COOLERGrate Cooler• Pada awal pengembangannya pemakaian grate cooler dimaksudkan untuk

mendapatkan laju pendinginan yang cepat untuk mengurangi pengaruh kristal periclase sehingga diperoleh kualitas klinker yang baik. Tetapi pada kenyataannya diperoleh juga perpindahan panas yang sangat baik sekali sehingga cooler jenis ini bisa menerima klinker dengan temperatur sampai dengan 1360 - 1400 oC.

• Dengan penggunaan udara berlebih klinker yang keluar bisa mencapai temperatur sampai dengan 65oC di atas temperatur udara sekitar sehingga bisa langsung digiling dan efisiensi perpindahan panas dari klinker ke udara dapat berkisar 72 - 75 %.

• Perpindahan panas terjadi pada kondisi kombinasi cross current dengan counter current antara klinker dengan udara pendinginnya. Partikel-partikel halus akan jatuh ke dalam chamber udara yang ada di bawah grate plate dan dikeluarkan menggunakan air sluice dan ditarik oleh drag chain conveyor, sementara klinker yang berukuran besar dihancurkan oleh clinker breaker, berupa hammer crusher, yang ada di ujung grate cooler.

• Penggunaan udaranya berkisar 1,8 - 2,4 Nm3/kg klinker dengan temperatur klinker dingin bisa mencapai 120 - 150 oC.

• Penggunaan udara sirkulasi dapat dilakukan pada sistem ini sehingga mengurangi udara yang terbuang keluar.

Air Distribution

Air Distribution Velocity

• C1 (Cooler Throat) : 5-6 m/sec• C2 (Above Grate) : 10-12 m/sec• C3 (TAD w/o Settle. Ch) : 5-6 m/sec• C3 (TAD w Settling. Ch) : 8-10 m/sec• C4 (Hot Air Take Off) : 8-10 m/sec• C5 (Exhaust Air) : 8-10 m/sec

Air Distribution Simple Calculation

Following step below : Measuring static and dynamics pressure

- Tertiary Air Duct- Hot Air Take Off- Exhaust Air

Measuring temperature Measuring cooling fans velocity Measuring cooling fans horn diameter Establish Nm3/kcal combustion air

minimum

Clinker Segregation

Fines clinker will give cooling air less opportunity to penetrate clinker bed

Coarse clinker provide bigger room for cooling air to pass through clinker bed easily

Clinker Segregation

Those figure above shows different type of clinker bed distribution. Left side shows unbalance condition which in the future could create red river, unstable secondary air, etc. Right side shows better condition. How to do it?

Clinker Segregation

Horse shoe Construction

Width

Length

Static and Fix Inlet

Buffer Area

Mass and Heat Balance

PENGENDALIAN OPERASI• Dalam pengendalian operasi peralatan dikenal dua jenis parameter, yaitu parameter kontrol dan parameter variabel.

• Yang dimaksud dengan parameter kontrol adalah besaran yang nilainya dapat langsung diubah oleh operator pada alat kontrolsehingga dapat langsung mengubah kondisi operasi.

- Speed kiln (rpm)- Jumlah feeding (ton/jam)- Jumlah bahan bakar, coal (ton/jam)- Bukaan damper inlet ID fan (%) atau putaran ID fan (rpm)- Jumlah udara pendingin pada grate cooler (m3/jam)- dan lain-lain.

PENGENDALIAN OPERASI• Parameter variabel merupakan besaran yang nilainya mengindikasikan

kondisi suatu sistem. Parameter ini tidak bisa langsung diubah oleh operator pada alat kontrol, dan untuk mengubahnya harus mengubah parameter kontrol.

- Torsi kiln (%)- Temperatur zone pembakaran- Kadar O2 pada inlet dan top cyclone (%)- Kadar CO pada inlet dan top cyclone (%)- Temperatur top cyclone (oC)- Temperatur bottom cyclone (oC)- Draft top cyclone (mBar)- Draft inlet kiln (mBar)- dan lain-lain.

PENGENDALIAN OPERASIa. Temperatur Zona Pembakaran (Burning Zone)• Temperatur zona pembakaran merupakan hal yang menentukan proses

pembakaran di dalam kiln. Pada temperatur tinggi proses perpindahan panas secara radiasi akan semakin efektif.

• Ada beberapa hal yang harus dikendalikan untuk mendapat temperatur zona pembakaran yang tinggi, antara lain :- Perbandingan bahan bakar dan udara pembakaran yang cukup.- Momentum di burner tip cukup tinggi.- Temperatur udara sekunder dan tertier yang tinggi.- Kualitas bahan bakar yang baik (nilai kalor bakar tinggi).

• Untuk menentukan temperatur zona pembakaran yang akurat relatif sulit, kalaupun tersedia alat ukurnya (pyrometer) biasanya hanya dipakai untuk mengindikasikan trend perubahannya. Oleh sebab itu dalam operasinya penentuan temperatur zona pembakaran ini selain menggunakan alat ukur yang ada juga menggunakan parameter lain untuk mengindikasikannya antara lain temperatur bottom cyclone, torsi kiln, litre weight klinker yang dihasilkan, temperatur shell kiln.

PENGENDALIAN OPERASIb. Kadar Oksigen• Oksigen dengan jumlah cukup diperlukan untuk pembakaran yang sempurna.

Untuk menentukan jumlah udara yang diperlukan pada pembakaran dapat dihitung setelah mengetahui jumlah komponen yang dapat dibakar di dalam bahan bakar.

• Dalam operasionalnya hal ini tentunya sulit untuk dilakukan sehingga untuk menentukan udara pembakaran digunakan parameter kadar oksigen dari gas hasil pembakaran sebagai parameter pengendali proses pembakaran.

• Pada operasi yang baik kadar oksigen dalam gas buang ini berkisar 0,7 - 3,5 % (udara berlebih berkisar 8 - 19 %), dengan kadar optimum 1,0 - 1,5 %.

• Jika kadar oksigen ini terlalu rendah maka pembakarannya tidak sempurna sehingga akan terbentuk CO (panas pembakaran yang dihasilkan baru sekitar 2400 kcal/kg C ; sedangkan bila terbakar sempurna akan terbentuk CO2 dengan panas pembakaran sekitar 8100 kcal/kg C).

• Oleh karena itu semakin tinggi kadar CO pada gas buang berarti kerugian energi pembakaran terjadi lebih banyak (di mana panas pembakarannya rendah) disamping CO ini berbahaya pada proses di electrostatic precipitator, yaitu dapat menyebabkan terjadinya ledakan.

PENGENDALIAN OPERASI• Pada kondisi reduksi (kekurangan oksigen), C4AF bisa terurai menjadi C3A yang

mempengaruhi kualitas semen, selain itu basic brick juga bisa mengalami reduksi sehingga magnesite akan kehilangan kuat tariknya dan coating akan lepas. Klinker yang dihasilkan pada kondisi reduksi mempunyai kuat tekan yang rendah.

• Kadar oksigen yang terlalu tinggi mengindikasikan udara pembakaran yang terlalu banyak sehingga panas yang terbuang (untuk memanaskan kelebihan udara yang tidak dipakai pada proses pembakaran) juga akan banyak dan tidak efisien.

• Alat analisis kadar oksigen ini biasanya paling sedikit ditempatkan di dua lokasi, yaitu di inlet kiln dan top cyclone.

• Posisi di inlet kiln untuk mendeteksi kondisi pembakaran di kiln secara langsung sedang yang di top cyclone selain mendeteksi kondisi pembakaran di kalsiner juga untuk mendeteksi adanya false air di sistem preheater dengan membandingkan kadar oksigen di inlet kiln dengan top cyclone.

• False air yang besar akan mengurangi jumlah panas yang seharusnya digunakan untuk memanaskan raw mix pada proses perpindahan panas yang terjadi di suspension preheater dan kalsiner.

PENGENDALIAN OPERASIc. Kadar Karbon Monoksida• Kadar CO mengindikasikan kondisi pembakaran tidak

sempurna. • Sebaiknya tidak ada sama sekali karena nilai kalor yang

dikeluarkan jauh lebih rendah dibandingkan dengan pembakaran sempurna (terbentuk CO2) dan jika bereaksi lanjut dengan oksigen akan menimbulkan panas (ledakan).

• Akan tetapi dalam proses normal biasanya berada pada tingkat 0,01 - 0,02 %.

• Jika sudah mencapai 1 % operasi EP akan distop untuk mencegah terjadinya ledakan di EP.

PENGENDALIAN OPERASId. Kadar N0x• Pada gas hasil pembakaran N0x yang ada merupakan hasil dari dua proses, yaitu :

a. N0x thermal, di mana pembentukannya berasal dari udara yang dipanaskan pada temperatur tinggi. Pada temperatur tinggi oksigen dan nitrogen mengalami dissosiasi sehingga bisa terbentuk N0x. Jumlah bergantung pada temperatur gas, waktu di mana gas mengalami temperatur tinggi dan laju pendinginan campuran gas tersebut. Normalnya pada temperatur dalam kiln 1600 - 1700 oC secara teoritis kadar N0x pada gas hasil sekitar 50 ppm.b. N0x bahan bakar. Coal biasanya mengandung komponen organik nitrogen. Komponen ini terbakar dan membentuk N0x yang bergantung pada jumlah udara yang berlebih. Makin besar kandungan oksigennya makin banyak pula N0x yang terbentuk.

• Pengukuran N0x ini cukup cepat sehingga memberi gambaran yang segera terhadap kondisi pembakaran di dalam kiln. Dibandingkan dengan parameter free lime dan litre weight yang membutuhkan waktu maka parameter N0x sangat membantu dalam pengendalian operasi pembakaran.

PENGENDALIAN OPERASI

e. Torsi Kiln• Parameter ini merupakan modifikasi dari nilai parameter

ampere motor dari main drive kiln dan mengindikasikan kondisi material yang ada di dalam kiln.

• Harganya pada kondisi normal berkisar 50 - 55 %. Harga yang cenderung naik mengindikasikan bertambahnya fasa cair, pembakaran yang makin keras dan kualitas produk yang baik.

• Bila harganya menunjukkan penurunan, hal ini mengindikasikan mulai turunnya temperatur zona pembakaran dan pembakaran yang lunak.

PENGENDALIAN OPERASIf. Temperatur Bottom cyclone• Temperatur gas pada siklon yang terbawah digunakan untuk

mengindikasikan derajat kalsinasi raw mix yang masuk ke dalam kiln. Pada temperatur 860 - 875 oC pada kiln dengan SP-calciner mengindikasikan derajat kalsinasi sekitar 90 %.

• Jika derajat kalsinasi raw mix yang masuk ke kiln terlalu rendah menyebabkan beban pembakaran dalam kiln akan tinggi dan tidak cukup efektif. Tetapi pada derajat kalsinasi yang terlalu tinggi menyebabkan terjadinya fasa cair sebelum masuk kiln yang dapat mengakibatkan terjadi blok di jalur raw mix.

• Sifat-sifat aliran raw mix berdasarkan temperatur adalah sebagai berikut : T = 60 0C – 900 0C free flowingT = 900 0C –1200 0C stickyT >1200 0C fasa cair dan free flowing

PENGENDALIAN OPERASIg. Temperatur Top cyclone• Parameter ini mengindikasikan kondisi gas buang dan normalnya

pada 330 - 340 oC. • Temperatur yang terlalu tinggi mengindikasikan jumlah bahan bakar

yang terlalu banyak, tarikan udara yang terlalu banyak atau feeding yang kurang. Hal ini sangat merugikan karena gas yang keluar merupakan panas yang terbuang.

• Temperatur yang terlalu rendah bisa mengindikasikan temperatur pembakaran yang rendah atau tarikan udara yang cukup. Hal ini juga tidak baik karena biasanya gas ini sebagian dipergunakan untuk proses pengeringan bahan baku di raw mill.

• Dengan temperatur gas buang terlalu rendah energi pengeringan kurang sehingga diperlukan jumlah aliran gas yang banyak, yang berarti akan meningkatkan konsumsi motor listril mill fan.

PENGENDALIAN OPERASIh. Temperatur Udara Sekunder dan Tersier• Parameter ini penting untuk mendapatkan kondisi pembakaran yang

baik. Selain itu mengindikasikan tingkat recovery panas yang dapat digunakan kembali sehingga menentukan jumlah bahan bakar yang diperlukan.

• Untuk mendapatkan temperatur yang tinggi maka proses pendinginan klinkernya harus dikendalikan dengan baik.

• Pada grate cooler hal ini dapat dilakukan dengan menjaga ketebalan material di atas grate juga dengan mengatur jumlah udara pendinginnya. Di samping itu kualitas klinker yang keluar dari kiln (ukuran dan distribusinya, porositas) sangat menentukan parameter ini.

PENGENDALIAN OPERASI

i. Litre Weight Klinker• Parameter ini relatif cepat pengukurannya sehingga bisa

dipakai sebagai pedoman untuk pengendalian pembakaran di kiln dan mutu klinker yang dihasilkan.

• Pengukuran dilakukan dengan menimbang klinker yang lolos ayakan 10 mm dan residu di atas ayakan 5 mm sebanyak 1 liter.

• Nilai standar litre weight klinker tergantung dari performance tiap kiln. Litre weight yang tinggi mengindikasikan kondisi zona pembakaran yang tinggi dan pembakaran yang keras.

PENGENDALIAN OPERASIj. Free Lime (CaO bebas)• Parameter ini mengindikasikan kesempurnaan pembakaran raw mix. • Parameter ini dipengaruhi oleh temperatur burning zone, yang secara

tidak langsung juga dipengaruhi oleh temperatur udara sekunder yang berasal dari grate cooler sehingga pengamatan langsung dapat dilakukan dengan mengontrol udara pendingin (parameter kontrol).

• Jika harganya tinggi menunjukkan bahwa ada sebagian CaO yang tidak bereaksi dengan SiO2 sehingga jumlah C2S dan C3S kecil, yang tentu saja akan menurunkan kuat tekan.

• Jika harganya makin rendah berarti pembakaran raw mix baik. Umumnya harganya berkisar 0,5 - 1,5 %.

PENGENDALIAN OPERASIk. Pressure Chamber Grate Cooler• Parameter ini menunjukkan beban klinker terhadap grate. • Bila tekanan pada chamber I naik, menunjukkan bahwa material bed

di lokasi tersebut bertambah. Dalam hal ini harus diperkirakan apakah terdapat coating jatuh atau klinker yang berlebihan.

• Pressure yang tinggi mengakibatkan beban fan cooler menjadi tinggi dan selanjutnya perpindahan panas kurang efektif, serta temperatur udara sekunder yang diharapkan tinggi akan menurun.

• Hal ini akan mengakibatkan proses di dalam kiln berlangsung kurang baik termasuk proses pembakaran bahan bakar di burner dan kualitas kilnker yang dihasilkan.

PENGENDALIAN OPERASIl. Karakteristik dari volatile matter• Dalam pengendalian operasi kiln ada satu hal yang perlu

diperhatikan yaitu masalah zat-zat yang terkandung di dalam raw meal dan bahan bakar yang akan menguap pada temperatur di zona pembakaran kiln dan akan terkondensasi lagi sewaktu berada di SP. Zat tersebut sering disebut dengan volatile matter yang terdiri antara lain zat alkali, belerang dan chlor.

• Proses penguapan dan kondensasi yang terus berulang hingga kondisi kesetimbangan tercapai ini kadang akan mengganggu kelancaran operasi kiln dan menimbulkan sirkulasi zat volatile, khususnya untuk sistem kiln yang cukup rapat dan efisien sehingga diperlukan perioda pengeluaran zat tersebut pada saat-saat tertentu. Namun untuk sistem kiln yang relatif terbuka, yang memungkinkan mengalir keluarnya zat-zat ini, gangguan menjadi tidak seberapa.

PENGENDALIAN OPERASIAda tiga aspek penting yang berkaitan dengan sirkulasi zat volatile ini antara lain:• Karena zat-zat tersebut tidak dapat keluar dari material dan lama-

lama menumpuk di dalam klinker, maka agar kualitas klinker tetap baik perlu dibatasi kadar maksimum zat tersebut di dalam klinker.

• Jika zat-zat tersebut dapat menguap, perlu pula dibatasi kadar yang dibuang ke lingkungan untuk menjaga kualitas udara lingkungan agar tetap berada dalam ambang batas yang diijinkan.

• Dalam operasi bila sirkulasi zat ini terlalu banyak akan dapat mengganggu sehingga perlu dibuatkan alat khusus untuk mengurangi dengan cara bypass gas ke lingkungan secara periodik. Hal ini memerlukan fasilitas dalam sistem kiln kita.

PENGENDALIAN OPERASI

PENGENDALIAN OPERASI

• Dari hasil pengamatan FLS, – evaporasi zat volatile lebih rendah pada sistem kiln yang

menggunakan calciner dibanding dengan yang tidak memakai calciner. Hal ini akan meningkatkan kadar alkali dalam klinker. Pada kasus seperti ini biasanya rawmix desainnya diubah sedemikian rupa sehingga silika rasionya ditinggikan untuk meningkatkan burnability material dan temperatur di burning zone.

GANGGUAN OPERASIKiln Flushing

• Flushing adalah akibat raw mix yang tidak terbakar sempurna menjadi klinker, penyebabnya bermacam-macam, misalnya kiln feed berfluktuasi, batu bara shortage atau fluktuasi, atau jatuhnya ring coating yang terlalu besar.

• Indikator awal yang dapat dipakai adalah torque kiln turun secara drastis, misalnya bila disebabkan oleh shortage/fluktuasi bahan bakar maka temperatur di Calciner SLC atau burning zone akan turun, profil nyala menjadi gelap.

• Untuk mencegah terjadinya flushing, pertama-tama yang harus dilakukan atau turunkan secara drastis speed kiln, hal ini bertujuan untuk memperpanjang waktu tinggal material didalam kiln, sehingga diharapkan akan memperbaiki proses pembakaran raw mix menjadi klinker, jaga temperatur di SP agar tingkat dekarbonisasinya cukup sebelum masuk ke kiln, kemudian stabilkan flame yang dapat dijaga dengan menstabilkan fuel dan grate I agar dapat menghasilkan temperature udara sekunder yang cukup temperaturnya.

• Untuk Kiln yang menggunakan Swirlax burner tambahkan pemakaian udara swirling yang bertujuan memperbaiki performance pencampuran bahan bakar dengan udara sehingga diharapkan bahan bakar segera dapat terbakar, walaupun diganggu adanya abu dari raw mix/klinker.

GANGGUAN OPERASIRing coating• Ring coating adalah kondisi dimana ada coating dengan ketebalan tertentu

sehingga berakibat sangat mengganggu pada pengoperasian kiln karena:– Material akan tertahan dibelakang ring coating– Gas tidak lancar mengalir sehingga udara yang terhisap juga kurang dan CO

akan naik, kadang-kadang terpaksa mengurangi fuel beserta kiln feed.• Untuk mengatasi ring ini sebaiknya dilakukan dengan merubah panjang pendeknya

flame, dengan harapan ada perubahan temperatur ring coating dan akhirnya jatuh.

• Selain itu apabila di tempat ring coating itu diberi pendingin pada kiln shellnya maka cooling fan pada posisi tsb dimatikan.

• Karena pada umumnya ring coating terjadi pada daerah antara calcination zone dan transition zone, maka memperpendek dan memperkuat api di main burner akan dapat menolong.

• Perontokan ring coating sambil operasi yang tidak sampai mengganggu bisa berjalan 1 – 2 hari.

GANGGUAN OPERASIUkuran klinker• Klinker yang sangat lunak menyebabkan dusty. Idealnya ukuran rata-rata

klinker sekitar 1,6 cm, akan menghasilkan heat recovery yang sangat baik dan di cement mill mudah untuk digiling.

• Klinker yang terlalu halus, akan menyebabkan menurunkan flame temperature kerena sebagian tersirkulasi kembali ke kiln dan menyerap panas sehingga heat consumption dan productivity kiln menjadi kurang baik.

• Didalam cooler, klinker yang terlalu halus akan menyebabkan menghambat udara cooling, karena tertahan oleh tumpukan klinker yang “seolah-olah” kompak. Karena udara tertahan dibawah grate, maka akan terjadi back pressure di cooling fan dan klinker tidak sempat lagi mengalami cooling dengan baik dan klinker tetap panas, udara sekunder menjadi dingin dan makin menurunkan temperatur flame, sehingga pembakaran menjadi kurang baik dan akan membentuk klinker halus pula.

GANGGUAN OPERASI• Sebaliknya apabila klinker terlalu besar maka pendingin clinker bagian

dalam akan “lambat” sehingga pada waktu terpecahkan oleh klinker crusher akan timbul panas yang berlebih dan clinker product akan tinggi temperaturenya.

• Karena klinker besar maka klinker mengalami slow cooling yang akan berpengaruh terhadap mutu C2S yang makin tidak aktif dan pada akhirnya akan menurunkan “kuat tekan akhir” dari semen.

• Klinker yang sangat lambat mengalami cooling juga menyebabkan C3A bertambah besar ukuran kristalnya yang aktif terhadap air sehingga memperbesar streght awal tapi menurunkan streght akhir.

• Faktor yang mempengaruhi ukuran klinker antara lain :- jumlah dan komposisi liquid phase- temperature- ukuran dan distribusi kristal.

GANGGUAN OPERASI

• clogging di bottom cyclone (1)

• peledakan coating cyclone (1)

• clogging di bottom cyclone (2)

• clogging di bottom cyclone (3)

• peledakan coating cyclone (2)

• peledakan coating cyclone (3)

• peledakan coating cyclone (4)

KATA KUNCI• LSF / SM / IM raw meal• Residu raw meal• Free lime • C3S• CO ( kesempurnaan reaksi )• O2 ( excess air, bukan leakage air )• NOx• Fine coal ( ratio kiln/pyroclone )• Derajat Kalsinasi• Kiln speed • Burning Zone temperature• Secondary Air temperature ( pressure grate, clinker bed )• Pressure grate / air flow ( terutama grate 1 )• Temperature Cyclone• SP Fan ( hanya menghisap exhaust gas dari pembakaran )• Burner

Any Questions ?

TERIMA KASIH

YULIUS PAMUNGKAS