Terjemahan CFB [PDF]

Citation preview

Kata Pengantar



Monograf ini dirancang untuk memberikan wawasan kepada para insinyur, mahasiswa, dan peneliti yang berlatih tentang operasi dan prinsip kerja boiler circulating fluidized bed (CFB). Pemaparan sebelumnya ke proses fluidasi gas padat tidak penting untuk pemahaman penuh buku ini. Ini memberikan operator boiler, dan pemeliharaan serta insinyur lain yang terlibat dalam pembangkit uap atau dalam pembuatan boiler bed yang difluidisasi, penghargaan atas proses, kemampuannya, dan keterbatasannya. Peneliti fluidisasi yang berpengalaman dapat mengetahui bagaimana prinsip-prinsip dasar diterapkan pada desain boiler bed terfluidisasi yang bersirkulasi. Buku ini mencakup 11 bab, 4 lampiran, dan beberapa tabel data desain, yang berguna untuk perencanaan dan desain peralatan proses unggun terfluidisasi termasuk boiler CFB. Bab 1 memperkenalkan pembaca pada boiler unggun terfluidisasi yang bersirkulasi dan membandingkan teknologi ini dengan yang lain. Bab 2-5 mencakup dasar-dasar hidrodinamika, perpindahan panas, pembakaran, dan emisi gas, dengan penekanan pada aplikasinya dalam boiler CFB. Bab 6 mengumpulkan informasi dari bab lain dan membentuknya menjadi pendekatan umum untuk desain boiler CFB. Relevansi parameter desain dan bahan baku dengan operasi boiler terfluidisasi yang beredar juga dibahas dalam bab ini. Desain komponen mekanis dari unit CFB seperti siklon, jaringan distribusi udara, dan sistem daur ulang padat dibahas di Bab 7 dan 8. Pembuangan dan / atau pemanfaatan limbah padat merupakan aspek utama dari operasi pembangkit listrik CFB dan dibahas di Bab 9. Boiler unggun terfluidisasi yang bersirkulasi memerlukan pertimbangan khusus dengan bahan konstruksi. Bab 10 membahas masalah material tersebut. Saat ini, ribuan boiler CFB beroperasi di seluruh dunia dalam berbagai kondisi operasi dan bahan bakar. Banyak tantangan operasional muncul. Bab 11 membahas masalah pengoperasian dan pemeliharaan (O&M) tersebut. Lampiran I membahas karakteristik fisik benda padat yang relevan dengan fluidisasi, sedangkan Lampiran II menyajikan perhitungan stoikiometri atau pembakaran dasar. Lampiran III menyajikan model yang disederhanakan untuk penangkapan belerang dalam tungku boiler CFB. Lampiran IV menyajikan beberapa data desain yang dapat membantu dalam desain boiler CFB.



Materi dalam buku ini pertama kali muncul pada tahun 1991 ketika boiler CFB baru mulai dikembangkan. Teknologi boiler CFB telah berkembang pesat dalam dua dekade terakhir. Selama periode ini, penulis melakukan penelitian ekstensif tentang metodologi pembakaran, perpindahan panas, loopseal, dan desain. Selain itu, ia melakukan banyak kursus pelatihan profesional tentang boiler CFB di seluruh dunia, dan mengajar kursus pascasarjana tentang boiler tidur terfluidisasi di Dalhousie. Buku ini adalah versi terbaru dari buku tahun 1991 dengan materi yang dimatangkan melalui interaksi dengan para insinyur yang berlatih selama dua dekade dan pengetahuan baru ditambahkan ke topik ini melalui penelitian pada periode ini. Bab tambahan tentang O&M disertakan di sini agar lebih relevan dengan kebutuhan industri boiler unggun terfluidisasi saat ini. Saya berterima kasih kepada Dr. B. Acharya, Mr. F. Khakpour dari Greenfield Research Incorporated, dan mahasiswa pascasarjana saya, A. Arjunwadkar, Q. Al-Abbad dan D. Nhuchhen di Dalhousie University atas bantuannya. Akhirnya, saya berterima kasih kepada istri saya Rama yang selalu menjadi inspirasi utama di balik proyek ini. Halifax, Kanada Prabir Basu



Tentang Penulis Prabir Basu adalah pakar internasional terkemuka dalam sirkulasi fluidized bed boiler (CFB). Dia mendirikan Greenfield Research Incorporated, sebuah perusahaan Litbang swasta yang berbasis di Kanada, yang menyediakan layanan khusus pada boiler bed terfluidisasi yang bersirkulasi dan menggelembung di seluruh dunia. Dr. Basu memegang posisi Profesor di Departemen Teknik Mesin dan Direktur Laboratorium Sirkulasi Fluidized Bed di Universitas Dalhousie; Halifax. Minat penelitiannya saat ini mencakup area perbatasan boiler dan gasifier CFB, serta metodologi desainnya. Profesor Basu juga mendirikan seri Konferensi Internasional tiga tahunan yang bergengsi tentang Circulating Fluidized Beds, dan telah menjadi komite Pengarah seri Konferensi Pembakaran Tempat Tidur Fluidisasi Internasional sejak tahun 1983. Dia telah menjadi motivator utama dalam mempopulerkan boiler CFB di seluruh dunia melalui penelitian berorientasi praktik , desain, pengajaran, dan konferensi internasional. Profesor Basu telah mengerjakan fluidized bed boiler sejak 1974. Setelah bekerja selama beberapa waktu di laboratorium penelitian pemerintah dan perusahaan manufaktur boiler, ia bergabung dengan Departemen Teknik Mesin di Universitas Dalhousie (sebelumnya dikenal sebagai Universitas Teknik Nova Scotia). Dia bekerja sama dengan sejumlah besar produsen boiler CFB, pengguna, dan perusahaan yang merencanakan proyek boiler CFB. Semangat Dr. Basu untuk transformasi hasil penelitian menjadi praktik industri sangat terkenal, begitu juga dengan komitmennya yang berkelanjutan untuk menyebarkan pengetahuan tingkat lanjut ke seluruh dunia. Dia telah menulis lebih dari 200 makalah penelitian dan tujuh monograf di bidang energi dan lingkungan yang berkembang, beberapa di antaranya telah diterjemahkan ke dalam bahasa China, Italia, dan Korea. Ia terkenal di dunia internasional karena memberikan saran ahli tentang sirkulasi boiler bed terfluidisasi dan melakukan kursus pelatihan untuk industri dan universitas di seluruh dunia.



Bab 1 Pendahuluan



Pada 16 Desember 1921, di Jerman, Fritz Winkler memperkenalkan produk-produk gas dari pembakaran ke dasar wadah yang mengandung partikel-partikel kokas; Peristiwa ini menandai awal bab yang sangat penting dari teknologi modern. Winkler melihat partikel terangkat oleh tarikan gas dan massa partikel tampak seperti cairan mendidih (Squires 1983). Eksperimen kecil ini memulai proses baru yang disebut Fluidisasi. Meskipun beberapa orang berpendapat bahwa banyak orang lain mengamati fenomena unggun terfluidisasi (Bagian 2.1) di masa lalu, penghargaan untuk penemuan proses unggun terfluidisasi menggelembung (Bagian 2.1.2), yang kami gunakan untuk sejumlah proses termasuk pembakaran hari ini, harus pergi ke Winkler. Dia tidak hanya mengamati prosesnya, tetapi juga melakukan pengukuran, mengajukan paten, dan membangun pabrik sirkulasi fluidized bed boiler komersial seluas 12 m2 di penampang — sangat besar bahkan menurut standar saat ini. Ide untuk membakar batu bara di hamparan sirkulasi boiler yang menggelegak mungkin telah terlintas di benak banyak inovator dan ilmuwan, tetapi ini pertama kali dikejar dan dipromosikan dengan penuh semangat oleh Douglas Elliott dari Central Electricity Generation Board Laboratory di Marchwood. Pada awal 1960-an, dia menyadari manfaat dari pembakaran batu bara di unggun terfluidisasi untuk menghasilkan uap dengan merendam tabung ketel di dalam unggun. Dia menyarankan penggunaan fluidized bed untuk pembangkit uap ke British Coal Utilization Research Association dan National Coal Board of the UK. Program aktif untuk pengembangan pembakaran unggun terfluidisasi dimulai tak lama setelah pekerjaan eksplorasi Elliott. Perkembangan simultan dalam mendidihkan hamparan boiler terfluidisasi berlanjut di AS dan Cina, tetapi tidak adanya sejarah yang tercatat tentang pengembangan boiler bed terfluidisasi di kedua negara tersebut tidak memungkinkan pengembangan tersebut untuk dimasukkan di sini. Namun, banyak jenis boiler bed terfluidisasi menggelegak telah dikembangkan dan dikomersialkan sejak pekerjaan awal di Inggris, AS, dan Cina. Boiler fluidized bed (CFB) yang bersirkulasi (Bagian 1.1), boiler fluidisasi generasi berikutnya (Gbr. 1.1), memiliki permulaan yang aneh. Warren Lewis dan Edwin Gilliland mengembangkan proses gas-solid baru di Massachusetts Institute of Technology pada tahun 1939 ketika mereka mencoba untuk menemukan proses kontak gas-solid yang tepat untuk perengkahan katalitik fluida. Sangat menarik bahwa mereka menemukan file



proses unggun terfluidisasi cepat (Bagian 2.2) sementara tidak mengetahui penemuan bentuk lain dari proses unggun terfluidisasi yang sama yang ditemukan oleh Winkler setidaknya 17 tahun sebelumnya (Squires 1986). Meskipun proses CFB digunakan secara luas dalam industri petrokimia, proses tersebut tidak memiliki akses langsung ke bidang pembakaran batubara untuk pembangkit uap. Sejumlah kelompok bekerja secara mandiri. Di antara mereka adalah M / s Lurgi, yang menemukan fluidisasi cepat sebagai teknik yang sangat baik untuk melakukan operasi dengan padatan halus dengan kecepatan sangat tinggi. Berdasarkan pekerjaan skala laboratorium di laboratorium Metallge-sellschaft mereka, Lurgi mengembangkan proses kalsinasi aluminium, yang diuji di pabrik percontohan 24 ton per hari di Vereinigte Aluminium Werke AG, Luenen selama 1960-an. Itu diikuti oleh pabrik komersial 500 ton per hari pada tahun 1970 di Luenen. Kalsinasi aluminium sebagai proses endotermik, gas atau minyak harus dibakar dalam kalsiner. Panas yang dihasilkan dipulihkan dalam pendingin multi-tahap, di mana gas limbah ditukar panas dengan bahan umpan (Gbr. 1.2). Penggunaan proses CFB memungkinkan kontrol suhu kalsinasi yang seragam dalam batas yang disyaratkan. Sebagai hasil dari fitur yang menarik ini, sejumlah besar penghitung CFB segera dioperasikan secara komersial (Reh 1986). Tahap precalcining dari proses klinker semen juga bersifat endotermik. Lafarge, Creusot Loire Enterprises, dan Lurgi menggunakan precalciner CFB yang membakar batu bara atau serpih abu tinggi untuk menghasilkan panas reaksi. Ini menunjukkan keefektifan pembakaran CFB dalam pembakaran batubara kelas rendah (Kuhle 1984). Boiler CFB pertama, yang dirancang khusus untuk memasok uap dan panas, dibangun di Vereinigte Aluminium Werke di Luenen pada tahun 1982. Pembangkit ini menghasilkan total 84 MW (listrik 9 MW, uap proses 31 MW, leleh garam cair 44 MW) oleh membakar residu pencucian batu bara bermutu rendah. Pembakaran dilakukan dengan adanya batu kapur untuk memenuhi peraturan emisi Jerman. Jadi, di Lurgi, aplikasi teknik CFB untuk pembakaran batu bara untuk pembangkit uap mengikuti proses evolusi alami.



Kelompok Ahlstrom di Finlandia, di lain pihak, memulai dengan pengembangan boiler bed fluidized yang menggelembung pada akhir 1960-an. Dalam upaya untuk meningkatkan kinerja insinerator lumpur bed fluidized bed sludge mereka, Ahlstrom bereksperimen dengan mendaur ulang biji halus menggunakan siklon panas sambil mengoperasikan bed dengan kecepatan tinggi. Terlepas dari entrainment partikel yang berat, peningkatan keseluruhan dalam pembakaran partikel bahan bakar diamati. Mengikuti serangkaian percobaan di Laboratorium Hans Ahlstrom mereka, Ahlstrom membangun ketel CFB komersial pertama di Pihlava, Finlandia. Itu adalah retrofit boiler 15 MWt (keluaran panas) ke boiler berbahan bakar minyak yang ada untuk menggantikan minyak mahal dengan gambut. Awalnya, boiler CFB yang dibangun oleh Ahlstrom terutama untuk membakar bahan bakar multi-bahan bakar atau kelas rendah termasuk kulit kayu, gambut, dan limbah kayu. Nantinya, boiler didesain khusus untuk pembakaran batu bara. Satu perbedaan utama dalam desain mereka (Gbr. 1.3) dari yang dikembangkan oleh Lurgi (Gbr. 3.1) adalah bahwa unit Ahlstrom tidak menggunakan penukar panas eksternal yang digunakan oleh boiler Lurgi. Panas yang dibutuhkan diserap seluruhnya oleh permukaan pemanas di tungku. Babcock Wilcox dari Barberton, Ohio, membeli lisensi boiler CFB jenis baru dari organisasi Swedia, Studsvik. Desain ini menggunakan serangkaian



pemisah benturan untuk penangkapan padat primer sebagai pengganti siklon panas seperti yang digunakan oleh Lurgi dan Ahlstrom. Padatan yang tertahan (abu terbang, karbon yang tidak terbakar, dan batu kapur yang tidak bereaksi dan bekas) diedarkan melalui katup-L panas.



1.1 Apa Itu Boiler Fluidized Bed yang Beredar? Boiler CFB adalah perangkat untuk menghasilkan uap dengan membakar bahan bakar fosil dalam tungku yang dioperasikan dalam kondisi hidrodinamik khusus: di mana padatan halus (Geldart Grup A atau B1) diangkut melalui tungku dengan kecepatan melebihi kecepatan terminal partikel rata-rata, namun ada tingkat refluks padatan yang cukup untuk memastikan keseragaman suhu di tungku. Tungku atau ruang bakar boiler CFB menyimpan sejumlah besar padatan yang tidak mudah terbakar yang diangkat dan ditampung oleh gas pembakaran berkecepatan tinggi yang melewati tungku. Fraksi utama padatan yang meninggalkan tungku



ditangkap oleh separator padat-gas dan disirkulasi ulang di dekat dasar tungku dengan laju yang cukup tinggi untuk menyebabkan tingkat minimum refluks padatan di dalam tungku. Gambar 1.3 menunjukkan skema boiler CFB khas yang dijelaskan dalam Sect. 1.2.1. Bahan bakar terbakar dalam suspensi padat dari padatan yang disimpan dalam kondisi hidrodinamika khusus di dalam tungku. Sebagian kecil dari panas pembakaran diserap oleh permukaan berpendingin air / uap yang terletak di dalamnya, dan sisanya diserap di bagian konvektif yang terletak lebih jauh ke hilir tungku yang dikenal sebagai jalur balik. Penciptaan kondisi hidrodinamik khusus, yang dikenal sebagai Fast bed, adalah kunci pengoperasian boiler CFB. Kombinasi khusus dari kecepatan gas, laju rekrutmen padatan, karakteristik padatan, inventori padatan, dan geometri sistem menimbulkan kondisi hidrodinamika khusus ini di mana partikel padat difluidisasi pada kecepatan yang lebih besar daripada kecepatan terminal (Lampiran I.1 ) dari partikel individu. Meskipun partikel terangkat dengan kecepatan gas melebihi kecepatan terminalnya, partikel tersebut tidak tertahan segera seperti yang diharapkan dalam sistem transpor pneumatik vertikal. Sebaliknya, padatan ditemukan bergerak naik dan turun dalam bentuk agregat, menyebabkan tingkat refluks yang tinggi di dalam tungku. Di atas aglomerat padat, yang disebut cluster panjang dan ramping dan bergerak secara vertikal, ke samping, dan ke bawah. Mereka dibentuk terus menerus, tersebar, dan direformasi kembali. Proses transportasi khusus ini juga mampu membawa sejumlah kecil partikel besar, yang kecepatan terminalnya lebih tinggi daripada kecepatan gas rata-rata melalui tungku. Tabel 1.1 membandingkan karakteristik tempat tidur transport berfluidisasi, sirkulasi terfluidisasi, dan pneumatik bergelembung. Gambar 1.4 menggambarkan kecepatan rata-rata gas melalui tungku bersama dengan kecepatan ratarata padat yang sesuai. Di sini, kami mencatat bahwa sementara kecepatan gas meningkat dari satu rezim operasi ke operasi lainnya, kecepatan padat tidak meningkat sebanyak itu. Akibatnya, kecepatan slip gas-padatan meningkat ketika seseorang bergerak dari menggelembung ke unggun cepat, tetapi di luar unggun cepat, kecepatan slip turun secara tiba-tiba ke sekitar kecepatan terminal partikel.



1.2 Fitur Boiler Bed Beredar Beredar Tungku boiler CFB berisi inventaris besar butiran padat yang disebut bahan tempat tidur, yang biasanya berukuran 0,1–0,3 mm. Bahan tempat tidur dapat dibuat sebagai berikut: 1. Pasir atau kerikil (untuk boiler, membakar bahan bakar rendah-abu, seperti potongan kayu) 2. Batugamping segar atau bekas (boiler yang membakar batu bara belerang tinggi dan membutuhkan pengendalian emisi belerang) 3. Abu dari bahan bakar (boiler yang mengeluarkan bahan bakar abu tinggi atau sedang yang tidak membutuhkan sulfur penyimpanan) Menarik bahwa partikel bahan bakar yang terbakar hanya merupakan sebagian kecil (1-3%) dari total massa bahan unggun dalam tungku CFB. Jadi, ukuran partikel bahan bakar, terutama untuk varietas abu rendah, tidak harus memiliki pengaruh besar pada hidrodinamika bahan dasar.



1.2.1 Deskripsi Boiler Boiler CFB dapat dibagi menjadi dua bagian: (a) Loop sirkulasi padat, (b) Bagian konvektif. Bagian pertama terdiri dari: 1. Tungku atau riser bed cepat terfluidisasi 2. Pemisah gas-padat (siklon atau pemisah benturan 3. Perangkat daur ulang padat (loop seal) 4. Penukar panas eksternal (opsional)



Selungkup tungku boiler CFB umumnya terbuat dari tabung evaporator yang mirip dengan yang ada pada boiler berbahan bakar batu bara bubuk (PC), dan ini menyerap sebagian kecil dari panas pembakaran. Bagian kedua disebut bagian konvektif atau back pass, dimana reheater, superheater, economizer, dan air preheater menyerap sisa panas dari gas buang. Komponen tambahan tetapi kurang penting yang terpasang pada boiler CFB adalah drainase dan pengklasifikasi yang solid. Bagian bawah tungku umumnya lebih kecil dari bagian atas, dan bagian melintangnya meruncing. Ini membantu mempertahankan fluidisasi yang baik, bahkan dengan partikel terpisah yang lebih besar. Dinding bagian bawah dilapisi dengan bahan tahan api hingga tingkat masuk udara sekunder atau di atasnya. Di atas level ini, tungku seragam dalam penampang dan lebih besar dari tungku bawah. Pemisah gas-padat dan katup non-mekanis untuk daur ulang padat terletak tepat di bagian hilir tungku (Gbr. 1.3). Ini juga dilapisi dengan refraktori, tetapi mungkin didukung oleh permukaan berpendingin air atau uap. Dalam beberapa desain, bagian dari daur ulang padatan panas antara siklon dan tungku dialihkan melalui penukar panas eksternal (Gbr. 3.1), yang menyerap sebagian kecil tambahan dari panas pembakaran. Penukar panas ini terbuat dari tempat tidur terfluidisasi menggelegak dengan permukaan perpindahan panas yang dibenamkan di dalamnya. Sangat sedikit pembakaran yang terjadi di penukar panas eksternal. Bahan bakar umumnya disuntikkan ke bagian bawah tungku. Kadang-kadang dimasukkan ke dalam loop seal, dari mana bahan bakar memasuki tungku bersama dengan padatan panas yang dikembalikan. Bahan bakar akan terbakar saat dicampur dengan padatan unggun panas. Batu kapur untuk penangkapan belerang disuntikkan ke tempat tidur pada ketinggian yang lebih tinggi. Udara pembakaran primer memasuki tungku melalui distributor udara atau parut di lantai tungku. Udara sekunder diinjeksikan pada ketinggian tertentu di atas jeruji untuk menyempurnakan pembakaran. Padatan tercampur dengan baik di sepanjang ketinggian tungku. Jadi, suhu unggun hampir seragam dalam kisaran 800–900 ° C, meskipun panas diekstraksi sepanjang ketinggiannya. Sebagian besar partikel yang meninggalkan tungku ditangkap di pemisah padat-gas dan didaur ulang kembali di dekat dasar tungku. Padatan halus yang dihasilkan selama pembakaran dan desulfurisasi dapat meninggalkan tungku, keluar melalui pemisah padat gas, tetapi mereka dikumpulkan oleh baghouse atau pengendap elektrostatis yang terletak lebih jauh ke hilir.



1.2.2 Keuntungan dari Boiler Fluidized Bed Boiling Boiler CFB memiliki sejumlah fitur unik yang membuatnya lebih menarik daripada boiler berbahan bakar padat lainnya. Fitur-fitur tersebut meliputi yang berikut ini.



1.2.2.1 Fleksibilitas Bahan Bakar Fleksibilitas bahan bakar adalah fitur utama yang menarik dari boiler CFB terutama di pasar bahan bakar saat ini di mana harga dan ketersediaan sangat berfluktuasi. Tabel 1.2 menunjukkan berbagai macam bahan bakar boiler CFB dapat menyala. Partikel bahan bakar merupakan kurang dari 1-3% berat dari persediaan padat tungku pada boiler CFB biasa. Sisa padatan lainnya tidak mudah terbakar: senyawa, abu bahan bakar, atau pasir. Kondisi unggun cepat dalam tungku CFB mendorong pencampuran gas – solid dan solid – solid di dalamnya. Dengan demikian, partikel bahan bakar yang diumpankan ke tungku dengan cepat disebarkan ke dalam massa besar padatan unggun, yang dengan cepat memanaskan partikel di atas suhu penyalaannya tanpa penurunan yang signifikan pada suhu padatan unggun. Inersia termal yang besar dan pencampuran yang sangat baik idealnya memungkinkan tungku CFB membakar bahan bakar apa pun dengan nilai kalor yang cukup untuk menaikkan udara pembakaran dan bahan bakar itu sendiri di atas suhu penyalaannya. Dengan demikian, berbagai macam bahan bakar dapat dibakar di boiler tertentu tanpa ada perubahan besar pada perangkat kerasnya. Namun, pertimbangan praktis, seperti kapasitas peralatan bantu, keseimbangan panas, dan efisiensi pembakaran, dapat membatasi rentang fleksibilitas bahan bakar. Dibandingkan dengan jenis lain, penalti untuk operasi pada bahan bakar off-design minimal dalam boiler CFB. Untuk mempertahankan suhu pembakaran dalam kisaran optimal (biasanya 800–900 ° C), bagaimanapun, perlu untuk menyerap sebagian kecil panas yang dihasilkan dari zona pembakaran itu sendiri. Fraksi ini bervariasi dari satu bahan bakar ke bahan bakar lainnya seperti yang ditunjukkan pada Tabel 6.8. Boiler CFB memenuhi persyaratan ini untuk berbagai jenis bahan bakar dengan menyesuaikan ekstraksi panas dari padatan resirkulasi di luar tungku dengan menggunakan penukar panas eksternal. Di boiler tanpa panas eksternal penukar



kondisi hidrodinamik tungku diatur untuk mengubah konsentrasi padatan di dalam tungku; pada gilirannya, mengubah panas yang diserap oleh tungku.



1.2.2.2 Efisiensi Pembakaran Tinggi Efisiensi pembakaran boiler CFB lebih tinggi daripada boiler bubbling fluidized bed (BFB) dan mendekati boiler berbahan bakar batu bara bubuk. Umumnya berkisar antara 99,5 hingga 98%. Fitur berikut berkontribusi pada efisiensi pembakaran CFB yang tinggi. • Pencampuran gas-padat yang lebih baik • Laju pembakaran yang lebih tinggi (terutama untuk partikel yang lebih kasar) • Sirkulasi ulang partikel karbon panas yang tidak terbakar secara terus menerus ke dasar tungku Sumber utama kehilangan yang mudah terbakar dalam pembakar unggun terfluidisasi adalah pelepasan partikel karbon halus sebelum dibakar. Batubara segar sering kali mengandung partikel halus, tetapi lebih banyak karbon halus yang dihasilkan selama pembakaran melalui gesekan. Efisiensi pembakaran boiler BFB rendah karena partikel arang halus ini mudah masuk keluar dari zona pembakaran unggun fluida bergelembung, yang biasanya dalam 0,5-1,5 m. Ruang bebas di atas tempat tidur gelembung (freeboard), tempat partikel dikeluarkan, tidak konduktif untuk pembakaran yang efisien karena pencampuran gas-padatan yang buruk dan suhu yang relatif rendah. Dengan demikian, banyak karbon halus meninggalkan ruang bakar unggun menggelembung yang tidak terbakar. Kadang-kadang zat halus yang tidak terbakar dikumpulkan di zona yang lebih dingin lebih jauh ke hilir (di bawah economizer) dan diinjeksikan kembali ke dalam ruang bakar. Partikel karbon, saat didinginkan, tidak terbakar seefektif partikel panas. Dalam boiler CFB, di sisi lain zona pembakaran memanjang hingga bagian atas tungku (* 40 m dalam boiler besar) dan lebih jauh ke dalam siklon panas. Jadi, karbon halus yang dihasilkan dalam tungku memiliki waktu lebih lama untuk terbakar selama perjalanannya melalui ketinggian tungku. Selain itu, partikel arang yang tidak terbakar dikumpulkan oleh siklon panas dan didaur ulang kembali ke dasar tungku tanpa pendinginan sehingga memungkinkan mereka untuk melanjutkan pembakarannya. Satusatunya kerugian yang mudah terbakar adalah karena lepasnya partikel arang yang sangat halus yang tidak dapat ditangkap oleh siklon. Tidak seperti tempat tidur gelembung, boiler CFB mempertahankan efisiensinya pada berbagai kondisi operasi, bahkan saat menembakkan bahan bakar dengan jumlah halus yang cukup besar.



1.2.2.3 Penghapusan Belerang Yang Efisien Penangkapan belerang di CFB lebih efisien daripada di BFB. Boiler unggun terfluidisasi bersirkulasi tipikal dapat menangkap 90% sulfur dioksida dengan hanya 1,5–2,5 kali jumlah stoikiometri sorben, sementara boiler unggun terfluidisasi yang menggelegak mungkin memerlukan 2,5–3,5 atau lebih untuk menangkap 90%. Tidak seperti pembakaran, reaksi penangkapan belerang berlangsung lambat. Sulfur dioksida dalam gas buang harus tetap bersentuhan dengan penyerap terkalsinasi untuk jangka waktu yang cukup



konversi lengkap menjadi kalsium sulfat. Bagian dalam partikel sorben tidak tersedia untuk reaksi sulfasi. Dalam unggun terfluidisasi yang menggelegak, waktu tinggal rata-rata gas di zona pembakaran berkisar antara 1–2 detik, sedangkan dalam CFB adalah 3–6 detik. Selain itu, ukuran rata-rata sorben di dalam tempat tidur menggelegak adalah sekitar 1,0 mm, sedangkan dalam CFB adalah urutan 0,1-0,2 mm. Permukaan reaksi spesifik dari partikel 0,1 mm adalah 10 kali dari partikel 1,0 mm. Dengan demikian, baik pemanfaatan partikel sorben dan konversi SO2 di CFB lebih unggul daripada di tempat tidur menggelegak.



1.2.2.4 Emisi NOx Rendah Emisi rendah nitrogen oksida adalah fitur menarik utama dari boiler CFB. Data yang dikumpulkan dalam boiler CFB komersial menunjukkan emisi NO2 dalam kisaran 50-150 ppm (Hiltunen dan Tang 1988) atau 20–150 mg / MJ (Kullendorff et al. 1988). Tingkat NO2 yang rendah tersebut telah diamati secara konsisten di semua boiler CFB komersial. Ini adalah akibat langsung dari suhu pembakaran yang rendah dan penyediaan udara panas secara bertahap sebagaimana dijelaskan di bawah ini. Sejumlah udara substoikiometri disuplai melalui dasar tungku bawah yang menciptakan zona pereduksi di sana. Jadi, nitrogen bahan bakar, ketika dilepaskan, tidak menemukan oksigen di sekitarnya untuk menghasilkan oksida. Udara sekunder, yang mencapai 20% dari udara berlebih, ditambahkan lebih jauh di atas di tungku bagian atas. Karena nitrogen bahan bakar telah diubah menjadi nitrogen molekuler, maka peluang pembentukan NO2 di atas zona udara sekunder sangat terbatas. Nitrogen dalam udara pembakaran biasanya tidak teroksidasi menjadi NO2 pada suhu yang relatif rendah (800–900 ° C) dari ruang bakar CFB. Penurunan lebih lanjut dalam NOx, misalnya, di bawah 100 ppm, dimungkinkan melalui injeksi amonia (reduksi nonkatalitik selektif). Karena suhu pembakarannya yang rendah, boiler CFB, bagaimanapun, mengeluarkan emisi nitrous oksida (N2O) yang jauh lebih tinggi (30–100 ppm) daripada yang diamati pada boiler berbahan bakar batu bara bubuk (1–20 ppm). Di sisi lain, boiler CFB karena tingkat pencampurannya yang tinggi mengeluarkan jumlah gas CO dan CxHy yang lebih rendah.



1.2.2.5 Penampang Melintang Tungku yang Lebih Kecil Tingkat pelepasan panas yang tinggi per unit penampang tungku adalah keuntungan utama dari boiler CFB. Gambar 1.5 membandingkan laju pelepasan panas dari tekanan atmosfer dan ruang bakar terfluidisasi bertekanan. Hal ini menunjukkan bahwa pembakar CFB bertekanan atmosfir memiliki laju pelepasan panas parut sekitar 2,5–4,5 MW / m2, yang mendekati atau lebih tinggi daripada pembakaran batu bara bubuk. Jadi, untuk keluaran termal yang diberikan, boiler bed terfluidisasi yang menggelembung membutuhkan area tungku perapian 2-3 kali lebih besar daripada boiler CFB. Laju pelepasan panas yang tinggi dari boiler CFB muncul dari kecepatan gas superfisial yang tinggi (4,5– 6,0 m / s) di dalamnya. Pencampuran padat-gas yang intens mendorong laju pembebasan panas yang tinggi melalui pembentukan dan penyebaran panas yang cepat di dalam unggun.



Area yang lebih kecil membuat penembakan CFB cocok untuk digabungkan ke dalam boiler berbahan bakar batu bara atau berbahan bakar minyak. Telah ditunjukkan bahwa fitur unik ini memungkinkan konversi boiler berbahan bakar batu bara atau minyak yang sudah ada menjadi pembakaran batu bara CFB (Basu dan Halder 1989).



1.2.2.6 Poin Umpan Lebih Sedikit Sistem umpan bahan bakar disederhanakan dalam boiler CFB karena jumlah titik umpannya yang relatif kecil. Ini membutuhkan lebih sedikit area parut untuk keluaran termal tertentu. Selanjutnya, pencampuran yang baik dan zona pembakaran yang diperpanjang memungkinkan satu titik umpan untuk melayani area parut yang jauh lebih besar (> 10 m2 / umpan) daripada di tempat tidur gelembung (