panas/Termal Dengan Menggunakan Teknologi Thermochemical

No. Tegangan Jaringan

Listrik

Harga Pembelian

Kapasitas s.d.

20 MW

20 MW <

Kapasitas <

50 MW

Kapasitas

> 50 MW

1. Tegangan Tinggi 18,77

15,95 13,14

2. Tegangan Menengah - -

3. Tegangan Rendah 22,43 - -

Pasal 9 ayat (1): Pengembang PLTSa mengajukan permohonan untuk

mendapatkan IUPTL sementara sesuai dengan ketentuan peraturan

perundang-undangan.

Pasal 10 ayat (1): PT PLN (Persero) dan Pengembang PLTSa wajib

menandatangani PJBL dalam jangka waktu paling lambat 30 (tiga

puluh) hari sejak Pengembang PLTSa menerima IUPTL sementara.

Pasal 14 ayat (1): Pelaksanaan pembangunan PLTSa oleh Pengembang

PLTSa wajib mencapai COD paling lambat dalam jangka waktu 36 (tiga

puluh enam) bulan sejak ditandatanganinya PJBL

Pasal 14 ayat (2): Pelaksanaan pembangunan PLTSa yang tidak

mencapai COD sebagaimana dimaksud pada ayat (1), dikenakan

penurunan harga pembelian tenaga listrik dengan ketentuan sebagai

berikut

119

a. Keterlambatan sampai dengan 3 (tiga) bulan dikenakan penurunan

harga sebesar 3% (tiga persen);

b. Keterlambatan lebih dari 3 (tiga) bulan sampai dengan 6 (enam)

bulan dikenakan penurunan harga sebesar 5% (lima persen);

c. Keterlambatan lebih dari 6 (enam) bulan sampai dengan 12 (dua

belas) bulan dikenakan penurunan harga sebesar 8% (delapan

persen).

Pasal 14 ayat (3): Dalam hal COD tidak tercapai dalam jangka waktu 48

(empat puluh delapan) bulan sejak ditandatangani PJBL, penetapan

sebagai Pengembang PLTSa dicabut oleh Dirjen EBTKE atas nama

Menteri.

Latihan Soal

1. Jelaskan tiga metode menghitung nilai kalor (LHV) dari sampah ! Uji

apakah yang diperlukan sebelum menghitung nilai kalor tersebut?

2. Jelaskan langkah-langkah menghitung daya pembangkitan bersih dari

pembangkit !

3. Apakah yang dimaksud dengan OPEX dan CAPEX? Sebutkan komponen-

komponen dari masing-masing nya!

Rangkuman

Karakteristik sampah dapat dikelompokkan menurut sifat-sifatnya,

seperti:

a. Komposisi: sebaran jumlah dari jenis sampah yang berbeda

b. Karakter fisika: densitas, sebaran ukuran, proksimat (kadar air,

kadar volatile, kadar abu, kadar karbon tetap), nilai kalor

c. Karakter kimia: susunan kimia sampah terdiri dari unsur C, N, S, O,

P, H, Cl, Hg, dsb.

Data nilai kalor (LHV) dapat diperoleh dengan menggunakan tiga

metode, yaitu:

a. Kalorimeter bom

b. Rumus pendekatan analisis proksimat

c. Pesamaan Dulong, Steuer, Scheurer-Kestner


Beberapa jenis sampah yang tidak dapat diterima oleh fasilitas PLTSa

antara lain adalah:

a. Limbah kimia/B3

b. Kaca

c. PVC

d. Alumunium foil

e. Dan lain sebagainya

Analisis konversi energi dari WtE termal insinerasi mencakup

perhitungan nilai kalor (HV) dengan menggunakan persamaan Dulong,

perhitungan energi pada steam yang tersedia, perhitungan daya

pembangkitan listrik, daya pemakaian sendiri, heat loss, dan daya

bersih pembangkit.

Analisis teknoekonomi mencakup perhitungan NPV (Net Present

Value), IRR (Internal Rate of return), Net Benefit Cost Ratio (Net B/C

Ratio), Payback period, CAPEX, dan OPEX.

Pembuatan WtE dengan daya yang sama memiliki biaya OPEX dan

CAPEX yang lebih besar dibandingkan dengan landfill, namun biaya

investasinya sedikit lebih kecil WtE dibandingkan landfill.

121

IDENTIFIKASI DAN KOMPARASI WtE TERMAL

Parameter Incinerator Gasifikasi

Konvensional Gasifikasi Plasma

Termal Sanitary Landfill Hybrid

Fleksibilitas bahan baku

Jenis bahan baku Campuran, kadar material non-organik jauh lebih banyak

Campuran Campuran

Campuran, kadar material organik jauh lebih banyak (>60%)

Sampah tersortir sebagai sampah organik dan sampah non organik

Toleransi ukuran bahan

-Grate bergerak: ukuran heterogen, tanpa pemilahan -Fluidized bed: perlu ukuran tertentu dan seragam

-Fixed bed: <50 mm -Entrained flow: <1 mm -Fluidized bed: <20 mm

Ukuran tidak terbatas namun lebih baik seragam

Ukuran tidak terbatas namun lebih baik seragam

-Gasifikasi: perlu penyesuaian ukuran dengan jenis gasifier -Insinerasi : perlu ukuran yang seragam agar efisien -Sanitary landfill: ukuran tidak terbatas, sebaiknya seragam

Toleransi kelembaban bahan baku

Rendah -Fixed bed: 15% -Entrained flow: 10-55% -Fluidized bed: 5-60%

Sangat tinggi (tidak perlu dipertimbangkan)

Sangat tinggi Sampah non organik sebaiknya memiliki kelembaban rendah

Kuantitas energi dihasilkan

-Produk gas Gas hasil pembakaran (CO, CO2, H2O, SOx, NOx) dan debu

Syngas (CO dan H2) dengan kualitas cukup, gas mengandung

Syngas (CO dan H2) dengan kualitas sangat tinggi, gas

Gas landfill, mengandung metana (40-60%),

-Gasifikasi : Syngas (CO dan H2) dengan kualitas cukup,





pengotor (debu, tar, asam)

mengandung sedikit pengotor (asam)

CO2 (40-55%), lain-lain (N2, NH3, asam, dsb.)

gas mengandung pengotor (debu, tar, asam) -Insinerasi : Dioksin (SOx, NOx, dan CO2) -Gas landfill, mengandung metana (40-60%), CO2 (40-55%), lain-lain (N2, NH3, asam, dsb.)

Waktu produksi gas

Cepat, kontinyu Cepat, kontinyu Cepat, kontinyu Lambat, batch -Sampah organik: semi kontinyu -Sampah non organik: kontinyu

Daya listrik dihasilkan (GTG)

164 kWh/(ton/hari) 642 kWh/(ton/hari) 675 kWh/(ton/hari)

1.000 kWh/ton (untuk 20-25 tahun produksi), atau 0,15 kWh/(hari/ton sampah pada landfill)

-Hybrid A : Tergantung pada komposisi bahan baku dan diprediksi daya dihasilkan 195 kWh/ton -Hybrid B : Diprediksi daya dihasilkan 40 – 50 kWh/ton

Pasca konversi

Volume reduction 50-70% 70-90% 80-90% 40-60% 70-90%

Hasil samping Debu, fly ash, slag, gas hasil pembakaran

Debu, slag, tar, gas hasil pembakaran syngas

Slag, gas hasil pembakaran syngas

Leachate, gas hasil pembakaran gas landfill

Debu, slag, tar, residudan leachate, gas hasil pembakaran syngasdan gas landfill

123




Treatment limbah pasca konversi

Residu perlu diteliti kandungannya terlebih dahulu sebelum dibuang

Limbah dapat digunakan dan/atau dibuang langsung

Limbah dapat digunakan dan/atau dibuang langsung

Perlu treatment leachate lanjutan sebelum dibuang ke lingkungan

Perlu treatment leachate lanjutan sebelum dibuang ke lingkungan

Hazard dan operability

Kondisi operasi 500-1200 °C, 1 atm 600-800 °C, 1-10 atm >1000 °C (1400 °C), 1-10 atm

20-175 °C, 1 atm

-Landfill: 30-175°C, 1 atm -Gasifikasi: 600-800 °C, 1-10 atm -Insinerasi : 600 – 800oC

Kemudahan operasi

Sederhana Rumit Rumit Sederhana Cukup Sederhana

Kematangan teknologi

Matang Matang Teknologi baru (perkembangan pesat)

Matang Hybrid A lebih mature daripada Hybrid B

Faktor Ekonomi

Investasi awal Rendah Sedang Tinggi Sedang Hybrid A membutuhkan biaya investasi lebih tinggi daripada Hybrid B

Biaya Operasional Tinggi Sedang Tinggi Sedang -Biaya operasional Hybrid B diprediksi tidak dapat





ditutup oleh pemasukan dari penjualan listrik -Biaya operasional Hybrid A diprediksi tertutupi oleh pemasukan dari penjualan listrik

Faktor sosial

Dampak pencemaran lingkungan

Penampungan sampah sementara yang kurang terkontrol dapat menimbulkan bau , asap, debu halus, GHG, potensi hujan asam tinggi

Penampungan sampah sementara yang kurang terkontrol dapat menimbulkan bau, debu halus, GHG

Penampungan sampah sementara yang kurang terkontrol dapat menimbulkan bau , GHG

Penampungan sampah sementara yang kurang terkontrol dapat menimbulkan bau, GHG

Penampungan sampah sementara yang kurang terkontrol dapat menimbulkan bau , debu halus, GHG

Dampak terhadap pendapatan masyarakat

Pengurangan pendapatan pemulungan sampah





Perubahan sistem pembuangan sampah masyarakat

Tidak perlu adanya pemilahan sampah

Perlu adanya pemilahan sampah

Tidak perlu adanya pemilahan sampah

Perlu adanya pemilahan sampah

Perlu adanya pemilahan sampah sehingga masyarakat dapat dilibatkan

PENGOLAHAN SAMPAH DENGAN KONSEP WASTE TO ENERGY

Documents

Transcript of PENGOLAHAN SAMPAH DENGAN KONSEP WASTE TO ENERGY