Electrostatic Precipitator (EP)

Abu dari hasil pembakaran yang terbawa oleh gas asap melalui

Gas Dust to Precipitator dan dilewatkan pada elemen negatif (Wire Frame)

yang terdapat pada EP, sehingga mendapat supply arus listrik

searah dari transformator rectifier, yang berfungsi untuk mengubah arus

listrik AC menjadi DC tegangan tinggi.

Abu akan menempel pada elemen positif sedangkan abu yang

tidak tertangkap pada elemen positif dihisap melalui ID Fan untuk

dibuang lewat cerobong asap(chimney). Abu yang menempel pada

collecting electrode digetarkan oleh rapper sehingga jatuh menuju

hopper.

Pada hopper abu batu bara dipanaskan oleh hopper heater untuk

mencegah penggumpalan. Level abu batu bara di dalam hopper

dimonitor oleh Nuclear Monitor. Pada hopper terdapat vibrator yang

berfungsi mencegah agar abu batu bara tidak menempel pada dinding

hopper. Abu dari hopper dihisap keluar oleh Vacuum Blower melalui

instalasi pipa abu (Fly Ash Silo). Untuk menjaga temperatur minimum

dari EP digunakan Blower Heater yang mengambil udara luar untuk

dipanaskan guna dimasukkan ke dalam Penthouse.

Prinsip Kerja Electrostatic Precipitator

Electrostatic Precipitator merupakan sistem yang bertujuan untuk

menangkap partikel yang ada pada gas asap (flue gas). Material yang

dikumpulkan oleh Electrostatic Precipitator adalah abu terbang (fly ash)

yang jumlahnya cukup besar.

Gas asap ini berasal dari sisa pembakaran batu bara di boiler

yang akan dibuang keudara bebas melalui stack (cerobong asap).

Electrostatic Precipitator mempunyai kemampuan menangkap abu lebih tinggi

dibandingkan dengan pengumpul abu lainnya, dan partikel dengan

diameter sub-micron (kurang dari 1 m) dapat ditangkap juga,

sehingga alat tersebut merupakan salah satu yang lebih sering

digunakan untuk perlindungan lingkungan dalam beberapa lingkungan

industri.

Prinsip kerja dari Electrostatic Precipitator adalah memberi muatan

secara elektris pada partikel-partikel fly ash agar dapat diikat

dari flue gas. Mula-mula gas sisa pembakaran dari boiler tidak

bermuatan atau netral, namun setelah diberikan emisi maka gas ini

akan bermuatan negatif. Proses yang terjadi dalam sistem

Electrostatic Precipitator ada tiga, yaitu :

1. Particle Charging (Pemberian muatan pada partikel)

Di dalam Electrostatic Precipitator, muatan listrik ditempatkan

pada sebuah perangkat kawat yang dinamakan discharge electrode.

Partikel-partikel pada fly ash diberi muatan pada suatu medan

listrik yang letaknya sangat dekat dengan discharge electrode. Medan

listrik ini biasanya ditunjukkan dengan corona discharge. Corona

discharge merupakan tempat penyediaan sumber ion uni-polar, yang

bergerak ke arah collecting electrode. Diantara collecting dan discharge

electrode terdapat ruang kosong yang kemudian diisi dengan sebuah

space charge uni-polar. Partikel-partikel abu yang ada pada fly ash

melewati ruangan ini dan akan menyerap ion-ion yang ada sehingga

akan bermuatan tinggi.

Gambar 3.8 Proses Pemberian Muatan Pada Partikel

2. Particle Collecting (Pengumpulan partikel)

Medan listrik yang disebabkan oleh space charge menyebabkan

partikelpartikel yang bermuatan negatif bergerak ke arah collecting

electrode, sedangkan partikel-partikel abunya diserap oleh discharge

electrode.

Gambar 3.9 Proses Pengumpulan Partikel

3. Transporting of Collected Materials (Pengangkutan material yang

terkumpul)

Collecting dan discharge electrode akan dipenuhi dengan partikel-

partikel setelah beberapa waktu tertentu. Untuk menghilangkan

partikel-partikel tersebut digunakan alat pengetuk abu yang

dinamakan rapper. Pada saat beroperasi, rapper akan menggetarkan

kedua elektroda ini sehingga partikel yang melekat pada kedua

elektroda akan jatuh pada bagian bawah Electrostatic Precipitator atau

disebut dengan hopper. Dari hopper, abu tersebut akan dihisap

dengan vacuum blower menuju ke silo abu. Rapper tidak melakukan

pemukulan partikel secara bersamaan tetapi bergantian sesuai

dengan timing yang telah diatur. Gas asap yang berasal dari

pembakaran di boiler yang kemudian masuk ke Electrostatic Precipitator akan

keluar dalam kondisi bebas dari abu tetapi tidak bebas dari

sulfur.

Gambar 3.10 Proses Penangkapan Abu di Electrostatic Precipitator

3.15.2 Konstruksi Electrostatic Precipitator

Kebanyakan Electrostatic Precipitator dari pembakaran batu bara

disebut juga Electrostatic Precipitator tipe kering. Electrostatic Precipitator

(ESP) yang digunakan pada Unit Pembangkitan Paiton memiliki

spesifikasi sebagai berikut :

Tipe EP : Rigit Frame Single Stage

Cell : 32 buah

Kapasitas Hopper : 30000 kg/jam

Kapasitas Bottom Ash : 10000 kg/jam

Efisiensi : 99,5 %

Total luas collecting electrode tiap EP : 60870 m2

Total luas discharge electrode tiap EP : 54569 m2

Kecepatan aliran gas maksimal : 1,35 m/s

Suhu gas pada beban penuh : 162 C

Komponen-komponen utama yang menyusun Electrostatic Precipitator adalah :

1. Discharge dan Collecting Electrodes

Discharge electrode merupakan bagian dari EP yang berbentuk

elemenelemen yang diluruskan dan digantung pada sebuah frame,

sedangkan collecting electrode di ground-kan pada sebuah baja karbon

yang terdapat pada Electrostatic Precipitator. Discharge electrode harus

dijaga agar tetap bersih, karena tujuan rapping adalah untuk

memindahkan abu bermuatan negatif yang melekat pada discharge dan

collecting electrodes.

Collecting electrode membentuk medan pengumpul bersama dengan

discharge electrode, abu yang termuati dikumpulkan dan menempel pada

collecting electrode karena gaya Coulomb. Oleh karena itu, collecting

electrode membutuhkan bentuk medan listrik yang seragam pada

permukaannya, untuk mencegah masuknyakembali abu dengan pemukulan

elektroda atau aliran gas dan mencegah perubahan yang diberikan

pada ekspansi suhu. Sehingga, plat yang dibentuk dengan tekanan

khusus biasanya digunakan untuk collecting electrode pada ESP tipe

kering. Abu yang bermuatan listrik menempel pada collecting electrode,

oleh karena itu collecting electrode membutuhkan peralatan rapping untuk

memindahkan abu selama periode operasi, untuk menjaga efisiensi

pengumpulan tetap konstan setiap waktu. Sistem rapping yang

memindahkan abu dari collecting electrode ke hopper dan interval rapping

pada pemukulan collecting electrode harus diatur untuk mencapai

kemampuan pengumpulan tertinggi ESP berdasarkan pada jumlah dan

karakteristik dari abu.

2. Precipitator Ash Hopper

Komponen ini terletak di bagian bawah tiap-tiap Electrostatic

Precipitator. Hopper merupakan tempat bagi partikel yang dibuang dari

collecting dan discharge electrode setelah digetarkan oleh rapper. Hopper

berbentuk piramid yang memiliki kemiringan 50 sampai 70 yang

bertujuan untuk mencegah abu menggumpal dan untuk melewatkan abu

agar terlepas dengan mudah. Beberapa sudut lembah hopper dan

peralatan pembantu ditentukan berdasarkan pada karakteristik abu

seperti timbunan dan kandungan air.

3.Hopper Heater System

Dinding pemanas hopper dirancang untuk menjaga temperatur

permukaan pada saat nilai jumlah embun aliran gas bertambah,

sehingga terlindungi dari korosi dan mencegah timbulnya

penimbunan fly ash di dalam hopper. Ada tiga puluh dua pemanas hopper

dalam sebuah sistem. Tiap hopper dipanasi oleh sekelompok panels

pemanas yang ditahan untuk sisi-sisi luar hopper. Kabel pemanas

itu disambungkan pada kotak yang sudah ditentukan secara

diagonal, bertolak belakang dengan pojok hopper. Setiap hopper

memiliki pengatur temperatur. Selama dioperasikan secara normal,

pemanas menghasilkan energi dengan pengatur temperatur.

4. Heater / Blower System

Sistem ini dirancang untuk mencegah terkumpulnya air di

sekeliling insulator dan sebagai tempat terkumpulnya abu. Heater

atau blower pada tiap-tiap electrostatic precipitator hanya satu buah.

Sistem ini terdiri atas electric blower, inline heater, dampers penghubung

dan kontrol yang sesuai. Keseluruhan sistem ini diisolasi pada

bagian atas precipitator. Daya nominal masing-masing heater adalah 50

kW, sedangkan motor blower sebesar 5 HP.

5. Transformer / Rectifier Sets (T/R Sets)

Energi untuk membangkitkan medan yang ada pada Electrostatic

Precipitator adalah tegangan tinggi satu fasa yang dihasilkan oleh

transformator yang dirangkai dengan solid-state rectifiers. Rectifier

(penyearah) yang digunakan pada sistem ini adalah full wave brigde,

pada beban penuh tegangan dan arusnya adalah 65 kV dan500 mA.

Sedangkan transformator yang dimiliki oleh PT. PJB UP Paiton

memiliki spesifikasi :

Input : LV 380 V dan arus 122 A

Output : HV 72150 V dan arus 0,60 A

Kapasitas : 43,2 kVA

6. Rappers

Sistem rapper dipasang dengan maksud untuk memberi getaran

pada discharge dan collecting electrodes, sehingga fly ash yang terakumulasi

akan jatuh ke hopper. Bagian-bagian dari rapper yaitu :

a) Discharge Electrode Rappers

Rapper tersusun atas kumparan solenoida, hammer atau pluger dan

rapper shaft yang berhubungan dengan batang pada discharge electrode.

Rapper ini terletak pada bagian atas penthouse. Ketika kumparan

solenoida dialiri arus pulsa DC dalam waktu yang singkat akan

timbul gaya magnet yang mampu mengangkat hammer ke atas. Pada

akhir pulsa, hammer terlepas dari pengaruh magnet dan jatuh

akibat pengaruh gravitasi bumi serta karena pengaruh gaya pegas.

Pengaruh dari tumbukan ini menggetarkan batang penyangga dan

discharge electrode frame, sehingga menjatuhkan fly ash ke hopper.

b) Collecting Electrode Rappers

Sistem yang digunakan dalam rapper ini adalah mechanical hammer

dan didesain dengan tipe landasan. Hammer pada rapper ini diangkat

ke atas oleh rotating rapper shaft. Ketika hammer mencapai titik hubung

yang tinggi, hammer akan jatuh disebabkan oleh gaya gravitasi.

Pengaruh gravitasi tersebut akan menggetarkan permukaan landasan

dan menyebabkan collecting electrode plates bergetar.

Gambar 3.11 Konstruksi Electrostatic Precipitator

3.15.3 Faktor Yang Mempengaruhi Efisiensi

A. Debu Dalam Electrostatic Precipitator

Di dalam electrostatic precipitator, partikel yang terkungkung

dalam gas secara elektrik akan dipandu ke collecting electrode dengan

sebuah medan listrik, elektroda yang diketuk akan menyebabkan

partikel jatuh ke hopper. Proses ini berbeda secara mekanis atau

proses penyaringan dimana gaya digunakan secara langsung di atas

partikel daripada pada gas secara keseluruhan. Pemisahan partikel

secara efektif dapat dicapai dengan tenaga yang rendah, dengan

sedikit kerugian dan dengan sedikit atau tanpa mempengaruhi

komposisi gas.

Pada mulanya electrostatic precipitator digunakan untuk :

1. Mengembalikan nilai produk seperti timah hitam, tembaga atau

saltcake.

2. Menghilangkan gangguan baik yang tampak atau yang dapat

merusak tanaman.

3. Melindungi peralatan.

4. Seperti aplikasi awalnya, precipitator dirancang dengan adanya

suatu plat yang biayanya murah, dirancang dengan cara

menyambung atau mengumpulkan plat dengan menggantungkan besi-

besi sebagai discharge electrode. Roof-mounted digunakan sebagai

penggetar partikel dari plat pengumpul.

B. Teknik Pengumpul Elektrostatic

Prinsip sederhana dari electrostatic precipitator adalah proses

pemberian muatan elektrostatic pada partikel abu dengan suatu discharge

corona dan melewatkannya melalui medan listrik yang bertujuan agar

partikel tertarik kepermukaan collecting. Unsur-unsur dasar dari

sebuah precipitator, termasuk sumber tegangan yang tidak terkontrol,

corona atau discharge electrodes, collecting electrodes dan semua yang

berhubungan dengan collecting.

Precipitator merupakan kombinasi dari langkah ionisasi dan

collecting. Abu yang berasal dari sisa pembakaran di boiler mula-

mula tidak bermuatan, setelah adanya proses emiting (pemberian

muatan negatif), abu kemudian bermuatan negatif dan akibatnya abu

akan tertarik ke collecting yang bermuatan positif.

C. Faktor yang Mempengaruhi Desain Precipitator

Dalam merancang precipitator perlu diperhatikan beberapa hal

yaitu :

1. SCA (Specific Collection Area)

SCA menghubungkan suatu precipitator ke precipitator lain pada

bagianbagian tertentu area permukaan collecting electrode dalam square

feet per seribu cfm (cubik ft/min) dari gas. Daerah yang harus

diperhatikan adalah permukaan kedua sisi dari collecting electrode,

volume gas adalah volume yang sebenarnya pada desain

pengoperasian temperatur dan elevasi pembangkit listrik.

2. Treatment Time

Treatment time mengacu pada panjang terhadap waktu partikel

yang akan mengalir pada daerah medan listrik. Penggunaan desain

kecepatan, treatment time melintasi panjang keseluruhan dari

precipitator.

1. Kecepatan Gas

Kecepatan gas merupakan faktor penting dalam merancang

precipitator. Desain untuk kandungan sulfur dan sodium yang rendah pada

batu bara kecepatannya dirancang antara 3 dan 4 kaki/detik.

Sedangkan untuk kandungan sulfur dan sodium yang tinggi pada batu

bara kecepatannya adalah 5 kaki/detik.

2. Konfigurasi dan Jarak Elektroda

Jarak dan konfigurasi elektroda dapat menyebabkan efek yang

sangat drastis pada jumlah puncak tegangan dan arus yang dicapai

dalam precipitator sebelum sparking terjadi. Jarak plat positif dan

negatif tidak terlalu dekat dan diletakkan secara bergantian.

3. Number of Fields

Dalam kenyataannya, precipitator dibagi menjadi beberapa medan,

setiap susunan terdiri dari satu atau lebih bagian elektrik bebas

dalam aliran gas yang terkontrol. Penambahan lapisan area per T/R

sets tergantung pada arus puncak dan tegangan yang dicapai dalam

bagian elektrik. Sistem dengan jumlah medan yang banyak, tidak

dirugikan dengan hilangnya sebuah medan.

4. Automatic Voltage Control (AVC)

Sistem AVC pada precipitator dioperasikan pada tegangan yang

optimum. Sistem ini akan dikontrol dengan analog atau digital.

Sistem pengontrol digital dapat menerima beda potensial precipitator

yang lebih tinggi daripada sistem analog diantara discharge dan

collecting platnya. Mikroprosesor sebagai dasar sistem AVC dapat

dirancang untuk mereduksi tenaga electrostatic precipitator yang berlebih

selama beban berubah.

5. Ukuran dan Kemiringan Hopper

Perancangan collecting hopper yang berbentuk piramid pada

bagian bawah precipitator adalah penting karena gangguan pada arus

keluar hopper dapat menyebabkan kerusakan listrik internal.