Bab Iii Sistem Udara Pembakaran CFB Boiler [PDF]

Citation preview

BAB III SISTEM UDARA PEMBAKARAN CFB BOILER



3.1 Dasar Teori PLTU Tarahan unit 3 dan 4 menggunakan boiler bertipe CFB (Circulating Fluidized Bed). Boiler jenis ini memiliki tiga peralatan utama, yakni Furnace, Cyclone, serta Backpass. Furnace merupakan ruang dimana terjadi proses pembakaran pada boiler. Cyclone adalah ruang pemisah antara flue gas dan batubara yang belum terbakar berdasarkan berat jenis. Dan backpass adalah ruang pemanfaatan kalori dari flue gas, dimana flue gas dimanfaatkan untuk memanaskan suplai udara pembakaran. ±60% udara pembakaran berasal dari Primary Air (PA) Fan, ±36% dari Secondary Air (SA) Fan, Ditambah  3 % udara berasal dari fluidizing air blower dan  1 % udara yang berasal dari limestone dengan total flow udara pada beban 100 MW berkisar  285.985,40 kg/h sementara untuk menghisap gas-gas hasil pembakaran (flue gas) dari ruang bakar menggunakan Induced Draught Fan (IDF). Tidak seperti kebanyakan PLTU di Indonesia yang menggunakan tipe pembakaran PCC (Pulverized Coal Combustion) yang menyemprotkan batubara dan udara ketika terjadi pembakaran, metode pembakaran CFB ini menjaga material tetap berada dalam posisi mengambang dengan meniupkan udara dengan kecepatan tertentu dari bawah furnace.



9



Keseimbangan antara gaya dorong ke atas dari angin dan gaya gravitasi akan menjaga butiran batubara tetap dalam posisi mengambang sehingga membentuk lapisan seperti fluida yang selalu bergerak. Kondisi ini akan menyebabkan pembakaran bahan bakar yang lebih sempurna karena posisi batubara selalu berubah sehingga sirkulasi udara dapat berjalan dengan baik dan mencukupi untuk proses pembakaran. Bila suhu pembakaran pada PCC adalah sekitar 1400 – 1500 0, maka pada FBC, suhu pembakaran berkisar antara 850 – 9000 saja sehingga kadar thermal NOx yang timbul dapat ditekan. Kemudian, bila alat desulfurisasi masih diperlukan untuk penanganan SOx pada metode pembakaran tetap dan PCC, maka pada CFB, desulfurisasi dapat terjadi bersamaan dengan proses pembakaran di boiler. Hal ini dilakukan dengan cara mencampur batu kapur (lime stone, CaCO3) dan batubara kemudian secara bersamaan dimasukkan ke boiler. SOx yang dihasilkan selama proses pembakaran, akan bereaksi dengan kapur membentuk gipsum (kalsium sulfat). Selain untuk proses desulfurisasi, batu kapur juga berfungsi sebagai media untuk fluidized bed karena sifatnya yang lunak sehingga pipa pemanas (heat exchanger tube) yang terpasang di dalam boiler tidak mudah aus.



10



Gambar 3.1 Overview CFB Boiler 3.2 Peralatan Penyuplai Udara 3.2.1 Primary Air Fan Udara pembakaran disuplai dari dua primary air fan, dimana udara primary ini terbagi menjadi dua aliran udara yaitu aliran udara yang tidak melewati tubular air heater (cold primary air) dan aliran udara yang melewati tubular air heater (hot primary air). Aliran udara cold primary air dengan temperatur  57 o c dan tekanan



 3 kpa digunakan untuk menjaga aliran atau sebagai seal batubara agar batubara didalam coal feeder tidak keluar dari box feeder dan digunakan untuk mendorong batubara pada pipa atau line yang menuju furnace dari coal fedeer. Dan aliran udara hot primary air dengan temperatur  215 o c digunakan untuk mendorong dan memanaskan batubara sebelum masuk ke dalam furnace, selain itu fungsi utama hot primary air ini adalah sebagai udara pembakaran di dalam furnace.



11



Berikut adalah komponen-komponen PA Fan: a. Filter Fungsi dari filter udara adalah untuk menyaring udara sebelum masuk kedalam kipas (fan) agar udara yang di hisap oleh kipas dalam keadaan bersih. Filter ini letaknya pada saluran masuk udara sebelum masuk ke kipas (fan).



Gambar 3.2 Filter PA Fan b. Kipas (Fan) Kipas (fan) dari udara primary merupakan jenis kipas sentrifugal yang fungsinya untuk menghisap dan menghembuskan udara primary menuju tubular air heater dan coal feeder. Kipas ini digerakkan oleh sebuah motor listrik 6 kV.



Gambar 3.3 Primary Air Fan



12



c. Damper Karena udara primary ini terdiri dari dua buah kipas dan memiliki satu aliran discharge (keluaran) maka digunakanlah damper yang fungsinya sebagai penutup aliran udara apabila salah satu kipas tidak beroperasi.



Gambar 3.4 Damper PA Fan c. Regulator Fungsi dari regulasi damper adalah untuk mengkontrol aliran udara yang keluar dari kipas. Regulator ini dioperasikan melalui main control room (MCR).



Gambar 3.5 Regulator PA Fan d. Motor listik Motor digunakan sebagai penggerak kipas. Berikut ini spesifikasi dari motor Primary air fan (PAF) yang digunakan pada PLTU Tarahan unit 3 & 4 adalah:



13



TECO WESTINGHOUSE Serial



: 9199AA



Kecepatan : 1481 rpm Daya



: 2735 HP



Tegangan : 6000 Volt Frekuensi : 50 Hz Phase



: 3 phasa



Ambient : 40 o c



Gambar 3.6 Motor PA Fan e. Bearing Pada konstruksi primary air fan terdapat empat buah journal bearing. Fungsi journal bearing pada Primary air fan adalah sebagai tumpuan dan penahan gaya radial dan aksial.



Gambar 3.7 Bearing PA Fan



14



Untuk mendinginkan minyak pelumas pada bearing-bearing digunakan air sebagai media pendingin, air pendingin tersebut adalah air demin yang berasal dari pompa CCW (closed cooling water). f. Backstop Backstop digunakan untuk menahan putaran balik pada kipas (fan) pada saat salah satu kipas (fan) tidak beropeasi. Putaran balik ini dapat mengakibatkan motor penggerak fan rusak apabila saat motor dioperasikan dalam keadaan putaran balik, maka digunakanlah back stop agar tidak terjadi putaran balik.



Gambar 3.8 Backstop PA Fan 3.2.2 Secondary Air Fan Selain menggunakan aliran udara primary udara pembakaran juga berasal dari udara secondary. Udara secondary ini sebelum masuk ke dalam furnace melewati tubular air heater sehingga aliran udara secondary ini menjadi panas. Aliran udara secondary ini masuk ke dalam furnace melalui damper-damper di bagian depan dan belakang furnace yang jumlahnya 12 damper. Selain itu udara secondary ini juga digunakan untuk start-up burners dengan menggunakan HSD.



15



Adapun komponen-komponen secondary air fan adalah : a. Kipas (Fan) Kipas (fan) dari udara secondary merupakan jenis kipas sentrifugal yang fungsinya untuk menghisap dan menghembuskan udara secondary menuju tubular air heater. Kipas ini digerakkan oleh sebuah motor listrik 6 kV.



Gambar 3.9 Secondary Air Fan b. Damper Karena udara secondary ini terdiri dari dua buah kipas dan memiliki satu aliran discharge (keluaran) maka digunakanlah damper yang fungsinya sebagai penutup aliran udara apabila salah satu kipas tidak beroperasi atau dalam perbaikan.



Gambar 3.10 Damper SA Fan



16



c. Regulator Fungsi dari regulator adalah untuk mengkontrol aliran udara yang keluar dari secondary fan. Regulator ini dioperasakan melalui main control room (MCR).



Gambar 3.11 Regulator SA Fan d. Bearing Pada konstruksi secondary air fan terdapat empat buah journal bearing. Fungsi bearing pada secondary air fan adalah sebagai penumpu dan menahan gaya radial dan aksial, untuk mendinginkan minyak pelumas pada bearing-bearing digunakan air sebagai media pendingin,



air pendingin tersebut



adalah air demin yang berasal dari pompa CCW (closed cooling water)



Gambar 3.12 Bearing SA Fan



17



e. Back stop Back stop digunakan untuk menahan putaran balik pada secondary fan, pada saat salah satu kipas (fan) dalam keadaan tidak beroperasi, karena secondary air fan ini satu poros dengan motornya maka apabila terjadi putaran balik pada fan akan mengakibatkan motor rusak apabila saat motor dioperasikan dalam keadaan purtaran balik.



Gambar 3.13 Backstop SA Fan



e.



Motor Motor digunakan sebagai penggerak kipas. Berikut ini spesifikasi dari motor Secondary Air Fan (SAF) yang digunakan pada PLTU Tarahan unit 3 & 4 adalah : TECO WESTINGHOUSE Serial



: 9199OA



Kecepatan : 1468 rpm Daya



: 750 HP



Tegangan : 6000 Volt Frekuensi : 50 Hz Phase



: 3 phasa



18



Ambient : 40 o c



Gambar 3.14 Motor SA Fan



3.2.3 Fluidizing Air Blower Selain dari aliran primary air dan secondary air, udara pembakaran juga dibantu oleh fluidizing air blower, jumlah flow dari udara fluidizing air blower ini pada beban 100 MW berkisar  10803.4 kg/h dengan temperature  88 o c dan discharge pressure  0,5 kg/cm2. Fluidizing air blower ini berfungsi untuk membuat aliran udara yang berputar (turbulen) yang tujuannya untuk melindungi dinding cyclone pada bagian expansion bellow, agar batubara yang belum habis terbakar dan pasir yang jatuh tidak mengenai atau menempel pada bagian expansion bellow pada dinding cyclone. Batubara yang belum habis terbakar yang menempel pada bagian expansion bellow akan dapat merusak dan menghambat sirkulasi pada cyclone. Selain untuk melindungi expansion bellow pada dinding cyclone udara yang berasal dari fluidizing air blower ini juga digunakan untuk mendorong batubara yang belum habis terbakar masuk kedalam furnace pada sealpot yang letaknya



19



dibawah cyclone. Sealpot digunakan sebagai penghambat laju aliran batubara yang belum habis terbakar sebelum masuk ke furnace. Udara dari FA Blower juga digunakan untuk mendorong Inert Media Bed (Pasir) pada saat pengisian ke furnace, serta sebagai pendorong agar batubara yang belum habis terbakar dapat masuk kembali ke dalam ruang bakar (furnace) dari cyclone. Adapum komponen dari FA blower adalah: a. Inlet filter Fungsi dari filter adalah untuk menyaring udara luar sebelum masuk ke blower agar udara yang masuk ke blower bersih dari kotoran-kotoran dari udara luar.



Gambar 3.15 Filter FA Blower b. Blower Blower pada PLTU Tarahan unit 3 & 4 ini menggunaknakan jenis blower sentrifugal,



fungsi



dari



blower



digunakan



untuk



menghisap



dan



menghembuskan udara luar menuju ke cyclone dimana pada cyclone udara tersebut dimanfaatkan sebagai seal pada dinding cyclone.



20



Gambar 3.16 Fluidizing Air Blower c. Motor listrik Motor sebagai penggerak dari blower. Berikut ini spesifikasi dari motor fluidizing air blower pada PLTU Tarahan unit 3 & 4 adalah sebagai berikut : WEG BLOWER Tegangan



: 6000 volt



Kecepatan



: 2974 rpm



Daya



: 225 kW



Power factor



: 0.85



Frekuensi



: 50 Hz



Berat



: 1,9 Ton



Gambar 3.17 Motor FA Blower



21



d. Regulator Fungsi dari regulator adalah untuk mengkontrol aliran udara yang keluar dari fluidizing air blower. Regulator ini dioperasikan melalui main control room (MCR).



Gambar 3.18 Regulator FA Blower 3.2.4 Induced Draught Fan Induced draught fan digunakan untuk mengisap gas-gas hasil pembakaran dari Furnace dan mendorong ga-gas pembakaran tersebut menuju ke stack yang dibuang ke atmosfir. Komponen-komponen induced draught fan (IDF) adalah : a. Kipas (Fan) Kipas (fan) pada ID fan merupakan jenis kipas sentrifugal. ID fan ini letaknya diantara



baghouse



dan



stack,



fungsinya



menghembuskan flue gas menuju ke stack.



22



untuk



menghisap



dan



Gambar 3.19 ID Fan b. Damper Induced draught fan ini terdiri dari dua buah kipas dan memiliki satu aliran inlet (masuk) dan discharge (keluaran) maka digunakanlah damper yang fungsinya sebagai penutup aliran flue gas apabila salah satu kipas tidak beroperasi atau sedang dalam perbaikan.



Gambar 3.20 Damper ID Fan c. Regulator Fungsi dari regulator adalah untuk mengkontrol aliran flue gas yang masuk pada kipas. Regulator ini dioperasikn melalui main control room (MCR).



23



Gambar 3.21 Regulator ID Fan d. Motor listrik Motor digunakan sebagai penggerak kipas. Berikut ini spesifikasi dari motor ID Fan yang digunakan pada PLTU Tarahan unit 3 & 4 adalah : TECO WESTINGHOUSE Serial



: 9199BA



Kecepatan : 991 rpm Daya



: 1679 HP



Tegangan : 6000 Volt Frekuensi : 50 Hz Phase



: 3 phasa



Ambient : 50



Gambar 3.22 Motor Listrik ID Fan



24



e. Bearing ID Fan memiliki empat buah journal bearing. Bearing pada induce draft fan digunakan untuk menumpu dan menahan gaya radial dan aksial, sebagai pendingin bearing digunakan minyak pelumas dan untuk mendinginkan minyak pelumas pada bearing-bearing digunakan air sebagai media pendingin, air pendingin tersebut adalah air demin yang berasal dari pompa CCW (closed cooling water).



Gambar 3.23 Bearing ID Fan f. Back stop ID fan menggunakan back stop untuk mencegah agar tidak terjadi putaran balik pada saat salah satu fan tidak beroperasiputaran balik ini dapat mengakibatkan



motor penggerak kipas



(fan) menjadi



dioperasikan dalam keadaan putaran balik.



Gambar 3.24 Backstop ID Fan



25



rusak akibat



3.3 Sistem Udara Pembakaran PLTU Tarahan unit 3 & 4 menggunakan jenis boiler CFB (Circulating Fluidized Bed) dimana pada boiler jenis CFB ini material bed (batubara) yang terbakar di dalam furnace semakin lama naik ke bagian atas furnace, karena massanya berkurang batubara menjadi ringan dan ikut terbawa bersama flue gas menuju ke cyclone. Cyclone berfungsi sebagai pemisah antara flue gas dan batubara, batubara tersebut jatuh atau masuk ke dalam cylone, karena batubara di dalam cyclone belum habis terbakar maka batubara disirkulasikan kembali kedalam furnace, sedangkan flue gas menuju ke backpass. Sistem udara pembakaran pada jenis boiler CFB disuplai dari dua aliran udara utama yaitu udara primary dan udara secondary dan dibantu oleh udara dari fluidizing air blower serta udara dari limestone. Udara primary berasal dari udara luar yang masuk kedalam kipas (fan) kemudian udara di hembuskan menuju tubular air heater dimana pada tubular air heater terjadi pertukaran panas antara udara primary dengan flue gas. Udara primary yang masuk ke dalam tubular air heater dengan temperatur  57 o c dan keluar tubular air heater dengan temperatur  215 o c , sedangkan temperatur flue gas yang masuk ke dalam tubular air heater  285 o c dan temperatur flue gas keluar tubular air heater  125 o c . Setelah melewati tubular air heater udara primary panas masuk ke dalam air plenum yang letaknya di bagian bawah furnace (ruang bakar), didalam air plenum udara primary ditampung atau disimpan sebelum di hembuskan kedalam furnace melalui nozzle-nozzle bagian bawah didalam furnace. Udara primary ini digunakan dengan jumlah flow yang banyak di bandingkan dengan jumlah flow



26



udara secondary karena fungsi udara primary ini untuk mengangkat batubara di dalam furnace selain sebagai udara pembakaran. Udara Secondary juga berasal dari udara luar yang masuk kedalan kipas (Fan) kemudian udara secondary ini dihembuskan ke dalam tubular air heater dengan temperatur  46 o c dan keluar tubular air heater dengan temperatur  248 o c didalam tubular air heater ini terjadi perpindahan panas antara flue gas dengan udara secondary, setelah melewati tubular air heater udara panas secondary masuk ke dalam furnace melalui damper-damper yang letaknya di bagian depan yang jumlahnya delapan buah damper sedangkan di bagian belakang jumlahnya empat buah demper, selain itu udara panas secondary digunakan pada saat start-up burner dengan menggunakan HSD. Selain dari udara primary dan udara secondary udara pembakaran juga dibantu oleh udara dari fluidizing air blower dan udara dari limestone, udara fluidizing air blower ini masuk ke dalam furnace bersama batubara yang belum habis terbakar pada cyclone serta udara udara pembakaran yang berasal dari udara yang masuk bersama limestone.



27