1

Tugas Teknologi SemenNama: Nina FebriantinaNPM: 1015041009

Cooler System Di pabrik semen cooler merupakan bagian dari sistem kiln yang terletak di bagian ujung discharge rotary kiln. Cooler memiliki beberapa fungsi antara lain : Mendinginkan clinker yang keluar kiln dari temperatur 1200oC menjadi < 200oC keluar cooler system, dengan cara mengalirkan udara dari cooling fan secara proporsional. Pendinginan clinker secara quenching atau secepat mungkin untuk mendapatkan kualitas clinker yang terbaik (clinker mudah pecah). Heat recuperation dengan memanfaatkan udara panas hasil pendinginan clinker yang keluar dari kiln dan diperoleh dua jenis udara yaitu udara secondary untuk pembakaran main burner dan udara tertiary untuk pembakaran di calciner.

Ada beberapa type Cooler dan Grate Cooler, antara lain : 1. Rotary Cooler Bentuk designnya sederhana seperti rotary kiln namun pendek yang dipasang dioutlet kiln dan didalamnya dipasang lifter-lifter. Kemiringan rotary cooler sama dengan kemiringan kiln + 3%. Power consumption kecil namun pendinginan clinker lambat dan panas recuperation yang diharapkan kurang optimal. Clinker temperature keluar dari cooler masih cukup tinggi >150oC

2. Planetory CoolerBentuknya seperti rotary cooler namun jumlahnya banyak dan kecil-kecil mengelilingi shell outlet kiln yang ikut berputar bersama kiln menggunakan main drive kiln. Pemakaian power untuk cooler tidak ada karena bebannya jadi satu dengan kiln drive. bagian dalamnya dipasang lifter-lifter untuk mengangkat clinker. pendinginan clinker kurang optimal dan temperature clinker yang keluar dari cooler masih >150 oc. jenis ini sudah banyak yang dimodifikasi menjadi grate cooler.

Sumber : http://maulhidayat.wordpress.com/2013/01/15/cooler-system/3. Grate CoolerGrate Cooler lebih banyak dikembangkan oleh pembuat pabrik semen, karena terbukti sangat efektif : Untuk pendinginan clinker dan menghasilkan udara secondary dan tertiary yang cukup tinggi. Sehingga bisa membantu proses udara pembakaran didalam kiln maupun di precalciner system. Temperatur udara secondary yang dihasilkan 950 1100oC dan temperatur clinker yang keluar cooler < 100oC. Pemakaian power untuk cooling fan jenis grate cooler ini antara 3 - 6 kwh/ton clinker.Grate Cooler terdiri dari baris / row grate plate tetap dan baris / row plate bergerak dengan panjang stroke 11 15 cm. Penggeraknya menggunakan motor drive atau hydraulic drive, kecepatan max. 24 stroke/menit.Dimensi grate cooler tergantung dari kapasitas produksi clinker, misalkan kapasitas : 4600 panjang : 36m, lebar : 3,6m.Kapasitas :8000 panjang : 36m, lebar : 4,8m.Grate Cooler dilengkapi dengan clinker crusher untuk menghancurkan clinker ukuran besar menjadi ukuran < 30mm. Clinker crusher dipasang antara Grate 2 dan Grate 3, tetapi ada yang dipasang di outlet Grate 3.Perbedaannya clinker crusher yang dipasang dioutlet Grate 3 temperatur clinkernya lebih tinggi dibanding yang dipasang ditengah antara Grate 2 & 3.

Ada beberapa type grate plate yang digunakan pada Grate Cooler, diantaranya :1. Tipe Air Through Grate.Grate Cooler tipe air through dan prinsip kerja

2. Type CFG ( Controlled Flow Grate ).Grate Cooler type CFG dan prinsip kerja

Perbedaan operasi type AT dan CFG :Type AT: Pemakaian cooling air flow relatif lebih besar, karena cooling air sealing chamber menjadi satu dengan cooling fan grate. Rata-rata pemakaian cooling air flow total Grate 1, 2 dan 3 : > 2,5 Nm3/kg clinker.Type CFG: Cooling air sealing chamber terpisah sehingga pemakaian cooling air grate lebih kecil dan lebih fokus pada pendinginan clinker diatas grate plate. Rata-rata pemakaian cooling air flow total grate 1, 2 dan 3 : < 2,3 Nm3/kg clinker.

Pengoperasian kedua tipe grate diatas sama yaitu menjaga kestabilan ketebalan clinker diatas grate ( terutama grate 1 ), dengan mengatur pemakaian udara cooling dan speed grate.Parameter dan Variabel Kontrol

Tinggi clinker bed dan speed grate Tinggi clinker bed harus dikontrol sehingga mendapatkan tinggi bed yang optimum dan relatif konstan. Tinggi clinker bed ditunjukkan melalui parameter pressure chamber grate. Untuk menentukan tinggi clinker bed yaitu variabel untuk mengontrol tinggi clinker bed adalah kecepatan / speed grate, semakin cepat grate speed makin tipis clinker bed.

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. Harus diperkirakan apakah terdapat coating jatuh atau klinker yang berlebihan. Pressure yang tinggi mengakibatkan beban cooling fan menjadi tinggi dan selanjutnya perpindahan panas kurang efektif, serta temperatur udara secundary yang diharapkan 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.

Pengoperasian Grate Cooler yang Ideal : Quenching Cooling : pendinginan clinker secepat mungkin.Quenching adalah proses pendinginan klinker secara mendadak setelah reaksi klinkerisasi selesai. Quenching dilakukan di dalam grate cooler dengan media pendinginnya berupa udara luar yang dihembuskan ke dalam grate cooler dengan menggunakan fan. Klinker panas keluaran dari kiln akan jatuh pada grate plate di bagian depan (mulden plate) membentuk suatu tumpukan (bed), selanjutnya udara bebas dihembuskan oleh sejumlah fan melalui bagian bawah grate plate menembus lubang-lubang pada grate plate sehingga terjadilah pendinginan klinker. Gerakan grate plate maju mundur menyebabkan klinker terdorong ke bagian belakang menuju outlet. Klinker yang halus akan lolos melalui lubang grate plate dan ditampung oleh hopper, selanjutnya dikeluarkan oleh drage chain. Sedangkan ukuran besar akan dipecah oleh crusher pada keluarannya.Tujuan quenching sendiri antara lain adalah : Mencegah terjadinya reaksi inversi 3CaO. SiO33CaO. SiO32CaO. SiO3 + 2 CaO Mencegah terjadinya pembentukan struktur kristal -2CaO SiO3 yang bersifat hidraulis menjadi kristal -2 CaO.SiO2 yang bersifat kurang hidraulis.Sumber : PT. Semen Baturaja Heat Recuperation : menghasilkan panas recupery yang cukup tinggi, sehingga bisa membantu proses pembakaran didalam kiln maupun di calciner. Low waste air : temperature waste air keluar cooler rendah. Clinker keluar grate cooler temperature rendah < 100oC. Rendah power consumption dengan pengaturan cooling fan sesuai dengan kapasitas produksi clinker.

Grate cooler yaitu clinker cooler dengan efek pendinginan yang terjadi karena adanya udara yang dihembuskan oleh beberapa fan/blower ke permukaan lapisan klinker di atas grate plate. Pada awal perkembangannya pemakaian grate cooler dimaksudkan untuk mendapatkan laju pendinginan yang cepat dengan tujuan mengurangi pengaruh kristal periclase sehingga diperoleh kualitas klinker yang baik. Tetapi pada kenyataannya diperoleh juga perpindahan panas yang sangat baik sehingga cooler jenis ini bisa menerima klinker dengan temperatur 1360 oC 1400 oC. Dengan penggunaan udara berlebih, klinker yang keluar bisa mencapai temperatur sampai dengan 65oC diatas temperatur udara sekitar sehingga bisa langsung digiling. Perpindahan panas terjadi pada kondisi cross current dan counter current antara klinker dengan udara pendingin. Peralatan Grate Cooler tidak bisa dipisahkan letaknya dari kiln karena terpasang langsung menyambung pada outlet kiln. Grate cooler langsung menampung/menerima klinker yang keluar dari kiln seperti yang terlihat pada Gambar (2.1).

Gambar 2.1 Grate Cooler (Smith, 1990) Prinsip Kerja Grate Cooler Prinsip kerja dari grate cooler adalah sebagai berikut :1. Klinker yang keluar dari kiln jatuh di atas grate plate bagian depan (mulden plate) membentuk suatu tumpukan (bed) dengan ketebalan tertentu.2. Udara pendinginan klinker ditiup dengan sejumlah fan dari bawah plate menembus kisi-kisi grate plate dan bed klinker di atas grate plate. Sehingga terjadi kontak antara udara pendingin dengan klinker panas, dengan adanya kontak tersebut maka terjadi pepindahan panas (efek pendinginan klinker). Sisa udara pendinginan masuk ke dalam kiln sebagai udara bakar (udara sekunder) dan udara pendingin masuk ke dalam calsiner (udara tersier) dan selebihnya dihisap oleh fan sebagai udara buang setelah terlebih dahulu melalui alat penangkap debu (EP).3. Grate plate dipasang dengan susunan baris selang-seling antara baris yang statis dan baris yang bergerak maju mundur, dengan adanya gerakan tersebut klinker bergerak terdorong ke belakang dan seterusnya menuju ke clinker crusher selanjutnya ke chan conveyer.4. Grate plate digerakkan dengan hydraulic drive. Klinker yang berukuran halus akan turun ke bawah menembus kisi-kisi grate plate dan ditampung di dalam hopper yang dilengkapi dengan flap damper dan sensor level. Flap damper akan membuka secara automatis apabila hopper penuh dan klinker jatuh diterima drag chain menuju chain conveyer.5. Untuk menjaga ketebalan material di atas grate cooler (grate plate) konstan di pasang satu buah fan pendingin khusus jika tekanan fan naik secara automatis grate plate akan bergerak lebih cepat demikian pula sebaliknya.6. Untuk material yang berukuran besar masuk pada breaker/crusher untuk dipecah dan hasilnya akan keluar bercampur dengan material dari grate plate cooler menuju alat transport.(http://irmanrostaman.wordpress.com/2012/03/27/proses-pembuatan-semen-cement-manufacturing-process/) Fungsi Grate Cooler Great cooler mempunyai beberapa Fungsi diantaranya adalah :1. Proses QuenchingYaitu proses pendinginan klinker yang mendadak, efek pendinginan yang timbul karena adanya hembusan dari beberapa cooling air fan yang langsung kontak dengan klinker outlet kiln.

Efek pendinginan yang terjadi akan mengakibatkan klinker turun temperaturnya secara drastis yaitu dari 1350oC menjadi 90 oC. Sasaran yang dikehendaki dari quenching adalah untuk memperoleh klinker yang berbentuk granular/bulat dan rapuh, sehingga memudahkan pada proses penggilingan selanjutnya. Disamping itu berpengaruh terhadap mutu semen yang dihasilkan.2. Menaikan temperatur udara bakarUdara bakar ini berasal dari udara sisa pendinginan klinker. Sebagian udara yang masih mempunyai temperatur tinggi akan ditarik IDF masuk ke kiln dan kalsiner dan sebagian lagi yang temperaturnya rendah akan dikeluarkan melewati saluran udara buang menuju ESP (EP grate cooler). Sasaran yang dikehendaki dengan naiknya temperatur udara bakar yaitu untuk efisiensi pemakaian bahan bakar pada proses pembakaran di kiln dan kalsiner.3. Alat transportUntuk mengeluarkan material dari kiln menuju alat transportnya untuk kemudian di simpan pada silo klinker. Peralatan-peralatan Area Grate CoolerPeralatan yang berada di area grate cooler terdiri dari peralatan utama ataupun peralatan pendukung, sehingga diharapkan dapat berfungsi sebagaimana yang diharapkan.Pada dunia industri ada yang menerapkan Grate Cooler dengan dua Grate Plate namun ada juga yang menerapkan tiga buah Grate Plate. Berikut merupakan contoh dari gambar Grate Cooler dengan dua buah Grate Plate seperti yang tampak pada Gambar (2.2).

Gambar 2.2. Kontruksi Grate Cooler dengan dua buah Grate Plate(Smith, 1990) Keterangan :1. Grate 16. Hydraulic Cylinder2. Grate 27. Drag Cain3. Breaker8. Fan Airation4. Hydraulic Drive9. Casing Cooler5. Hopper Grate 1 dan Grate 21. Spesifikasi Grate 1 Fungsi :Menampung curahan material dari kiln dan dilakukan pendinginan mendadak menggunakan udara pendingin dari fan. Type : Mulden Plate Zone : Recuperation zoneZone perubahan fisik klinker dari klinker cair menjadi klinker padat. Jumlah Plate : 14 barisDimana : 1 sampai 3 Fix Plate 4 sampai 14 Fix dan movable

Gambar 2.3. Susunan Grate Plate pada Grate 12. Spesifikasi Grate 2 Fungsi :Mendingikan klinker dari grate 1. Jumlah Plate : 13 baris, berselang-seling antara fix dan movable plateNomor ganjil dari 15 sampai 27 adalah fix grate dan nomor genap dari 15 sampai 27 adalah movable plate.

Gambar 2.4. Susunan Grate Plate pada Grate 2 BreakerBerfungsi untuk memecahkan material yang berukuran besar dan kemudian akan keluar bercampur dengan material dari grate cooler. Hydraulic UnitFungsi Hydraulic Unit : Hydraulic Drive digunakan sebagai pengerak dari grate plate yang bergerak maju-mundur dan secara tidak langsung mengerakkan movable plate. Digerakkan melalui fluida yang dipompakan oleh axial piston pump.Prinsip kerja Hydraulic drive :Setiap grate dari cooler di lengkapi dengan dua hydraulic cylinder. Hydraulic clinder ini digerakan melalui fluida yang dipompakan oleh axial piston pump. Kecepatan gerak hydraulic merupakan kecepatan gerak movable plate yang semuanya diatur High respon proportional valve pada reversing unit. Pada awal langkah dan akhir langkah cylinder di padang proximity switch yang gunanya untuk membatasi langkah cylinder, bila switch atas dibuka maka proportional valve pada reversing unit menukar ke posisi switch yang berlawanan, sehingga tekanan cylinder bergerak balik begitu juga sebaliknya untuk switch bawah. Jika switch bawah dibuka maka proportional valve akan menukar ke posisi switch yang berlawanan sehingga tekanan cylinder akan naik dan hydraulic cylinder bergerak balik begitu seterusnya. Pada dasarnya motor menggerakan axial piston pump yang memompakan fluida ke hydraulic cylinder dan menggerakanya. hydraulic cylinder ini berhubungan dengan drive shaft dan drive shaft berhubungan dengan moving frame. Hal in menyebabkan movable plate yang terpasang pada moving frame melalui grate support akan ikut bergerak. Cooling fanFungsi cooling fan adalah :1. Untuk mendinginkan klinker baik itu di chamber I dan di chamber II2. Masing-masing fan dilengkapi dengan damper yang dapat digerakan secara automatis. Hopper dan Drag ChainMaterial-material (klinker) yang halus dan lolos dari kisi-kisi plate di tampung oleh hopper di dalam hopper terdapat sensor level yang fungsinya menginformasikan level di dalam hopper apabila level material sudah maksimum, maka under chute grate di bawah hopper akan membuka secara automatis dan akan menutup kembali secara automatis. Material (klinker) yang keluar dari under gate ditampung oleh drag chain dan di bawa menuju alat transport berikutnya. ESP (Electrostatic Precipitator)Fungsi ESP pada grate cooler adalah untuk menangkap dan mengumpulkan debu yang terdapat dalam udara buang dari grate cooler yang di hisap ESP fan. Debu yang dikumpulkan ESP dikembalikan kembali ke sistem melalui alat transport yang terdapat di bawah hopper ESP, alat transport tersebut berupa drag chain, rotary valve dan screw. Prinsip Kerja Electrostatic Precipitator :Plate colcting electrode dan discharge electrode di beri tegangan tinggi DC sehingga timbul muatan medan listrik yang tinggi antara plate CE dan DE, medan listrik tersebut menarik debu-debu sehingga menempel pada plate CE dan DE. Sehingga antara debu dan gas terpisah karena gas ditarik ESP fan. Kemudian debu-debu yang menempel di plat CE dan DE di getarkan hammer system sehingga jatuh ke hopper kemudian dibawa drag chain dan screw kembali ke sistem. ESP FAN (Filter fan For Cooler)Fungsi alat ini adalah untuk menghisap debu sebagian udara sisa dari pendinginan di grate cooler. Fungsi lainnya adalah untuk menciptakan suasana negative pressure di kiln hood. Water InjectionPeralatan ini berupa nozzle yang dihubungkan dengan pompa air. Nozzle tersebut dipasang pada dinding grate cooler dengan posisi outlet nozzle mengarah ke bagian dalam grate cooler.Fungsi Water Injection adalah untuk mendinginkan udara buang yang dihisap oleh ESP fan, jika temperaturnya tinggi (>300oC).Prinsip kerja Water Injection :Jika temperatur udara buang dari grate cooler yang di hisap oleh ESP fan mempunyai temperatur > 300oC maka secara otomatis nozzle tersebut akan menyemprotkan air sehingga diharapkan dapat menurunkan temperatur udara buang. Jika temperatur buang dapat diturunkan maka akan mencegah rusaknya blade ESP fan dari plate pada ESP dari temperatur yang tinggi. Mekanisme Perpindahan Panas di Grate CoolerPerpindahan panas dapat didefinisikan sebagai transmisi energi dari suatu tempat ke tempat lain, sebagai dampak dari perbedaan temperatur pada sistem yang di aliri panas tersebut. Mekanisme perpindahan panas dapat berlangsung dari suatu material yang temperaturnya lebih tinggi ke material yang temperaturnya lebih rendah hingga mencapai suatu kondisi keseimbangan. Mekanisme perpindahan panas yang terjadi di dalam grate cooler ada 3, yaitu :1. Perpindahan panas secara konduksi (rambatan)Konduksi adalah perpindahan panas dari satu bagian ke bagian lain tanpa ada partikel yang ikut berpindah. Laju perpindahan panas secara konduksi dipengaruhi oleh luas penampang perpindahan panas, konduktivitas thermal dan perbedaan temperatur (Geankoplis,1993). Perpindahan panas secara konduksi yang terjadi di dalam grate cooler adalah perpindahan panas antara sesama permukaan klinker.2. Perpindahan panas secara konveksiKonveksi adalah perpindahan panas dari satu bagian ke bagian lain yang disertai dengan partikelnya ikut berpindah. Didalam proses pendinginan di Grate Cooler perpindahan panas secara konveksi terjadi antara gas dengan partikel klinkernya.Perpindahan panas konveksi antara gas dengan partikel klinker yang terjadi di dalam grate cooler merupakan konveksi transient, artinya temperatur gas dan partikel berubah sepanjang waktu perjalanan aliran. Perhatikan Gambar (2.5) mekanisme perpindahan panas konveksi yang terjadi di dalam grate cooler, dimana temperatur partikel lebih tinggi daripada temperatur gas sehingga panas berpindah dari partikel ke fluida gas. Perpindahan panas dari partikel ke gas dengan menghasilkan koefisien perpindahan panas dan menganggap unggun fluidisasi berlaku sebagai sistem satu fasa.

Gambar 2.5. Mekanisme Perpindahan Panas Konveksi dalam Grate Cooler (Smith, 1990)3. Perpindahan panas secara radiasiBerlainan dengan mekanisme konduksi dan konveksi, dimana perpindahan panas terjadi melalui bagian dari klinkernya, panas juga dapat berpindah melalui daerah hampa atau melalui fluida ke permukaan lain dengan cara pemancaran gelombang elektromagnetik yang disebut dengan radiasi. Perpindahan panas radiasi terjadi antara udara panas yang ada di dalam grate cooler dengan udara lingkungan sekitar. (PT. Semen Baturaja)