Tugas Akhir Boiler-2 [PDF]

Citation preview

ANALISA KINERJA BOILER DENGAN METODE DIRECT DAN INDIRECT DI PT SENTRA USAHATAMA JAYA



Performance Analysis of Boiler with Direct and Indirect Method at PT Sentra Usahatama Jaya



Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan DIPLOMA III PROGRAM STUDI D3 TEKNIK KONVERSI ENERGI Di Jurusan Teknik Konversi Energi



Oleh Fadillah Ryan Oktriviana 141711011



POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2017



i



LEMBAR PENGESAHAN ANALISA KINERJA BOILER DENGAN METODE DIRECT DAN INDIRECT DI PT SENTRA USAHATAMA JAYA Penulis : Nama Mahasiswa



: Fadillah Ryan Oktriviana



NIM



: 141711011



Penguji : 1. Ketua



: Slameto, ST., M.Eng



2. Anggota



: Rusmana, SST., M.Eng



Tugas Akhir ini telah disidangkan pada tanggal 24 Juli 2017 dan disahkan sesuai dengan ketentuan.



Pembimbing I,



Pembimbing II,



Ika Yuliyani, ST., MT NIP. 19720328200212 2 001



Drs. Maridjo, MT NIP. 19580219198603 1 003



Ketua Jurusan Teknik Konversi Energi,



Ahmad Deni Mulyadi, ST.,MT. NIP.19630623199203 1 002 i



PERNYATAAN PENULIS



“Saya yang bertandatangan dibawah ini menyatakan bahwa laporan Tugas Akhir ini adalah murni hasil pekerjaan saya sendiri. Tidak ada pekerjaan orang lain yang saya gunakan tanpa menyebutkan sumbernya Materi dalam laporan Tugas Akhir ini tidak/belum pernah disajikan/digunakan sebagai bahan untuk makalah/Tugas Akhir lain kecuali saya menyatakan dengan jelas bahwa saya menggunakannya. Saya memahani bahwa laporan Tugas Akhir yang saya kumpulkan ini dapat diperbanyak dan atau dikomunikasikan untuk tujuan mendeteksi adanya plagiarisme” Judul Tugas Akhir: Analisa Kinerja Boiler Dengan Metode Direct Dan Indirect Di PT.Sentra Usahatama Jaya Bandung,........,...........,........ Yang menyatakan



(Fadillah Ryan Oktriviana) NIM : 141711011 Mengetahui Pembimbing I,



Pembimbing II,



Ika Yuliyani, ST., MT NIP. 19720328200212 2 001



Drs. Maridjo, MT NIP. 19580219198603 1 003



ABSTRAKSI



Boiler merupakan bejana tertutup yang berfungsi sebagai tempat terjadinya proses pemanasan air menjadi uap bertemperatur tinggi dan bertekanan di atas tekanan atmosfer dengan mentransferkan energi panas hasil pembakaran bahan bakar. Pengkajian terhadap kinerja boiler dimaksudkan untuk melihat unjuk kerja dari boiler melalui parameter efisiensi dan rasio evaporasi. Perhitungan terhadap efisiensi boiler umumnya menggunakan metode direct dan metode indirect. Metode direct merupakan metode perhitungan efisiensi boiler secara cepat dengan perbandingan input dan output boiler. Sedangkan metode indirect merupakan metode rugi-rugi panas (heat loss method). Dan untuk rasio evaporasi merupakan perbandingan uap yang dihasilkan boiler dengan bahan bakar yang digunakan. Perhitungan dengan metode direct dilakukan pada beberapa kondisi beban berbeda yaitu beban 50%, 55%, 60%, 65% dan 70,8%. Berdasarkan hasil perhitungan dengan metode direct didapatkan pada kondisi beban 50% besar efisiensi boiler 53,55% dengan rasio evaporasi 2,89. Pada kondisi beban 55% besar efisiensi boiler 55,2% dengan rasio evaporasi 2,99. Pada kondisi beban 60% besar efisiensi boiler 52,09% dengan rasio evaporasi 2,79. Pada kondisi beban 65% besar efisiensi boiler 56,98% dengan rasio evaporasi 3,00 dan untuk kondisi beban boiler 70.8% besar efisiensi boiler 66,7% dengan rasio evaporasi 3,47. Sedangkan untuk perhitungan efisiensi boiler dengan menggunakan metode Indirect didapatkan besar efisiensi boiler sebesar 79,32% dengan total kehilangan kalor sebesar 4136705,78 kCal/hr. Kata kunci : Boiler, Kinerja, Direct dan Indirect,



ABSTRACT



Boiler is a closed vessel that serves as a place for the heating process of water into a high-temperature steam and pressurized above atmospheric pressure by transferring heat energy which is from fuel combustion.. Reviewing the performance of the boiler is intended to see bounce performance of boiler through efficiency parameters and evaporation rasio. Calculation of boiler efficiency generally using direct method and indirect method. Direct method is a method of calculating boiler efficiency quickly with comparison of boiler input and output, while Indirect method is heat loss method. And the ratio of evaporation is the ratio of steam produced by boiler with fuel used. Calculation by direct method is done on several different load conditions is 50%, 55%, 60%, 65% and 70,8% . Based on the results of the calculation with direct method, at 50% load conditions obtained a boiler efficiency of 53,55% with an evaporation ratio of 2,89, At 55% load condition boiler efficiency is 55,2% with an evaporation ratio of 2,99. At 60% load condition boiler efficiency is 52,09% with an evaporation ratio of 2,79. At 65% load condotion boiler efficiency is 56,98% with a evaporation ratio 3,00 and for load boiler 70.8% of boiler efficiency equal to 66,7% with evaporation ratio is 3,47. As for the calculation of boiler efficiency by using Indirect method obtained a boiler efficiency is 79,32% with total heat loss of 4136705,78 kCal/hr.



Keywords : Boiler, Performance, Direct and Indirect.



v



KATA PENGANTAR



Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karuniaNya, karena atas izin-Nya lah penulis diberi kemudahan dan kelancaran dalam mengerjakan laporan Tugas Akhir dengan judul “Analisa Kinerja Boiler dengan Metode Direct dan Indirect di PT.Sentra Usahatama Jaya”. Yang disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung. Tugas akhir ini merupakan pencarian terhadap kinerja boiler. Penulis menyadari bahwa masih banyak kesalahan dan kekurangan dalam penulisan karya tulis ini baik dalam segi materi yang disampaikan maupun dari segi teknis penulisan, mengingat keterbatasan kemampuan yang dimiliki penulis. Untuk itu kritik dan saran yang membangun dari semua pihak sangat diharapkan oleh penulis demi terciptanya wawasan yang berkembang. Akhir kata penulis berharap semoga karya tulis ini bermanfaat bagi semua pembaca pada umumnya dan bagi penulis sendiri pada khususnya.



Bandung,



Juni 2017



Penulis



vi



UCAPAN TERIMA KASIH



Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat melaksanakan dan menyelesaikan Tugas Akhir di PT.SENTRA USAHATAMA JAYA Cilegon dengan baik. Serta penulis dapat mennyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Analisa Kinerja Boiler dengan Metode Direct dan Indirect di PT.Sentra Usahatama Jaya” dengan tepat waktu Penulisan Laporan Tugas Akhir ini dapat diselesaikan tidak lepas dari dukungan, bimbingan dan bantuan dari banyak pihak yang sangat berarti bagi penulis. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Ibu Dra.Magdalena dan Bapak Dasrizal, yang senantiasa mendoakan, memberi perhatian, kasih sayang, dukungan baik moril dan materil dalam proses penulisan laporan ini. 2. Keluarga yang senantiasa selalu memberikan dukungan berupa doa dan motivasi kepada penulis dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir 3. Bapak Ahmad Deni Mulyadi, ST., MT. selaku Ketua Departemen Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung. 4. Ibu Ika Yuliyani, ST., MT., selaku Ketua Program Studi D3- Teknik Konversi Energi serta pembimbing 1 Tugas akhir yang selalu sabar membimbing dan memberikan ilmunya kepada penulis dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini. 5. Ibu Sri Utami, S.ST., MT. serta ibu Yanti Supriyanti, MT selaku Koordinator Tugas Akhir



program studi D3-Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri



Bandung. 6. Bapak Drs. Maridjo, MT selaku pembimbing 2 yang dengan sabar membimbing penulis dalam penyelesaian Laporan tugas Akhir. 7. Seluruh Dosen dan Staf di Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung yang telah banyak membantu dalam pelaksanaan Kerja Praktik. 8. Bapak Syeh, Bapak Budiman, Bapak Arif, Bapak Eman, Bapak Agus, Bapak Aim, Teh Astari selaku Operator Unit Power Plant PT.Sentra Usahatama Jaya serta Tim Improvement yang selalu berbagi ilmunya dan membantu Penulis dalam pengambilan data selama Pelaksanaan Tugas Akhir di PT.Sentra Usahatama Jaya .



vii



9. Teman seperjuangan selama Pelaksanaan Tugas Akhir di PT.Sentra Usahatama Jaya ,Gina Fauzia A, Rahma Wulan, Mega Dwi W dan Muhammad Abdul yang telah menemani selama pelaksanaan Tugas Akhir dan menjadi teman diskusi penulis 10. Abdurrahman Fauzi yang selalu memberikan motivasi dan semangat kepada penulis dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir. 11. Serta semua pihak lainnya yang tidak bisa disebutkan penulis satu persatu yang telah membantu selama pelaksanaan Tugas Akhir ini. Bagi setiap pembaca, penulis berharap akan kritik dan saran yang bersifat membangun agar dapat menutupi celah kekurangan yang ada pada laporan ini, dan untuk menjadi bahan acuan penulis untuk menulis atau membuat laporan yang lebih baik lagi. Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan dukungan dan bantuan baik selama kegiatan pelaksanaan Tugas Akhir hingga penulisan laporan ini. Semoga laporan ini bermanfaat bagi kita semua.



viii



DAFTAS ISI



LEMBAR PENGESAHAN.................................................................................................i LEMBAR PERNYATAAN................................................................................................ii ABSTRAKSI.......................................................................................................................iii ABSTRACT.........................................................................................................................iv KATA PENGANTAR..........................................................................................................v UCAPAN TERIMA KASIH..............................................................................................vi DAFTAS ISI......................................................................................................................viii DAFTAR GAMBAR............................................................................................................x DAFTAR TABEL...............................................................................................................xi DAFTAR LAMPIRAN......................................................................................................xii DAFTAR SIMBOL DAN SINGKATAN........................................................................xiv BAB I



PENDAHULUAN............................................................................................I-1



1.1



Latar Belakang.......................................................................................................I-1



1.2



Tujuan....................................................................................................................I-3



1.3



Rumusan Masalah.................................................................................................I-3



1.4



Ruang Lingkup dan Batasan Masalah...................................................................I-4



1.5



Sistematika Penulisan Laporan..............................................................................I-4



BAB II



TINJAUAN PUSTAKA.................................................................................II-1



2.1



Boiler....................................................................................................................II-1



2.2



Klasifikasi boiler..................................................................................................II-2



2.3



Komponen Utama Boiler...................................................................................II-11



2.4



Prinsip Pembakaran............................................................................................II-13



2.5



Batu bara............................................................................................................II-17



2.6



Pesyaratan Boiler yang Baik..............................................................................II-22



2.7



Pemilihan Boiler.................................................................................................II-23



2.8



Kesetimbangan Energi Boiler............................................................................II-23



2.9



Pengkajian Boiler...............................................................................................II-24



2.9.1



Neraca Massa dan Energi............................................................................II-24



2.9.2



Evaluasi Kinerja Boiler...............................................................................II-26



2.9.3



Efisiensi boiler............................................................................................II-26



2.9.4



Rasio Evaporasi...........................................................................................II-37



ix



BAB III



DESKRIPSI OBJEK.................................................................................III-1



3.1



Pembangkit Listrik Tenaga Uap PT.Sentra Usahatama Jaya.............................III-1



3.2



Boiler di PT.Sentra Usahatama Jaya...................................................................III-2



3.3



Komponen boiler CFB di PT.Sentra Usahatama Jaya........................................III-6



3.3.1



Komponen Utama........................................................................................III-6



3.3.2



Komponen Penunjang................................................................................III-10



3.4



Pembakaran Boiler PT . Sentra Usahatama Jaya.............................................III-14



3.4.1. Bahan bakar...................................................................................................III-14 3.4.2. Sistem pembakaran boiler CFB.....................................................................III-14 3.5



Metodelogi Penelitian.......................................................................................III-15



3.6



Parameter Pengukuran dan Pengujian..............................................................III-18



3.7



Pengambilan Data.............................................................................................III-20



BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN......................................................................IV-1 4.1



Pengolahan Data.................................................................................................IV-1



4.1.1



Data Awal Metode direct.............................................................................IV-1



4.1.2



Perhitungan Metode Direct..........................................................................IV-3



4.1.3



Data Awal Metode Indirect.........................................................................IV-6



4.1.4



Perhitungan Metode Indirect.......................................................................IV-7



4.1.5



Perhitungan Kerugian dalam Rupiah.........................................................IV-15



4.2



Analisa Data.....................................................................................................IV-17



4.2.1



Metode Direct............................................................................................IV-17



4.2.2



Metode Indirect..........................................................................................IV-22



BAB V



PENUTUP.......................................................................................................V-1



5.1



Kesimpulan..........................................................................................................V-1



5.2



Saran....................................................................................................................V-2



DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................................V-1 LAMPIRAN



x DAFTAR GAMBAR



Gambar II-1. Fire tube boiler.............................................................................................II-3 Gambar II-2 Water tube boiler...........................................................................................II-4 Gambar II-3 Jenis paket boiler 3 pass, bahan bakar minyak..............................................II-5 Gambar II-4 CFBC boiler..................................................................................................II-7 Gambar II-5 Spreader stoer boiler.....................................................................................II-8 Gambar II-6 Panampakan traveling grate boiler................................................................II-8 Gambar II-7 Mill pulverized..............................................................................................II-9 Gambar II-8 Skema sederhana boiler limah panas..........................................................II-10 Gambar II-9. Konfigurasi pemanas fluida termis............................................................II-11 Gambar II-10 Pengaruh temperatur terhadap O2 dan N2 dalam air..................................II-13 Gambar II-11 Hubungan efisiensi pembakaran dengan udara berlebih...........................II-16 Gambar II-12 Pengaruh Excess Air terhadap kandung O2 dan CO2 pada gas buang.......II-17 Gambar II-13. Contoh batu bara jenis gambut, lignit, bituminus dan antrasit.................II-19 Gambar II-14.Neraca massa dan energi boiler................................................................II-24 Gambar II-15 . Kehilangan kalor pada boiler bahan bakar batubara...............................II-25 Gambar II-16 Kehilangan panas pada boiler...................................................................II-29 Gambar III-1 Siklus sistem PLTU PT.Sentra Usahatama Jaya........................................III-1 Gambar III-2 Boiler weltes CFB PT.SUJ.........................................................................III-5 Gambar III-3 Bagian utama boiler CFB..........................................................................III-5 Gambar III-4 Ruang pembakaran.....................................................................................III-6 Gambar III-5 Cyclone......................................................................................................III-7 Gambar III-6 Steam drum.................................................................................................III-8 Gambar III-7 Superheater.................................................................................................III-8 Gambar III-8 Ekonomiser.................................................................................................III-9 Gambar III-9 Daerator....................................................................................................III-11 Gambar III-10 ESP.........................................................................................................III-13 Gambar III-11 Stack.......................................................................................................III-13 Gambar III-12 Titik-titik Pengukuran parameter pengujian kinerja boiler....................III-18



xi DAFTAR TABEL



Tabel II-1. Jenis-jenis batu bara dan spesifikasi termalnya.............................................II-18 Tabel II-2.Analisis proximate berbagai batu bara Sub-bituminus di beberapa negara...II-20 Tabel II-3.Analisis ultimat batubara bituminus di beberapa negara................................II-22 Tabel II-4 Nilai-nilai khas grafik psychrometric.............................................................II-34 Tabel II-5 Kehilangan panas radiasi dan konveksi boiler CFB.......................................II-36 Tabel III-1 Spesifikasi boiler unit 1 dan 2 di PT.Sentra Usahatama Jaya........................III-2 Tabel III-2 Spesifikasi boiler unit 3 dan 4 di PT.Sentra Usahatama Jaya........................III-3 Tabel III-3 Spesifikasi boiler 5 di PT.Sentra Usahatama Jaya.........................................III-3 Tabel III-4 Spesifikasi furnace ........................................................................................III-6 Tabel III-5 Spesifikasi water tube...................................................................................III-10 Tabel III-6 Spesifikasi material......................................................................................III-10 Tabel III-7 Spesifikasi waterwall ...................................................................................III-11 Tabel III-8 Analisis ultimate dan proksimate batubata PT . Sentra Usahatama Jaya....III-14 Tabel III-9 Tabel parameter pengukuran metode direct.................................................III-20 Tabel III-10 tabel pengukuran metode Indirect..............................................................III-20 Tabel IV-1 Data parameter untuk kondisi beban berbeda Metode Direct........................IV-1 Tabel IV-2 Data awal pengukuran metode direct selama bulan Januari 2017.................IV-2 Tabel IV-3 Data kompilasi metode direct dan rasio evaporasi pada kondisi beban.........IV-4 Tabel IV-4 Data kompilasi metode direct dan rasio evaporasi bulan Januari 2017.........IV-5 Tabel IV-5 Data awal parameter untuk metode Indect.....................................................IV-6 Tabel IV-6 Data awal temperatur metode indirect pada setiap waktu pengukuran..........IV-7 Tabel IV-7 Perhitungan energi balance metode pada tanggal 5 januari 2017................IV-12 Tabel IV-8 Perhitungan energi balance metode indirect pada waktu 06:00 WIB..........IV-13 Tabel IV-9 Perhitungan energi balance metode indirect pada waktu 12:00 WIB..........IV-14 Tabel IV-10 Perhitungan energi balance metode indirect pada waktu 18:00 WIB........IV-14 Tabel IV-11 Perhitungan energi balance metode indirect pada waktu 24:00 WIB........IV-15 Tabel IV-12 Besar Efisiensi dengan metode Indirect pada beberapa nilai GCV...........IV-25 Tabel IV-13 Pengaruh Humidity terhadap Rugi Efisiensi L4........................................IV-26



xii DAFTAR LAMPIRAN



LAMPIRAN A PERHITUNGAN BOILER............................................................................ LAMPIRAN B DATA BOILER.............................................................................................. LAMPIRAN C LAY OUT BOILER....................................................................................... LAMPIRAN D CURICULUM VITAE...................................................................................



xiii



DAFTAR SIMBOL DAN SINGKATAN



Simbol



Deskripsi



Satuan



ƞ



Efisiensi



%



ṁ



Laju alir



Kg/hr



h



Entalpi



Kj/kg



GCV



Nilai Kalor



kCal/kg



T



Temperatur



P



Tekanan



bar



Cp



Panas Spesifik



kCal/kg0C



m



Massa



kg



H2



Hidrogen



%



C



Karbon



%



CO



Karbon Monoksida



%



O2



oksigen



%



CO2



Karbon Dioksida



%



N2



Nitrogen



%



M



Kelembapan



%



Vm



Kecepatan Angin



m/s



EA



Excess Air



%



hg



Entalpi Steam Jenuh



Kkal/kg



hf



Entalpi Air Umpan



Kkal/kg



Humidity faktor



massa air yang terkandung dalam setiap kilogram udara kering



0



C



kg



BAB I PENDAHULUAN



I.1 Latar Belakang Disaat semua teknologi mengandalkan listrik sebagai pasokan energi utama, ketergantungan masyarakat terhadap energi listrik terus mengalami peningkat seiring dengan perkembangan teknologi khususnya dalam sektor industri. Dapat dipastikan dalam pengoperasiaan suatu pabrik membutuhkan penggunaan energi listrik dalam jumlah besar yang akan berdampak pada kebutuhan bahan bakar yang semakin bertambah. Namun peningkatan kebutuhan listrik ini tidak diimbangi dengan penyediaan energi listrik yang dilakukan oleh PT.PLN (Persero) sebagai lembaga resmi yang ditunjuk oleh pemerintah dalam mengelola masalah kelistrikan di Indonesia. Dapat dilihat bahwa PT.PLN (Persero) belum dapat memenuhi kebutuhan masyarakat akan energi lisrik secara keseluruhan termasuk kebutuhan energi listrik untuk sektor industri demi menjaga kelangsungan kegiatan proses produksi tetap berjalan tanpa adanya hambatan. Dalam menghasilkan energi listrik untuk menutupi keterbatasan energi yang ada di Indonesia, dibangunlah suatu sistem pembangkit energi salah satunya dalam bentuk Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Pembangkit Listrik Tenaga Uap merupakan pembangkit listrik tenaga thermal yang mengandalkan energi kinetik dari uap untuk



menghasilkan energi listrik dimana memiliki



beberapa peralatan utama seperti boiler, turbin uap, generator dan kondensor. Suatu sistem PLTU banyak digunakan di Indonesia karena memiliki sistem efisiensi yang tinggi dalam menghasilkan energi listrik yang ekonomis. Untuk saat ini 60% kebutuhan listrik dunia bergantung pada PLTU batubara yang secara sederhana uap yang dihasilkan oleh pembakaran batubara memutar mesin turbin dalam menghasilkan energi listrik. Sebagai salah satu perusahaan yang bergerak dalam bidang industri gula rafinasi PT.Sentra Usahatama Jaya memiliki sebuah sistem PLTU dengan



1



2



kapasitas pembangkit 22 MW. Pada unit PLTU dari PT.Sentra Usahatama Jaya memiliki 5



2 unit boiler sebagai salah satu komponen utama dari sistem pembangkit yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap superheat bertemperatur dan bertekanan tinggi sebagai fluida kerja dalam mekanisme penggerak turbin dengan mengandalkan energi kinetik yang dihasilkan dari uap superheat. Keberadaan boiler sebagai salah satu komponen dalam sistem pembangkit memiliki peran yang sangat peting karena akan mempengaruhi kinerja dari sistem pembangkit itu sendiri. Ada beberapa jenis boiler yang ada pada sistem pembangkit listrik tenaga uap seperti fire tube boiler, water tube boiler dan paket boiler. Umumnya ketiga jenis boiler tersebut memiliki beberapa komponen utama seperti furnace, steam drum dan peralatan penukar panas (pemanasan awal air umpan, pemanasan uap , pemanasan udara pembakaran). Peralatan-peralatan ini lah yang nantinya akan mendukung dalam pengoperasian suatu boiler agar dapat bekerja seperti yang seharusnya. Untuk melihat baik atau buruk nya boiler beroperasi, dapat dilakukan pengkajian dari sisi kinerja suatu boiler . Kinerja suatu boiler dapat di ketahui melalui beberapa parameter seperti efisiensi dan rasio evaporasi. Dari parameterparameter kinerja tersebut kita juga akan



mengetahui



penyebab penurunan



kinerja dari boiler yang sedang dikaji. Umumnya penurunan kinerja boiler bisa diakibatkan oleh ketidaksempurnaan pada proses pembakaran, kotornya permukaan heat transfer serta pemeliharaan yang tidak sesuai dengan standar yang berlaku. Namun untuk mengetahui lebih detail perlu dilakukan perhitungan pada bagian-bagian yang dirasa memiliki peran besar penyebab penurunan itu terjadi. Umumnya untuk mengetahui kinerja suatu boiler dilakukan perhitungan terhadap parameter efisiensi dan rasio evaporasi. Perhitugan terhadap efisiensi boiler dilakukan dengan menggunakan dua metode yaitu metode direct dan indirect. Metode direct merupakan metode perhitungan efisiensi boiler secara cepat dengan menggunakan perbandingan antara panas yang dihasilkan oleh boiler berupa steam dengan panas yang masuk kedalam boiler berupa panas hasil proses pembakaran. Sedangkan metode indirect merupakan metode yang dikenal sebagai metode rugi-rugi panas ( heat loss method ). Dan untuk rasio evaporasi



3 merupakan perbandingan antara uap yang dihasilkan boiler dengan bahan bakar yang digunakan. Selama ini kinerja boiler pada sistem Pembangkit Listrik Tenaga Uap di PT.Sentra Usahatama Jaya belum ada pengkajian. Sehingga hal ini lah yang melatarbelakangi penulis tetarik untuk melakukan perhitungan terhadap kinerja boiler melalui metode direct dan indirect pada sistem pembangkit yang ada pada PT.Sentra Usahatama Jaya.



I.2 Tujuan Adapun tujuan akhir dari Tugas Akhir ini adalah : 1.



Mengetahui sistem boiler yang ada di Pabrik Gula PT.Sentra Usahatama Jaya



2.



Mengetahui dan menghitung kinerja boiler di PT.Sentra Usahatama Jaya (SUJ) menggunakan perhitungan metode Direct dan Indirect



3.



Menganalisa kinerja boiler yang ada pada PT.Sentra Usahatama Jaya (SUJ)



I.3 Rumusan Masalah Pada pengerjaan laporan penelitian tugas akhir ini akan membahas mengenai kinerja boiler yang ada pada PT.Sentra Usahatama Jaya (SUJ), kinerja suatu boiler dapat digambarkan dalam metode direct dan indirect serta rasio evaporasi. Dimana



metode direct dan indirect merupakan metode pencarian



efisiensi boiler diantaranya sebagai berikut: Metode Direct ƞ boiler=



ṁsteam (h steam−hfeedwater ) ṁfuel x GCV fuel



Metode Indirect



ƞ boiler=100−( L 1+ L2+ L 3+ L 4+ L5+ L 6+ L 7+ L 8) Untuk dapat mencari kedua metode tersebut maka harus mengetahui dan mengukur parameter-parameter yang ada pada kedua metode berupa analisa



4 batubara, analisa gas buang, analisa air, pengukuran temperatur, tekanan dan laju alir serta berbagai kehilangan kalor yang terjadi pada boiler.



I.4 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah Batasan masalah pada penulisan tugas akhir ini adalah: 1. Hanya membahas kinerja 1 unit boiler pada PT.Sentra Usahatama Jaya . 2. Perhitungan kinerja boiler metode direct di fokuskan pada kondisi beban berbeda sedangkan Indirect hanya pada satu kondisi beban 3. Perhitungan kinerja boiler metode indirect tidak menyertakan beberapa losses seperti standby losses, soot blower steam, blowdown loss serta penggunaan energi untuk peralatan penunjang (auxiliary equipments). 4. Metode perhitungan menggunakan metode direct dan indirect merujuk kepada ASME PTC 4.1 I.5 Sistematika Penulisan Laporan 1. BAB I Pendahuluan Bab ini berisikan tentang pembahasan hal yang melatar belakangi dan mendorong penulis memilih mengenai masalah objek tugas akhir antara lain latar belakang masalah, tujuan, rumusan masalah dan batasan masalah, dan sistematika penyusunan laporan. 2. BAB II Tinjauan Pustaka Bab ini berisi teori yang menjelaskan mengenai boiler secara umum baik komponen, jenis-jenis boiler serta metode yang digunakan dalam perhitungan kinerja boiler 3. BAB III Deskripsi Objek Bab ini memuat pembahasan mengenai boiler pada PT.Sentra Usahatama Jaya, komponen-komponen pendukung dalam pengoperasian boiler. 4. BAB IV Pengolahan Data dan Analisa Bab ini berisi data hasil pengukuran yang diperlukan dalam perhitungan kinerja boiler, metode perhitungan kinerja boiler dan analisa hasil perhitungan boiler. 5. BAB VII Penutup



5 Bab ini berisi kesimpulan berdasarkan analisa berdasarkan bab-bab sebelumnya, serta saran terhadap pemecahan masalah yang berkaitan dengan kinerja boiler.



BAB II TINJAUAN PUSTAKA



II.1 Boiler Boiler dapat didefinisikan sebagai suatu alat berbentuk bejana tertutup tempat terjadinya proses pemanasan air sebagai bahan baku utama dalam menghasilkan uap panas atau steam bertekanan di atas tekanan atmosfer. Proses perubahan air menjadi uap panas dilakukan dengan mentransferkan energi panas hasil pembakaran yang dilakukan secara terus-menerus dengan mengalirkan bahan bakar dan udara dari luar. Steam yang dihasilkan dari proses ini dapat digunakan sebagai fluida kerja maupun media pemanas untuk berbagai keperluan baik sebagai pendukung proses produksi seperti pemanfaatan panas dari steam untuk pengolahan dan pemanasan pada industri kecil, maupun sebagai instalasi tenaga atau pembangkit tenaga listrik. Boiler juga dapat dikatakan sebagai pesawat uap yang akan mentransferkan energi-energi kimia menjadi kerja ( usaha ) (muin,1988). Energi yang terkandung didalam air akan meningkat seiring dengan peningkatan temperatur dan tekanan yang terjadi. Beberapa pemanfaatan dari uap yang dihasilkan oleh boiler dalam beberapa kepentingan diantaranya : a. Kepentingan mesin uap dan turbin berupa mesin pembakaran b. Sebagai suplai tekanan rendah untuk kerja proses di industri seperti pada pabrik kelapa sawit, pabrik gula, revinery industri dsb. c. Sebagai penghasil air panas yang mana dapat digunakan untuk instalasi pemanasan bertekanan rendah. Beberapa sistem yang terdapat pada boiler diantaranya terdiri dari sistem air umpan (feed water system), sistem steam (steam system) dan sistem bahan bakar (fuel system). Sistem air umpan (feed water system) merupakan sistem penyediaan air otomatis bagi boiler untuk menghasilkan kebutuhan steam. Sistem air umpan



2



pada boiler terdiri dari sistem air kondensat dimana merupakan air hasil kondensasi



2 di kondensor yang merupakan air pengisi boiler drum (steam drum). Aliran kondensat di mulai dari hotwell sampai ke daerator. Dan sistem make-up water yang merupakan air baku yang diolah ( mengalami treathment secara kimia) dan berasal dari luar sistem.Sistem steam (steam system) merupakan suatu sistem pengontrol produksi steam dalam boiler. Steam yang dihasilkan kemudian dialirkan dengan menggunakan suatu sistem pemipaan pada suatu titik pengguna. Sistem bahan bakar (fuel system) merupakan peralatan-peralatan yang digunakan dalam mendukung penyediaan bahan bakar demi menghasilkan kalor yang dibutuhkan dalam proses pembakaran. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem. Sistem tambahan lain berupa penggunaan economizer untuk pemanasan awal air umpan menggunakan limbah panas dari gas buang demi mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi. II.2 Klasifikasi boiler Boiler/ ketel uap pada dasarnya terdiri dari drum yang tertutup pada unjung pangkalnya dan dalam perkembangannya dilengkapi dengan pipa api maupun pipa air. Menurut bentuk, konstruksi dan kegunaannya ketel uap mempunyai bermacam jenis dan dapat digolongkan pada beberapa kelompok ( Muin, 1988:8-10; Maridjo, 2005): 2.2.1. Boiler pipa api ( fire tube boiler ) Pada fire tube boiler, fluida yang mengalir dalam pipa adalah gas nyala ( hasil pembakaran), yang membawa energi panas ( thermal energy) dan akan d transfer ke air yang ada pada boiler melalui bidang pemanas ( heating surface). Biasanya penggunaan Fire tube boilers pada kapasitas steam yang relative kecil dengan tekanan steam rendah hingga sedang. Bahan bakar yang dipergunakan pada jenis boiler Fire tube boilers dapat berupa bakar minyak, gas atau bahan bakar padat dalam pengoperasiannya. Untuk alasan yang lebih hemat dan ekonimis biasanya sebagian besar fire tube boilers telah dikonstruksi sebagai “paket” boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua bahan bakar.



3



Gambar II-1. Fire tube boiler ( sumber : wikipedia )



2.2.2. Boiler pipa air ( water tube boiler ) Pada water tube boiler



fluida yang dialirkan ke dalam pipa-pipa



adalah air, energi panas akan ditransferkan dari luar pipa ( ruang bakar) oleh gas pembakaran kepada air dan akan memanaskan air menjadi steam yang akan masuk pada daerah uap dalam drum. Pemilihan penggunaan boiler jenis ini didasarkan pada kebutuhan steam dan tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus boiler untuk pembangkit tenaga. Kebanyakan water tube boilers didesign secara paket jika digunakan bahan bakar minyak bakar dan gas. Untuk water tube yang menggunakan bahan bakar padat, umumnya tidak dirancang secara paket. Karakteristik water tube boiler sebagai berikut : 



Forced, induced dan balanced draft membantu untuk meningkatkan efisiensi pembakaran







Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan air







Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi.



4



Gambar II-2 Water tube boiler ( sumber : wikipedia)



2.2.3. Paket boiler Paket boiler merupakan jenis boiler yang lebih modern dengan semua komponen sudah disusun lengkap dari produsen boiler. Biasanya suatu pabrik hanya perlu menyediakan beberapa komponen lain yakni pipa steam, pipa air, suplai bahan bakar dan sambungan listrik untuk dapat mengoperasikan boiler. Penggunaan paket boiler ini memiliki beberapa keuntungan diantaranya sedikit bahan bakar dan tenaga listrik yang digunakan. Paket boiler biasanya merupakan tipe shell and tube dengan rancangan fire tube dengan transfer panas baik radiasi maupun konveksi yang tinggi. Ciri-ciri dari packaged boilers adalah: 



Ruang pembakaran yang kecil serta tingginya panas yang dilepaskan akan menghasilkan penguapan yang lebih cepat.







Banyaknya jumlah pipa dengan diameter kecil akan membuat perpindahan panas secara konvektif menjadi lebih baik.







Sistem forced atau induced draft menghasilkan efisiensi pembakaran yang baik. Sejumlah lintasan/pass menghasilkan perpindahan panas keseluruhan yang lebih baik.







Memiliki tingkat efisiensi thermis lebih tinggi jika dibandingkan dengan boiler lain.



5



Gambar II-3 Jenis paket boiler 3 pass, bahan bakar minyak ( sumber : BIB Cochran, 2003 )



2.2.4. Boiler Pembakaran dengan Fluidized Bed ( FBC ) Boiler FBC muncul sebagai pengembangan baru dari jenis boiler yang ada. Boiler ini merupakan alternatif baru dengan kelebihan pada sistem pembakaran yang lebih efisien dibandingkan dengan sistem pembakaran pada boiler konvensional. Boiler ini memberikan banyak keuntungan diantaranya rancangan yang kompak, fleksibel terhadap bahan bakar, efisiensi pembakaran yang tinggi dan akan mengurangi emisi polutan yang merugikan seperti SOx dan NOx. Biasanya penggunaan bahan bakar yang digunakan berupa batubara, sekam padi, bagas dan limbah pertanian lainnya. Boiler FBC memiliki kapasitas yang luas yaitu antara 0.5 T/h sampai 100 T/h. Sistem pembakaran bahan bakar jenis ini biasanya disebut terfluidisasikan, dimana partikel tersuspensi dalam aliran udara. Pembakaran dengan fluidized bed (FBC) berlangsung pada suhu sekitar 840 0C - 950°C. dikarnakan suhu yang dihasilkan dari proses pembakaran ini berada jauh dibawah suhu fusi abu, maka pelelehan abu dan permasalahan yang terkait didalamnya dapat dihindari. Untuk suhu pemabaran yang lebih rendah dapat tercapai dengan tingginya koefisien perpindahan panas akibat pencaampuran dalam proses fluidized bed dan ekstraksi panas yang efektif dari bed melalui perpindahan panas pada pipa dan dinding bed.



6



Boiler FBC memiliki beberapa jenis pengembangan sebagai berikut: a) Atmospheric Fluidized Bed Combustion ( AFBC ) Boiler



AFBC



merupakan



boiler



jenis



konvensioanal



dengan



pengembangan pada penambahan sebuah fluidized bed combustor. Pada boiler jenis ini biasnya menggunakan bahan bakar batubara yang memiliki ukuran 1-10 mm tergantung pada tingkatan batubara dan jenis pendistribusian udara ke dalam ruang bakar. Boiler AFBC ini biasanya merupakan boiler tipe water tube boiler dengan pipa yang berada dalam bed pembawa air yang bertindak sebagai evaporator. b) Pressurized Fluidized Bed Combustion (PFBC) Boiler Boiler PFBC ini merupakan generasi pertama yang menggunakan jet udara untuk pencampuran dan pembakaran batubara selama pembakaran. Boiler jenis ini memiliki efisiensi pembakaran yang lebih efisien dan tingkat penyerapan sulfur dioksida dalam bed yang lebih efektif. Sistem boiler PFBC



beroperasi pada tekanan tinggi dan menghasilkan aliran gas



bertekanan tinggi pada suhu yang dapat menggerakkan turbin gas. Uap yang dihasilkan dari panas dalam fliudized bed dikirim ke turbin uap yang akan menciptakan sistem siklus gabungan yang sangat efisien. Sistem ini dapat digunakan untuk sistem pembangkit koogenerasi ( steam dan listrik) yang dapat meningkatkan efisiensi konversi sebesar 5-8%.. c) Atmospheric Circulating Fluidized Bed Combustion Boiler (CFBC) Circulating Fluidized Bed merupakan teknologi yang relatif baru dengan kemampuan untuk mencapai emisi yang lebih rendah dari polutan. Boiler jenis ini memiliki sistem sirkulasi dengan menjaga material bed tetap dalam kondisi melayang. Boiler jenis ini umumnya lebih ekonomis dari pada boiler AFBC, penerapannya memerlukan lebih dari 75-100 T/jam steam. Boiler CFB memiliki beberapa keuntungan dibandingkan dengan boiler jenis lain yaitu pada penangkapan emisi polutan SOx dan pengendalian emisi NOx.



7



Gambar II-4 CFBC boiler ( sumber : Thermax Babcock and Wilcox Ltd, 2001 )



2.2.5. Stoker Fired Boilers Stokers diklasifikasikan menurut metode pengumpanan bahan bakar ke tungku dan oleh jenis grate nya. Klasifikasi utamanya adalah spreader stoker dan chaingate atau traveling-gate stoker. a) Spreader Stokres Boiler spreader Stokres ini memanfaatkan kombinasi pembakaran suspensi dan pembakaran grate. Sistem pembakaran batu bara pada boiler ini dengan melakukan penginjeksian batubara secara berkala ke dalam tungku pembakaran di atas material bed. Batubara yang memiliki ukuran yang lebih besar akan jatuh ke grate, dimana batubara ini akan dibakar dalam bed batubara dengan pembakaran yang cepat. Hal ini akan memberikan flesibelitas terhadap fluktuasi beban, karna sistem penyalaan meningkat seiring dengan laju pembakaran.



8



Gambar II-5 Spreader stoer boiler ( sumber : Departement of coal, 1985)



b) Chain-grate atau traveling -grate stoker Pembakaran batubara jenis boiler Chain-grate berbeda dengan boiler jenis speader stoker. Pada sistem pembakarannya batubara dialirkan didalam tungku menggunakan grate baja yang bergerak. Ketika grate bergerak sepanjang tungku, batubara akan terbakar sebelum jatuh ke ujung sebagai abu. Tingkat pembakaran jenis ini memerlukan keterampilan dalam pengaturan



penyetelan grate, damper udara dan baffles sehingga



menghasilkan pembakaran yang bersih dengan seminimal mungkin jumlah karbon yang tidak terbakar dalam abu. Ukuran batubara juga harus diperhatikan, batubara yang masuk ke dalam tungku harus memiliki ukuran yang seragam , hal ini untuk menghindari batubara yang tidak terbakar sempurna pada waktu mencapai ujung grate



Gambar II-6 Panampakan traveling grate boiler ( sumber : University og Missouri, 2004 )



9 2.2.6. Pulverized Fuel Boiler (PFB) Boiler PFB merupakan boiler yang banyak digunakan secara universal pada pembangkit berkapasitas besar dan menggunakan bahan bakar dengan biaya rendah karena memberikan efisiensi termal yang tinggi dan kontrol yang lebih baik sesuai dengan perubahan beban. Pada sistem pembakaran boiler PFB batubara dihancurkan menjadi bagian yang lebih kecil dengan bantuan mesin penggiling dan dimasukkan kedalam ruang bakar dengan bantuan udara panas. Jumlah udara yang dibutuhkan dalam proses pembakaran dimasukan secara terpisah kedalam ruang bakar. Turbulensi yang dihasilkan dalam ruang bakar akan membantu dalam pencampuran bahan bakar dan udara. Udara yang disuplai bersamaan dengan batubara yang akan dibakar dikenal sebagai udara primer, sedangkan jumlah udara yang disuplai secara terpisah untuk penambahan udara pembakaran dikenal sebagai udara sekunder.



Gambar II-7 Mill pulverized ( sumber : University og Missouri, 2004 )



2.2.7. Boiler limbah Panas Boiler ini merupakan boiler yang memanfaatkan limbah panas yang memiliki suhu sedang dan tinggi yang menyebabkan boiler ini menjadi boiler yang lebih ekonomis. Jika steam yang dihasilkan dari gas buang panas kurang dari kebutuhan maka dapat menggunakan burner tambahan yang menggunakan bahan bakar. Apabila steam yang dihasilkan tidak dapat langsung digunakan, maka steam dapat dimanfaatkan untuk memproduksi daya listrik menggunakan



10 generator turbin uap. Ini merupakan salah satu tindakan yang dilakukan untuk dapat menmanfaatkan kembali panas gas buang dari turbin gas dan diesel.



Gambar II-8 Skema sederhana boiler limah panas ( sumber : Agriculture and Agri-food canada, 2001)



2.2.8. Pemanas Fluida Termis Pemanas fluida termis telah banyak diterapkan secara luas dalam proses pemanasan tidak langsung. Sistem pembakaran pemanas fluida termis terdiri dari fixed grate dengan susunan draf mekanis. Keuntungan pemanas tersebut adalah: 



Menggunakan operasi sistem tertutup dengan besar kehilangan lebih kecil jika dibandingkan dengan boiler steam







Sistem operasi tidak bertekanan bahkan hingga suhu mencapai 250 0C dibandingkan dengan kebutuhan tekanan steam 40 kg/cm2 dalam sistem steam yang sejenis.







Fleksibilitas operasi dengan penyetelan kendali otomatis







Memiliki efisiensi termis yang bai karna tidak ada kehilngan panas akibat blowdown, pembuangan kondensat dan flash steam



11



Gambar II-9. Konfigurasi pemanas fluida termis. ( sumber : Energy Machine India )



II.3



Komponen Utama Boiler



1. Ruang Pembakaran ( furnace ) Furnace merupakan ruang dapur tempat terjadinya proses pembakaran bahan bakar. Pada furnace biasanya terdapat pipa-pipa berisi air ketel yang menempel pada dinding dapur dan akan menerima panas dari hasil bahan bakar. Panas yang diterima oleh pipa air tersebut akan mengubah fasa air didalam pipa mejadi uap panas bertekanan yang nantinya akan digunakan untuk kebutuhan produksi maupun pembangkit. Sebuah ruang bakar terbagi atas 2 bagian di antaranya sebagai berikut:  Ruang pertama merupakan ruang pemabakran dimna panas yang dihasilkan dan diterima langsung oleh pipa-pipa air yang berasal dari steam drum. Pada ruang bakar ini udara pembakaran ditiupkan oleh Blower Forced Draft Fan ( FDF ) melalui lubang-lubang yang berasal di sekeliling dinding pembakaran serta melalui dinding bawah ruang bakar.  Ruang kedua merupakan ruang gas panas yang diterima dari panas ruang bakar pertama. Di ruang bakar ini panas yang diterima oleh pipa air dari steam drum atas ke pipa air steam drum bawah.



2. Ketel Drum



12 Ketel drum merupakan bejana yang berfungsi sebagai tempat pemisahan antara air dan uap yang berasal dari pipa-pipa air yang menguap. Steam drum ini terbagi menjadi dua bagian yaitu bagian bawah tempat penampungan air dan bagian atas tempat penampungan uap penguapan. Uap jenuh hasil pemasakan pada walltube kemudian akn dialirkan lagi ke daerah superheater untuk dipanaskan kembali. 3. Superheater Superheater merupakan bagian penting dalam unit pembangit uap. Tujuannya adalah untuk meningkatkan temperatur uap jenuh tanpa menaikkan tekanannya dengan melakukan pemanasan ulang. Superheater memproduksi superheated steam atau uap kering. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari uap yang masih memiliki kandungan air karna akan menyebabkan terjadi kondensasi yang terlalu cepat di dalam mesin yang menggunakan uap air tersebut. Uap air ini menyimpan lebih banyak energi panas daripada uap air saturated (uap air basah), ditandai dengan nilai entalpi yang lebih tinggi. Uap air yang diproduksi oleh boiler konvensional umumnya hanya mencapai fasa saturated dan pada superheater uap ini akan dipanaskan lebih lanjut untuk mencapai fasa superheated. 4. Economizer Economizer berfungsi sebagai tempat pemanasan awal air pengisi ( feedwater ) sebelum masuk ke dalam boiler. Umumnya economizer berada pada bagian setelah evaporator sehingga memiliki temperatur lebih kecil jika dibandingkan dengan bagian pemanas lainnya. Penggunaan economizer sebagai pemanfaatan panas gas buang akn meningkatkan nilai efisiensi boiler dengan pengurangan pada pemakaian bahan bakar. Dengan pengurangan pada konsumsi bahan bakar juga akan berdampak pada pengurangan biaya penggunaan bahan bakar. Disamping dapat mengurangi biaya bahan bakar juga dapat menghemat biaya operasional yang lainya, seperti pemakaian chemical untuk mengurangi O2 dan N2 dalam air umpan boiler. Karena dengan bertambahnya temperatur air akan mengurangi kadar O2 dan N2 yang terkandung dalam air umpan boiler. Hal ini bisa dilihat dari gambar berikut



13



Gambar II-10 Pengaruh temperatur terhadap O2 dan N2 dalam air



5. Evaporator Evaporator merupakan bagian yang berfungsi menaikkan temperatur air mencapai titik didih. Pada evaporator terjadi peristiwa perubahan fase dari cair menjadi uap. II.4 Prinsip Pembakaran 2.4.1. Prinsip Pembakaran Pada proses pembakaran umumya merupakan proses reaksi kimia bahan bakar dengan oksigen (O2). Hampir semua bahan bakar mengandung unsur karbon (C), hidrogen (H) dan sulfur (S). Akan tetapi unsur yang paling berpengaruh terhadap proses pembakaran dalam melepaskan energi adalah unsur C dan H. Semua jenis proses pembakaran memerlukan tiga elemen dasar berupa bahan bakar (fuel), oksigen (oxidizer), dan sumber panas(souce of heat). Ketiga elemen ini apabila dikombinasikan di dalam lingkungan yang memadai maka akan terjadi proses pembakaran (UNEP, 2006). Proses pembakaran terdiri dari dua jenis yaitu pembakaran sempurna (complete combustion) dan pembakaran tidak sempurna (incomplete combustion). Pada proses pembakaran sempurna akan terjadi apabila unsur C bereaksi dengan oksigen dan hanya menghasilkan unsur CO2, seluruh unsur H menghasilkan H2O dan seluruh unsur S menghasilkan SO2. Sedangkan pada proses pembakaran tidak sempurna akan terjadi apabila seluruh unsur C bereaksi dengan oksigen , dan tidak seluruhnya menghasilkan gas dengan



14 unsur CO2 pada reaksi ini juga akan menghasilkan unsur gas CO. Keberadaan gas CO dari hasil proses pembakaran itu menunjukkan bahwa pembakaran berlangsung secara tidak sempurna. Besar energi yang dilepaskan pada proses pembakaran ini dinyatakan sebagai entalpi pembakaran yang merupakan beda entalpi antara produk dan reaktan dari proses pembakaran. Di udara jumlah oksigen umumnya mencapai 20,9% dari elemen bumi. Bahan bakar padat maupun cair yang biasanya digunakan akan terlebih dahulu diubah kedalam bentuk gas sebelum dibakar. Perubahan fasa ini memerlukan suatu media panas agar proses perubahan dapat terjadi. Proses pembakaran akan terjadi apabila bahan bakar mendapatkan pasokan udara yang cukup. Hampir 79% udara ( tanpa oksigen) merupakan unsur nitrogen (N) dan sisanya merupakan elemen lainnya. Nitrogen akan mengurangi efisiensi pembakaran dengan cara menyerap panas dari pembakaran dan mengencerkan gas buang. Nitrogen ini juga akan mengurangi transfer panas pada permukaan alat penukar panas. (UNEP, 2006). Jumlah udara minimum yang diperlukan untuk menghasilkan pembakaran sempurna disebut sebagai jumlah udara teoritis ( stoikiometrik). Akan tetapi pada kenyataannya untuk pembakaran sempurna jumlah udara yang dibutuhkan melebihi jumlah udara teoritis yang biasa nya disebut sebagai excess air. Parameter yang paling sering digunakan untuk mengkuantifikasi jumlah udara dan bahan bakar pada proses pembakaran tertentu adalah rasio udara-bahan bakar. 2.4.2. Kebutuhan Udara Teoritis Analisa pembakaran untuk kebutuhan udara teoritis dapat dilakukan dengan dua cara diantaranya: a) Analisa berdasarkan pada satuan berat Analisa ini digunakan untuk perhitungan kebutuhan udara teoritis pada pembakaran sempurna dengan jumlah bahan bakar tertentu pada presentase berat contohnya: C 12 kg



+



O2



CO2



32 kg



44 kg



15 Reaksi kimia di atas menunjukkan bahwa setiap kg karbon memerlukan 2,67 kg oksigen secara teoritis untuk mendapatkan pembakaran sempurna menjadi karbondioksida. Apabila besar oksigen yang dibutuhkan dalam masing-masing unsur pada proses pembakaran



dihitung



kemudian



dijumlahkan,



maka



akan



didapatkan besar kebutuhan oksigen teoritis yang dibutuhkan pembakaran sempurna bahan bakar (Diklat PLN, 2006). b) Analisa berdasarkan pada satuan volume Analisa ini digunakan apabila analisa bahan bakar dinyatakan dalam satuan presentase berdasarkan volume, maka perhitungan yang sama dengan perhitungan berdasarkan berat bisa digunakan untuk menentukan volume dari udara teoritis yang dibutuhkan. Dalam menentukan besar udara teoritis kita berpatokan terhadap hukum Avogadro yaitu “ gas-gas dengan volume yang sama pada suhu dan tekanan standar ( 00 C dan tekanan 1 bar) berisikan molekul dalam jumlah yang sama ( Diklat PLN, 2006). CH4



+



1 volume



2O2



CO2 + 2H2O



2 volume



1volume



2 volume



2.4.3. Konsep Udara Berlebih (Excess Air) Dalam konsep udara berlebih , konsentrasi oksigen maupun CO 2 dalam gas buang menjadi salah satu parameter



penting dalam menentukan



kelebihan oksigen maupun CO2 dalam proses pembakaran. Untuk dapat melihat besar kelebihan udara dapat ditentukan dari: 



Komposisi gas buang yang meliputi N2, CO2, O2 dan CO







Pengukuran secara langsung terhadap udara yang disuplai



Efisiensi pembakaran akan mengalami peningkatan seiring dengan peningkatan jumlah excess air hingga pada nilai tertentu, yaitu pada saat nilai kalor yang terbuang pada gas buang lebih besar dari pada kalor yang disuplai oleh proses pembakaran yang optimal Hubungan antara excess air , efisiensi, kandungan O2/CO2 dalam gas buang dapat digambarkan:



16  Udara lebih (excess air) sangat mempengaruhi efisiensi.  Udara terlalu banyak: gas buang terlalu banyak, dan membawa heat loss yang signifikan  Udara kurang: pembakaran tidak sempurna karena kurang udara, Sehingga terbentuk CO (efisiensi menurun, polusi meningkat) Dari hubungan tersebut maka udara harus berlebih tetapi harus dijaga pada nilai optimum bergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan dan jenis boiler



Gambar II-11 Hubungan efisiensi pembakaran dengan udara berlebih ( sumber : Totok Gunawan ,2010)



Gambar II-12 Pengaruh Excess Air terhadap kandung O2 dan CO2 pada gas buang ( Sumber : Engineeringtoobox.com )



17



II.5 Batu bara 2.5.1. Pengertian Batu Bara Batubara adalah mineral organik yang dapat terbakar, terbentuk dari sisa tumbuhan purba yang mengendap yang selanjutnya berubah bentuk menjadi padatan-padatan tertentu akibat proses fisika dan kimia yang berlangsung selama jutaan tahun. Karena berasal dari material organik, batubara tergolong mineral organik. Reaksi pembentukan batu bara adalah sebagai berikut: 5(C6H10O5)  C20H22O4 + 3CH4 + 8H2O + 6CO2 + CO C20H22O4 merupakan batu bara yang dapat berjenis lignit, subbituminus,



bituminus,



atau



antrasit



tergantung



kepada



tingkat



pembatubaraan yang dialami serta konsentrasi unsur C akan semakin tinggi seiring dengan tingkat pembatubaraan yang semakin berlanjut. Sedangkan gas-gas yang terbentuk yaitu metan, karbon dioksida serta karbon monoksida, dan gas-gas lain yang menyertainya akan masuk dan terperangkap di celah-celah batuan yang ada di sekitar lapisan batubara. 2.5.2. Jenis-jenis Batu Bara Batu bara terbagi dalam tingkat (grade) yang berbeda mulai dari lignite, sub-bituminous, bituminous, dan anthracite. Tabel II-1. Jenis-jenis batu bara dan spesifikasi termalnya



No



Jenis



Lama Pembakaran



. 1 2 3



Batubara Antrasit Semi Antrasit Bituminus Sub-



(menit/kg) 5-10 9-10 10-15



4 bituminus 10-20 5 Lignit 15-20 (sumber: Sukandarrumidi, 1995)



Nilai Kalor (Kkal/ Kg) 7.222-7.778 5.100-7.237 4.444-8.333 4.444-6.111 3.056-4.611



18 Keempat jenis batu bara ini memiliki sifat fisik yang berbeda-beda satu sama lain. (Teknik kimia, ITM, 2006) A. Antrasit Merupakan batubara berwarna hitam berbentuk sangat mengkilap, kompak, nilai kalor sangat tinggi, kandungan karbon sangat tinggi, dan kandungan sulfur sangat tinggi. B. Semi Antrasit/ gambut Merupakan batubara berwarna hitam mengkilap, kompak, nilai kalor tinggi, kandungan karbon tinggi, dan kandungan sulfur tinggi. C. Bituminus Merupakan batuara berwarna hitam mengkilat, kurang kompak, nilai kalor tinggi, kandungan karbon relatif tinggi, kandungan air sedikit, kandungan abu sedikit, dan kandungan sulfur sedikit. D. Lignit Merupakan batubara berwarna hitam, sangat rapuh, nilai kalor rendah, kandungan karbon sedikit, kandungan air tinggi, kandungan abu tinggi, dan kandungan sulfur juga tinggi.



Gambar II-13. Contoh batu bara jenis gambut, lignit, bituminus dan antrasit



Selain empat jenis yang umum seperti di atas, di dunia ada banyak varian batubara menurut tingkatan usia dan komposisi mineral penyusunnya. Secara umum komposisi kandungan air (moisture), gas terbang (volatile matter) dan karbon dari setiap varian dapat dilihat pada gambar.



19 2.5.3. Analisa Batu Bara Dalam menganalisa batubara terdapat dua metode yang digunakan yaitu analisa proximate dan analisa ultimate. Analisa proximate merupakan metode analisa yang hanya berupa analisa fixed carbon, bahan yang mudah menguap, kadar air dan persen abu dan analisa ultimate merupakan metode analisa seluruh elemen unsur yang terdapat pada batubara padat atau gas A. Analisis Proximate Analisis proximate merupakan analisis dengan menunjukkan persen kandungan dari fixed carbon, bahan mudah menguap, abu,dan kadar air dalam batu bara. Analisis proximate untuk berbagai jenis batu bara diberikan dalam tabel di bawah ini sebagai berikut:



Tabel II-2.Analisis



proximate untuk berbagai batu bara (persen) Sub-bituminus di beberapa negara



Parameter Kadar Air Abu Bahan mudah



Batubara



Batubara



Batubara



India 5,98 38,63



Indonesia 9,43 13,99



Afrika Selatan 8,5 17



29,79



23,28



46,79



51,22



20,7 menguap Fixed Carbon 34,69 ( sumber : UNEP, 2006 ) a) Fixed carbon



Fixed carbon merupakan bahan bakar padat yang tertinggal dalam tungku setelah bahan yang mudah menguap didistilasi. Kandungan utama dari bahan ini adalah karbon akan tetapi juga mengandung hidrogen, oksigen , sulphur dan nitrogen yang tertinggal dan tidak terbawa oleh gas. Fixed carbon akan memberikan gambaran perkiraan kasar dari nilai panas batubara (UNEP, 2006 ).



20



b) Bahan yang mudah menguap (volatile matter) volatile matter merupakan bahan yang terdapat dalam batubara yang mudah untuk menguap, bahan-bahan terrsebut berupa methan, hidrokarbon, hydrogen, karbonmonoksida, dan gas-gas yang tidak mudah terbakar, seperti karbondioksida dan nitrogen. Bahan yang mudah menguap juga merupakan indeks dari kandungan bahan baker bentuk gas didalam batu bara. Rata-rata besar kandungan bahan yang mudah menguap berkisarantara 20 hingga 35%.( UNEP, 2006 ) Bahan yang mudah menguap : 



Berbanding lurus dengan peningkatan panjang nyala api, dan membantu dalam memudahkan penyalaan batu bara.







Mengatur batas minimum pada tinggi dan volume tungku.







Mempengaruhi kebutuhan udara sekunder dana aspek-aspek distribusi.







Mempengaruhi kebutuhan minyak baker sekunder.



c) Kadar abu Kadar abu merupakan kotoran yang tidak akan terbakar. Besar kandungan abu dalam bahan bakar berkisar antara 5% hingga 40%. Sehingga pengaruh adanya abu adalah: 



Mengurangi kapasitas handling dan pembakaran.







Meningkatkan biaya handling.







Mempengaruhi efisiensi pembakaran dan efisiensi boiler.







Menyebabkan penggumpalan dan penyumbatan.



d) Kadar air Biasanya kandungan air yang ada pada batubara terbawa disaat bersamaan pada proses pengangkutan. Pengaruh dari kadar air akan menurunkan kandungan panas per kg batubara, dan kandungannya berkisar antara 0,5 hingga 10%. Pengaruh adanya kadar air adalah:



21 



Meningkatkan kehilangan panas, Karena penguapan dan pemanasan berlebih dari uap.







Membantu pengikatan partikel halus pada tingkatan tertentu.







Membantu radiasi transfer panas.



e) Kadar Sulfur Pada umumnya berkisar pada 0,5hingga 0,8%. Sulfur: 



Mempengaruhi kecenderungan teradinya penggumpalan dan penyumbatan







Mengakibatkan korosi pada cerobong dan peralatan lain seperti pemanas udara dan economizers.







Membatasi suhu gas buang yang keluar.



B. Analisis Ultimate Analsis ultimate



dimaksudkan untuk menentukan macam-



macam kandungan kimia unsur-unsur dalam batubara seperti karbon, hidrogen, oksigen, sulfur, dll. Analisis ini berguna dalam penentuan jumlah udara yang diperlukan untuk pembakaran dan volume serta komposisi gas pembakaran. Informasi ini diperlukan untuk perhitungan suhu nyala dan perancangan saluran gas buang dll. Analisis ultimat untuk berbagai jenis batu bara diberikan dalam di bawah ini: Tabel II-3.Analisis ultimat batubara bituminus di beberapa negara.



Parameter



Batubara India,



Batubara Indonesia,



% 5,98 36,63 41,11 2,76 1,22 0,41 9,89



% 9,43 13,99 58,96 4,16 1,02 0,56 11,88



Kadar Air Bahan Mineral Karbon Hidrogen Nitrogen Sulfur Oksigen ( sumber : UNEP, 2006 )



22 II.6 Pesyaratan Boiler yang Baik Dalam hal ini suatu boiler dikatakan baik harus memenuhi beberapa persyaratan diantaranya ( Maridjo:2005): 1) Menghasilkan jumlah uap yang maksimak dengan bahan bakar yang minimal. 2) Respon fluktuasi beban yang cepat. 3) Waktu penyalaan yang cepat 4) Sambungan harus sedikit dan mudah diinspeksi 5) Lumpur dan deposit tidak terkumpul di tempat-tempat pemanasan 6) Tidak menghabiskan banyak tempat II.7



Pemilihan Boiler 1) Daya yang diperlukan dan tekanan kerja 2) Posisi geografi dari power house ( sumber tenaga ) 3) Ketersediaan bahan bakar dan air. 4) Kemungkinan stasiun permanen. 5) Faktor beban yang mungkin



II.8 Kesetimbangan Energi Boiler Pengkajian kesetimbangan energi pada suatu boiler dapat mengambarkan secara sederhana kandungan-kandungan energi yang terdapat pada suatu sistem penghasil uap dengan beberapa kandungan energi terbuang



Energi yang diberikan bahan bakar + air



Energi Uap Energi yang terbuang ke udara sekitar Energi yang terbuang melalui gas buang Energi gas asap kering Bagan 1 Kesetimbangan Energi Boiler



Energi ke uap air



23 ( sumber : mesin konversi energi )



II.9



Pengkajian Boiler



II.9.1Neraca Massa dan Energi Proses pembakaran dalam boler dapat digambarkan dalam bentuk diagram alir energi. Diagram ini menggambarkan secara grafis tentang bagaimna energi masuk dari bahan bakar, air, dan udara diubah menjadi aliran energi dengan barbagai kegunaan dan menjadi aliran kehilangan kalor dan energi. (UNEP/www.energyefficiencyasia.org, 2006). Neraca panas dapat membantu dalam mengidentifikasi kehilangan panas yang dapat atau tidak dapat dihindari. Uji efisiensi boiler dapat membantu dalam menemukan penyimpangan efisiensi boiler dari efisiensi terbaik dan target area permasalahan untuk tindakan perbaikan. Stack gas Stochiometric Excess Air Un burnt Fuel Input Air Input



Boiler



Water Input



Steam output



Ash and Unburnt part of fuel in ash Blow Down Gambar II-14.Neraca massa danConvection energi boilerand



Radiasion



Neraca massa dan energi merupakan kesimbangan energi total yang masuk boiler terhadap yang meninggalkan boiler dalam bentuk yang berbeda. Gambaran berikut memberikan gambaran berbagai kehilangan yang terjadi untuk pembangkit uap.



B O I



24



L7 = Heat loss by Fly ash L1 = Heat loss due to dry flue gas L2 = Heat loss due to steam in flue gas



FUEL



L3 = Heat loss due to moisture in fuel L4 = Heat loss due to moisture in air L5 = Heat loss due to unburnts in residue L6 = Heat loss due to radiation and other unaccounted loss L8 = Heat loss by bottom ash Gambar II-15 . Kehilangan kalor pada boiler bahan bakar batubara ( sumber : energyefficiencyasia.org)



Kehilangan energi dapat dibagi kedalam kehilangan yang tidak atau dapat dihindarkan. Tujuan dari produksi bensin atau pengkajian energi harus mengurangi kehilangan yang dapat dihindari dengan cara meningkatkan efisiensu energi. Kehilangan berikut dapat dihindari atau dikurangi diantaranya: a. Kehilangan gas cerobong -



Udara berlebih ( diturunkan hingga ke nilai minimum yang tergantung dari teknologi burner, operasi ( kontrol) dan pemeliharaan )



-



Suhu gas buang cerobong ( diturunkan dengan mengoptomal perawatan (pembersihan), beban, burner yang lebih baik dan teknologi boiler)



b. Kehilangan karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam cerobong dan abu (mengoptimalkan operasi dan pemeliharaan teknologi burner yang lebih baik) c. Kehilangan dari blowown ( pengolahan air umpan segar, daur ulang kondensat ) d. Kehilangan kondensat ( memanfaatkan sebanyak mungkin kondensat) e. Kehilangan konveksi dan radiasi ( dikurangi dengan isolasi boiler yang lebih baik)



25 II.9.2 Evaluasi Kinerja Boiler Parameter kinerja boiler seperti efisiensi dan rasio penguapan, berkurang terhadap waktu disebabkan buruknya pembakaran, kotornya permukaan penukar kalor dan buruknya operasi dan pemeliharaan tehadap suatu boiler. Bahkan untuk boileryang baru sekalipun, alasan seperti buruknya kualitan bahan bakar dan kualitas air dapat mengakibatkan buruknya kinerja suatu boiler. (UNEP/www.energyefficiencyasia.org, 2006). Beberapa faktor yang mempengaruhi kinerja boiler sebagai berikut:     



Efisiensi boiler Rasio penguapan/evaporation ratio Pengerakan pada permukaan tranfer panas Perawatan yang kurang baik Kualitas dan kandungan air bahan bakar Uji efisiensi boiler dapat membantu dalam menemukan penyimpangan



efisiensi boiler dari efisiensi terbaik dan target



area permasalahan untuk



tindakan perbaikkan.



II.9.3 Efisiensi boiler Pengujian efisiensi dari boiler dapat didefenisikan sebagai prestasi kerja atau tingkat unjuk kerja boiler atau ketel uap yang didapatkan dari perbandingan antara energi yang dipindahkan ke atau diserap oleh fluida kerja didalam ketel dengan masukan energi kimia dari bahan bakar. Pengujian efisiensi boiler pada tugas akhir ini dilakukan dengan dua metode pengujian yaitu :  Metode langsung ( Direct Method ) yaitu metode yang dilihat dari energi yang didapat dari fluida kerja ( air dan steam) dibandingkan dengan energi yang terkandung dalam bahan bakar boiler.  Metode tidak langsung ( Indirect Method ) merupakan metode perbedaan antara kehilangan dan energi yang masuk ke boiler.



26 II.9.3.1 Metode Langsung (Metode Direct) Serupa dengan yang disebutkan sebelumnya metode ini merupakan pendekatan yang dilakukan dengan mengukur jumlah panas yang terdapat pada uap dan membandingkannya dengan jumlah panas yang diberikan bahan bakar. Metode ini dikenal dengan metode ‘input-output‘. Berdasarkan standar Bureau Of Energy Efficiency India, metode perhitungan efisiensi secara langsung dapat dilihat pada persamaan sebagai berikut:



ƞ boiler=



ṁ steam (h steam−hfeedwater ) ..........................................(2.1) ṁ fuel x GCV fuel



Keterangan:



ƞ boiler



= efisiensi boiler (%)



ṁsteam = laju alir uap (kg/jam) h steam



= entalpi uap ( hg) (kj/kg)



h feedwater = entalpi air umpan (hf) (kj/kg) m fuel



= laju alir bahan bakar (kg/jam)



GCV fuel



= nilai kalor bahan bakar (kj/kg)



Parameter yang dipantau untuk perhitungan efisiensi boiler dengan metode langsung berupa: 



Jumlah steam yang dihasilkan per jam ( ṁsteam ) dalam kg/jam







Jumlah bahan bakar yang digunakan per jam ( ṁfuel ) dalam kg/jam







Tekanan kerja ( kg/cm2 (g)) dan suhu lewat panas (0C) jika ada



27 



Suhu air umpan (0C)







Jenis bahan bakar dan nilai panas kotor bahan bakar (GCV) dalam kkal/kg bahan bakar.



Dimana 



hg - Entalpi steam jenuh dalam kkal/kg steam







hf - Entalpi air umpan dalam kkal/kg air



Keuntungan metode langsung  pekerja pabrik dapat dengan cepat mengevaluasi efisiensi boiler  memerlukan sedikit parameter untuk perhitungan  memerlukan sedikit instrument untuk pemantauan  mudah membandingkan rasio penguapan dengan data benchmark Kerugian metode langsung  tidak memberikan petunjuk kepada operaor tentang penyebab dari efisiensi sistem yang lebih rendah  tidak menghitung berbagai kehilangan yang berpengaruh pada berbagai tingkat efisiensi



II.9.3.2 Metode Tidak Langsung (Metode Indirect) Merupakan pendekatan yang dilakukan untuk mendapatkan nilai efisiensi dengan mengukur jumlah potensial panas bahan bakar dan menguranginya dengan losses yang terdapat pada boiler. Pengujian dengan metode ini tidak akan membuat perubahan signifikan dalam efisiensi. Jika pada efisiensi boiler adalah 90%, kesalahan dari 1% di metode langsung akan mengakibatkan perubahan yang signifikan dalam efisiensi. yaitu 90 ± 0,9 = 89,1-90,9. Dalam metode tidak langsung, 1% kesalahan dalam pengukuran kerugian akan menghasilkan efisiensi = 100 - (10 ± 0,1) = 90 ± 0,1 = 89,9-90,1 Berbagai kerugian panas yang terjadi pada boiler adalah sebagai berikut:



28



Gambar II-16 Kehilangan panas pada boiler ( sumber : Internasional of Advanced Research)



Berdasarkan ASME standar PTC 4-1 tentang Power Test Code For Steam Generating Units. Metode perhitungan efisiensi secara tidak langsung atau metode kehilangan panas dapat dilihat pada persamaan sebagai berikut: ƞ boiler=100−( L 1+ L2+ L 3+ L 4+ L5+ L 6+ L 7+ L 8)..........(2.2) Keterangan



:



ƞ boiler = efisiensi boiler (%) L1



= Rigi-rugi gas buang kering (panas sensible)



L2



= Rugi-rugi steam dalam bahan bakar (H2)



L3



= Rugi-rugi kandungan air bahan bakar (H2O)



L4



= Rugi-rugi kandungan air di udara pembakaran (H2O)



L5



= Rugi-rugi pembakaran tidak sempurna (CO)



L6



= Rugi-rugi radiasi permukaan, konveksi, dan yang tak tehitung lainnya * *kerugian yang tidak signifikan dan sulit diukur



Kerugian berikut berlaku untuk bahan bakar padat pada kondisi : L7



= rugi-rugi karena fly ash



L8



= rugi-rugi karena bottom ash



Kehilangan yang diakibatkan oleh kadar air dalam bahan bakar dan yang disebabkan oleh pembakaran hidrogen tergantung pada bahan bakar, dan tidak



29 dapat dikendalikan oleh perancangan. Data yang diperlukan untuk perhitungan efisiensi boiler dengan menggunakan metode tidak langsung adalah: 



Analisis ultimate bahan bakar (H2, O2, S, C, kadar air, kadar abu)







Persentase oksigen atau CO2 dalam gas buang







Suhu gas buang dalam 0C (Tf)







Suhu ambien dalam 0C (Ta) dan kelembaban udara dalam kg/kg udara kering







GCV bahan bakar dalam kkal/kg







Persentase bahan yang dapat terbakar dalam abu (untuk bahan bakar padat)







GCV abu dalam kkal/kg (untuk bahan bakar padat)



Alasan utama dalam penggunaan metode Indirect dalam perhitungan efisiensi boiler:  Lebih mudah dalam perhitungan kerugian dibandingkan dengan mengukur laju aliran batubara  Mudah untuk memeriksa kerugian terkendali dan tidak terkendali sehingga dapat mencoba untuk mengurangi kerugian yang dapat dikendalikan tersebut  Efisiensi dapat ditingkatkan dengan efek gabungan dari seluruh hal  Lebih akurat dari metode langsung Keuntungan metode tidak langsung -



Dapat diketahui neraca bahan dan energi yang lengkap untuk setiap aliran, yang dapat memudahkan dalam mengidentifikasi opsi-opsi untuk meningkatkan efisiensi boiler.



Kerugian metode tidak langsung -



Perlu waktu lama



-



Memerlukan fasilitas laboratorium untuk analisis



30 Uji efisiensi tidak memperhitungkan: • kerugian Standby. Uji efisiensi harus dilakukan, ketika boiler beroperasi di bawah beban stabil. Oleh karena itu, tes efisiensi pembakaran tidak mengungkapkan



kerugian



standby,



yang



terjadi



antara



interval



penembakan •



kerugian Blow down. Jumlah energi yang terbuang oleh blowdown bervariasi melalui berbagai keadaan.



• Soot blower steam. Jumlah uap yang digunakan oleh soot blower adalah variabel yang tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan. • Peralatan Bantu konsumsi energi. Tes efisiensi pembakaran tidak memperhitungkan penggunaan energi dengan peralatan tambahan, seperti pembakar, fans, dan pompa. Tahapan dalam perhitungan efisiensi boiler dengan metode tidak langsung dapat di gambarkan dalam tahapan berikut: Tahap – 1 . Menghitung kebutuhan udara teoritis



( (



(11,6 x C )+ 34,8 x H 2−



Udara teoritis untuk ¿



O2 +(4,35 x S) ............. (II. 0) 8



))



100



pembakaran sempurna



Tahap – 2 . Menghitung teoritis CO2 %



% CO pada



=



moles of C ......................................... moles N 2 +moles of C



(II. 0) pembakaran sempurna dimana, Moles N2 ¿



Wt o f N 2∈theoritical air Wt of N 2 ∈fuel + mol .Wt of N 2 mol .Wt of N 2



................(II. 0)



31



Tahap – 3 . Menghitung persen kelebihan udara yang dipasok (EA) ¿ 7900 x ¿ ¿ .......................(II. 0)



% suplai udara berlebih



Tahap – 4 . Menghitung massa udara sebernanya yang dipasok (AAS) Massa sebernarnya



¿ ¿) x udara teoritis ............................(II. 0)



Udara suplai Tahap – 5 . Menghitung massa aktual gas buang kering Massa gas buang kering



= massa of CO2 + mass of N2 content in the fuel + Mass of N2 in the combustion air supplied + mass of oxygen in flue gas .....(II. 0)



Tahap – 6 . Menghitung losses yang terjadi pada boiler 



Heat loss karena gas buang kering ( L1 ) Ini merupakan kehilangan terbesar yang dapat dihitung dengan rumus berikut :



L 1=



m ˙ x Cp x (T f −T a ) x 100...................................................(II. 0) GCV batu bara



Keterangan : ṁ



= massa dry flue gas (kg/kg batubara)



Cp



= panas spesifik flue gas = 0,23 kCal/kg0C



Tf



= temperatur flue gas (0C)



Ta



= temperatur ambient (0C)



32 GCV = nilai kalor atas bahan bakar (kkal/kg) Uap air dihasilkan dari kandungan hidrogen dalam bahan bakar, kadar air dalam bahan bakar dan udara selama proses pembakaran. Kerugian akibat dari komponen ini belum termasuk kepada hilangnya gas buang kering karena mereka secara terpisah dihitung sebagai kerugian gas buang basah 



Heat loss karena steam dalam gas buang ( L2 ) Pembakaran hidrogen menyebabkan hilangnya panas karena produk dari pembakaran adalah air. Air ini akan diubah menjadi uap dan akan membawa panas pergi dalam bentuk panas laten



L 2=



9 x H 2 x {584+ Cp ( T f −T a ) } x 100....................................(II. 0) GCV batu bara



Keterangan : H2



= persen massa hydogen dalam 1 kg bahan bakar (kg)



Cp



= panas spesifik superheater = 0,45 kCal/kg 0C



Tf



= temperatur flue gas (0C)



Ta



= temperatur ambient (0C)



GCV = nilai kalor atas bahan bakar (kCal/kg) 9



= konstanta



584



= panas laten sesuai dengan tekanan parsial uap air



 Heat loss karena kandungan air bahan bakar (H2O) ( L3 ) Hilangnya kelembapan ini karena panas sensibel yang membawa uap air pada titik pemanasan, panas laten dari penguapan air yang mendidih, dan panas superheat yang diperlukan dalam membawa uap ini dengan temperatur dari gas buang. Kerugian ini dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :



33



L 3=



M x {584+Cp(T f −T a) x 100.................................... (II. 0) GCV batu bara



Keterangan :







M



= massa embun dalam bahan bakar 1 kg basis (kg)



Cp



= panas spesifik superheater = 0,45 kCal/kg 0C



Tf



= temperatur flue gas (0C)



Ta



= temperatur ambient (0C)



GCV



= nilai kalor atas bahan bakar (kkal/kg)



584



= panas laten sesuai dengan tekanan parsial uap air



Heat loss karena kandungan airdi udara H2O ( L4 ) Uap yang terbentuk karena kelembapan udara yang masuk merupakan superheat saat melewati boiler. Karena panas ini melewati cerobong, maka ini merupakan suatu losses pada boiler. Untuk menghubungkan kerugian ini dengan massa batubara yang dibakar, kandungan kelembapan udara pembakaran dan jumlah udara yang dipasok per satuan massa batubara yang dibakar harus diketahui. Massa uap merupakan kandungan udara yang dapat diperoleh dari grafik psychrometric dan nilai-nilai khas yang termasuk di bawah ini : Tabel II-4 Nilai-nilai khas grafik psychrometric



Dry-bulb



Wet-bulb



Relative Humidity



Temp 0C



Temp 0C



(%)



20 20 30 40



20 14 22 30



100 50 50 50



L 4=



Kilogram water per kilogram dry air (Humidity Factor) 0,016 0,008 0,014 0,024



AAS x humidity factor x C p x (T f −T a) x 100....................... (II. 0) GCV batu bara



34



Keterangan : AAS



= massa udara aktual yang disuplai (kg)



Cp



= panas spesifik superheater (kkal/kg 0C)



Tf



= temperatur flue gas (0C)



Ta



= temperatur ambient ( dry-bulb) (0C)



GCV



= nilai kalor atas bahan bakar (kkal/kg)



Humidity faktor = massa air yang terkandung dalam setiap kilogram udara kering (kg) 



Heat loss karena pembakaran tidak sempurna ( L5 ) Rugi-rugi ini disebabkan oleh bahan yang tidak terbakar dalam residu. Hasil pembentukan dari pembakaran tidak sempurna bisa dicampur dengan oksigen dan dibakar kembali dengan keluaran lebih lanjut dari energi seperti gas buang boiler. produk boiler termasuk CO, H 2, dan berbagai hidrokarbon merupakan satu-satunya gas hasil konsentrasi yang dapat ditentukan dalam suatu tes pabrik boiler.



L 5=



%CO x C 5744 x 100 ............................(II. 0) %CO+ %CO2 GCV batubara



Ketika CO dalam ppm selama analisis gas buang L5 = CO (in ppm) x 10-6 x Mf x 28 x 5744........................(II. 0) Keterangan : CO



= volume CO di flue gas yang meninggalkan ekonomizer



CO2



= volume CO2 aktual di flue gas



C



= kandungan karbon dalam kg batubara (kg)



GCV



= nilai kalor atas bahan bakar (kCal/kg)



Mf



= konsumsi bahan bakar (kg/h)



 Heat loss karena radiasi permukaan, konveksi, dan yang tak terhitung ( L6 )



35 Kehilangan panas yang disebabkan oleh radiasi dan konveksi aktual sulit dikaji sebab daya emisifitas permukaan yang beraneka ragam, kemiringan, pola aliran udara dan sebagainya. Pada boiler biasanya kerugian permukaan dan kerugian lain yang tidak terhitung diasumsikan berdasarkan jenis dan ukuran boiler yang relatif kecil. Untuk kerugian akibat rasiasi dn konveksi boiler jenis CFB dapat dilihat dari tabel dibawah ini Tabel II-5 Kehilangan panas radiasi dan konveksi boiler CFB



Namun dapat dilakukan perhitungan jika area permukaan boiler dan suhu permukaan boiler diketahui , maka kita dapat menggunakan seperti rumus di bawah ini :



L 6=0,548 x



Ts 4 Ta − 55,55 55,55



4



[( ) ( ) ]



+1,957 x ( T s−T a )1,25 x √ of



[



196,85 V m +68,9 68,9



]



0)







Heat loss karena fly ash dan bottom ash Beberapa karbon akan tertinggal dalam abu, ini merupakan potensi kehilangan panas dalam bahan bakar. Untuk menentukan besar kerugian panas pada tahap ini, maka sampel abu harus dilakukan analisis terhadap



....(II.



36 kandungan karbonnya. Kuantitas abu yang dihasilkan per unit bahan bakar juga harus diketahui.  Rugi-rugi karena abu terbang (fly ash) (%) L 7=



total abu per kg bahan bakar terbakar t x GCV of fly ash x 100............... (II. 0) GCV batu bara



 Rugi-rugi karena abu dasar (bottom ash) % L 8=



total abu per kg bahan bakar terbakar t x GCV of bottom ash x 100 .......... (II. 0) GCV batu bara Beberapa keunggulan dalam menggunakan metode Indirect dalam



pengujian kinerja boiler ini yaitu: 



Akurasi dari pendekatan yang cukup baik. Ketelitian alat ukur memiliki pengaru cukup kecil terhadap nilai dari efisiensi.







Pendekatan ini tidak hanya mengukur efisiensi tetapi juga mengukur besarnya losses yang terjadi pada boiler.







Dapat diketahui neraca bahan dan energi yang lengkap untuk setiap aliran, yang dapat memudahkan dalam mengidentifikasi opsi-opsi untuk meningkatkan efisiensi boiler.



Kerugian dari metode Indirect dalam pengujian kinerja boiler yaitu : 



Memerlukan waktu lama







Memerlukan fasilitas laboratorium untuk analisis



II.9.4 Rasio Evaporasi Rasio evaporasi boiler didefinisikan sebagai kilogram steam generator per kilogram konsumsi bahan bakar



rasio evaporasi=



Quantity of steam generation ....................................(II. 0) Quantity of fuel generator



Keterangan Quantity of steam generation



: massa steam (kg)



Quantity of fuel generator



: massa konsumsi bahan



37 bakar (kg)



BAB III DESKRIPSI OBJEK



III.1 Pembangkit Listrik Tenaga Uap PT.Sentra Usahatama Jaya Pembangkit Listrik Tenaga Uap di PT. Sentra Usahatama Jaya memiliki kapasitas total terpasang sebesar 22 MW dengan total 5 unit boiler dan 4 unit turbin. Boiler pada sistem pembangkit PT. Sentra Usahatama Jaya berfungsi untuk menghasilkan energi uap dan mendukung kebutuhan proses produksi gula . Uap yang dihasilkan oleh kelima unit boiler



ditampung dahulu kedalam header



sebelum dialirkan ke masing-masing turbin. Hal ini bertujuan untuk membuat tekanan uap yang masuk kedalam turbin relatif sama. Terdapat 2 jenis turbin yang digunakan pada sistem PLTU di PT. Sentra Usahatama Jaya yaitu dengan 3 unit turbin back pressure dan 1 unit turbin ekstrasing. Back pressure turbin merupakan turbin dengan tekanan akhir di atas tekanan atmosfir dengan uap keluaran yang akan didistribusikan untuk kebutuhan proses, sedangkan untuk ekstrasing turbin merupakan turbin dengan 2 keluaran yaitu exhaust pressure dan extraction pressure, dimana keluran exhaust ini nantinya digunakan sebagai air pengisi boiler sedangkan extraction pressure digunakan untuk kebutuhan proses di dalam pabrik. Listrik yang dihasilkan oleh sistem PLTU ini akan digunakan untuk menjalankan peralatan yang ada pada proses produksi dan sebagian di gunakan oleh ke PT . Pundi yang berada di sebelah kawasan PT . Sentra Usahatama Jaya.



Gambar III-17 Siklus sistem PLTU PT.Sentra Usahatama Jaya



2 III.2 Boiler di PT.Sentra Usahatama Jaya PT.Sentra Usahatama Jaya menggunakan uap panas pada proses pembuatan gula yang dibangkitkan oleh oleh steam boiler yang ada pada unit power plant. Boiler yang digunakan merupakan boiler jenis Water Tube Boiler dengan tipe Circulating Fluidized Bed (CFB) yang terdiri dari 5 unit dengan kapasitas berbeda serta menggunakan boiler dari merk yang sama yaitu Boiler Weltes CFB. 3.2.1. Spesifikasi Boiler di PT.Sentra Usahatama Jaya Dari kelima unit boiler yang ada pada PT.Sentra Usahatama Jaya, beberapa diantaranya memiliki spesifikasi yang sama diantaranya boiler 1 dan 2 dengan kapasitas uap 30 ton/jam, boiler 3 dan 4 dengan kapasitas uap 40 ton/jam serta boiler 5 dengan kapasitas uap yang paling besar yaitu 75 ton/jam. Untuk detail spesifikasi dari boiler PT.Sentra Usahatama Jaya dapat digambarkan dalam tabel dibawah sebagai berikut: Tabel III-6 Spesifikasi boiler unit 1 dan 2 di PT.Sentra Usahatama Jaya



Pabrik pembuatanPT.WELTES ENERGI NUSANTARA Tempat pembuatan Gresik, Jawa Timur Tahun pembuatan 2004 Water Tube Boiler / WWT-3040-SHType/model CFB-A Merk WELTES Nomor seri Boiler 1 dan 2, W-42A/03 Tekanan Desain 40,0 kg/cm2 Tekanan operasinal 36,0 kg/cm2 Kapasitas uap 30 ton/jam Luas pemanasan 960 m2 Volume 14,63 m3 Temperatur 350 0C Efisiensi 95 %



3



Tabel III-7 Spesifikasi boiler unit 3 dan 4 di PT.Sentra Usahatama Jaya



Pabrik pembuatan PT.WELTES ENERGI NUSANTARA Tempat pembuatan Gresik, Jawa Timur Tahun pembuatan 2006 boiler 3, 2010 boiler 4 Type/model



Water Tube Boiler / WWT-4040SH-CFB-A



Merk Nomor seri Tekanan Desain Tekanan operasinal Kapasitas uap Luas pemanasan Volume Temperatur Efisiensi



WELTES Boiler 3 dan 4, W-42A/03 40,0 kg/cm2 38,0 kg/cm2 40 ton/jam 1330 m2 14,65 m3 350 0C 95 %



Tabel III-8 Spesifikasi boiler 5 di PT.Sentra Usahatama Jaya



Pabrik pembuatan PT.WELTES ENERGI NUSANTARA Tempat pembuatan Gresik, Jawa Timur Tahun pembuatan 2009 Water Tube Boiler / WWT-7540Type/model 400-CFB Merk WELTES Nomor seri Boiler 5, W-42A/03 Tekanan Desain 40,0 kg/cm2 Tekanan operasinal 38,0 kg/cm2 Kapasitas uap 75 ton/jam Luas pemanasan 2500 m2 Volume 14,63 m3 Temperatur 400 0C Efisiensi 95 % 3.2.2. Boiler CFB Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, boiler yang digunakan pada PT.Sentra Usahatama Jaya merupakan jenis boiler CFB ( Circulating Fluidized Bed). Boiler ini merupakan jenis pengembangan boiler terbaru dari boiler jenis



4 fluidized Bed yang lebih ekonomis. dimana pengertian Circulating yaitu pemakaran kembali batubara yang belum terbakar saat pembakaran di dalam furnace dan ikut terbawa bersama flue gas yang mengalir menuju cyclone. Batubara tersebut kemudian masuk ke sealpot dan dikembalikan ke dalam furnace sehingga didapatkan pembakaran yang lebih sempurna. Dan untuk pengertian Fluidized yaitu terdapat penghembusan Udara Primary dan Secondary dari P.A Fan dan S.A Fan untuk menjaga agar material batubara tetap melayang didalam Furnace. Serta Bed merupakan partikel-partikel kecil seperti Pasir Kuarsa, Bottom Ash yang digunakan sebagai media awal transfer panas pada proses pembakaran. CFB boiler memiliki beberapa keuntungan diantaranya: a) Fleksibilitas bahan bakar Fleksibilitas bahan bakar merupakan hal yang paling menarik untuk boiler CFB terutama dalam pasar bahan bakar. Hal ini lah yang mendorong penggunaan jenis boiler CFB dalam dunia industri termasuk PT.Sentra Usahatama



Jaya.



Pencampuran



bahan



bakar



yang



baik



dapat



memungkinkan tungku CFB untuk membakar apapun dengan nilai kalor yang cukup untuk menaikkan udara pembakaran dan bahan bakar itu sendiri di atas suhu pengapiannya. b) Tingginya efisiensi pembakaran Efisiensi pembakaran pada CFB boiler lebih besar di bandingkan dengan boiler jenis BFB (Bubbling Fluidized Bed ). Hal ini umumnya berada dalam kisaran 99,5 – 98 %. Beberapa hal yang menyebabkan tingginya efisiensi tingkat pembakaran dari boiler CFB seperti baiknya pencampuran gas dan padatan, tingakat pembakaran yang tinggi terutama untuk partikel kasar serta resirkulasi berkelanjutan dari partikel karbon yang tidak terbakar ke dasar tungku. c) Penghilangan kandungan sulfur Suatu jenis boiler CFB dapat menangkap hampir 90% dari sulfur dioksida dengan hanya 1,5-2,5 kali jumlah stoikiometri sorben, d) Kandungan emisi NOx rendah



5 Kandungan NOx yang rendah ini merupakan akibat langsung dari suhu pembakaran yang rendah



Gambar III-18 Boiler weltes CFB PT.SUJ ( sumber: dokumenasi pribadi )



Pada boiler CFB PT.SUJ terdapat 3 bagian utama yaitu: 1) Furnace yang berfungsi sebagai tempat terjadinya pembakaran bahan bakar 2) Cyclone yang berfungsi untuk memisahkan batubara yang belum terbakar (fly ash dan bottom ash) dengan abu sisa pembakaran serta material bed dan mengembalikannya ke dalam furnace. Komponen utama dari cyclone yaitu berupa Cyclone, sealpot, seal pot duct. 3) Backpass yang berfungsi sebagai ruang pemanfaatan kalor yang terdapat dalam flue gas. Komponen utama dari backpass yaitu berupa superheater, ekonomizer, dan air heater.



6 Gambar III-19 Bagian utama boiler CFB



( sumber : Academia.edu ) III.3 Komponen boiler CFB di PT.Sentra Usahatama Jaya III.3.1



Komponen Utama



A. Ruang bakar (furnace) Furnace adalah ruang yang digunakan dalam pembakaran bahan bakar, yang mana akan memanaskan air didalam pipa yang akan mengubah air menjadi uap. Didalam Furnace juga terdapat nozzle yang berfungsi untuk menghembuskan udara primer dari PA Fan serta menjaga agar bed material



tetap



melayang



didalam



furnace



yang



bertujuan



untuk



memanaskan air. Disekeliling furnace adalah pipa-pipa ( tube ) air ketel yang menempel pada dinding furnace yang akan menerima panas dari pembakaran yang terjadi didalam furnace Tabel III-9 Spesifikasi furnace :



Material



STB 340S-H / ST 35,8 GS.1



Panjang



4500 mm



Lebar



4025 mm



Tinggi



15.580 mm



7 Gambar III-20 Ruang pembakaran ( sumber : Dokumentasi pribasi )



B. Cyclone Cyclone merupakan ruang pemisah antara flue gas dan batubara yang belum habis terbakar berdasarkan berat jenisnya, batu bara akan jatuh menuju selpot yang akan dimasukan lagi ke dalam furnace untuk dilakkukan pembakaran kembali. Sedangkan flue gas akan dihisap oleh ID Fan melalui Vortex Vendor yang akan menuju ke superheater, yang akan dimanfaatkan panasnya untuk memanaskan uap keluaran furnace. Cara kerja dari cyclone yaitu dengan memisahkan antara batu bara hasil pembakaran yang masuk ke dalam barrel pada sudut tertentu yang akan menimbulkan putaran. Akibat dari putaran ini akan menimbulkan gaya sentrifugal yang akan memisahkan antara fly ash dan bottom ash. Aliran udara berputar (turbulen) berasal dari Fluidizing air blower (FAB) pada cyclone berfungsi untuk melindungi dinding cyclone pada bagian Expansion Bellow agar batu bara yang belum habis terbaka dan pasir yang jatuh tidak mengenai atau menempel pada bagian expansion bellow pada dinding cyclone. Untuk Cyclone pada boiler 1,2,3,4 memiliki masing-masing satu Cyclone, berbeda dengan boiler 5 yang memilki dua buah cyclone.



Gambar III-21 Cyclone ( Sumber : Dokumentasi Pribasi )



8 C. Steam Drum Steam drum merupakan bejana penampungan siklus pemanasan air dalam boiler, yang digunakan untuk pemisahan wujud fluida antara air dan steam yang berasal dari pipa penguapan. Uap jenuh dikirim dari drum ke superheater untuk dilakukan pemanasan sehingga menjadi uap kering. Air yang telah dipisahkan pada drum dan bercampur dengan air yang di suplai oleh BFWP kemudian disirkulasikan kembali ke down comer. Hal yang harus di perhatikan bahwa air yang terpisalkan sebelumnya harus tersirkulasi tanpa gelembung udara untuk memperoleh head pompa yang maksimum untuk efect sirkulasi yang alami.



Gambar III-22 Steam drum ( Sumber : Dokumentasi Pribadi )



9 D. Superheater Superheater berfungsi sebagai pemanasan ulang dari output steam drum dengan menggunakan media flue gas ( gas panas hasil pembakaran ) secara radiasi dan konveksi. Perpindahan panas secara radiasi yaitu perpindahan panas dari flue gas ke dinding superheater. Secara konveksi yaitu perpindahan panas dari dinding pipa ke steam dalam pipa.



Gambar III-23 Superheater ( Sumber : Dokumentasi Pribadi )



E. Ekonomizer Merupakan alat mekanis untuk mengurangi konsumsi energi. Di ekonomiser terjadi pemanasan awal dari boiler Feed Water Pump sebelum masuk ke dalam boiler. Pada PT.SUJ ekonomiser berfungsi untuk menaikkan temperatur air sebelum masuk ke steam drum dari sekitar 70 0C menjadi 105 0



C dengan menggunakan media flue gas. Dengan adanya sistem pemanfaatan



panas dari gas buang ini akan meningkatkan kinerja boiler sehingga akan berpengaruh pada efisieni boiler yang semakin baik dengan berkurangnya bahan bakar yang digunakan.



10



Gambar III-24 Ekonomiser ( Sumber : Dokumentasi Pribadi )



F. Air pre heater (APH) APH berfungsi sebagai pemanasan awal udara, baik primary and secondary air



sehingga pembakaran pada boiler dapat bekerja secara



optimal. Prinsip kerja APH yaitu pas panas sisa pemabakaran (flue gas) dari ruang bakar keluar melewati APH dan akan memanaskan permukaan elemen APH. Outlet dari APH terbagi menjadi 2 yaitu : 



Secondary air yang di suplai langsung ke ruang bakar untuk membantu kebutuhan akan oksigen pembakaran. Suplai air ini menggunakan Force Draft Fan (FD Fan)







Campuran antara hot air dan cold air yang berfungsi dalam mengeringkan batu bara dan dengan bantuan tekanan udara dari PA fan mendorong batubara sampai ke dalam ruang pembakaran. Untuk suplai Air disini menggunakan Primary Air Fan (PA Fan)



Spesifikasi pre heater PT.SUJ : Tabel III-10 Spesifikasi water tube



Material spec



STB 340S - / ST 35-8 GR.1



Panjang



5860 – 6000 mm



Diameter luar



60,3 mm



Tebal



2.9 mm



Jumlah



110 buah Tabel III-11 Spesifikasi material



11



Panjang



A – 106 seamless sch.80



Diameter luar



3800 - -5462 mm



Tebal plat



8,6 mm



III.3.2



Komponen Penunjang



1) Waterwall Waterwall merupakan dinding boiler yang berupa deretan pipa-pipa tegak yang mengelilingi ruang bakar sebagai tempat terjadinya pemanasan air boiler. Pipa waterwall sendiri memiliki diameter yang kecil dan sangat panjang. Pipa waterwall sendiri akan dialiri air yang berasal dari drum dan akan dipanaskan oleh boiler sehingga air yang terdapat dalam water wall akan mengalami perubahan fasa dari cair menjadi uap saturated. Fungsi dari waterwall adalah sebagai berikut:  Untuk mengabsorsikan panas radiasi dari furnace ( ruang bakar )  Untuk



mengurangi



temperatur



dinding



furnace



pembakaran.



Tabel III-12 Spesifikasi waterwall :



Material



STB 340S-H / ST 35,8 GS.1



Diameter luar



76,2 mm



Tebal pipa



5,0 mm



Jumlah pipa



127 buah



Panjang



15000-18000 mm



dari



panas



12 2) Daerator Daerator pada PT.Sentra Usahatama Jaya berfungsi sebagai pemanas air umpan sebelum masuk ke boiler. Air yang berasal dari condensat tank dialirkan langsung menuju daerator dengan temperatur air berkisar 44 0C, didalam daerator terjadi proses pemanasan dari exhaust turbin yang menyebabkan temperatur naik hingga 20 0C . Untuk



PT.SUJ sendiri



memiliki 3 daerator untuk tiap-tiap kapasitas boiler yang berbeda, daerator 1 berfungsi untuk mensuplai kebutuhan air boiler 1 dan 2 dan untuk daerator 2 berfungsi dalam mensuplai kebutuhan air boiler 3 dan 4 sedangkan daerator 3 hanya mensuplai kebutuhan air hanya untuk boiler 5 yang berasal dari condensat tank 600 m3



Gambar III-25 Daerator ( Sumber : Dokumentasi Pribadi )



3) FD Fan (Force Draft Fan) FD Fan menghasilkan udara sekunder (Secondary Air) yang akan di alirkan ke dalam boiler untuk pencampuran udara dan bahan bakar yang sekanjutnya digunakan sebagai udara pembakaran pada furnace boiler. Udara yang di produksi oleh FD Fan diambil dari udara lingkungan. Dimana sebelum proses pembakaran batubara berlangsung udara tersebut dinaikkan temperaturnya oleh air preheater agar pembakaran bisa terjadi di oiler secara sempurna.



13 4) PA Fan (Primary Air Fan) Merupanakn udara pembakaran yang dihasilkan dari FD Fan. PA Fan berfungsi untuk menghasilkan tekanan yang diperlukan untuk mendorong serbu batu bara dari coal mill menuju ruang bakar. 5) ID Fan ( Induced Draft Fan ) Gas hasil pembakaran ditarik keluar dengan kipas hisap paksa. ID Fan untuk mempertahankan kevakuman udara di boiler karena digunakan untuk menghisap gas dan abu sisa pembakaran pada boiler yang selanjtnya dibuang melalui stack. 6) ESP ( Electro Static Precipitator ) ESP berfungsi sebagai penghilang debu pada gas buang. Prinsip kerjanya adalah debu yang merupakan ion positif (+) ditangkap oleh lepengan yang bermuatan negatif (-) kemudian setelah menumpuk dipukul sehingga akan jatuh ke bawah penampungan kemudian di distribusikan menuju fly ash silo.



Gambar III-26 ESP ( Sumber : Dokumentasi Pribadi )



7) Stack Cerobong merupakan peralatan pembuangan gas sisa pembakaran ke udara bebas namun setelah melewati berbaga proses sehingga aman untuk lingkungan.



14



Gambar III-27 Stack ( Sumber : Dokumentasi Pribadi )



III.4 Pembakaran Boiler PT . Sentra Usahatama Jaya 3.4.1. Bahan bakar Bahan bakar sebagai salah satu komponen utama dalam sistem pembakaran boiler di PT. Sentra Usahatama Jaya menggunakan bahan bakar batubara jenis sub-bituminous. Batubara subbituminus ini merupakan jenis batubara yang mengandung sedikit karbon dan berada di antara jenis lignite dan jenis bituminous. Secara fisik jenis batubara ini memiliki ciri-ciri warna coklat gelap cendrung hitam dan memiliki kandungan kelembapan yang lebih rendah dari jenis lignite ,sehingga sangat cocok dalam penggunaan sebagai bahan bakar pembangkit listrik tenaga uap. Nilai kalor dan analisa lain dari batubara yang yang digunakan oleh boiler PT . Sentra Usahatama Jaya dapat dilihat pada tabel di bawah ini sebagai berikut: Tabel III-13 Analisis ultimate dan proksimate batubata PT . Sentra Usahatama Jaya



Parameters



Unit



Result



PROKSIMATE ANALYSIS Total moisture



%



46,47



15



Moisture in the sample



%



11,89



Ash Content



%



5,46



Total sulphur



%



0,69



Gross Calorific Value



Kkal/Kg



3453



ULTIMATE ANALYSIS Carbon



%



60,39



Hydrogen



%



4,24



Nitrogen



%



1,02



Oxygen by difference



%



28,20



3.4.2. Sistem pembakaran boiler CFB Pembakaran bahan bakar dalam CFB boiler berlangsung dalam ruang pembakaran vertikal. Bahan bakar yang telah dihancurkan menjadi bagian yang lebih kecil dimasukkan ke dalam sistem dan di bakar pada suhu relatif rendah sekitar 500 0C. material bed (pasir) dalam ruang bakar terutama abu pembakaran memiliki ukuran partikel kisaran 50-300 mikron. Material bed di di hembuskan oleh udara utama yang telah dipanaskan melalui nozel udara di bagian bawah material bed, dan dengan gas buang yang dihasilkan selama proses pembakaran. Udara dan gas mengalir ke atas dengan kecepatan relatif tinggi mengisi seluruh ruang bakar dengan padatan tersuspensi dan membawa mereka ke cyclone dimana material bed dipisahkan dari gas sisa pembakaran. Didalam cyclone, flue gas dan fly ash terpisah dari material bed. Material bed berputar menuju cyclone outlet cone dengan bantuan udara dari fluidizing air blower menuju seal pot dan di injeksikan kembali melalui seal pot return duct. Sedangkan flue gas di teruskan ke area back pass kemudian di alirkan ke ESP dan keluar sebagai gas buang pada cerobong III.5 Metodelogi Penelitian Penelitian objek tugas akhir ini dilakukan di Pabrik gula Rafinasi PT . Sentra Usahatama Jaya Cilegon Provinsi Banten Jawa Barat. Waktu pelaksanaan Tugas Akhir ini dilaksanakan dari Desember 2016 sampai Juli



16 2017. Sementara peralatan penelitian yang digunakan untuk pengambilan data pada objek tugas akhir ini terdiri dari boiler yang ada pada PT . Sentra Usahatama Jaya. Metodologi Penyelesaian masalah



yang akan dilakukan pada



pelaksanaan tugas akhir diantaranya sebagai berikut : a.



Identifikasi Masalah Langkah awal untuk menentukan masalah apa yang akan di bahas dalam penelitian tugas akhir yang berhubungan dengan boiler yang ada pada PT.Sentra Usahatama Jaya



b.



Studi Literatur Metode pengumpulan data dengan cara pengumpulan data-data yang berasal dari berbagai referensi yang beraitan dengan topik yang dibahas



c.



Studi Lapangan Metode pengambilan data yang dilakukan



diawali dengan



mendapatkan informasi mengenai boiler yang ada pada PT . Sentra Usahatama Jaya dilakukan dengan pengumpulan data yang diperlukan untuk perhitungan kinerja dari masing-masing boiler yang ada. Data dicatat dengan pengamatan langsung dari kontrol panel. Pencatatan data kinerja dari boiler dilakukan setiap jam selama 24 jam. d.



Analisa Melakukan analisa dari data-data kinerja yang diperoleh dari hasil pengamatan dan pengukuran yang di dapatkan pada boiler PT . Sentra Usahatama Jaya.



e.



Diskusi dan Bimbingan Melakukan tanya jawab dan diskusi dengan pembimbing dan staf pengajar yang berkaitan dengan kinerja boiler dalam penyelesaian objek tugas akhir. Untuk tahapan secara rinci yang dilakukan dalam penyelesaian



pelaksanaan tugas akhir ini dapat dilihat pada diagram block penelitian tugas akhir di bawah ini sebagai berikut:



17



Mulai



pecarian referensi mengenai kinerja bioler



Studi Literatur



Tujuan Penelitian



Identifikasi Masalah



Pengumpulan Data



Evaluasi Tidak



Data Sesuai



Data Historisis Boiler Data Specification Boiler Data Maintenance boiler



Ya Analisa Data : Perhitungan efisiensi boiler pada PT.SUJ



Perhitungan rasio evaporasi boiler



Kesimpulan



Selesai



Gambar IV.1 Diagram Blok Penelitian Tugas Akhir



18 III.6 Parameter Pengukuran dan Pengujian Untuk mengetahui kinerja boiler maka harus dilakukan pengambilan atau pengukuran terhadap parameter-parameter yang berkaitan dengan kinerja boiler. gambar dibawah ini merupakan gambar titik pengukuran pada pengambilan data untuk mengetahui parameter-parameter pengujian kinerja boiler. 2 1 3 STEAM DRUM



SECONDARY SUPERHEATER PRIMARY SUPERHEATER 4



8



5 EKONOMIZER FURNACE



7



12



9



6 AIR PREHEATER



Uap (steam)



:



Air



:



Udara



:



Flue Gas



:



10



11



Bahan Bakar : Gambar III-28 Titik-titik Pengukuran parameter pengujian kinerja boiler



Parameter yang diambil atau diukur adalah sebagai berikut: a) Metode Direct Pada perhitungan metode direct , parameter-parameter yang dilakukan pengukuran diantaranya sebagai berikut:



19 



Pressure steam superheat boiler keluaran superheater (titik 3)







Temperatur steam superheat boiler keluaran superheater (titik 3)







Temperatur feed water boiler masukan ekonomiser (titik 8)







Mass flow steam superheat yang dihasilkan boiler (titik 3)







Mass flow bahan bakar batu bara yang digunakan (titik 12)







Nilai Gross Calorific Value (GCV) batu bara







Data spesifikasi boiler berupa kapasitas boiler , type boiler dan jenis bahan bakar batu bara yang digunakan



b) Metode Indirect Pada



perhitungan



metode



indirect,



parameter-parameter



yang



dilakukan pengukuran diantaranya sebagai berikut:







Analisis Ultimate batu bara boiler berupa carbon content, hydrogen content, nitrogen content, oxygen content







Analisis Proksimate batubara berupa moisture analisys, ash content, total sulphur







Temperatur Flue gas pada keluaran furnace (titik 2)







Dry bulb dan wet bulb temperatur dari temperatur lingkungan







Temperatur flue gas pada keluaran air pre heater (titik 11)







Mass flow batubara yang digunakan (titik 12)







Temperatur permukaan boiler







Data spesifikasi boiler berupa area heat transfer boiler, kapasitas boiler, type boiler



dan jenis bahan bakar batu bara yang



digunakan. 



temperatur steam superheat boiler keluaran superheater (titik 3)







pressure steam superheat boiler keluaran superheater (titik 3)







mass flow steam yang dihasilkan boiler (titik 3)







temperatur feed water boiler masukan ekonomiser (titik 8)







analisis Flue gas berupa %CO2 pada flue gas







kecepatan angin di sekitar boiler







nilai Gross Calorific Value (GCV) batu bara



20 III.7 Pengambilan Data Pengambilan data untuk parameter-parameter kinerja boiler didasarkan pada kebutuhan data metode direct dan indirect diantaranya sebagai barikut: a) Metode direct Pengambilan data untuk parameter metode direct dilakukan setiap jam selama 24 jam dalam kurun waktu 1 bulan. Pengukuran parameter kinerja boiler ini dilakukan selama bulan januari dari tanggal 5 januari 2017 sampai 30 januari 2017. Dari setiap data yang diperoleh setiap harinya selama 24 jam waktu operasi kemudian dirata-ratakan sebagai data aktual kinerja boiler dalam 1 hari. Parameter-parameter metode direct diambil dengan dilakukan pencatatan langsung dari kontrol panel yang ada pada control room boiler unit power plant PT.Sentra Usahatama Jaya. Parameter-parameter tersebut dapat dilihat dari tabel dibawah ini sebagai berikut: Tabel III-14 Tabel parameter pengukuran metode direct



Steam



Feed Water



N o Tem perat ur ( 0 C) 1.



b) Metode indirect



Pr es su re (b ar)



flo w rat e (kg /ja m)



Tem perat ur ( 0 C)



flo w rate (kg/ jam )



Flo w rat e of Fu el (kg /ja m)



GC V of Fue l (Kc al/k g)



21 Pengambilan data parameter metode indirect dilakukan hanya pada salah satu pengukuran pada bulan januari 2017. Parameter-parameter metode Indirect didapatkan dari beberapa metode berupa pencatatan langsung dari kontrol panel pada ruang control room unit power plant PT.Sentra Usahatama Jaya,



analisa flue gas dan batubara dari bagian laboratorium PT.Sentra



Usahatama Jaya, dan temperatur lingkungan yang dilakukan pengukuran di area sekitar boiler. Parameter-parameter metode indirect diatas dapat dilihat pada tabel dibawah ini sebagai berikut



Tabel III-15 tabel pengukuran metode Indirect



Ambient air No



Dry bulb temperatur ( 0C )



Steam



Wet bulb teperatur (0C )



Temperatur (0C)



Flow rate fuel (kg/jam)



Feed water



Pressure (bar)



Flow rate (kg/jam)



Temperatur (0C)



Wind velocity boiler



Flow rate (kg/jam)



1



Surface temperatur boiler



Analisis Fuel gas Temperatur flue gas (0C)



% CO2



Moisture in coal



Ash content



Carbon content



Hydrogen content



Nitogen content



Sulphur content



Oxygen content



GCV of fuel



BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN



IV.1



Pengolahan Data



IV.1.1



Data Awal Metode direct Pengolahan data terhadap kinerja boiler unit 3 PT.SUJ dengan



menggunakan metode direct dilakukan selama kurun waktu bulan januari 2017 dengan beberapa kondisi beban berbeda mengacu pada kapasitas beban boiler yaitu 50 %, 55%, 60%, 65 %, 70,8 % dan 100 %. Kondisi beban 100% merupakan kondisi beban nominal boiler sedangkan beban 50%, 55%, 60%, 65% dan 71% merupakan kondisi beban operasi. Berikut ini merupakan data awal parameter operasi boiler yang ditampilkan dalam tabel 4.1 sebagai berikut: Tabel IV-16 Data parameter untuk kondisi beban berbeda Metode Direct



Parameter No



Nilai



Deskripsi



Satuan



Simbol



Ket



1 Load/Beban Jumlah uap yang 2 dihasilkan



%



-



Data



kg/hari



ṁsteam



Data



481000 523000



585000 624000 680000,00 960000



3 Temperatur Steam



C



Tsteam



Data



306,99



305,49



310,98



325,74



397,85



380



4 Tekanan Steam Temperatur Feed 5 Water Jumlah bahan bakar 6 yang digunakan 7 Entalpi Steam



Bar



Psteam



Data



31,63



30,86



32,94



32,64



32,92



38



C



Tfeedwater



Data



80,08



80,04



73,88



72,88



70,79



90



kg/hari



ṁfuel



Data



166000 175000



210000 208000



196000



156362,9



kj/kg



hsteam Steam tabel 3007,06 3005,53



3013,4 3050,99 3072,95



3097,97



kj/kg



hfeedwater Steam tabel 335,366 335,19



309,31 305,124



296,40



377,04



GCVfuel



3453



3453



4200



8 Entalpi Feed Water Nilai Kalor bahan 9 bakar



kCal/kg



Data



50



3453



55



60



3453



65



3453



70,8



100



( sumber : Control Room Power Plant PT.Sentra Usahatama Jaya )



1



Tabel IV-17 Data awal pengukuran metode direct selama bulan Januari 2017 date



temperature (C)



Steam pressure (bar)



5 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30



312,288 307,554 298,958 300,743 306,988 310,121 305,488 307,988 302,750 301,000 298,638 429,329 314,096 310,983 325,742 330,346 328,058 341,596 343,054 344,338 333,642 462,063 331,750 327,958



32,146 31,983 32,158 31,908 31,629 44,308 30,858 32,333 31,693 32,811 32,738 32,638 32,975 32,938 32,638 32,929 32,642 43,517 32,763 32,733 33,300 32,542 32,988 32,708



326,938



33,326



rata-rata



Water



Coal GCV (kj/kg)



entalpy steam (Kj/kg)



entalpy feed water (Kj/kg)



Load (%)



203000



14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01



3018,916 3007,438 2984,763 2990,314 3007,061 3013,992 3005,531 3007,543 2995,771 2984,203 2982,130 3015,998 3021,172 3013,400 3050,990 3061,800 3056,859 3090,503 3098,622 3096,140 3068,930 3076,960 3065,110 2934,652



242,461 321,584 300,054 313,169 335,366 332,568 335,192 351,215 312,730 375,262 402,837 308,517 309,557 309,311 305,124 309,313 316,305 267,763 264,791 263,047 290,108 302,688 297,273 314,214



50,83 51,15 45,94 44,69 50,10 52,81 54,48 52,29 50,63 53,02 27,60 52,92 59,06 60,94 65,00 63,23 62,81 63,02 64,90 66,15 70,94 70,73 71,88 69,79



4592250



14457,01



flow (kg/hari)



temperature (C)



flow (kg/hari)



flow (kg/hari)



488000 491000 441000 429000 481000 507000 523000 502000 488000 509000 265000 508000 567000



57,917 76,792 71,667 74,792 80,083 79,417 80,042 82,667 74,688 89,583 96,125 73,667 73,750 73,875 72,875 73,875 75,542 63,917 63,250 62,833 69,292 72,292 70,750 75,042



512000 560000 469000 460000 501000 531000 546000 529000 512000 538000 279000 522000 586000 609000 673000 630000 627000 622000 650000 659000 702000 713000 690000 670000



139000 155000 153000 146000 166000 166000 175000 166000 164000 167000 77250 175000 181000 210000 208000 209000 213000 216000 225000 221000 190000 202000



585000 624000 607000 603000 605000



623000 635000 681000 679000 690000 670000



14157000



73,015



14804000



214000



3026,410



305,643



56,711



( sumber : Control Room Power Plant PT.Sentra Usahatama Jaya )



2



3 IV.1.2



Perhitungan Metode Direct Pada perhitungan metode direct dibawah ini merupakan contoh



perhitungan kinerja boiler pada salah satu kondisi beban yaitu pada beban 70,8 %. Beban ini merupakan beban rata-rata antara dua beban yaitu beban 70,94% pada tanggal 27 Januari 2017 dan beban 70,73% pada tanggal 28 Januari 2017. Dan untuk data awal parameter operasi yang digunakan pada perhitungan beban 70,8% ini merupakan data ratarata dari kedua beban tersebut. Diketahui : - Jumlah uap yang dihasilkan (ṁsteam)



= 680000 kg/hari 28333 kg/jam



- Temperatur Steam (Tsteam - Tekanan steam (Psteam)



= 397,85 0C = 32,92 bar



- Temperatur feed water (Tfeedwater )



= 70,79 0C



- Jumlah bahan bakar yang



= 196000 kg/hari



digunakan (ṁfuel) - Nilai kalor bahan bakar (GCVfuel)



8167 kg/jam = 3453 kcal/kg 14457,014 kj/kg



- Entalpi steam (hsteam )



= 3072,95 kj/kg



- Entalpi Feed Water (hfeedwater )



= 290,4 kj/kg



ƞ boiler=



ṁsteam (h steam−hfeedwater ) X 100% ṁfuel x GCV fuel



ƞ boiler=



28333 kg / jam x (3072,95 kj / kg−290,4 kj/kg) X 100% 8267 kg/ jam x 14457,014 kj/kg



ƞ boiler=



78668846,42 kj / jam x 100% 118065615,5 kj / jam



ƞ boiler=66,7 %



4



Rasio Evapoasi pada beban 70,8 % rasio evaporasi=



Quantity of steam g eneration Quantity of fuel generator



rasio evaporasi=



28333 kg / jam steam 8167 kg/ jambatubara



rasio evaporasi=¿ 3,47 kg steam/kg batubara Berikut ini merupakan data kompilasi hasil perhitungan metode Direct: Tabel IV-18 Data kompilasi metode direct dan rasio evaporasi pada kondisi beban



No



Deskripsi



1



Efisiensi Perbandingan mstram



2



dengan mbahan bakar



Satuan



% kg stem/kg batubara



Nilai Load/Beban % 60 65



70,8



100



50



55



53,55



55,20



52,09



56,98



66,70



95,00



2,89



2,99



2,79



3,00



3,47



6,14



Tabel IV-19 Data kompilasi metode direct dan rasio evaporasi selama bulan Januari 2017 date



temperature (C)



Steam pressure (bar)



5 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30



312,288 307,554 298,958 300,743 306,988 310,121 305,488 307,988 302,750 301,000 298,638 429,329 314,096 310,983 325,742 330,346 328,058 341,596 343,054 344,338 333,642 462,063 331,750 327,958



32,146 31,983 32,158 31,908 31,629 44,308 30,858 32,333 31,693 32,811 32,738 32,638 32,975 32,938 32,638 32,929 32,642 43,517 32,763 32,733 33,300 32,542 32,988 32,708



rata-rata



Water flow (kg/hari) 488000 491000 441000 429000 481000 507000 523000 502000 488000 509000 265000 508000 567000



585000 624000 607000 603000 605000



623000 635000 681000 679000 690000 670000



326,938 33,326 14157000



Coal



temperature (C) flow (kg/hari) 57,917 76,792 71,667 74,792 80,083 79,417 80,042 82,667 74,688 89,583 96,125 73,667 73,750 73,875 72,875 73,875 75,542 63,917 63,250 62,833 69,292 72,292 70,750 75,042



73,015



512000 560000 469000 460000 501000 531000 546000 529000 512000 538000 279000 522000 586000 609000 673000 630000 627000 622000 650000 659000 702000 713000 690000 670000



14804000



flow (kg/hari) 139000 155000 153000 146000 166000 166000 175000 166000 164000 167000 77250 175000 181000 210000 208000 209000 213000 216000 225000 221000 190000 202000



GCV (kj/kg)



203000



14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01



4592250



14457,01



214000



entalpy steam entalpy feed (Kj/kg) water (Kj/kg) 3018,916 3007,438 2984,763 2990,314 3007,061 3013,992 3005,531 3007,543 2995,771 2984,203 2982,130 3015,998 3021,172 3013,400 3050,990 3061,800 3056,859 3090,503 3098,622 3096,140 3068,930 3076,960 3065,110 2934,652



3026,410



242,461 321,584 300,054 313,169 335,366 332,568 335,192 351,215 312,730 375,262 402,837 308,517 309,557 309,311 305,124 309,313 316,305 267,763 264,791 263,047 290,108 302,688 297,273 314,214



305,643



Load (%)



rasio evaporasi



effisiensi (%)



50,83 51,15 45,94 44,69 50,10 52,81 54,48 52,29 50,63 53,02 27,60 52,92 59,06 60,94 65,00 63,23 62,81 63,02 64,90 66,15 70,94 70,73 71,88 69,79



3,51 3,17 2,88 2,94 2,90 3,05 2,99 3,02 2,98 3,05 3,43 2,90 3,13 2,79 3,00 2,90 2,83 2,80 2,77 2,87 3,58 3,36 3,22 3,30



67,42 58,85 53,53 54,41 53,55 56,65 55,20 55,56 55,22 55,00 61,20 54,36 58,76 52,10 56,98 55,30 53,67 54,69 54,28 56,31 68,89 64,50 61,73 59,82



56,711



3,12



58,02



6 IV.1.3



Data Awal Metode Indirect



Parameter pengolahan kinerja boiler unit 3 PT.SUJ dengan metode indirect



menggunakan data operasi boiler pada tanggal 5 januari 2017.



Perhitungan dengan metode indirect juga didasarkan pada keadaan humidity yang berbeda yaitu pada waktu 06:00 WIB, 12:00 WIB, 18:00 WIB, 24:00 WIB. Berikut ini merupakan data awal parameter operasi boiler pada tanggal 5 Januari 2017 yang ditampilkan dalam tabel 4.5 sebagai berikut: Tabel IV-20 Data awal parameter untuk metode Indect



Parameter



no



nilai



satuan



3



Fuel firing rate steam generation rate steam pressure



139000 488000 32,146



4



steam temperature



312,288



5



feed water temperature



57,917



6



%CO2 in flue gas



9,17



%



7



%CO in flue gas



0



℃ %



8



average flue gas temperature



194,15



9 10



ambient temperature humidity in ambient air



31 0,023



11



surface temperature of boiler



54,7



12



wind velocity around the boiler total surface area of boiler GCV of bottom ash GCV of fly ash ratio of bottom ash to fly ash



6 1330 6 458 70:30



kCal/kg kCal/kg  



22



ash content in fuel moisture in coal carbon content hydrogen content nitrogen content sulfur content oxygen content



5,46 11,89 60,39 4,24 1,02 0,69 28,2



% % % % % % %



23



GCV of coal



3453



%



1 2



13 14 15 16   17 18 19 20 21 22



kg/hari kg/hari 2 kg /cm (g) ℃ ℃



℃ kg/kg dry air ℃ m/s m2



fuel analysis (in %)



7 ( sumber : Control Room Power Plant PT.Sentra Usahatama Jaya ) Tabel IV-21 Data awal temperatur metode indirect pada setiap waktu pengukuran



Wakt u



Temperatur Relative Temperatur Temperatur Lingkungan Humidity Wet Bulb Dep Point (0C) (%) (0C) (0C)



06:00 28 80 25,25 12:00 32 67 26,88 18:00 30 71 25,73 24:00 28 78 24.95 ( sumber : www.worldweatheronline.com )



24,33 25,11 24,17 23,81



Humidity Faktor (kg air/kg udara kering) 0,01923 0,02030 0,01918 0,01874



IV.1.4 Perhitungan Metode Indirect Contoh perhitungan metode indirect dilakukan pada tanggal 5 Januari 2017 dengan nilai temperatur rata-rata. Langkah-langkah dalam perhitungan dengan menggunakan metode Indirect dapat dilihat dari perhitungan dibawah ini sebagai berikut: Tahap – 1 . Menghitung kebutuhan udara teoritis Diketahui : Analisis batubara -



Ash



= 5,46 %



-



Moisture pada batubara



= 11,89 %



-



Karbon (C)



= 60,39 %



-



Hidrogen (H2)



= 4,24 %



-



Nitrogen (N2)



= 1,02 %



-



Sulfur (S)



= 0,69 %



-



Oksigen (O2)



= 28,2 %



( (



(11,6 x C )+ 34,8 x H 2−



Udara teoritis ¿



100



O2 +(4,35 x S) 8



))



8



( (



(11,6 x 60,39 ) + 34,8 x 4,24− ¿



28,2 +(4,35 x 0,69) 8



))



100



¿ 7,28 kg udara /kg bahan bakar Tahap – 2 . Menghitung teoritis CO2 %



Moles N2 ¿



Wt o f N 2∈theoritical air Wt of N 2 ∈fuel + mol .Wt of N 2 mol .Wt of N 2 77 100



7,28 x ¿



28



+



0,0102 28



= 0,2007 Moles C =



=



Wt of C∈fuel mol .Wt of C



0,6039 12



= 0,0503 % CO2 teoritis = =



moles of C moles N 2 +moles of C 0,0503 0,2007+0,0503



= 20,05 % Tahap – 3 . Menghitung persen kelebihan udara yang dipasok (EA) ¿ 7900 x ¿ ¿



% suplai udara berlebih ¿



7900 x [ 20,05−9,17] 9,17 x ¿ ¿



= 117,23 %



Tahap – 4 . Menghitung massa udara sebernanya yang dipasok (AAS) Massa sebernarnya ¿ ¿) x udara teoritis Udara suplai



¿ ¿) x 7,28



9 ¿ 8,61 kg /kg batubara



Tahap – 5 . Menghitung massa aktual gas buang kering Massa gas buang kering = massa of CO2 + mass of N2 content in the fuel + Mass of N2 in the combustion air supplied + mass of oxygen in flue gas =



0,6039 x 44 8,61 x 77 + 0,0102 + + 12 100



( 8,16−7,28 ) x 23 100 = 9,16 kg/kg batubara Tahap – 6 . Menghitung losses yang terjadi pada boiler 



Heat loss karena gas buang kering ( L1 )



L 1=



¿



m ˙ x Cp x (T f −T a ) x 100 GCV batu bara



9,16 kg /kg batubara x 0,23 kCal /kg C x ( 194,15−31 ) C x 100 3453 kCal /kg



= 9,96 %







Heat loss karena steam dalam bahan bakar ( L2 )



L 2=



¿



9 x H 2 x {584+ Cp ( T f −T a ) } x 100 GCV batu bara



9 x 0,0424 x {584+0,45 kCal/kg C ( 194,15−31 ) C } x 100 3453 kCal /kg



¿ 7,27 %



10







Heat loss karena kadungan air di bahan bakar (H2O) ( L3 )



L 3= ¿



M x {584+Cp(T f −T a) x 100 GCV batu bara



0,1189 x {584 +0,45 kCal /kg C ( 194,15−31 ) C x 100 3453 kCal /kg



¿ 2,26 % 



Heat loss karena kandungan air di udara H2O ( L4 )



L 4= ¿



AAS x humidity factor x C p x (T f −T a) x 100 GCV batu bara



8,61 kg/kg batubara x 0,023 x 0,45 kCal/kg C x ( 194,15−31 ) C x 100 3453 kCal /kg



¿ 0,42 %







Heat loss karena pembakaran tidak sempurna ( L5 )



L 5=



¿



%CO x C 5744 x 100 %CO+ %CO2 GCV batubara



0 x 0,6039 5744 x 100 0+9,17 3453 kCal /kg



¿0%



Penyebab dari kandung CO pada gas buang sama dengan nol dikarenakan tidak adanya pengukuran kandungan CO pada PT.Sentra Usahatama Jaya.







Heat loss karena radiasi permukaan, konveksi, dan yang tak terhitung ( L6 )



11 Besar kehilangan panas yang terjadi pada boiler jenis CFB berada pada kisaran 0,3 – 0,8 %. Berdasarkan kisaran tersebut diasumsikan bahwa besar kehilangan panas yang terjadi berada pada 0,55% 



Heat loss karena fly ash dan bottom ash  Heat loss karena abu terbang (fly ash) (%) % ash in coal



= 5,46 %



Ratio of bottom ash to fly ash



= 70:30



GCV fly ash



= 458 Kcal/kg



Kandungan fly ash dalam 1 kg batubara = 0,3 x 0,0546 = 0,0164 kg Rugi-rugi dalam fly ash



= 0,0164 kg x 458 Kcal/kg = 7,502 kCal/kg of batubara



% Rugi-rugi dalam fly ash x



=7,502 kCal /kg



100 3453 kCal /kg = 0,22%



 Heat loss karena abu dasar (bottom ash) % % ash in coal



= 5,46 %



Ratio of bottom ash to fly ash



= 70:30



GCV fly ash



= 6 Kcal/kg



Kandungan fly ash dalam 1 kg batubara = 0,7 x 0,0546 = 0,0382 kg Rugi-rugi dalam fly ash



= 0,0382 kg x 6 Kcal/kg = 0,2293 kCal/kg of batubara =0,2293 kCal /kg



% Rugi-rugi dalam fly ash x



100 3453 kCal /kg = 0,01 %



Tahap – 5 . Menghitung Efisiensi Boiler pada waktu 06:00 WIB



12 Efisiensi Boiler (ƞ) = 100 - (L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6 + L7 + L8 +L9) = 100 - ( 9,96 + 7,27 + 2,26 + 0,42 + 0 + 0,55 + 0,22 + 0,01 ) = 79,32 % 



Energi Balance -



Total energi input E¿ =ṁ fuel x GCV fuel = 5792 kg/jam x 14457,01 kj/kg = 83730206,91 kj/jam = 20003394,07 Kcal/jam



- Total Kehilangan Energi Eloss = EL1 + EL2 + EL3 + EL4 + EL6 + EL7 + EL8 EL1 =



9,96 x 20003394,07 kCal /kg 100



= 1991522,72 kCal/jam EL2 =



7,27 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 1453304,9 kCal/jam EL3 =



2,26 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 452824,82 kCal/jam EL4 =



0,42 x 20003394,07 kCal /kg 100



=84246,53 kCal/jam EL5 =



0 x 20003394,07 kCal /kg 100



= 0 kCal/jam EL6 =



0,55 x 20003394,07 kCal/kg 100



13 = 110018,67 kCal/jam EL7 =



0,22 x 20003394,07 kCal /kg 100



= 43459,68 kCal/jam EL8 =



0,006 x 20003394,07 kCal / kg 100



= 1328,46 kCal/jam Eloss = EL1 + EL2 + EL3 + EL4 + EL6 + EL7 + EL8 = 1991522,72+ 1453304,9 + 452824,82 + 84246,53+ 110018,67 + 43459,68 + 1328,46 = 4136705,78 kCal/jam



Tabel IV-22 Perhitungan energi balance metode pada tanggal 5 januari 2017



Nilai No



Input dan Output Parameter Energi Input



Kalori (KCal/jam) 20003394,07



Persen (%) 100



1991522,72



9,96



1453304,9



7,27



452824,82



2,26



84246,53



0,42



0,00



0



110018,67



0,55



Rugi-rugi di Boiler 1 2 3 4 5 6 7 8



Rugi-rugi karen gas buang kering (L1) Rugi-rugi karena steam dalam bahan bakar (L2) Rugi-rugi karena kandungan air dalam bahan bakar (L3) Rugi-rugi karena kandungan air dalam udara (L4) Rugi-rugi karena pembakaran tak sempurna (L5) Rugi-rugi karena radiasi, konveksi dan kehilangan lain yang tak terhitung (L6) Rugi-rugi karena abu terbang (fly ash) (L7) Rugi-rugi karena abu dasar (bottom ash) (L8) Total Efisiensi



43459,68 0,22 1328,46 0,006 4136705,78 20,68 79,32 %



Dibawah ini merupakan data kompilasi hasil perhitungan Metode Indirect pada tanggal 5 Januari 2017 masing-masing pada waktu 06:00 WIB, 12:00 WIB, 18:00 WIB dan 24:00 WIB.



14 Tabel IV-23 Perhitungan energi balance metode indirect pada waktu 06:00 WIB



No



Input dan Output Parameter Energi Input



Nilai Kalori Persen (KCal/jam) (%) 20003394,07 100



Rugi-rugi di Boiler 1 2 3 4 5 6 7 8



Rugi-rugi karen gas buang kering (L1) Rugi-rugi karena steam dalam bahan bakar (L2) Rugi-rugi karena kandungan air dalam bahan bakar (L3) Rugi-rugi karena kandungan air dalam udara (L4) Rugi-rugi karena pembakaran tak sempurna (L5) Rugi-rugi karena radiasi, konveksi dan kehilangan lain yang tak terhitung (L6) Rugi-rugi karena abu terbang (fly ash) (L7) Rugi-rugi karena abu dasar (bottom ash) (L8) Total Efisiensi



1991522,72



9,96



1453304,9



7,27



452824,82



2,26



70327,54



0,35



0,00



0



110018,67



0,55



43459,68 0,22 1328,46 0,006 4122786,79 20,61 79,39 %



Tabel IV-24 Perhitungan energi balance metode indirect pada waktu 12:00 WIB



Nilai No



Input dan Output Parameter Energi Input



Kalori (KCal/jam) 20003394,07



Persen (%) 100



1991522,72



9,96



1453304,90



7,27



452824,82



2,26



74356,72



0,37



0,00



0



110018,67



0,55



43459,68 1328,46 4126815,97



0,22 0,006 20,63



Rugi-rugi di Boiler 1 2 3 4 5 6 7 8



Rugi-rugi karen gas buang kering (L1) Rugi-rugi karena steam dalam bahan bakar (L2) Rugi-rugi karena kandungan air dalam bahan bakar (L3) Rugi-rugi karena kandungan air dalam udara (L4) Rugi-rugi karena pembakaran tak sempurna (L5) Rugi-rugi karena radiasi, konveksi dan kehilangan lain yang tak terhitung (L6) Rugi-rugi karena abu terbang (fly ash) (L7) Rugi-rugi karena abu dasar (bottom ash) (L8) Total



15



Efisiensi



79,37 %



Tabel IV-25 Perhitungan energi balance metode indirect pada waktu 18:00 WIB



Nilai No



Input dan Output Parameter Energi Input



Kalori (KCal/jam) 20003394,07



Persen (%) 100



1991522,72



9,96



1453304,90



7,27



452824,82



2,26



70254,28



0,35



0,00



0



110018,67



0,55



Rugi-rugi di Boiler 1 2 3 4 5 6 7 8



Rugi-rugi karen gas buang kering (L1) Rugi-rugi karena steam dalam bahan bakar (L2) Rugi-rugi karena kandungan air dalam bahan bakar (L3) Rugi-rugi karena kandungan air dalam udara (L4) Rugi-rugi karena pembakaran tak sempurna (L5) Rugi-rugi karena radiasi, konveksi dan kehilangan lain yang tak terhitung (L6) Rugi-rugi karena abu terbang (fly ash) (L7) Rugi-rugi karena abu dasar (bottom ash) (L8) Total Efisiensi



43459,68 0,22 1328,46 0,006 4122713,53 20,61 79,39 %



Tabel IV-26 Perhitungan energi balance metode indirect pada waktu 24:00 WIB



Nilai No



Input dan Output Parameter Energi Input



Kalori (KCal/jam) 20003394,07



Persen (%) 100



1991522,72



9,96



1453304,9



7,27



452824,82



2,26



68642,61



0,34



0,00



0



110018,67



0,55



43459,68



0,22



Rugi-rugi di Boiler 1 2 3 4 5 6 7



Rugi-rugi karen gas buang kering (L1) Rugi-rugi karena steam dalam bahan bakar (L2) Rugi-rugi karena kandungan air dalam bahan bakar (L3) Rugi-rugi karena kandungan air dalam udara (L4) Rugi-rugi karena pembakaran tak sempurna (L5) Rugi-rugi karena radiasi, konveksi dan kehilangan lain yang tak terhitung (L6) Rugi-rugi karena abu terbang (fly ash) (L7)



16



8



Rugi-rugi karena abu dasar (bottom ash) (L8) Total Efisiensi



1328,46 0,006 4121101,86 20,60 79,40 %



IV.1.5 Perhitungan Kerugian dalam Rupiah Dibawah ini merupakan perhitungan kerugian dalam rupiah akibat kehilangan bahan bakar berdasarkan perhitungan metode Indirect dengan data rata-rata selama satu hari. Ebbloss = 4136705,78 kCal/jam



ṁloss = =



Ebbloss GCV 4136705,78 kCal / jam 3453 kCa/kg



= 1198 kg/jam = 1,198 Ton/jam Berdasarkan Harga Batubara Acuan (HBA) dan Harga Patokan Batubara (HPB) bulan januari 2017, batubara GCV 3500 kcal dihargai 28.58 US$/Ton dengan harga 1 US$ = Rp.13000,-. Sehingga didapatkan besar kerugian kehilangan batubara dalam rupiah sebagai berikut: = ṁloss x 28,58 US$/Ton = 1,198 Ton/jam x 28,58 US$/Ton = 34,28 US$/jam = 34,28 US$/jam x Rp 13000,= Rp 445.104,92 /jam = Rp 10.682.518,08 /hari = Rp 267.062.952 /bulan



17



IV.2



Analisa Data



IV.2.1



Metode Direct



Efisiensi



Perbandingan Efisiensi Operasi terhadap Kondisi Efisiensi Nominal Boiler 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10



efisiensi Operasi Linear (efisiensi Operasi) efisiensi nominal



5



10



15



20



25



30



Date



Perhitungan



efisiensi



boiler



dengan



metode



direct



merupakan



perbandingan antara energi output dan energi input boiler,atau bisa dikatakan sebagai perbandingan jumlah energi panas yang dihasilkan oleh boiler berupa steam dengan jumlah energi panas yang terkandung dalam bahan bakar boiler. Besar dari energi output dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya laju steam yang dihasilkan boiler, temperatur steam boiler, tekanan steam boiler, dan temperatur dari air yang masuk kedalam boiler. Sedangkan untuk energi



18 inputan dipengaruhi oleh laju bahan bakar yang masuk ke dalam boiler serta nilai kalor dari bahan bakar yang digunakan. Biasanya efisiensi boiler dikatakan pada kondisi baik apabila menggunakan batubara dalam jumlah yang relatif kecil dan menghasilkan steam dalam jumlah yang besar. Grafik diatas merupakan perbandingan antara efisiensi boiler selama waktu satu bulan dengan efisiensi boiler berdasarkan data spesifikasi(kondisi nominal).



Perhitungan



terhadap



efisiensi



boiler



dilakukan



dengan



menggunakan perhitungan metode direct selama bulan januari 2017. Dapat dilihat besar efisiensi boiler unit 3 selama kurun waktu satu bulan beroperasi mengalami perubahan efisiensi yang tidak konstan ( efisiensi naik turun atau berfluktuasi). Perubahan efisiensi ini terjadi karena besar dari uap yang dihasilkan juga berbeda-beda tergantung kepada besar beban yang ingin dibangkitkan. Berdasarkan hasil perhitungan yang telah dilakukan didapatkan besar efisiensi rata-rata untuk boiler unit 3 selama beroperasi dalam satu bulan sebesar 58,02%. Perbedaan nilai efisiensi yang terjadi selama bulan januari 2017 dengan nilai efisiensi berdasarkan data spesifikasi ini dikarenakan besar dari beban yang dibangkitkan juga berbeda. Besar beban boiler yang dibangkitkan selama bulan januari 2017 rata-rata berkisar 56,7% sedangkan efisiensi boiler berdasarkan data spesifikasi merupakan beban nominal. Ini merupakan salah satu faktor yang menyebabkan terjadinya perbedaan terhadap nilai efisiensi boiler. Faktor lain yang juga berpengaruh terhadap perbedaan nilai efisiensi boiler adalah perbedaan pada kualitas batubara dan nilai kalor batubara yang digunakan untuk proses pembakaran. Untuk perhitungan efisiensi boiler selama bulan januari 2017 menggunakan jenis batubara subbituminus dengan nilai kalor sebesar 3453 kCal/kg, sedangkan untuk mencapai nilai efisiensi 95% pada kondisi nominal menggunakan batubara dengan nilai kalor standar yaitu 4200 kCal/kg. Nilai kalor 4200 kCal/kg di Indonesia sendiri dianggap ideal lantaran mewakili kualitas batubara Indonesia yang kebanyakan berkalori rendah. Perbedaan penggunaan dari nilai kalor batubara ini merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi terjadinya penurunan terhadap nilai efisiensi boiler. Hal ini dikarnakan untuk besar dari energi input itu tidak hanya dipengaruhi oleh jumlah bahan bakar yang



19 digunakan tapi juga dipengaruhi oleh nilai kalor dari bahan bakar tersebut, semakin tinggi nilai kalor bahan bakar maka efisiensi pembakaran juga akan semakin meningkat.



Grafik Efisiensi Boiler Metode Direct 100



Efisiensi (%)



90 80 70 60 50 40 30 45



55



65



75



85



95



efisiensi beban Exponen tial (efisiens i beban)



Beban (%)



Terlihat bahwa grafik diatas merupakan grafik efisiensi boiler metode direct pada beberapa kondisi beban berbeda. Perhitungan efisiensi boiler dengan metode direct dilakukan pada kondisi beban yaitu 50 %, 55%, 60%, 65 %,



70,8 % dan 100 %. Untuk kondisi beban 100% merupakan kondisi



beban nominal boiler berdasarkan dari data spesifikasi boiler. Dimana pada kondisi tersebut besar dari uap yang dihasilkan boiler adalah 40000 kg/jam dengan temperatur dan tekanan steam berada pada 380 0C dan 38 bar. Besar dari efisiensi boiler tersebut secara berurutan sesuai dengan pertambahan beban boiler adalah 53,55 %, 55,2%, 52,10%, 56,98 %, 66,7 % dan kondisi beban nominal berada pada efisiensi 95 %. Dapat dilihat dari grafik di atas bahwa efisiensi boiler rata-rata mengalami peningkatan seiring dengan pertambahan beban boiler. Dan untuk beban boiler 60% memiliki nilai efisiensi yang paling rendah jika dibandingkan dengan beban yang lainnya. Idealnya pada saat beban boiler bertambah maka nilai efisiensi boiler juga ikut meningkat. Namun pada kenyataannya nilai efisiensi boiler beban 60% lebih kecil jika dibandingkan dengan beban boiler 55%. Kondisi ini disebabkan karena besar dari input bahan bakar yang digunakan pada beban 60% memiliki nilai yang paling besar jika dibandingkan dengan beban boiler lainnya yaitu sebesar 210000 kg/jam .Hal ini yang menyebabkan nilai efisiensi pada beban 60% memiliki nilai efisiensi paling kecil jika dibandingkan dengan kondisi beban boiler lainnya.



20 Sehingga dari hasil yang ditunjukan oleh grafik efisiensi terhadap beban dapat di ambil kesimulan bahwa bila beban (steam) yang dibangkitkan kecil maka akan membuat efisiensi boiler juga kecil (beban berbanding lurus dengan efisiensi boiler). Pada



PT.Sentra Usahatama Jaya kebutuhan air umpan boiler salah



satunya berasal dari hasil kondensasi steam yang masuk ke dalam proses. Sebagai pabrik yang bergerak dalam bidang industri gula rafinasi, kondisi ini menyebabkan terjadinya pencampuran antara steam dengan gula (sugar contents) yang berasal dari unit proses (steam terkontaminasi dengan sugar contents). Hal ini akan menyebabkan uap yang telah terkondensasi melewati unit proses akan memiliki kandungan gula yang cukup tinggi yang merupakan salah satu penyebab terjadi masalah pada boiler berupa kerak. Dimana kerak sendiri disebabkan karna masih terdapatnya kandungan mineral-mineral dalam air umpan boiler serta kandungan PH air yang terlalu tinggi. Kerak ini akan menyebabkan terjadinya penurunan efisiensi boiler dimana akan menghambat proses perpindahan panas, terjadinya panas berlebih bahkan akan merusak tube-tube dari boiler (pecahnya tube boiler). Untuk penghematan yang dapat dilakukan berdasarkan pada metode direct yaitu dengan mengoperasikan beban boiler mendekati beban nominalnya (berdasarkan perhitungan dioperasikan di atas beban 70,8 %). Seperti pada perhitungan yang telah dilakukan dengan kondisi beban boiler, semakin besar beban boiler yang ingin di bangkitkan maka efisiensi boiler akan semakin tinggi. Dimana untuk kondisi beban boiler yang lebih rendah jika dibandingkan dengan kondisi nominalnya memiliki nilai efisiensi dibawah 95%. Dan apabila dioperasikan semakin mendekati kondisi nominalnya maka efisiensinya juga akan semakin tinggi atau semakin mendekati efisiensi 95% ( lihat tabel IV-3). Pengaturan besar uap yang dibangkitkan sesuai dengan besar watt yang ingin dibangkitkan.



21



Rasio Evaporasi



Grafik Perbandingan Uap dan Bahan Bakar (Rasio Evaporasi) 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 45



Rasio Evapora si 55



65



75



85



95



Beban (%) Grafik diatas merupakan grafik perbandingan uap yang dihasilkan boiler terhadap bahan bakar yang digunakan untuk proses pembakaran. Dimana seiring dengan kenaikan beban maka jumlah bahan bakar yang digunakan dan uap yang dihasilkan boiler juga akan semakin meningkat. Seperti pada grafik di atas yang merupakan grafik rasio evaporasi terhadap beban. Dapat dilihat bahwa semakin besar nilai beban maka nilai dari rasio evaporasi juga akan semakin bertambah atau dapat dikatakan kenaikan beban berbanding lurus dengan kenaikan rasio evaporasi (semakin besar nilai rasio evaporasi , boiler semakin bagus). Dapat dilihat pada tabel IV-3, besar rasio evaporasi mengalami peningkatan dari 2,89 pada beban 50% menjadi 2,99 pada beban 55% kemudian mengalami peningkatan kembali menjadi 3,00 pada beban 65% serta menjadi 3,58 pada beban 71%. Sedangkan pada kondisi nominal boiler besar rasio evaporasi dari boiler unit 3 PT.Sentra Usahatama Jaya dapat mencapai 6,14. Dan untuk uap yang dihasilkan boiler juga meningkat pada setiap kenaikan beban operasi boiler secara berurutan diantaranya 481000 kg/hari, 523000 kg/hari, 585000 kg/hari, 624000 kg/hari serta 681000 kg/hari. Akan tetapi pada beban 60% besar rasio evaporasi mengalami penurunan menjadi 2,79. Hal ini disebabkan pada keadaan beban ini besar dari bahan bakar yang digunakan cukup besar jika dibandingkan dengan beban sebelumnya yaitu sebesar 210000 kg/hari sedangkan pada beban sebelumnya yaitu 55% besar bahan bakar yang digunakan sebesar 175000 kg/hari. Bahkan besar bahan bakar yang digunakan pada beban 60% memiliki nilai yang paling besar jika dibandingkan dengan beban-beban yang lainnya. Besar dari bahan



22 bakar yang digunakan secara berurutan sesuai dengan kenaikkan beban yaitu 166000 kg/hari, 175000 kg/hari, 210000 kg/hari, 208000 kg/hari dan 190000 kg/hari.



IV.2.2



Metode Indirect Perhitungan efisiensi metode Indirect merupakan perhitungan rugi-rugi



boiler dimana memiliki hasil yang lebih teliti dan akurat sehingga dapat mengidentifikasi variabel-variabel yang menyebabkan terjadinya perubahan efisiensi. Untuk mengetahui besar efisiensi boiler dengan metode Indirect dapat diketahui dengan terlebih dahulu mencari kehilangan-kehilangan panas yang terjadi pada boiler. Kehilangan panas yang terjadi diantaranya berupa kehilangan panas akibat panas gas buang kering , kehilangan panas akibat penguapan yang terjadi karena kandungan H2 di dalam bahan bakar (steam dalam bahan bakar), kehilangan panas akibat kandungan air di dalam bahan bakar, kehilanan panas akibat kandungan air di udara pembakaran, kehilangan panas akibat pembakaran yang tidak sempurna, kehilangan panas akibat radiasi dan tak terhitung serta kehilangan panas akibat fly ash dan bottom ash. Berdasarkan hasil perhitungan terhadap boiler unit 3 PT.Sentra Usahatama Jaya dengan menggunakan metode Indirect didapatkan nilai efisiensi boiler rata-rata pada tanggal 5 Januari 2017 berada pada 79,32%.



23 Besar efisiensi boiler ini masih lebih kecil jika dibandingkan dengan efisiensi nominal boiler yaitu 95%. Nilai efisiensi yang rendah ini disebabkan oleh perbedaan pada beban boiler yang dibangkitkan serta penggunaaan jenis bahan bakar dan nilai kalor dari bahan bakar yang digunakan . Serta penurunan efisiensi yang terjadi pada boiler ini juga disebabkan karena adanya kehilangan panas / rugi-rugi boiler. Dapat dilihat pada tabel IV-7, persen kehilangan panas pada boiler paling besar diakibatkan oleh gas buang kering yaitu sebesar 9,96% dengan besar kehilangan kalor 1991522,72 kCal/jam. Tingginya tingkat kehilangan panas ini disebabkan oleh rendahnya nilai kandungan CO 2 yang dihasilkan boiler sebesar 9,17% serta tingginya rata-rata dari temperatur flue gas boiler yaitu 194,15 0C. Indikator yang menyebabkan tinggi nya tempertur flue gas yang dihasilkan oleh boiler adalah nilai dari Excess Air (udara berlebih) yang tinggi yaitu mencapai 117,23% . Pada standarnya untuk mendapatkan nilai rugi-rugi gas buang kering yang rendah, besar untuk kandungan CO2 berada pada kisaran 14% dengan temperatur flue gas boiler pada kisaran 180 0C serta nilai dari Excess Air rendah pada kisaran 36% - 45%. Untuk menaikkan kandungan CO2 kita bisa melakukan pengaturan pada Excess Airnya. Apabila dibuat dalam bentuk suatu simulasi perhitungan dengan menggunakan nilai CO2, temperatur flue gas serta besar Excess Air sesuai keadaan standar maka akan didapatkan besar dari rugi-rugi karena gas buang kering yang jauh lebih kecil yaitu 3,7%, dengan besar Excess Air 42,7% sehingga kita akan mendapatkan besar dari efisiensi boiler yang lebih besar hingga mencapai 85,94%(perhitungan simulasi terdapat pada lampiran). Besar efisiensi ini sudah lebih tinggi jika dibandingkan dengan perhitungan efisiensi boiler pada kenyataannya. Pengaturan nilai CO2 serta Excess air ini merupakan salah satu tindakan untuk penghematan dengan menggunakan metode Indirect. Kemudian kehilangan panas terbesar kedua yaitu kehilangan panas yang diakibatkan penguapan yang terjadi karena kandungan H2 di dalam bahan bakar(steam dalam bahan bakar). Besar dari kehilangan akibat rugi-rugi ini yaitu 7,27% dengan besar kehilangan kalor 1453304,9 kCal/jam. Tingginya besar kehilangan panas yang terjadi pada boiler ini disebabkan oleh tingginya kandungan hidrogen pada batubara. Kemudian untuk kehilangan yang



24 diakibatkan oleh kandungan air dalam bahan bakar adalah sekitar 2,26% dengan kehilangan kalor 452824,82 kCal/jam, kehilangan panas yang diakibatkan oleh kandungan air dalam udara pembakaran sebesar 0,42 % dengan kehilangan kalor 84246,53 kCal/jam, kehilangan panas akibat radiasi dan kehilangan lain tak terhitungan diasumsikan sebesar 0,55% dengan kehilangan kalor 110018,67 kCal/jam serta kehilangan panas terkecil yang diakibatkan oleh fly ash dan bottom ash secara berurutan yaitu 0,22% dan 0,006% dengan kehilangan kalor 43459,68 kCal/jam dan 1328,46 kCal/jam. Untuk kehilangan panas akibat pembakaran tak sempurna pada perhitungan dengan metode ini tidak dapat dilakukan karna tidak ada nya nilai kandungan CO pada gas buang, sehingga untuk kehilangan yang disebabkan oleh pembakaran tak sempurna tidak dapat di cari. Akan tetapi jika pada perhitungan



efisiensi



boiler



dengan



metode



Indirect



diasumsikan



(disimulasikan) nilai dari kandungan CO sebesar 0,55% (berdasarkan pada ASME PTC 4.1) maka akan didapatkan besar dari kehilangan yang disebabkan oleh pembakaran tidak sempurna sebesar 5,68% sehingga didapatkan besar dari efisiensi boiler menjadi lebih kecil yaitu sebesar 73,64%. Besar dari nilai efisiensi ini tidak terlalu jauh jika dibandingkan dengan perhitungan efisiensi boiler dengan menggunakan metode direct pada hari yang sama yaitu 5 Januari 2017 sebesar 67,42%. Berdasarkan hasil perhitungan dengan menggunakan metode Indirect pada tanggal 5 Januari 2017 dengan data operasi rata-rata, didapatkan total kehilangan panas yang terjadi pada boiler unit 3 PT.Sentra Usahatam Jaya sebesar 20,68% dengan total kalor yang terbuang 4136705,78 kCal/jam. Dari hasil perhitungan terhadap jumlah kehilangan kalor ini. Kemudian dilakukan perhitungan untuk mencari besar kehilangan bahan bakar batubara dalam rupiah sehingga kita bisa mengetahui besar kerugian apabila dikonversikan menjadi dalam bentuk uang. Dari hasil perhitungan yang telah dilakukan didapatkan besar kehilangan bahan bakar batubara yaitu sebesar 1198 kg/jam atau 1,198 Ton/jam. Untuk perhitungan konversi kedalam satuan rupiah, dalam hal ini berpatokan terhadap harga batubara dilihat dari nilai GCV yang paling mendekati berdasarkan Harga Batubara Acuan (HBA) dan Harga Patokan



25 Batubara (HPB) bulan Januari 2017. Dimana pada perhitungan ini kita menggunakan batubara dengan nilai GCV 3453 kCal/kg, sehingga pada HBA dan HPB kita menggunakan batubara yang memiliki nilai GCV 3520 kCal/kg dengan harga 28,58 US$/Ton. Berdasarkan harga tersebut didapatkan besar kerugian kehilangan batubara sebesar 34,28 US$/Ton yang apabila dikonversi menjadi satuan Rupiah sebesar Rp 445.104,92 /jam dan jika dilihat kerugian yang diakibatkan selama satu bulan dapat mencapai Rp 267.062.952/bulan. Salah satu tindakan yang dapat dilakukan untuk mengurangi kerugian tersebut (tindakan penghematan)



adalah dengan menggunakan batubara



dengan nilai GCV yang lebih besar yaitu 4200 yang merupakan nilai GCV barubara ideal di Indonesia. Apabila dilakukan perhitungan ( lampiran perhitungan GCV 4200) dengan menggunakan nilai GCV 4200 pada keadaan yang sama/data awal parameter operasi yang sama maka didapatkan besar dari kehilangan kalor yang diakibatkan oleh rugi-rugi pada boiler sebesar 4160506,52 kCal/jam atau sebesar 17,1% .Sehingga didapatkan besar kehilangan batubara sebesar 990,6 kg/jam atau 0,9906 ton/jam. Dengan menggunakan nilai GCV batubara 4200 berdasarkan Harga Batubara Acuan (HBA) dan Harga Batubara Patokan (HPB) bulan Januari 2017 didapatkan harga batubara sebesar 40,56 US$/Ton menggunakan perhitungan yang sama pada pencarian rugi-rugi batubara pada GCV 3453 maka didapatkan besar kerugian yang diakibatkan oleh kehilangan batubara sebesar Rp 522.321,4/jam dan dalam kurun waktu satu bulan dapat mencapai Rp 313.393.125,3/bulan. Dan apabila dibandingkan antara penggunaan batubara pada nilai GCV 3453 dengan penggunaan batubara dengan nilai GCV 4200, maka dapat terlihat bahwa besar efisiensi dengan batubara yang memiliki nilai GCV yang lebih besar akan menghasilkan nilai efisiensi lebih besar. Hal ini dapat terlihat dari tabel IV-12 dibawah ini, dimana pada keadaan data operasi menggunakan batubara bernilai GCV 3453 yang menghasilkan nilai efisiensi boiler sebesar 79,32 %, sedangkan pada kondisi GCV ideal 4200 akan menghasilkan nilai efisiensi sebesar 82,9 %. Begitupun untuk keadaaan pada kondisi GCV lainnya yaitu GCV 4000, GCV 3800 yang menghasilkan efisiensi yang lebih besar dari pada keadaan data sebenarnya dan pada kondisi GCV yang lebih kecil juga aan



26 menghasilkan nilai efisiensi yang kecil sebesar 77,73 %. Dari hasil tersebut dapat kita lihat bahwa dengan penggunaan batubara pada nilai GCV yang besar akan menghasilkan nilai efisiensi yang akan besar pula. . Ini merupakan salah satu tindakan dalam bentuk penghematan baik menggunakan metode direct maupun metode indirect. Tabel IV-27 Besar Efisiensi dengan metode Indirect pada beberapa nilai GCV



o



N Nilai GCV (KCal/kg)



1 2 3 4 5



4200 4000 3800 3453 3200



Besar Kehilangan Kalor (kCal/jam) 4160506,52 4154134,17 4147761,81 4136705,78 4128644,76



Besar Efisiensi (%) 82,90 82,07 81,16 79,32 77,73



Besar Efisiensi



Pengaruh Nilai GCV terhadap Besar Efisiensi 84 83 82 81 80 79 78 77 76 75 3000



3200



3400



3600



3800



Nilai GCV



4000



4200



4400



27



Pengaruh Humidity terhadap Rugi Efisiensi Kandungan Air di Udara (L4) rugi effisiensi L4 (%)



0.380 0.370 0.360 0.350 0.340 0.330 0.320 0.02



0.02



0.02



0.02



0.02



0.02



0.02



0.02



0.02



0.02



Humidity



Tabel IV-28 Pengaruh Humidity terhadap Rugi Efisiensi L4



Waktu 24.00 18.00 06.00 12.00



Humidity Faktor (kg air/kg udara kering) 0,01874 0,01918 0,01923 0,0203



rugi effisiensi L4 (%)



nilai efisiensi (%)



0,343



79,40



0,351



79,39



0,352



79,39



0,372



79,37



Grafik diatas merupakan grafik pengaruh humidity terhadap rugi efisiensi pada kandungan air di udara (L4). Humidity yang digunakan pada perhitungan ini menggunakan humidity yang didapat dari temperatur wet bulb dan relatif humidity pada empat waktu berbeda pada tanggal 5 januari 2017 yaitu pada pukul 6 pagi, 12 siang, 6 sore serta 12 malam. Hal ini dimaksudkan untuk melihat bagaimana pengaruh dari humidity terhadap besar dari efisiensi boiler yang sedang dikaji dan pada kondisi bagaimana boiler memiliki nilai efisiensi tertinggi. Dapat dilihat dari grafik diatas bahwa semakin besar nilai humidity maka nilai rugi-rugi efisiensi L4 juga akan semakin besar. Dari tabel IV-12 juga dapat dilihat bahwa humidity terkecil yaitu ada pada waktu 24:00 WIB dengan nilai 0,01874 kg/kg dry air yang menyebabkan besar rugi-rugi L4 menjadi 0,343% dengan besar efisiensi boiler 79,40%. Kemudian untuk humidity terbesar berada pada waktu 12:00 WIB dengan nilai 0,0203 kg/kg dry air dengan besar rugi-rugi L4 0,372% sehingga didapatkan nilai efisiensi boiler lebih kecil yaitu 79,37%. Dari kondisi ini kita dapat mengambil kesimpulan



28 bahwa pengaruh humidity terhadap besar dari efisiensi boiler itu berbanding terbalik. Dimana pada saat nilai humidity yang didapatkan besar maka akan menyebabkan rugi efisiensi L4 menjadi naik dan efisiensi boiler menjadi turun dan sebaliknya pada saat nilai humidity yang didapatkan kecil maka akan menyebabkan rugi efisiensi L4 menjadi turun dan efisiensi boiler menjadi naik. Dan dari tabel IV-12 itu kita juga dapat melihat bahwa humidity terbesar berada pada jam 12 siang. Ini menunjukkan bahwa semakin panas keadaan udara sekitar( kelembapan udara kecil) maka nilai humiditynya akan semakin kecil dan menyebabkan boiler memiliki nilai rugi-rugi efisiensi L4 tertinggi sehingga nilai efisiensi yang didapatkan paling kecil. Dan disaat keadaan udara menjadi lebih rendah dengan kelembapan udara yang lebih tinggi ( waktu 24:00 WIB) menyebabkan boiler memiliki nilai efisiensi yang paling tinggi.



BAB V PENUTUP



V.1Kesimpulan Berdasarkan pada perhitungan yang telah dilakukan pada kinerja boiler dengan menggunakan metode direct dan Indirect dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Besar rasio evaporasi boiler dan efisiensi dengan menggunakan perhitungan metode direct pada beberapa kodisi beban didapatkan nilai sebagai berikut:  Pada beban 50% besar efisiensi boiler 53,55% dengan rasio evaporasi 2,89  Pada beban 55% besar efisiensi boiler 55,20% dengan rasio evaporasi 2,99  Pada beban 60% besar efisiensi boiler 52,09% dengan rasio evaporasi 2,79. Nilai efisiensi yang rendah disebabkan oleh besarnya konsumsi bahan bakar yang digunakan.  Pada beban 65% besar efisiensi boiler 56,98% dengan rasio evaporasi 3,00  Pada beban 70,8% besar efisiensi boiler 66,70% dengan rasio evaporasi 3,47 Dan besar rata-rata efisiensi boiler selama satu bulan beroperasi sebesar 58,02% dengan rasio evaporasi rata-rata sebesar 3,12. 2. Semakin besar beban yang ingin dibangkitkan semakin besar nilai efisiensi dan rasio evaporasi yang didapatkan 3. Berdasarkan perhitungan metode Indirect didapatkan besar efisiensi boiler sebesar 79,32%. Kerugian terbesar terdapat pada



rugi-rugi L1 9,96%



dengan besar kehilangan kalor 1991522,72 kCal/jam dan rugi-rugi L2 sebesar 7,27% dengan besar kehilangan kalor 1453304,9 kCal/jam 4. Pengaruh humidity terhadap rugi efisiensi karena kandungan air di udara (L4) adalah sebanding. semakin besar nilai humidity semakin besar pula



2



rugi-rugi karena kandungan air di udara (L4) yang menyebabkan nilai efisiensi boiler menjadi lebih kecil. 5. Dengan menggunakan nilai GCV yang lebih besar, maka nilai efisiensi boiler juga akan semakin meningkat. 6. Penghematan yang dapat dilakukan berdasarkan perhitungan metode direct yaitu dengan mengoperasikan boiler diatas beban 71%. Serta penghematan dengan menggunakan metode Indirect berdasarkan pada losses terbesar dapat dilakukan dengan menaikkan kandungan CO2 dan menurunkan nilai Excess Air boiler. V.2Saran Mengacu kepada hasil evaluasi kinerjaa boiler yang dilakukan maka terdapat beberapa saran yng mungkin untuk dilakukan diantaranya : 1. Lakukanlah evaluasi kinerja boiler khususnya efisiensi secara berkala untuk



menjamin operasi boiler tetap optimal. 2. Upayakan



mengoperasi boiler mendekati beban nominalnya untuk



mendapatkan nilai efisiensi optimal. 3. Berdasarkan metode Indirect kehilangan kalor terbesar berdasarkan



perhitungan terdapat pada kehilangan kalor karena gas buang kering, dimana kehilangan kalor ini dipengaruhi oleh kandungan CO 2 dan Excess air boiler, sehingga untuk mengurangi kerugian ini sebaiknya mengoperasikan boiler pada kandungan CO2 dan Excess air boiler sesuai dengan standar ( seperti pada simulasi ) 4. Berdasarkan pada nilai kerugian bahan bakar batubara akibat kehilangan



kalor maka didapatkan besar kerugian dalam satuan rupiah sebesar Rp 445.104,92 /jam atau Rp 267.062.952/bulan. 5. Pencatatan secara berkala terhadap parameter-parameter penting seperti



temperatur gas buang, data presentase fly ash dan bottom ash, serta analisis batubara yang dapat digunakan dalam perhitungan untuk mencari kehilangan kalor yang terjadi.



3



6. Melakukan perawatan berlaka (maintennce) pada setiap peralatan yang ada



pada sistem PLTU



DAFTAR PUSTAKA



ASME PTC 4.1, Energy Performance Assessment of Boiler. A.K. Raja, A. P. (2006). Power Plant Engineering. New Delhi. Basu, P. (2015). Circulating Fluidized Bed Boilers. Canada: Springer International. Boiler dan Pemanas Fluida Termis. (2010). Diambil kembali dari http://www.energyefficiencyasia.org G.F.Gebhardt. (1910). Steam Power Plant Engineering. new york. Maridjo. (2005). Pembangkit Listrik Tenaga Thermal (modul). Bandung: Politeknik Negari Bandung. Muin, S. (1998). Pesawat Pesawat Konversi Energi. Jakarta: Rajawali Pers. Performance Analysis from The Efficiency Estimtion coal Fired Boiler. (2014). 2(5). Sebastian Teir, A. K. (2002). Boiler Calculations. Espoo: Energy Engineering and Enviromental Protection. Zheng Xu, N. K. (2010). The Simulator Model for A Circulating Fluidized Bed (CFB) Boiler.



LAMPIRAN



v



LAMPIRAN A PERHITUNGAN BOILER



Data pengukuran selama bulan januari 2017



date



temperature (C)



Steam pressure (bar)



5 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30



312,288 307,554 298,958 300,743 306,988 310,121 305,488 307,988 302,750 301,000 298,638 429,329 314,096 310,983 325,742 330,346 328,058 341,596 343,054 344,338 333,642 462,063 331,750 327,958



32,146 31,983 32,158 31,908 31,629 44,308 30,858 32,333 31,693 32,811 32,738 32,638 32,975 32,938 32,638 32,929 32,642 43,517 32,763 32,733 33,300 32,542 32,988 32,708



rata-rata



Water



Coal



flow (kg/D)



temperature (C)



flow (kg/D)



flow (kg/D)



488000 491000 441000 429000 481000 507000 523000 502000 488000 509000 265000 508000 567000



57,917 76,792 71,667 74,792 80,083 79,417 80,042 82,667 74,688 89,583 96,125 73,667 73,750 73,875 72,875 73,875 75,542 63,917 63,250 62,833 69,292 72,292 70,750 75,042



512000 560000 469000 460000 501000 531000 546000 529000 512000 538000 279000 522000 586000 609000 673000 630000 627000 622000 650000 659000 702000 713000 690000 670000



139000 155000 153000 146000 166000 166000 175000 166000 164000 167000 77250 175000 181000 210000 208000 209000 213000 216000 225000 221000 190000 202000



585000 624000 607000 603000 605000



623000 635000 681000 679000 690000 670000



326,938 33,326 14157000



73,015



14804000



GCV (kj/kg)



203000



14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01 14457,01



4592250



14457,01



214000



entalpy steam entalpy feed (Kj/kg) water (Kj/kg) 3018,916 3007,438 2984,763 2990,314 3007,061 3013,992 3005,531 3007,543 2995,771 2984,203 2982,130 3015,998 3021,172 3013,400 3050,990 3061,800 3056,859 3090,503 3098,622 3096,140 3068,930 3076,960 3065,110 2934,652



3026,410



242,461 321,584 300,054 313,169 335,366 332,568 335,192 351,215 312,730 375,262 402,837 308,517 309,557 309,311 305,124 309,313 316,305 267,763 264,791 263,047 290,108 302,688 297,273 314,214



305,643



Load (%)



rasio evaporasi



effisiensi (%)



50,83 51,15 45,94 44,69 50,10 52,81 54,48 52,29 50,63 53,02 27,60 52,92 59,06 60,94 65,00 63,23 62,81 63,02 64,90 66,15 70,94 70,73 71,88 69,79



3,51 3,17 2,88 2,94 2,90 3,05 2,99 3,02 2,98 3,05 3,43 2,90 3,13 2,79 3,00 2,90 2,83 2,80 2,77 2,87 3,58 3,36 3,22 3,30



67,42 58,85 53,53 54,41 53,55 56,65 55,20 55,56 55,22 55,00 61,20 54,36 58,76 52,10 56,98 55,30 53,67 54,69 54,28 56,31 68,89 64,50 61,73 59,82



56,711



3,12



58,02



vi



Perhitungan Kinerja Boiler dengan Metode Direct 1. Perhitungan kinerja boiler pada kondisi beban 50 %.



Diketahui : - Jumlah uap yang dihasilkan (ṁsteam)



= 481000 kg/day 20042 kg/hr = 306,9880C



- Temperatur Steam (Tsteam - Tekanan steam (Psteam)



= 31,6 bar



- Temperatur feed water (Tfeedwater )



= 80,083 0C



- Jumlah bahan bakar yang



= 166000kg/day



digunakan (ṁfuel) - Nilai kalor bahan bakar (GCVfuel)



6916,7 kg/hr = 3453 kcal/kg 14457,014 kj/kg



- Entalpi steam (hsteam )



= 3007,061 kj/kg



- Entalpi Feed Water (hfeedwater )



= 335,366 kj/kg



ƞ boiler=



ṁsteam (h steam−hfeedwater ) x 100% ṁfuel x GCV fuel



ƞ boiler=



20042 kg/hr x (3007,061 kj/kg−335,366 kj/kg) x 100% 6916,7 kg /hr x 14457,014 kj/kg



ƞ boiler=



53545222,3 kj /hr x 100% 99994347,8 kj /hr



ƞ boiler=53,53 % %



Rasio Evapoasi pada beban 50 % rasio evaporasi=



Quantity of steam g eneration Quantity of fuel generator



vii



rasio evaporasi=



20042 kg /hr steam 6916,7 kg/hr batubara



rasio evaporasi=¿ 2,9 kg steam/kg batubara



2. Perhitungan kinerja boiler pada kondisi beban 55 %.



Diketahui : - Jumlah uap yang dihasilkan (ṁsteam)



= 523000 kg/day 21791,67 kg/hr = 305,488 0C



- Temperatur Steam (Tsteam - Tekanan steam (Psteam)



= 30,858 bar



- Temperatur feed water (Tfeedwater )



= 80,042 0C



- Jumlah bahan bakar yang



= 175000 kg/day



digunakan (ṁfuel) - Nilai kalor bahan bakar (GCVfuel)



7291,67 kg/hr = 3453 kcal/kg 14457,014 kj/kg



- Entalpi steam (hsteam )



= 3005,531 kj/kg



- Entalpi Feed Water (hfeedwater )



= 335,192 kj/kg



ƞ boiler=



ṁsteam (h steam−hfeedwater ) x 100% ṁfuel x GCV fuel



ƞ boiler=



21791,67 kg / hr x (3005,531 kj/kg−335,192 kj/kg) x 100% 7291,67 kg /hr x 14457,014 kj/kg



ƞ boiler=



58191144,6 kj /hr x 100% 105415728 kj /hr



ƞ boiler=55,2 % % Rasio Evapoasi pada beban 55 % rasio evaporasi=



Quantity of steam g eneration Quantity of fuel generator



viii



rasio evaporasi=



21792 kg /hr steam 7291,7 kg/hr batubara



rasio evaporasi=¿ 2,99 kg steam/kg batubara 3. Perhitungan kinerja boiler pada kondisi beban 60%



Diketahui : - Jumlah uap yang dihasilkan (ṁsteam)



= 585000 kg/day 24375 kg/hr = 310,9830C



- Temperatur Steam (Tsteam - Tekanan steam (Psteam)



= 32,938 bar



- Temperatur feed water (Tfeedwater )



= 73,875 0C



- Jumlah bahan bakar yang



= 210000 kg/day



digunakan (ṁfuel) - Nilai kalor bahan bakar (GCVfuel)



8750 kg/hr = 3453 kcal/kg 14457,014 kj/kg



- Entalpi steam (hsteam )



= 3013,4 kj/kg



- Entalpi Feed Water (hfeedwater )



= 309,311 kj/kg



ƞ boiler=



ṁsteam (h steam−hfeedwater ) x 100% ṁfuel x GCV fuel



ƞ boiler=



24735 kg /hr x (3013,4 kj /kg−309,311 kj/kg) x 100% 8750 kg /hr x 14457,014 kj/kg



ƞ boiler=



65912169,4 kj /hr x 100% 126498874 kj /hr



ƞ boiler=52,105 % % Rasio Evapoasi pada beban 60 % rasio evaporasi=



Quantity of steam g eneration Quantity of fuel generator



ix



rasio evaporasi=



24375 kg /hr steam 8750 kg/hr batubara



rasio evaporasi=¿ 2,79 kg steam/kg batubara 4. Perhitungan kinerja boiler pada kondisi beban 65%



Diketahui : - Jumlah uap yang dihasilkan (ṁsteam)



= 624000 kg/day 26000 kg/hr = 325,742 0C



- Temperatur Steam (Tsteam - Tekanan steam (Psteam)



= 32,6 bar



- Temperatur feed water (Tfeedwater )



= 72,875 0C



- Jumlah bahan bakar yang



= 208000kg/day



digunakan (ṁfuel) - Nilai kalor bahan bakar (GCVfuel)



8666,67 kg/hr = 3453 kcal/kg 14457,014 kj/kg



- Entalpi steam (hsteam )



= 3050,99 kj/kg



- Entalpi Feed Water (hfeedwater )



= 305,124 kj/kg



ƞ boiler=



ṁsteam (h steam−hfeedwater ) x 100% ṁfuel x GCV fuel



ƞ boiler=



26000 kg /hr x (3050,99 kj/kg−305,124 kj /kg) x 100% 8666,67 kg/hr x 14457,014 kj/kg



ƞ boiler=



71392522,5 kj /hr x 100% 125294123 kj /hr



ƞ boiler=56,98 % Rasio Evapoasi pada beban 65 % rasio evaporasi=



Quantity of steam g eneration Quantity of fuel generator



x



rasio evaporasi=



26000 kg /hr steam 8666,67 kg/hr batubara



rasio evaporasi=¿ 3,00 kg steam/kg batubara



Perhitungan efisiensi boiler dengan metode Indirect pada beberapa kondisi waktu 1) Perhitungan Metode Indirect pada Waktu 06:00 WIB



xi



no



parameter



nilai



satuan kg/hr kg/hr



1 2 3 4



Fuel firing rate steam generation rate steam pressure steam temperature



139000 488000 32,146 312,288



5 6 7 8 9 10



feed water temperature %CO2 in flue gas %CO in flue gas average flue gas temperature ambient temperature humidity in ambient air



57,917



11 12 13 14 15 16



surface temperature of boiler wind velocity around the boiler total surface area of boiler GCV of bottom ash GCV of fly ash ratio of bottom ash to fly ash fuel analysis (in%) ash content in fuel moisture in coal carbon content hydrogen content nitrogen content sulfur content oxygen content GCV of coal



54,7 6 1330 6 458 70:30



17 18 19 20 21 22 22 23



9,17 0 194,15 31 0,0192



5,46 11,89 60,39 4,24 1,02 0,69 28,2 3453



Tahap – 1 . Menghitung kebutuhan udara teoritis Diketahui : Analisis batubara -



Ash



= 5,46 %



-



Moisture pada batubara



= 11,89 %



-



Karbon (C)



= 60,39 %



-



Hidrogen (H2)



= 4,24 %



-



Nitrogen (N2)



= 1,02 %



-



Sulfur (S)



= 0,69 %



-



Oksigen (O2)



= 28,2 %



݇݃ Ȁܿ݉ ଶሺ݃ሻ



Ԩ



Ԩ % %



Ԩ Ԩ kg/kg dry air Ԩ m/s ݉ଶ kCal/kg kCal/kg



% % % % % % % %



xii



( (



(11,6 x C )+ 34,8 x H 2−



Udara teoritis ¿



O2 +(4,35 x S) 8



))



100



( (



(11,6 x 60,39 ) + 34,8 x 4,24− ¿



28,2 +(4,35 x 0,69) 8



))



100



¿ 7,28 kg udara /kg bahan bakar Tahap – 2 . Menghitung teoritis CO2 %



Moles N2 ¿



Wt o f N 2∈theoritical air Wt of N 2 ∈fuel + mol .Wt of N 2 mol .Wt of N 2 77 100



7,28 x ¿



28



+



0,0102 28



= 0,2007 Moles C



=



Wt of C∈fuel mol .Wt of C



=



0,6039 12



= 0,0503 % CO2 teoritis = =



moles of C moles N 2 +moles of C 0,0503 0,2007+0,0503



= 20,05 % Tahap – 3 . Menghitung persen kelebihan udara yang dipasok (EA) % suplai udara berlebih



¿ 7900 x ¿ ¿ ¿



7900 x [ 20,05−9,17] 9,17 x ¿ ¿



= 117,23 %



xiii



Tahap – 4 . Menghitung massa udara sebernanya yang dipasok (AAS) Massa sebernarnya ¿ ¿) x udara teoritis Udara suplai



¿ ¿) x 7,28 ¿ 8,61 kg /kg batubara



Tahap – 5 . Menghitung massa aktual gas buang kering Massa gas buang kering = massa of CO2 + mass of N2 content in the fuel + Mass of N2 in the combustion air supplied + mass of oxygen in flue gas =



0,6039 x 44 8,61 x 77 + 0,0102 + + 12 100



( 8,16−7,28 ) x 23 100 = 9,16 kg/kg batubara Tahap – 6 . Menghitung losses yang terjadi pada boiler 



Heat loss karena gas buang kering ( L1 )



L 1=



¿



m ˙ x Cp x (T f −T a ) x 100 GCV batu bara



9,16 kg /kg batubara x 0,23 kCal /kg C x ( 194,15−31 ) C x 100 3453 kCal /kg



= 9,96 %







Heat loss karena steam dalam bahan bakar ( L2 )



L 2=



9 x H 2 x {584+ Cp ( T f −T a ) } x 100 GCV batu bara



xiv



¿



9 x 0,0424 x {584+0,45 kCal/kg C ( 194,15−31 ) C } x 100 3453 kCal /kg



¿ 7,27 %







Heat loss karena kadungan air di bahan bakar (H2O) ( L3 )



L 3= ¿



M x {584+Cp(T f −T a) x 100 GCV batu bara



0,1189 x {584 +0,45 kCal /kg C ( 194,15−31 ) C x 100 3453 kCal /kg



¿ 2,26 % 



Heat loss karena kandungan air di udara H2O ( L4 )



L 4= ¿



AAS x humidity factor x C p x (T f −T a) x 100 GCV batu bara



8,61 kg/kg batubara x 0,0192 x 0,45 kCal /kg C x ( 194,15−31 ) C x 100 3453 kCal /kg



¿ 0,35 %







Heat loss karena pembakaran tidak sempurna ( L5 )



L 5=



¿



%CO x C 5744 x 100 %CO+ %CO2 GCV batubara



0 x 0,6039 5744 x 100 0+9,17 3453 kCal /kg



¿0%







Heat loss karena radiasi permukaan, konveksi, dan yang tak terhitung ( L6 ) Besar kehilangan panas yang terjadi pada boiler jenis CFB berada pada kisaran 0,3 – 0,8 %. Berdasarkan kisaran tersebut diasumsikan bahwa besar kehilangan panas yang terjadi berada pada 0,55%



xv







Heat loss karena fly ash dan bottom ash  Heat loss karena abu terbang (fly ash) (%) % ash in coal



= 5,46 %



Ratio of bottom ash to fly ash



= 70:30



GCV fly ash



= 458 Kcal/kg



Kandungan fly ash dalam 1 kg batubara = 0,3 x 0,0546 = 0,0164 kg Rugi-rugi dalam fly ash



= 0,0164 kg x 458 Kcal/kg = 7,502 kCal/kg of batubara =7,502 kCal /kg x



% Rugi-rugi dalam fly ash



100 3453 kCal /kg



= 0,22%



 Heat loss karena abu dasar (bottom ash) % % ash in coal



= 5,46 %



Ratio of bottom ash to fly ash



= 70:30



GCV fly ash



= 6 Kcal/kg



Kandungan fly ash dalam 1 kg batubara = 0,7 x 0,0546 = 0,0382 kg Rugi-rugi dalam fly ash



= 0,0382 kg x 6 Kcal/kg = 0,2293 kCal/kg of batubara



% Rugi-rugi dalam fly ash



=0,2293 kCal /kg x



100 3453 kCal /kg



= 0,01 %



Tahap – 5 . Menghitung Efisiensi Boiler pada waktu 06:00 WIB Efisiensi Boiler (ƞ) = 100 - (L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6 + L7 + L8 +L9) = 100 - ( 9,96 + 7,27 + 2,26 + 0,35 + 0 + 0,55 + 0,22 + 0,01 )



xvi



= 79,39 % 



Energi Balance -



Total energi input E¿ =ṁ fuel x GCV fuel = 5792 kg/hr x 14457,01 kj/kg = 83730206,91 kj/hr = 20003394,07 Kcal/hr - Total Kehilangan Energi Eloss = EL1 + EL2 + EL3 + EL4 + EL6 + EL7 + EL8 EL1 =



9,96 x 20003394,07 kCal /kg 100



= 1991522,72 kCal/hr



EL2 =



7,27 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 1453304,9 kCal/hr EL3 =



2,26 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 452824,82 kCal/hr EL4 =



0,35 x 20003394,07 kCal/kg 100



=70327,54 kCal/hr EL6 =



0,55 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 110018,67 kCal/hr EL7 =



0,22 x 20003394,07 kCal /kg 100



= 43459,68 kCal/hr EL8 =



0,006 x 20003394,07 kCal / kg 100



= 1328,46 kCal/hr Eloss = EL1 + EL2 + EL3 + EL4 + EL6 + EL7 + EL8 = 1991522,72+ 1453304,9 + 452824,82 + 70327,54 +



xvii



110018,67 + 43459,68 + 1328,46 = 4122786,79 kCal/hr



2) Perhitungan Metode Indirect pada Waktu 12:00 WIB no



parameter



nilai



satuan kg/hr kg/hr



1 2 3 4



Fuel firing rate steam generation rate steam pressure steam temperature



139000 488000 32,146 312,288



5 6 7 8 9 10



feed water temperature %CO2 in flue gas %CO in flue gas average flue gas temperature ambient temperature humidity in ambient air



57,917



11 12 13 14 15 16



surface temperature of boiler wind velocity around the boiler total surface area of boiler GCV of bottom ash GCV of fly ash ratio of bottom ash to fly ash fuel analysis (in%) ash content in fuel moisture in coal carbon content hydrogen content nitrogen content sulfur content oxygen content GCV of coal



54,7 6 1330 6 458 70:30



17 18 19 20 21 22 22 23



Tahap – 1 . Menghitung kebutuhan udara teoritis Diketahui :



9,17 0 194,15 31 0,0203



5,46 11,89 60,39 4,24 1,02 0,69 28,2 3453



݇݃ Ȁܿ݉ ଶሺ݃ሻ



Ԩ Ԩ % %



Ԩ Ԩ kg/kg dry air Ԩ m/s ݉ଶ kCal/kg kCal/kg



% % % % % % % %



xviii



Analisis batubara -



Ash



= 5,46 %



-



Moisture pada batubara



= 11,89 %



-



Karbon (C)



= 60,39 %



-



Hidrogen (H2)



= 4,24 %



-



Nitrogen (N2)



= 1,02 %



-



Sulfur (S)



= 0,69 %



-



Oksigen (O2)



= 28,2 %



( (



(11,6 x C )+ 34,8 x H 2−



Udara teoritis ¿



O2 +(4,35 x S) 8



))



100



(



(



(11,6 x 60,39 ) + 34,8 x 4,24− ¿



28,2 +(4,35 x 0,69) 8



))



100



¿ 7,28 kg udara /kg bahan bakar Tahap – 2 . Menghitung teoritis CO2 %



Moles N2 ¿



Wt o f N 2∈theoritical air Wt of N 2 ∈fuel + mol .Wt of N 2 mol .Wt of N 2 77 100



7,28 x ¿



28



+



0,0102 28



= 0,2007 Moles C



=



Wt of C∈fuel mol .Wt of C



=



0,6039 12



= 0,0503 % CO2 teoritis = =



moles of C moles N 2 +moles of C 0,0503 0,2007+0,0503



xix



= 20,05 % Tahap – 3 . Menghitung persen kelebihan udara yang dipasok (EA) ¿ 7900 x ¿ ¿



% suplai udara berlebih



¿



7900 x [ 20,05−9,17] 9,17 x ¿ ¿



= 117,23 %



Tahap – 4 . Menghitung massa udara sebernanya yang dipasok (AAS) Massa sebernarnya ¿ ¿) x udara teoritis Udara suplai



¿ ¿) x 7,28 ¿ 8,61 kg /kg batubara



Tahap – 5 . Menghitung massa aktual gas buang kering Massa gas buang kering = massa of CO2 + mass of N2 content in the fuel + Mass of N2 in the combustion air supplied + mass of oxygen in flue gas =



0,6039 x 44 8,61 x 77 + 0,0102 + + 12 100



( 8,16−7,28 ) x 23 100 = 9,16 kg/kg batubara Tahap – 6 . Menghitung losses yang terjadi pada boiler 



Heat loss karena gas buang kering ( L1 )



L 1=



m ˙ x Cp x (T f −T a ) x 100 GCV batu bara



xx



¿



9,16 kg /kg batubara x 0,23 kCal /kg C x ( 194,15−31 ) C x 100 3453 kCal /kg



= 9,96 %







Heat loss karena steam dalam bahan bakar ( L2 )



L 2=



¿



9 x H 2 x {584+ Cp ( T f −T a ) } x 100 GCV batu bara



9 x 0,0424 x {584+0,45 kCal/kg C ( 194,15−31 ) C } x 100 3453 kCal /kg



¿ 7,27 %







Heat loss karena kadungan air di bahan bakar (H2O) ( L3 )



L 3= ¿



M x {584+Cp(T f −T a) x 100 GCV batu bara



0,1189 x {584 +0,45 kCal /kg C ( 194,15−31 ) C x 100 3453 kCal /kg



¿ 2,26 % 



Heat loss karena kandungan air di udara H2O ( L4 )



L 4= ¿



AAS x humidity factor x C p x (T f −T a) x 100 GCV batu bara



8,61 kg/kg batubara x 0,0203 x 0,45 kCal/kg C x ( 194,15−31 ) C x 100 3453 kCal /kg



¿ 0,37 %







Heat loss karena pembakaran tidak sempurna ( L5 )



xxi



L 5=



¿



%CO x C 5744 x 100 %CO+ %CO2 GCV batubara



0 x 0,6039 5744 x 100 0+9,17 3453 kCal /kg



¿0%







Heat loss karena radiasi permukaan, konveksi, dan yang tak terhitung ( L6 ) Besar kehilangan panas yang terjadi pada boiler jenis CFB berada pada kisaran 0,3 – 0,8 %. Berdasarkan kisaran tersebut diasumsikan bahwa besar kehilangan panas yang terjadi berada pada 0,55%







Heat loss karena fly ash dan bottom ash  Heat loss karena abu terbang (fly ash) (%) % ash in coal



= 5,46 %



Ratio of bottom ash to fly ash



= 70:30



GCV fly ash



= 458 Kcal/kg



Kandungan fly ash dalam 1 kg batubara = 0,3 x 0,0546 = 0,0164 kg Rugi-rugi dalam fly ash



= 0,0164 kg x 458 Kcal/kg = 7,502 kCal/kg of batubara



% Rugi-rugi dalam fly ash



=7,502 kCal /kg x



100 3453 kCal /kg



= 0,22%



 Heat loss karena abu dasar (bottom ash) % % ash in coal



= 5,46 %



Ratio of bottom ash to fly ash



= 70:30



GCV fly ash



= 6 Kcal/kg



Kandungan fly ash dalam 1 kg batubara = 0,7 x 0,0546 = 0,0382 kg Rugi-rugi dalam fly ash



= 0,0382 kg x 6 Kcal/kg = 0,2293 kCal/kg of batubara



xxii



=0,2293 kCal /kg x



% Rugi-rugi dalam fly ash



100 3453 kCal /kg



= 0,01 %



Tahap – 5 . Menghitung Efisiensi Boiler pada waktu 06:00 WIB Efisiensi Boiler (ƞ) = 100 - (L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6 + L7 + L8 +L9) = 100 - ( 9,96 + 7,27 + 2,26 + 0,37 + 0 + 0,55 + 0,22 + 0,01 ) = 79,37 % 



Energi Balance -



Total energi input E¿ =ṁfuel x GCV fuel = 5792 kg/hr x 14457,01 kj/kg = 83730206,91 kj/hr = 20003394,07 Kcal/hr - Total Kehilangan Energi Eloss = EL1 + EL2 + EL3 + EL4 + EL6 + EL7 + EL8 EL1 =



9,96 x 20003394,07 kCal /kg 100



= 1991522,72 kCal/hr



EL2 =



7,27 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 1453304,9 kCal/hr EL3 =



2,26 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 452824,82 kCal/hr EL4 =



0,37 x 20003394,07 kCal /kg 100



xxiii



=74356,72 kCal/hr EL6 =



0,55 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 110018,67 kCal/hr EL7 =



0,22 x 20003394,07 kCal /kg 100



= 43459,68 kCal/hr EL8 =



0,006 x 20003394,07 kCal / kg 100



= 1328,46 kCal/hr Eloss = EL1 + EL2 + EL3 + EL4 + EL6 + EL7 + EL8 = 1991522,72+ 1453304,9 + 452824,82 + 74356,72 + 110018,67 + 43459,68 + 1328,46 = 4126815,97 kCal/hr



3) Perhitungan Metode Indirect pada Waktu 18:00 WIB



xxiv



no



parameter



nilai



satuan kg/hr kg/hr



1 2 3 4



Fuel firing rate steam generation rate steam pressure steam temperature



139000 488000 32,146 312,288



5 6 7 8 9 10



feed water temperature %CO2 in flue gas %CO in flue gas average flue gas temperature ambient temperature humidity in ambient air



57,917



11 12 13 14 15 16



surface temperature of boiler wind velocity around the boiler total surface area of boiler GCV of bottom ash GCV of fly ash ratio of bottom ash to fly ash fuel analysis (in%) ash content in fuel moisture in coal carbon content hydrogen content nitrogen content sulfur content oxygen content GCV of coal



17 18 19 20 21 22 22 23



9,17 0 194,15 31 0,01918 54,7 6 1330 6 458 70:30 5,46 11,89 60,39 4,24 1,02 0,69 28,2 3453



Tahap – 1 . Menghitung kebutuhan udara teoritis Diketahui : Analisis batubara -



Ash



= 5,46 %



-



Moisture pada batubara



= 11,89 %



-



Karbon (C)



= 60,39 %



-



Hidrogen (H2)



= 4,24 %



-



Nitrogen (N2)



= 1,02 %



-



Sulfur (S)



= 0,69 %



-



Oksigen (O2)



= 28,2 %



݇݃ Ȁܿ݉ ଶሺ݃ሻ



Ԩ Ԩ % % Ԩ Ԩ kg/kg dry air Ԩ m/s ݉ଶ kCal/kg kCal/kg



% % % % % % % %



xxv



( (



(11,6 x C )+ 34,8 x H 2−



Udara teoritis ¿



O2 +(4,35 x S) 8



))



100



( (



(11,6 x 60,39 ) + 34,8 x 4,24− ¿



28,2 +(4,35 x 0,69) 8



))



100



¿ 7,28 kg udara /kg bahan bakar Tahap – 2 . Menghitung teoritis CO2 %



Moles N2 ¿



Wt o f N 2∈theoritical air Wt of N 2 ∈fuel + mol .Wt of N 2 mol .Wt of N 2 77 100



7,28 x ¿



28



+



0,0102 28



= 0,2007 Moles C



=



Wt of C∈fuel mol .Wt of C



=



0,6039 12



= 0,0503 % CO2 teoritis = =



moles of C moles N 2 +moles of C 0,0503 0,2007+0,0503



= 20,05 % Tahap – 3 . Menghitung persen kelebihan udara yang dipasok (EA) % suplai udara berlebih



¿ 7900 x ¿ ¿ ¿



7900 x [ 20,05−9,17] 9,17 x ¿ ¿



= 117,23 %



xxvi



Tahap – 4 . Menghitung massa udara sebernanya yang dipasok (AAS) Massa sebernarnya ¿ ¿) x udara teoritis Udara suplai



¿ ¿) x 7,28 ¿ 8,61 kg /kg batubara



Tahap – 5 . Menghitung massa aktual gas buang kering Massa gas buang kering = massa of CO2 + mass of N2 content in the fuel + Mass of N2 in the combustion air supplied + mass of oxygen in flue gas =



0,6039 x 44 8,61 x 77 + 0,0102 + + 12 100



( 8,16−7,28 ) x 23 100 = 9,16 kg/kg batubara Tahap – 6 . Menghitung losses yang terjadi pada boiler 



Heat loss karena gas buang kering ( L1 )



L 1=



¿



m ˙ x Cp x (T f −T a ) x 100 GCV batu bara



9,16 kg /kg batubara x 0,23 kCal /kg C x ( 194,15−31 ) C x 100 3453 kCal /kg



= 9,96 %







Heat loss karena steam dalam bahan bakar ( L2 )



xxvii



L 2=



¿



9 x H 2 x {584+ Cp ( T f −T a ) } x 100 GCV batu bara



9 x 0,0424 x {584+0,45 kCal/kg C ( 194,15−31 ) C } x 100 3453 kCal /kg



¿ 7,27 %







Heat loss karena kadungan air di bahan bakar (H2O) ( L3 )



L 3= ¿



M x {584+Cp(T f −T a) x 100 GCV batu bara



0,1189 x {584 +0,45 kCal /kg C ( 194,15−31 ) C x 100 3453 kCal /kg



¿ 2,26 %







Heat loss karena kandungan air di udara H2O ( L4 )



L 4= ¿



AAS x humidity factor x C p x (T f −T a) x 100 GCV batu bara



8,61 kg/kg batubara x 0,01018 x 0,45 kCal/kg C x ( 194,15−31 ) C x 100 3453 kCal /kg



¿ 0,35 % 



Heat loss karena pembakaran tidak sempurna ( L5 )



L 5=



¿



%CO x C 5744 x 100 %CO+ %CO2 GCV batubara



0 x 0,6039 5744 x 100 0+9,17 3453 kCal /kg



¿0%







Heat loss karena radiasi permukaan, konveksi, dan yang tak terhitung ( L6 )



xxviii



Besar kehilangan panas yang terjadi pada boiler jenis CFB berada pada kisaran 0,3 – 0,8 %. Berdasarkan kisaran tersebut diasumsikan bahwa besar kehilangan panas yang terjadi berada pada 0,55% 



Heat loss karena fly ash dan bottom ash  Heat loss karena abu terbang (fly ash) (%) % ash in coal



= 5,46 %



Ratio of bottom ash to fly ash



= 70:30



GCV fly ash



= 458 Kcal/kg



Kandungan fly ash dalam 1 kg batubara = 0,3 x 0,0546 = 0,0164 kg Rugi-rugi dalam fly ash



= 0,0164 kg x 458 Kcal/kg = 7,502 kCal/kg of batubara



% Rugi-rugi dalam fly ash



=7,502 kCal /kg x



100 3453 kCal /kg



= 0,22%



 Heat loss karena abu dasar (bottom ash) % % ash in coal



= 5,46 %



Ratio of bottom ash to fly ash



= 70:30



GCV fly ash



= 6 Kcal/kg



Kandungan fly ash dalam 1 kg batubara = 0,7 x 0,0546 = 0,0382 kg Rugi-rugi dalam fly ash



= 0,0382 kg x 6 Kcal/kg = 0,2293 kCal/kg of batubara



% Rugi-rugi dalam fly ash



=0,2293 kCal /kg x



100 3453 kCal /kg



= 0,01 %



Tahap – 5 . Menghitung Efisiensi Boiler pada waktu 06:00 WIB Efisiensi Boiler (ƞ) = 100 - (L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6 + L7 + L8 +L9)



xxix



= 100 - ( 9,96 + 7,27 + 2,26 + 0,35 + 0 + 0,55 + 0,22 + 0,01 ) = 79,39 % 



Energi Balance -



Total energi input E¿ =ṁ fuel x GCV fuel = 5792 kg/hr x 14457,01 kj/kg = 83730206,91 kj/hr = 20003394,07 Kcal/hr - Total Kehilangan Energi Eloss = EL1 + EL2 + EL3 + EL4 + EL6 + EL7 + EL8 EL1 =



9,96 x 20003394,07 kCal /kg 100



= 1991522,72 kCal/hr



EL2 =



7,27 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 1453304,9 kCal/hr EL3 =



2,26 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 452824,82 kCal/hr EL4 =



0,35 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 70254,28 kCal/hr EL6 =



0,55 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 110018,67 kCal/hr EL7 =



0,22 x 20003394,07 kCal /kg 100



= 43459,68 kCal/hr EL8 =



0,006 x 20003394,07 kCal / kg 100



xxx



= 1328,46 kCal/hr Eloss = EL1 + EL2 + EL3 + EL4 + EL6 + EL7 + EL8 = 1991522,72+ 1453304,9 + 452824,82 + 70254,28 + 110018,67 + 43459,68 + 1328,46 = 4122713,53 kCal/hr



4) Perhitungan Metode Indirect pada Waktu 24:00 WIB no



parameter



nilai



satuan kg/hr kg/hr



1 2 3 4



Fuel firing rate steam generation rate steam pressure steam temperature



139000 488000 32,146 312,288



5 6 7 8 9 10



feed water temperature %CO2 in flue gas %CO in flue gas average flue gas temperature ambient temperature humidity in ambient air



57,917



11 12 13 14 15 16



surface temperature of boiler wind velocity around the boiler total surface area of boiler GCV of bottom ash GCV of fly ash ratio of bottom ash to fly ash fuel analysis (in%) ash content in fuel moisture in coal carbon content hydrogen content nitrogen content sulfur content oxygen content GCV of coal



17 18 19 20 21 22 22 23



9,17 0 194,15 31 0,01874 54,7 6 1330 6 458 70:30 5,46 11,89 60,39 4,24 1,02 0,69 28,2 3453



݇݃ Ȁܿ݉ ଶሺ݃ሻ



Ԩ



Ԩ % %



Ԩ Ԩ kg/kg dry air Ԩ m/s ݉ଶ kCal/kg kCal/kg



% % % % % % % %



xxxi



Tahap – 1 . Menghitung kebutuhan udara teoritis Diketahui : Analisis batubara -



Ash



= 5,46 %



-



Moisture pada batubara



= 11,89 %



-



Karbon (C)



= 60,39 %



-



Hidrogen (H2)



= 4,24 %



-



Nitrogen (N2)



= 1,02 %



-



Sulfur (S)



= 0,69 %



-



Oksigen (O2)



= 28,2 %



( (



(11,6 x C )+ 34,8 x H 2−



Udara teoritis ¿



O2 +(4,35 x S) 8



))



100



( (



(11,6 x 60,39 ) + 34,8 x 4,24− ¿



28,2 +(4,35 x 0,69) 8



))



100



¿ 7,28 kg udara /kg bahan bakar Tahap – 2 . Menghitung teoritis CO2 %



Moles N2 ¿



Wt o f N 2∈theoritical air Wt of N 2 ∈fuel + mol .Wt of N 2 mol .Wt of N 2 77 100



7,28 x ¿



28



+



0,0102 28



= 0,2007 Moles C



=



Wt of C∈fuel mol .Wt of C



=



0,6039 12



= 0,0503



xxxii



% CO2 teoritis = =



moles of C moles N 2 +moles of C 0,0503 0,2007+0,0503



= 20,05 % Tahap – 3 . Menghitung persen kelebihan udara yang dipasok (EA) ¿ 7900 x ¿ ¿



% suplai udara berlebih



¿



7900 x [ 20,05−9,17] 9,17 x ¿ ¿



= 117,23 %



Tahap – 4 . Menghitung massa udara sebernanya yang dipasok (AAS) Massa sebernarnya ¿ ¿) x udara teoritis Udara suplai



¿ ¿) x 7,28 ¿ 8,61 kg /kg batubara



Tahap – 5 . Menghitung massa aktual gas buang kering Massa gas buang kering = massa of CO2 + mass of N2 content in the fuel + Mass of N2 in the combustion air supplied + mass of oxygen in flue gas =



0,6039 x 44 8,61 x 77 + 0,0102 + + 12 100



( 8,16−7,28 ) x 23 100 = 9,16 kg/kg batubara Tahap – 6 . Menghitung losses yang terjadi pada boiler



xxxiii







Heat loss karena gas buang kering ( L1 )



L 1=



¿



m ˙ x Cp x (T f −T a ) x 100 GCV batu bara



9,16 kg /kg batubara x 0,23 kCal /kg C x ( 194,15−31 ) C x 100 3453 kCal /kg



= 9,96 %







Heat loss karena steam dalam bahan bakar ( L2 )



L 2=



¿



9 x H 2 x {584+ Cp ( T f −T a ) } GCV batu bara



x 100



9 x 0,0424 x {584+0,45 kCal/kg C ( 194,15−31 ) C } x 100 3453 kCal /kg



¿ 7,27 %







Heat loss karena kadungan air di bahan bakar (H2O) ( L3 )



L 3= ¿



M x {584+Cp(T f −T a) x 100 GCV batu bara



0,1189 x {584 +0,45 kCal /kg C ( 194,15−31 ) C x 100 3453 kCal /kg



¿ 2,26 % 



Heat loss karena kandungan air di udara H2O ( L4 )



L 4= ¿



AAS x humidity factor x C p x (T f −T a) x 100 GCV batu bara



8,61 kg/kg batubara x 0,01874 x 0,45 kCal /kg C x ( 194,15−31 ) C x 100 3453 kCal /kg



¿ 0,34 %



xxxiv







Heat loss karena pembakaran tidak sempurna ( L5 )



L 5=



¿



%CO x C 5744 x 100 %CO+ %CO2 GCV batubara



0 x 0,6039 5744 x 100 0+9,17 3453 kCal /kg



¿0%







Heat loss karena radiasi permukaan, konveksi, dan yang tak terhitung ( L6 ) Besar kehilangan panas yang terjadi pada boiler jenis CFB berada pada kisaran 0,3 – 0,8 %. Berdasarkan kisaran tersebut diasumsikan bahwa besar kehilangan panas yang terjadi berada pada 0,55%







Heat loss karena fly ash dan bottom ash  Heat loss karena abu terbang (fly ash) (%) % ash in coal



= 5,46 %



Ratio of bottom ash to fly ash



= 70:30



GCV fly ash



= 458 Kcal/kg



Kandungan fly ash dalam 1 kg batubara = 0,3 x 0,0546 = 0,0164 kg Rugi-rugi dalam fly ash



= 0,0164 kg x 458 Kcal/kg = 7,502 kCal/kg of batubara



% Rugi-rugi dalam fly ash



=7,502 kCal /kg x = 0,22%



 Heat loss karena abu dasar (bottom ash) % % ash in coal



= 5,46 %



Ratio of bottom ash to fly ash



= 70:30



GCV fly ash



= 6 Kcal/kg



Kandungan fly ash dalam 1 kg batubara = 0,7 x 0,0546



100 3453 kCal /kg



xxxv



= 0,0382 kg Rugi-rugi dalam fly ash



= 0,0382 kg x 6 Kcal/kg = 0,2293 kCal/kg of batubara =0,2293 kCal /kg x



% Rugi-rugi dalam fly ash



100 3453 kCal /kg



= 0,01 %



Tahap – 5 . Menghitung Efisiensi Boiler pada waktu 06:00 WIB Efisiensi Boiler (ƞ) = 100 - (L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6 + L7 + L8 +L9) = 100 - ( 9,96 + 7,27 + 2,26 + 0,35 + 0 + 0,55 + 0,22 + 0,01 ) = 79,39 % 



Energi Balance -



Total energi input E¿ =ṁfuel x GCV fuel = 5792 kg/hr x 14457,01 kj/kg = 83730206,91 kj/hr = 20003394,07 Kcal/hr - Total Kehilangan Energi Eloss = EL1 + EL2 + EL3 + EL4 + EL6 + EL7 + EL8 EL1 =



9,96 x 20003394,07 kCal /kg 100



= 1991522,72 kCal/hr



EL2 =



7,27 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 1453304,9 kCal/hr EL3 =



2,26 x 20003394,07 kCal/kg 100



xxxvi



= 452824,82 kCal/hr EL4 =



0,34 x 20003394,07 kCal / kg 100



= 68642,61 kCal/hr EL6 =



0,55 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 110018,67 kCal/hr EL7 =



0,22 x 20003394,07 kCal /kg 100



= 43459,68 kCal/hr EL8 =



0,006 x 20003394,07 kCal / kg 100



= 1328,46 kCal/hr Eloss = EL1 + EL2 + EL3 + EL4 + EL6 + EL7 + EL8 = 1991522,72+ 1453304,9 + 452824,82 + 68642,61 + 110018,67 + 43459,68 + 1328,46 = 4121101,86 kCal/hr



Perhitungan Simulasi Metode Indirect dengan CO 2 dan Excess Air sesuai standar



xxxvii



no



parameter



nilai



satuan kg/hr kg/hr



1 2 3 4



Fuel firing rate steam generation rate steam pressure steam temperature



139000 488000 32,146 312,288



5 6 7 8 9 10



feed water temperature %CO2 in flue gas %CO in flue gas average flue gas temperature ambient temperature humidity in ambient air



57,917 14,00 0 180 31 0,023



11 12 13 14 15 16



surface temperature of boiler wind velocity around the boiler total surface area of boiler GCV of bottom ash GCV of fly ash ratio of bottom ash to fly ash fuel analysis (in%) ash content in fuel moisture in coal carbon content hydrogen content nitrogen content sulfur content oxygen content GCV of coal



54,7 6 1330 6 458 70:30



17 18 19 20 21 22 22 23



5,46 11,89 60,39 4,24 1,02 0,69 28,2 3453



Tahap – 1 . Menghitung kebutuhan udara teoritis Diketahui : Analisis batubara -



Ash



= 5,46 %



-



Moisture pada batubara



= 11,89 %



-



Karbon (C)



= 60,39 %



-



Hidrogen (H2)



= 4,24 %



-



Nitrogen (N2)



= 1,02 %



-



Sulfur (S)



= 0,69 %



-



Oksigen (O2)



= 28,2 %



݇݃ Ȁܿ݉ ଶሺ݃ሻ



Ԩ



Ԩ % %



Ԩ Ԩ kg/kg dry air Ԩ m/s ݉ଶ kCal/kg kCal/kg



% % % % % % % %



xxxviii



( (



(11,6 x C )+ 34,8 x H 2−



Udara teoritis ¿



O2 +(4,35 x S) 8



))



100



( (



(11,6 x 60,39 ) + 34,8 x 4,24− ¿



28,2 +(4,35 x 0,69) 8



))



100



¿ 7,28 kg udara /kg bahan bakar Tahap – 2 . Menghitung teoritis CO2 %



Moles N2 ¿



Wt o f N 2∈theoritical air Wt of N 2 ∈fuel + mol .Wt of N 2 mol .Wt of N 2 77 100



7,28 x ¿



28



+



0,0102 28



= 0,2007 Moles C



=



Wt of C∈fuel mol .Wt of C



=



0,6039 12



= 0,0503 % CO2 teoritis = =



moles of C moles N 2 +moles of C 0,0503 0,2007+0,0503



= 20,05 % Tahap – 3 . Menghitung persen kelebihan udara yang dipasok (EA) % suplai udara berlebih



¿ 7900 x ¿ ¿ ¿



7900 x [20,05−14 ] 14 x ¿ ¿



= 42,7 %



xxxix



Tahap – 4 . Menghitung massa udara sebernanya yang dipasok (AAS) Massa sebernarnya ¿ ¿) x udara teoritis Udara suplai



¿ ¿) x 7,28 ¿ 3,18 kg /kg batubara



Tahap – 5 . Menghitung massa aktual gas buang kering Massa gas buang kering = massa of CO2 + mass of N2 content in the fuel + Mass of N2 in the combustion air supplied + mass of oxygen in flue gas =



0,6039 x 44 3,18 x 77 + 0,0102 + + 12 100



( 3,18−7,28 ) x 23 100 = 3,73 kg/kg batubara Tahap – 6 . Menghitung losses yang terjadi pada boiler 



Heat loss karena gas buang kering ( L1 )



L 1=



¿



m ˙ x Cp x (T f −T a ) x 100 GCV batu bara



3,73 kg/kg batubara x 0,23 kCal /kg C x ( 180−31 ) C x 100 3453 kCal /kg



= 3,7 %







Heat loss karena steam dalam bahan bakar ( L2 )



xl



L 2=



¿



9 x H 2 x {584+ Cp ( T f −T a ) } x 100 GCV batu bara



9 x 0,0424 x {584+0,45 kCal/kg C ( 180−31 ) C } x 100 3453 kCal /kg



¿ 7,19 %







Heat loss karena kadungan air di bahan bakar (H2O) ( L3 )



L 3= ¿



M x {584+Cp(T f −T a) x 100 GCV batu bara



0,1189 x {584 +0,45 kCal /kg C ( 180−31 ) C x 100 3453 kCal /kg



¿ 2,24 % 



Heat loss karena kandungan air di udara H2O ( L4 )



L 4= ¿



AAS x humidity factor x C p x (T f −T a) x 100 GCV batu bara



3,18 kg/kg batubara x 0,023 x 0,45 kCal/kg C x ( 180−31 ) C x 100 3453 kCal /kg



¿ 0,14 %







Heat loss karena pembakaran tidak sempurna ( L5 )



L 5=



¿



%CO x C 5744 x 100 %CO+ %CO2 GCV batubara



0 x 0,6039 5744 x 100 0+9,17 3453 kCal /kg



¿0%







Heat loss karena radiasi permukaan, konveksi, dan yang tak terhitung ( L6 )



xli



Besar kehilangan panas yang terjadi pada boiler jenis CFB berada pada kisaran 0,3 – 0,8 %. Berdasarkan kisaran tersebut diasumsikan bahwa besar kehilangan panas yang terjadi berada pada 0,55% 



Heat loss karena fly ash dan bottom ash  Heat loss karena abu terbang (fly ash) (%) % ash in coal



= 5,46 %



Ratio of bottom ash to fly ash



= 70:30



GCV fly ash



= 458 Kcal/kg



Kandungan fly ash dalam 1 kg batubara = 0,3 x 0,0546 = 0,0164 kg Rugi-rugi dalam fly ash



= 0,0164 kg x 458 Kcal/kg = 7,502 kCal/kg of batubara



% Rugi-rugi dalam fly ash



=7,502 kCal /kg x



100 3453 kCal /kg



= 0,22%



 Heat loss karena abu dasar (bottom ash) % % ash in coal



= 5,46 %



Ratio of bottom ash to fly ash



= 70:30



GCV fly ash



= 6 Kcal/kg



Kandungan fly ash dalam 1 kg batubara = 0,7 x 0,0546 = 0,0382 kg Rugi-rugi dalam fly ash



= 0,0382 kg x 6 Kcal/kg = 0,2293 kCal/kg of batubara



% Rugi-rugi dalam fly ash



=0,2293 kCal /kg x



100 3453 kCal /kg



= 0,01 %



Tahap – 5 . Menghitung Efisiensi Boiler pada waktu 06:00 WIB Efisiensi Boiler (ƞ) = 100 - (L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6 + L7 + L8 +L9)



xlii



= 100 - (3,7 + 7,19 + 2,24 + 0,14 + 0 + 0,55 + 0,22 + 0,01 ) = 85,94 % 



Energi Balance -



Total energi input E¿ =ṁ fuel x GCV fuel = 5792 kg/hr x 14457,01 kj/kg = 83730206,91 kj/hr = 20003394,07 Kcal/hr - Total Kehilangan Energi Eloss = EL1 + EL2 + EL3 + EL4 + EL6 + EL7 + EL8 EL1 =



3,7 x 20003394,07 kCal /kg 100



= 740943,62 kCal/hr EL2 =



7,19 x 20003394,07 kCal /kg 100



= 1439228,74 kCal/hr EL3 =



2,24 x 20003394,07 kCal /kg 100



= 448438,93 kCal/hr EL4 =



0,14 x 20003394,07 kCal / kg 100



= 28436,38 kCal/hr EL6 =



0,55 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 110018,67 kCal/hr EL7 =



0,22 x 20003394,07 kCal /kg 100



= 43459,68 kCal/hr EL8 =



0,006 x 20003394,07 kCal / kg 100



= 1328,46 kCal/hr



xliii



Eloss = EL1 + EL2 + EL3 + EL4 + EL6 + EL7 + EL8 = 740943,62 + 1439228,74 + 448438,93 + 28436,38 + 110018,67 + 43459,68 + 1328,46 = 2811854,47 kCal/hr



Perhitungan simulasi efisiensi boiler dengan metode Indirect dengan nilai CO no



parameter



nilai



satuan kg/hr kg/hr



1 2 3 4



Fuel firing rate steam generation rate steam pressure steam temperature



139000 488000 32,146 312,288



5 6 7 8 9 10



feed water temperature %CO2 in flue gas %CO in flue gas average flue gas temperature ambient temperature humidity in ambient air



57,917



11 12 13 14 15 16



surface temperature of boiler wind velocity around the boiler total surface area of boiler GCV of bottom ash GCV of fly ash ratio of bottom ash to fly ash fuel analysis (in%) ash content in fuel moisture in coal carbon content hydrogen content nitrogen content sulfur content oxygen content GCV of coal



54,7 6 1330 6 458 70:30



17 18 19 20 21 22 22 23



9,17 0,55 194,15 31 0,023



5,46 11,89 60,39 4,24 1,02 0,69 28,2 3453



݇݃ Ȁܿ݉ ଶሺ݃ሻ



Ԩ



Ԩ % %



Ԩ Ԩ kg/kg dry air Ԩ m/s ݉ଶ kCal/kg kCal/kg



% % % % % % % %



xliv



Tahap – 1 . Menghitung kebutuhan udara teoritis Diketahui : Analisis batubara -



Ash



= 5,46 %



-



Moisture pada batubara



= 11,89 %



-



Karbon (C)



= 60,39 %



-



Hidrogen (H2)



= 4,24 %



-



Nitrogen (N2)



= 1,02 %



-



Sulfur (S)



= 0,69 %



-



Oksigen (O2)



= 28,2 %



( (



(11,6 x C )+ 34,8 x H 2−



Udara teoritis ¿



O2 +(4,35 x S) 8



))



100



( (



(11,6 x 60,39 ) + 34,8 x 4,24− ¿



28,2 +(4,35 x 0,69) 8



))



100



¿ 7,28 kg udara /kg bahan bakar Tahap – 2 . Menghitung teoritis CO2 %



Moles N2 ¿



Wt o f N 2∈theoritical air Wt of N 2 ∈fuel + mol .Wt of N 2 mol .Wt of N 2 77 100



7,28 x ¿



28



+



0,0102 28



= 0,2007 Moles C



=



Wt of C∈fuel mol .Wt of C



=



0,6039 12



= 0,0503



xlv



% CO2 teoritis = =



moles of C moles N 2 +moles of C 0,0503 0,2007+0,0503



= 20,05 % Tahap – 3 . Menghitung persen kelebihan udara yang dipasok (EA) ¿ 7900 x ¿ ¿



% suplai udara berlebih



¿



7900 x [ 20,05−9,17] 9,17 x ¿ ¿



= 117,23 %



Tahap – 4 . Menghitung massa udara sebernanya yang dipasok (AAS) Massa sebernarnya ¿ ¿) x udara teoritis Udara suplai



¿ ¿) x 7,28 ¿ 8,61 kg /kg batubara



Tahap – 5 . Menghitung massa aktual gas buang kering Massa gas buang kering = massa of CO2 + mass of N2 content in the fuel + Mass of N2 in the combustion air supplied + mass of oxygen in flue gas =



0,6039 x 44 8,61 x 77 + 0,0102 + + 12 100



( 8,16−7,28 ) x 23 100 = 9,16 kg/kg batubara Tahap – 6 . Menghitung losses yang terjadi pada boiler



xlvi







Heat loss karena gas buang kering ( L1 )



L 1=



¿



m ˙ x Cp x (T f −T a ) x 100 GCV batu bara



9,16 kg /kg batubara x 0,23 kCal /kg C x ( 194,15−31 ) C x 100 3453 kCal /kg



= 9,96 %







Heat loss karena steam dalam bahan bakar ( L2 )



L 2=



¿



9 x H 2 x {584+ Cp ( T f −T a ) } GCV batu bara



x 100



9 x 0,0424 x {584+0,45 kCal/kg C ( 194,15−31 ) C } x 100 3453 kCal /kg



¿ 7,27 %







Heat loss karena kadungan air di bahan bakar (H2O) ( L3 )



L 3= ¿



M x {584+Cp(T f −T a) x 100 GCV batu bara



0,1189 x {584 +0,45 kCal /kg C ( 194,15−31 ) C x 100 3453 kCal /kg



¿ 2,26 % 



Heat loss karena kandungan air di udara H2O ( L4 )



L 4= ¿



AAS x humidity factor x C p x (T f −T a) x 100 GCV batu bara



8,61 kg/kg batubara x 0,023 x 0,45 kCal/kg C x ( 194,15−31 ) C x 100 3453 kCal /kg



¿ 0,42 %



xlvii







Heat loss karena pembakaran tidak sempurna ( L5 )



L 5=



¿



%CO x C 5744 x 100 %CO+ %CO2 GCV batubara



0,55 x 0,6039 5744 x 100 0,55+9,17 3453 kCal /kg



¿ 5,68 %







Heat loss karena radiasi permukaan, konveksi, dan yang tak terhitung ( L6 ) Besar kehilangan panas yang terjadi pada boiler jenis CFB berada pada kisaran 0,3 – 0,8 %. Berdasarkan kisaran tersebut diasumsikan bahwa besar kehilangan panas yang terjadi berada pada 0,55%







Heat loss karena fly ash dan bottom ash  Heat loss karena abu terbang (fly ash) (%) % ash in coal



= 5,46 %



Ratio of bottom ash to fly ash



= 70:30



GCV fly ash



= 458 Kcal/kg



Kandungan fly ash dalam 1 kg batubara = 0,3 x 0,0546 = 0,0164 kg Rugi-rugi dalam fly ash



= 0,0164 kg x 458 Kcal/kg = 7,502 kCal/kg of batubara



% Rugi-rugi dalam fly ash



=7,502 kCal /kg x = 0,22%



 Heat loss karena abu dasar (bottom ash) % % ash in coal



= 5,46 %



Ratio of bottom ash to fly ash



= 70:30



GCV fly ash



= 6 Kcal/kg



Kandungan fly ash dalam 1 kg batubara = 0,7 x 0,0546



100 3453 kCal /kg



xlviii



= 0,0382 kg Rugi-rugi dalam fly ash



= 0,0382 kg x 6 Kcal/kg = 0,2293 kCal/kg of batubara =0,2293 kCal /kg x



% Rugi-rugi dalam fly ash



100 3453 kCal /kg



= 0,01 %



Tahap – 5 . Menghitung Efisiensi Boiler pada waktu 06:00 WIB Efisiensi Boiler (ƞ) = 100 - (L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6 + L7 + L8 +L9) = 100 - ( 9,96 + 7,27 + 2,26 + 0,42 + 5,68 + 0,55 + 0,22 + 0,01 ) = 73,64 % 



Energi Balance -



Total energi input E¿ =ṁfuel x GCV fuel = 5792 kg/hr x 14457,01 kj/kg = 83730206,91 kj/hr = 20003394,07 Kcal/hr - Total Kehilangan Energi Eloss = EL1 + EL2 + EL3 + EL4 + EL6 + EL7 + EL8 EL1 =



9,96 x 20003394,07 kCal /kg 100



= 1991522,72 kCal/hr EL2 =



7,27 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 1453304,9 kCal/hr EL3 =



2,26 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 452824,82 kCal/hr



xlix



EL4 =



0,42 x 20003394,07 kCal /kg 100



=84246,53 kCal/hr EL5 =



5,68 x 20003394,07 kCal /kg 100



=1137058,99 kCal/hr EL6 =



0,55 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 110018,67 kCal/hr EL7 =



0,22 x 20003394,07 kCal /kg 100



= 43459,68 kCal/hr EL8 =



0,01 x 20003394,07 kCal /kg 100



= 1328,46 kCal/hr Eloss = EL1 + EL2 + EL3 + EL4 + EL6 + EL7 + EL8 =



1991522,72+ 1453304,9 + 452824,82 + 84246,53 1137058,99 + 110018,67 + 43459,68 + 1328,46



= 5273764,775 kCal/hr



Perhitungan simulasi efisiensi boiler dengan GCV 4200



+



l



no



parameter



nilai



satuan kg/hr kg/hr



1 2 3 4



Fuel firing rate steam generation rate steam pressure steam temperature



139000 488000 32,146 312,288



5 6 7 8 9 10



feed water temperature %CO2 in flue gas %CO in flue gas average flue gas temperature ambient temperature humidity in ambient air



57,917



11 12 13 14 15 16



surface temperature of boiler wind velocity around the boiler total surface area of boiler GCV of bottom ash GCV of fly ash ratio of bottom ash to fly ash fuel analysis (in%) ash content in fuel moisture in coal carbon content hydrogen content nitrogen content sulfur content oxygen content GCV of coal



54,7 6 1330 6 458 70:30



17 18 19 20 21 22 22 23



9,17 0 194,15 31 0,023



5,46 11,89 60,39 4,24 1,02 0,69 28,2 4200



Tahap – 1 . Menghitung kebutuhan udara teoritis Diketahui : Analisis batubara -



Ash



= 5,46 %



-



Moisture pada batubara



= 11,89 %



-



Karbon (C)



= 60,39 %



-



Hidrogen (H2)



= 4,24 %



-



Nitrogen (N2)



= 1,02 %



-



Sulfur (S)



= 0,69 %



-



Oksigen (O2)



= 28,2 %



݇݃ Ȁܿ݉ ଶሺ݃ሻ



Ԩ



Ԩ % %



Ԩ Ԩ kg/kg dry air Ԩ m/s ݉ଶ kCal/kg kCal/kg



% % % % % % % %



li



( (



(11,6 x C )+ 34,8 x H 2−



Udara teoritis ¿



O2 +(4,35 x S) 8



))



100



( (



(11,6 x 60,39 ) + 34,8 x 4,24− ¿



28,2 +(4,35 x 0,69) 8



))



100



¿ 7,28 kg udara /kg bahan bakar Tahap – 2 . Menghitung teoritis CO2 %



Moles N2 ¿



Wt o f N 2∈theoritical air Wt of N 2 ∈fuel + mol .Wt of N 2 mol .Wt of N 2 77 100



7,28 x ¿



28



+



0,0102 28



= 0,2007 Moles C



=



Wt of C∈fuel mol .Wt of C



=



0,6039 12



= 0,0503 % CO2 teoritis = =



moles of C moles N 2 +moles of C 0,0503 0,2007+0,0503



= 20,05 % Tahap – 3 . Menghitung persen kelebihan udara yang dipasok (EA) % suplai udara berlebih



¿ 7900 x ¿ ¿ ¿



7900 x [ 20,05−9,17] 9,17 x ¿ ¿



= 117,23 %



lii



Tahap – 4 . Menghitung massa udara sebernanya yang dipasok (AAS) Massa sebernarnya ¿ ¿) x udara teoritis Udara suplai



¿ ¿) x 7,28 ¿ 8,61 kg /kg batubara



Tahap – 5 . Menghitung massa aktual gas buang kering Massa gas buang kering = massa of CO2 + mass of N2 content in the fuel + Mass of N2 in the combustion air supplied + mass of oxygen in flue gas =



0,6039 x 44 8,61 x 77 + 0,0102 + + 12 100



( 8,16−7,28 ) x 23 100 = 9,16 kg/kg batubara Tahap – 6 . Menghitung losses yang terjadi pada boiler 



Heat loss karena gas buang kering ( L1 )



L 1=



¿



m ˙ x Cp x (T f −T a ) x 100 GCV batu bara



9,16 kg /kg batubara x 0,23 kCal /kg C x ( 194,15−31 ) C x 100 4200 kCal /kg



= 8,19 %







Heat loss karena steam dalam bahan bakar ( L2 )



liii



L 2=



¿



9 x H 2 x {584+ Cp ( T f −T a ) } x 100 GCV batu bara



9 x 0,0424 x {584+0,45 kCal/kg C ( 194,15−31 ) C } x 100 4200 kCal /kg



¿ 5,97 %







Heat loss karena kadungan air di bahan bakar (H2O) ( L3 )



L 3= ¿



M x {584+Cp(T f −T a) x 100 GCV batu bara



0,1189 x {584 +0,45 kCal /kg C ( 194,15−31 ) C x 100 4200 kCal /kg



¿ 1,86 % 



Heat loss karena kandungan air di udara H2O ( L4 )



L 4= ¿



AAS x humidity factor x C p x (T f −T a) x 100 GCV batu bara



8,61 kg/kg batubara x 0,023 x 0,45 kCal/kg C x ( 194,15−31 ) C x 100 4200 kCal /kg



¿ 0,35 %







Heat loss karena pembakaran tidak sempurna ( L5 )



L 5=



¿



%CO x C 5744 x 100 %CO+ %CO2 GCV batubara



0 x 0,6039 5744 x 100 0+9,17 3453 kCal /kg



¿0%







Heat loss karena radiasi permukaan, konveksi, dan yang tak terhitung ( L6 )



liv



Besar kehilangan panas yang terjadi pada boiler jenis CFB berada pada kisaran 0,3 – 0,8 %. Berdasarkan kisaran tersebut diasumsikan bahwa besar kehilangan panas yang terjadi berada pada 0,55% 



Heat loss karena fly ash dan bottom ash  Heat loss karena abu terbang (fly ash) (%) % ash in coal



= 5,46 %



Ratio of bottom ash to fly ash



= 70:30



GCV fly ash



= 458 Kcal/kg



Kandungan fly ash dalam 1 kg batubara = 0,3 x 0,0546 = 0,0164 kg Rugi-rugi dalam fly ash



= 0,0164 kg x 458 Kcal/kg = 7,502 kCal/kg of batubara



% Rugi-rugi dalam fly ash



=7,502 kCal /kg x



100 4200 kCal /kg



= 0,18%



 Heat loss karena abu dasar (bottom ash) % % ash in coal



= 5,46 %



Ratio of bottom ash to fly ash



= 70:30



GCV fly ash



= 6 Kcal/kg



Kandungan fly ash dalam 1 kg batubara = 0,7 x 0,0546 = 0,0382 kg Rugi-rugi dalam fly ash



= 0,0382 kg x 6 Kcal/kg = 0,2293 kCal/kg of batubara



% Rugi-rugi dalam fly ash



=0,2293 kCal /kg x



100 4200 kCal /kg



= 0,005 %



Tahap – 5 . Menghitung Efisiensi Boiler pada waktu 06:00 WIB Efisiensi Boiler (ƞ) = 100 - (L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6 + L7 + L8 +L9)



lv



= 100 - ( 8,18 + 5,97 + 1,86 + 0,35 + 0 + 0,55 + 0,18 + 0,01 ) = 82,9 % 



Energi Balance -



Total energi input E¿ =ṁ fuel x GCV fuel = 5792 kg/hr x 14457,01 kj/kg = 83730206,91 kj/hr = 20003394,07 Kcal/hr - Total Kehilangan Energi Eloss = EL1 + EL2 + EL3 + EL4 + EL6 + EL7 + EL8 EL1 =



8,19 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 1991522,72 kCal/hr EL2 =



5,97 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 1453304,9 kCal/hr EL3 =



1,86 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 452824,82 kCal/hr EL4 =



0,35 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 84246,53 kCal/hr EL5 =



0 x 20003394,07 kCal /kg 100



= 0 kCal/hr EL6 =



0,55 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 133819,4 kCal/hr EL7 =



0,18 x 20003394,07 kCal/kg 100



= 43459,68 kCal/hr



lvi



EL8 =



0,01 x 20003394,07 kCal /kg 100



= 1328,46 kCal/hr Eloss



= EL1 + EL2 + EL3 + EL4 + EL6 + EL7 + EL8 = 1991522,72 + 1453304,9 + 452824,82 + 84246,53 + 0 + 133819,4 + 43459,68 + 1328,46 = 4160506,52 kCal/hr



Perhitungan kerugian dalam Rupiah Dibawah ini merupakan perhitungan kerugian dalam rupiah akibat kehilangan bahan bakar berdasarkan perhitungan metode Indirect dengan data rata-rata selama satu hari. Ebbloss = 4160506,52 kCal/hr



ṁloss = =



Ebbloss GCV 4160506,52 kCal /hr 4200 kCa/kg



= 990,6 kg/hr = 0,9906 Ton/hr Berdasarkan Harga Batubara Acuan (HBA) dan Harga Patokan Batubara (HPB) bulan januari 2017, batubara GCV 4200 kcal dihargai 40,56 US$/Ton dengan harga 1 US$ = Rp.13000,-. Sehingga didapatkan besar kerugian kehilangan batubara dalam rupiah sebagai berikut: = ṁloss x 40,56 US$/Ton = 0,9906 Ton/hr x 40,56 US$/Ton = 40,18 US$/hr = 40,18 US$/hr x Rp 13000,= Rp 522.321,9 /hr = Rp 12.535.725,01 /day



lvii



= Rp 313.393.125,3 /month



Perhitungan simulasi efisiensi boiler dengan GCV 4000 no



parameter



nilai



satuan kg/hr kg/hr



1 2 3 4



Fuel firing rate steam generation rate steam pressure steam temperature



139000 488000 32,146 312,288



5 6 7 8 9 10



feed water temperature %CO2 in flue gas %CO in flue gas average flue gas temperature ambient temperature humidity in ambient air



57,917



11 12 13 14 15 16



surface temperature of boiler 54,7 wind velocity around the boiler 6 total surface area of boiler 1330 GCV of bottom ash 6 GCV of fly ash 458 ratio of bottom ash to fly ash 70:30 fuel analysis (in%) ash content in fuel 5,46 moisture in coal 11,89 carbon content 60,39 hydrogen content 4,24 nitrogen content 1,02 sulfur content 0,69 oxygen content 28,2 GCV of coal 4000



17 18 19 20 21 22 22 23



Tahap – 1 . Menghitung kebutuhan udara teoritis Diketahui : Analisis batubara



9,17 0 194,15 31 0,023



݇݃ Ȁܿ݉ ଶሺ݃ሻ



Ԩ Ԩ % %



Ԩ Ԩ kg/kg dry air Ԩ m/s ݉ଶ kCal/kg kCal/kg



% % % % % % % %



lviii



-



Ash



= 5,46 %



-



Moisture pada batubara



= 11,89 %



-



Karbon (C)



= 60,39 %



-



Hidrogen (H2)



= 4,24 %



-



Nitrogen (N2)



= 1,02 %



-



Sulfur (S)



= 0,69 %



-



Oksigen (O2)



= 28,2 %



(



(



(11,6 x C )+ 34,8 x H 2−



Udara teoritis ¿



O2 +(4,35 x S) 8



))



100



( (



(11,6 x 60,39 ) + 34,8 x 4,24− ¿



28,2 +(4,35 x 0,69) 8



))



100



¿ 7,28 kg udara /kg bahan bakar Tahap – 2 . Menghitung teoritis CO2 %



Moles N2 ¿



Wt o f N 2∈theoritical air Wt of N 2 ∈fuel + mol .Wt of N 2 mol .Wt of N 2 77 100



7,28 x ¿



28



+



0,0102 28



= 0,2007 Moles C



=



Wt of C∈fuel mol .Wt of C



=



0,6039 12



= 0,0503 % CO2 teoritis = =



moles of C moles N 2 +moles of C 0,0503 0,2007+0,0503



= 20,05 %



lix



Tahap – 3 . Menghitung persen kelebihan udara yang dipasok (EA) ¿ 7900 x ¿ ¿



% suplai udara berlebih



¿



7900 x [ 20,05−9,17] 9,17 x ¿ ¿



= 117,23 %



Tahap – 4 . Menghitung massa udara sebernanya yang dipasok (AAS) Massa sebernarnya ¿ ¿) x udara teoritis Udara suplai



¿ ¿) x 7,28 ¿ 8,61 kg /kg batubara



Tahap – 5 . Menghitung massa aktual gas buang kering Massa gas buang kering = massa of CO2 + mass of N2 content in the fuel + Mass of N2 in the combustion air supplied + mass of oxygen in flue gas =



0,6039 x 44 8,61 x 77 + 0,0102 + + 12 100



( 8,16−7,28 ) x 23 100 = 9,16 kg/kg batubara Tahap – 6 . Menghitung losses yang terjadi pada boiler 



Heat loss karena gas buang kering ( L1 )



L 1=



m ˙ x Cp x (T f −T a ) x 100 GCV batu bara



lx



¿



9,16 kg /kg batubara x 0,23 kCal /kg C x ( 194,15−31 ) C x 100 4000 kCal /kg



= 8,59 %







Heat loss karena steam dalam bahan bakar ( L2 )



L 2=



¿



9 x H 2 x {584+ Cp ( T f −T a ) } x 100 GCV batu bara



9 x 0,0424 x {584+0,45 kCal/kg C ( 194,15−31 ) C } x 100 4000 kCal /kg



¿ 6,27 %







Heat loss karena kadungan air di bahan bakar (H2O) ( L3 )



L 3= ¿



M x {584+Cp(T f −T a) x 100 GCV batu bara



0,1189 x {584 +0,45 kCal /kg C ( 194,15−31 ) C x 100 4000 kCal /kg



¿ 1,95 % 



Heat loss karena kandungan air di udara H2O ( L4 )



L 4= ¿



AAS x humidity factor x C p x (T f −T a) x 100 GCV batu bara



8,61 kg/kg batubara x 0,023 x 0,45 kCal/kg C x ( 194,15−31 ) C x 100 4000 kCal /kg



¿ 0,36 %







Heat loss karena pembakaran tidak sempurna ( L5 )



L 5=



%CO x C 5744 x 100 %CO+ %CO2 GCV batubara



lxi



¿



0 x 0,6039 5744 x 100 0+9,17 3453 kCal /kg



¿0%







Heat loss karena radiasi permukaan, konveksi, dan yang tak terhitung ( L6 ) Besar kehilangan panas yang terjadi pada boiler jenis CFB berada pada kisaran 0,3 – 0,8 %. Berdasarkan kisaran tersebut diasumsikan bahwa besar kehilangan panas yang terjadi berada pada 0,55%







Heat loss karena fly ash dan bottom ash  Heat loss karena abu terbang (fly ash) (%) % ash in coal



= 5,46 %



Ratio of bottom ash to fly ash



= 70:30



GCV fly ash



= 458 Kcal/kg



Kandungan fly ash dalam 1 kg batubara = 0,3 x 0,0546 = 0,0164 kg Rugi-rugi dalam fly ash



= 0,0164 kg x 458 Kcal/kg = 7,502 kCal/kg of batubara



% Rugi-rugi dalam fly ash



=7,502 kCal /kg x



100 4000 kCal /kg



= 0,19%



 Heat loss karena abu dasar (bottom ash) % % ash in coal



= 5,46 %



Ratio of bottom ash to fly ash



= 70:30



GCV fly ash



= 6 Kcal/kg



Kandungan fly ash dalam 1 kg batubara = 0,7 x 0,0546 = 0,0382 kg Rugi-rugi dalam fly ash



= 0,0382 kg x 6 Kcal/kg = 0,2293 kCal/kg of batubara



% Rugi-rugi dalam fly ash



=0,2293 kCal /kg x = 0,01 %



100 4000 kCal /kg



lxii



Tahap – 5 . Menghitung Efisiensi Boiler pada waktu 06:00 WIB Efisiensi Boiler (ƞ) = 100 - (L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6 + L7 + L8 +L9) = 100 - ( 8,59 + 6,27 + 1,95 + 0,36 + 0 + 0,55 + 0,19 + 0,01 ) = 82,07 % 



Energi Balance -



Total energi input E¿ =ṁ fuel x GCV fuel = 5792 kg/hr x 16747,19 kj/kg = 96994158,02 kj/hr = 23172191,22 Kcal/hr - Total Kehilangan Energi Eloss = EL1 + EL2 + EL3 + EL4 + EL6 + EL7 + EL8 EL1 =



8,59 x 23172191,22 kCal /kg 100



= 1991522,72 kCal/hr EL2 =



6,27 x 23172191,22kCal /kg 100



= 1453304,9 kCal/hr EL3 =



1,95 x 23172191,22 kCal /kg 100



= 452824,82 kCal/hr EL4 =



0,36 x 23172191,22kCal /kg 100



= 84246,53 kCal/hr EL5 =



0 x 23172191,22 kCal /kg 100



= 0 kCal/hr



lxiii



EL6 =



0,55 x 23172191,22kCal /kg 100



= 127447,05 kCal/hr EL7 =



0,19 x 23172191,22 kCal /kg 100



= 43459,68 kCal/hr EL8 =



0,01 x 23172191,22 kCal /kg 100



= 1328,46 kCal/hr Eloss



= EL1 + EL2 + EL3 + EL4 + EL6 + EL7 + EL8 = 1991522,72 + 1453304,9 + 452824,82 + 84246,53 + 0 + 127447,05 + 43459,68 + 1328,46 = 4154134,17 kCal/hr



Perhitungan kerugian dalam Rupiah Dibawah ini merupakan perhitungan kerugian dalam rupiah akibat kehilangan bahan bakar berdasarkan perhitungan metode Indirect dengan data rata-rata selama satu hari. Ebbloss = 4154134,17 kCal/hr



ṁloss = =



Ebbloss GCV 4154134,17 kCal /hr 4000 kCa/kg



= 1038,5 kg/hr = 1,0385 Ton/hr Berdasarkan Harga Batubara Acuan (HBA) dan Harga Patokan Batubara (HPB) bulan januari 2017, batubara GCV 4000 kcal dihargai 40,55 US$/Ton dengan harga 1 US$ = Rp.13000,-. Sehingga didapatkan besar kerugian kehilangan batubara dalam rupiah sebagai berikut: = ṁloss x 40,55 US$/Ton = 1,0385 Ton/hr x 40,55 US$/Ton



lxiv



= 42,11 US$/hr = 42,11 US$/hr x Rp 13000,= Rp 547.462,9 /hr = Rp 13.139.110.9 /day = Rp 328.477.773,9 /month



Perhitungan simulasi efisiensi boiler dengan GCV 3800



lxv



no



parameter



nilai



satuan kg/hr kg/hr



1 2 3 4



Fuel firing rate steam generation rate steam pressure steam temperature



139000 488000 32,146 312,288



5 6 7 8 9 10



feed water temperature %CO2 in flue gas %CO in flue gas average flue gas temperature ambient temperature humidity in ambient air



57,917



11 12 13 14 15 16



surface temperature of boiler 54,7 wind velocity around the boiler 6 total surface area of boiler 1330 GCV of bottom ash 6 GCV of fly ash 458 ratio of bottom ash to fly ash 70:30 fuel analysis (in%) ash content in fuel 5,46 moisture in coal 11,89 carbon content 60,39 hydrogen content 4,24 nitrogen content 1,02 sulfur content 0,69 oxygen content 28,2 GCV of coal 3800



17 18 19 20 21 22 22 23



9,17 0 194,15 31 0,023



Tahap – 1 . Menghitung kebutuhan udara teoritis Diketahui : Analisis batubara -



Ash



= 5,46 %



-



Moisture pada batubara



= 11,89 %



-



Karbon (C)



= 60,39 %



-



Hidrogen (H2)



= 4,24 %



-



Nitrogen (N2)



= 1,02 %



-



Sulfur (S)



= 0,69 %



-



Oksigen (O2)



= 28,2 %



݇݃ Ȁܿ݉ ଶሺ݃ሻ



Ԩ Ԩ % % Ԩ Ԩ kg/kg dry air Ԩ m/s ݉ଶ kCal/kg kCal/kg



% % % % % % % %



lxvi



( (



(11,6 x C )+ 34,8 x H 2−



Udara teoritis ¿



O2 +(4,35 x S) 8



))



100



( (



(11,6 x 60,39 ) + 34,8 x 4,24− ¿



28,2 +(4,35 x 0,69) 8



))



100



¿ 7,28 kg udara /kg bahan bakar Tahap – 2 . Menghitung teoritis CO2 %



Moles N2 ¿



Wt o f N 2∈theoritical air Wt of N 2 ∈fuel + mol .Wt of N 2 mol .Wt of N 2 77 100



7,28 x ¿



28



+



0,0102 28



= 0,2007 Moles C



=



Wt of C∈fuel mol .Wt of C



=



0,6039 12



= 0,0503 % CO2 teoritis = =



moles of C moles N 2 +moles of C 0,0503 0,2007+0,0503



= 20,05 % Tahap – 3 . Menghitung persen kelebihan udara yang dipasok (EA) % suplai udara berlebih



¿ 7900 x ¿ ¿ ¿



7900 x [ 20,05−9,17] 9,17 x ¿ ¿



= 117,23 %



lxvii



Tahap – 4 . Menghitung massa udara sebernanya yang dipasok (AAS) Massa sebernarnya ¿ ¿) x udara teoritis Udara suplai



¿ ¿) x 7,28 ¿ 8,61 kg /kg batubara



Tahap – 5 . Menghitung massa aktual gas buang kering Massa gas buang kering = massa of CO2 + mass of N2 content in the fuel + Mass of N2 in the combustion air supplied + mass of oxygen in flue gas =



0,6039 x 44 8,61 x 77 + 0,0102 + + 12 100



( 8,16−7,28 ) x 23 100 = 9,16 kg/kg batubara Tahap – 6 . Menghitung losses yang terjadi pada boiler 



Heat loss karena gas buang kering ( L1 )



L 1=



¿



m ˙ x Cp x (T f −T a ) x 100 GCV batu bara



9,16 kg /kg batubara x 0,23 kCal /kg C x ( 194,15−31 ) C x 100 3800 kCal /kg



= 9,05 %







Heat loss karena steam dalam bahan bakar ( L2 )



lxviii



L 2=



¿



9 x H 2 x {584+ Cp ( T f −T a ) } x 100 GCV batu bara



9 x 0,0424 x {584+0,45 kCal/kg C ( 194,15−31 ) C } x 100 3800 kCal /kg



¿ 6,6 %







Heat loss karena kadungan air di bahan bakar (H2O) ( L3 )



L 3= ¿



M x {584+Cp(T f −T a) x 100 GCV batu bara



0,1189 x {584 +0,45 kCal /kg C ( 194,15−31 ) C x 100 3800 kCal /kg



¿ 2,06 % 



Heat loss karena kandungan air di udara H2O ( L4 )



L 4= ¿



AAS x humidity factor x C p x (T f −T a) x 100 GCV batu bara



8,61 kg/kg batubara x 0,023 x 0,45 kCal/kg C x ( 194,15−31 ) C x 100 3800 kCal /kg



¿ 0,38 % 



Heat loss karena pembakaran tidak sempurna ( L5 )



L 5=



¿



%CO x C 5744 x 100 %CO+ %CO2 GCV batubara



0 x 0,6039 5744 x 100 0+9,17 3453 kCal /kg



¿0%







Heat loss karena radiasi permukaan, konveksi, dan yang tak terhitung ( L6 )



lxix



Besar kehilangan panas yang terjadi pada boiler jenis CFB berada pada kisaran 0,3 – 0,8 %. Berdasarkan kisaran tersebut diasumsikan bahwa besar kehilangan panas yang terjadi berada pada 0,55% 



Heat loss karena fly ash dan bottom ash  Heat loss karena abu terbang (fly ash) (%) % ash in coal



= 5,46 %



Ratio of bottom ash to fly ash



= 70:30



GCV fly ash



= 458 Kcal/kg



Kandungan fly ash dalam 1 kg batubara = 0,3 x 0,0546 = 0,0164 kg Rugi-rugi dalam fly ash



= 0,0164 kg x 458 Kcal/kg = 7,502 kCal/kg of batubara



% Rugi-rugi dalam fly ash



=7,502 kCal /kg x



100 3800 kCal /kg



= 0,2%



 Heat loss karena abu dasar (bottom ash) % % ash in coal



= 5,46 %



Ratio of bottom ash to fly ash



= 70:30



GCV fly ash



= 6 Kcal/kg



Kandungan fly ash dalam 1 kg batubara = 0,7 x 0,0546 = 0,0382 kg Rugi-rugi dalam fly ash



= 0,0382 kg x 6 Kcal/kg = 0,2293 kCal/kg of batubara



% Rugi-rugi dalam fly ash



=0,2293 kCal /kg x



100 3800 kCal /kg



= 0,01 %



Tahap – 5 . Menghitung Efisiensi Boiler pada waktu 06:00 WIB Efisiensi Boiler (ƞ) = 100 - (L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6 + L7 + L8 +L9)



lxx



= 100 - ( 9,05 + 6,6 + 2,06 + 0,38 + 0 + 0,55 + 0,2 + 0,01 ) = 81,16 % 



Energi Balance -



Total energi input E¿ =ṁ fuel x GCV fuel = 5792 kg/hr x 15909,83 kj/kg = 92144450,12 kj/hr = 22013581,66 Kcal/hr - Total Kehilangan Energi Eloss = EL1 + EL2 + EL3 + EL4 + EL6 + EL7 + EL8 EL1 =



9,05 x 22013581,66 kCal/ kg 100



= 1991522,72 kCal/hr EL2 =



6,6 x 22013581,66 kCal /kg 100



= 1453304,9 kCal/hr EL3 =



2,06 x 22013581,66 kCal/kg 100



= 452824,82 kCal/hr EL4 =



0,38 x 22013581,66 kCal/kg 100



= 84246,53 kCal/hr EL5 =



0 x 22013581,66 kCal /kg 100



= 0 kCal/hr EL6 =



0,55 x 22013581,66 kCal/kg 100



= 121074,69 kCal/hr EL7 =



0,2 x 22013581,66 kCal /kg 100



= 43459,68 kCal/hr



lxxi



EL8 =



0,01 x 22013581,66 kCal /kg 100



= 1328,46 kCal/hr Eloss



= EL1 + EL2 + EL3 + EL4 + EL6 + EL7 + EL8 = 1991522,72 + 1453304,9 + 452824,82 + 84246,53 + 0 + 121074,69 + 43459,68 + 1328,46 = 4147761,81 kCal/hr



Perhitungan kerugian dalam Rupiah Dibawah ini merupakan perhitungan kerugian dalam rupiah akibat kehilangan bahan bakar berdasarkan perhitungan metode Indirect dengan data rata-rata selama satu hari. Ebbloss = 4147761,81 kCal/hr



ṁloss = =



Ebbloss GCV 4147761,81 kCal /hr 3800 kCa/kg



= 1091,5 kg/hr = 1,0915 Ton/hr Berdasarkan Harga Batubara Acuan (HBA) dan Harga Patokan Batubara (HPB) bulan januari 2017, batubara GCV 3800 kcal dihargai 32,23 US$/Ton dengan harga 1 US$ = Rp.13000,-. Sehingga didapatkan besar kerugian kehilangan batubara dalam rupiah sebagai berikut: = ṁloss x 32,23 US$/Ton = 1,0915 Ton/hr x 32,23US$/Ton = 35,18 US$/hr



lxxii



= 35,18 US$/hr x Rp 13000,= Rp 457.334,4 /hr = Rp 10.976.025,6 /day = Rp 274.400.640,4 /month



Perhitungan simulasi efisiensi boiler dengan GCV 3000 no



parameter



nilai



satuan kg/hr kg/hr



1 2 3 4



Fuel firing rate steam generation rate steam pressure steam temperature



139000 488000 32,146 312,288



5 6 7 8 9 10



feed water temperature %CO2 in flue gas %CO in flue gas average flue gas temperature ambient temperature humidity in ambient air



57,917



11 12 13 14 15 16



surface temperature of boiler 54,7 wind velocity around the boiler 6 total surface area of boiler 1330 GCV of bottom ash 6 GCV of fly ash 458 ratio of bottom ash to fly ash 70:30 fuel analysis (in%) ash content in fuel 5,46 moisture in coal 11,89 carbon content 60,39 hydrogen content 4,24 nitrogen content 1,02 sulfur content 0,69 oxygen content 28,2 GCV of coal 3200



17 18 19 20 21 22 22 23



9,17 0 194,15 31 0,023



݇݃ Ȁܿ݉ ଶሺ݃ሻ



Ԩ Ԩ % %



Ԩ Ԩ kg/kg dry air Ԩ m/s ݉ଶ kCal/kg kCal/kg



% % % % % % % %



lxxiii



Tahap – 1 . Menghitung kebutuhan udara teoritis Diketahui : Analisis batubara -



Ash



= 5,46 %



-



Moisture pada batubara



= 11,89 %



-



Karbon (C)



= 60,39 %



-



Hidrogen (H2)



= 4,24 %



-



Nitrogen (N2)



= 1,02 %



-



Sulfur (S)



= 0,69 %



-



Oksigen (O2)



= 28,2 %



( (



(11,6 x C )+ 34,8 x H 2−



Udara teoritis ¿



O2 +(4,35 x S) 8



))



100



( (



(11,6 x 60,39 ) + 34,8 x 4,24− ¿



28,2 +(4,35 x 0,69) 8



))



100



¿ 7,28 kg udara /kg bahan bakar Tahap – 2 . Menghitung teoritis CO2 %



Moles N2 ¿



Wt o f N 2∈theoritical air Wt of N 2 ∈fuel + mol .Wt of N 2 mol .Wt of N 2 77 100



7,28 x ¿



28



+



0,0102 28



= 0,2007 Moles C



=



Wt of C∈fuel mol .Wt of C



=



0,6039 12



= 0,0503



lxxiv



% CO2 teoritis = =



moles of C moles N 2 +moles of C 0,0503 0,2007+0,0503



= 20,05 % Tahap – 3 . Menghitung persen kelebihan udara yang dipasok (EA) ¿ 7900 x ¿ ¿



% suplai udara berlebih



¿



7900 x [ 20,05−9,17] 9,17 x ¿ ¿



= 117,23 %



Tahap – 4 . Menghitung massa udara sebernanya yang dipasok (AAS) Massa sebernarnya ¿ ¿) x udara teoritis Udara suplai



¿ ¿) x 7,28 ¿ 8,61 kg /kg batubara



Tahap – 5 . Menghitung massa aktual gas buang kering Massa gas buang kering = massa of CO2 + mass of N2 content in the fuel + Mass of N2 in the combustion air supplied + mass of oxygen in flue gas =



0,6039 x 44 8,61 x 77 + 0,0102 + + 12 100



( 8,16−7,28 ) x 23 100 = 9,16 kg/kg batubara Tahap – 6 . Menghitung losses yang terjadi pada boiler



lxxv







Heat loss karena gas buang kering ( L1 )



L 1=



¿



m ˙ x Cp x (T f −T a ) x 100 GCV batu bara



9,16 kg /kg batubara x 0,23 kCal /kg C x ( 194,15−31 ) C x 100 3200 kCal /kg



= 10,74 %







Heat loss karena steam dalam bahan bakar ( L2 )



L 2=



¿



9 x H 2 x {584+ Cp ( T f −T a ) } GCV batu bara



x 100



9 x 0,0424 x {584+0,45 kCal/kg C ( 194,15−31 ) C } x 100 3200 kCal /kg



¿ 7,84 %







Heat loss karena kadungan air di bahan bakar (H2O) ( L3 )



L 3= ¿



M x {584+Cp(T f −T a) x 100 GCV batu bara



0,1189 x {584 +0,45 kCal /kg C ( 194,15−31 ) C x 100 3200 kCal /kg



¿ 2,44 % 



Heat loss karena kandungan air di udara H2O ( L4 )



L 4= ¿



AAS x humidity factor x C p x (T f −T a) x 100 GCV batu bara



8,61 kg/kg batubara x 0,023 x 0,45 kCal/kg C x ( 194,15−31 ) C x 100 3200 kCal /kg



¿ 0,45 %



lxxvi







Heat loss karena pembakaran tidak sempurna ( L5 )



L 5=



¿



%CO x C 5744 x 100 %CO+ %CO2 GCV batubara



0 x 0,6039 5744 x 100 0+9,17 3200 kCal /kg



¿0%







Heat loss karena radiasi permukaan, konveksi, dan yang tak terhitung ( L6 ) Besar kehilangan panas yang terjadi pada boiler jenis CFB berada pada kisaran 0,3 – 0,8 %. Berdasarkan kisaran tersebut diasumsikan bahwa besar kehilangan panas yang terjadi berada pada 0,55%







Heat loss karena fly ash dan bottom ash  Heat loss karena abu terbang (fly ash) (%) % ash in coal



= 5,46 %



Ratio of bottom ash to fly ash



= 70:30



GCV fly ash



= 458 Kcal/kg



Kandungan fly ash dalam 1 kg batubara = 0,3 x 0,0546 = 0,0164 kg Rugi-rugi dalam fly ash



= 0,0164 kg x 458 Kcal/kg = 7,502 kCal/kg of batubara



% Rugi-rugi dalam fly ash



=7,502 kCal /kg x = 0,23%



 Heat loss karena abu dasar (bottom ash) % % ash in coal



= 5,46 %



Ratio of bottom ash to fly ash



= 70:30



GCV fly ash



= 6 Kcal/kg



Kandungan fly ash dalam 1 kg batubara = 0,7 x 0,0546



100 3200 kCal /kg



lxxvii



= 0,0382 kg Rugi-rugi dalam fly ash



= 0,0382 kg x 6 Kcal/kg = 0,2293 kCal/kg of batubara =0,2293 kCal /kg x



% Rugi-rugi dalam fly ash



100 3200 kCal /kg



= 0,01 %



Tahap – 5 . Menghitung Efisiensi Boiler pada waktu 06:00 WIB Efisiensi Boiler (ƞ) = 100 - (L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6 + L7 + L8 +L9) = 100 - ( 10,74 + 7,84 + 2,44 + 0,45 + 0 + 0,55 + 0,23 + 0,01 ) = 77,73% 



Energi Balance -



Total energi input E¿ =ṁfuel x GCV fuel = 5792 kg/hr x 13397,75 kj/kg = 77595326,42 kj/hr = 18537752,98 Kcal/hr - Total Kehilangan Energi Eloss = EL1 + EL2 + EL3 + EL4 + EL6 + EL7 + EL8 EL1 =



10,74 x 18537752,98kCal /kg 100



= 1991522,72 kCal/hr EL2 =



7,84 x 18537752,98 kCal/kg 100



= 1453304,9 kCal/hr EL3 =



2,44 x 18537752,98 kCal/kg 100



= 452824,82 kCal/hr



lxxviii



EL4 =



0,45 x 18537752,98 kCal /kg 100



= 84246,53 kCal/hr EL5 =



0 x 18537752,98 kCal /kg 100



= 0 kCal/hr EL6 =



0,55 x 18537752,98 kCal /kg 100



= 101957,64 kCal/hr EL7 =



0,23 x 18537752,98 kCal /kg 100



= 43459,68 kCal/hr EL8 =



0,01 x 18537752,98 kCal /kg 100



= 1328,46 kCal/hr Eloss



= EL1 + EL2 + EL3 + EL4 + EL6 + EL7 + EL8 = 1991522,72 + 1453304,9 + 452824,82 + 84246,53 + 0 + 101957,64 + 43459,68 + 1328,46 = 4128644,76 kCal/hr



Perhitungan kerugian dalam Rupiah Dibawah ini merupakan perhitungan kerugian dalam rupiah akibat kehilangan bahan bakar berdasarkan perhitungan metode Indirect dengan data rata-rata selama satu hari. Ebbloss = 4128644,76kCal/hr



ṁloss = =



Ebbloss GCV 4128644,76 kCal /hr 3200 kCa/kg



lxxix



= 1290,2 kg/hr = 1,2902 Ton/hr Berdasarkan Harga Batubara Acuan (HBA) dan Harga Patokan Batubara (HPB) bulan januari 2017, batubara GCV 3200 kcal dihargai 23,77 US$/Ton dengan harga 1 US$ = Rp.13000,-. Sehingga didapatkan besar kerugian kehilangan batubara dalam rupiah sebagai berikut: = ṁloss x 23,77 US$/Ton = 1,2902 Ton/hr x 23,77 US$/Ton = 30,67 US$/hr = 30,67 US$/hr x Rp 13000,= Rp 398.685,2 /hr = Rp 9.568.443,9 /day = Rp 239.211.097 /month



LAMPIRAN B DATA BOILER



xl



HARGA BATUBARA ACUAN (HBA) & HARGA PATOKAN BATUBARA (HPB) BULAN JANUARI 2017 KUALITAS TYPICAL



No MEREK DAGANG/ BRAND 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38



Gunung Bayan II Marunda Thermal Coal Trubaindo HCV_HS Medco Bara 6500 Trubaindo HCV_LS AGM Waruba Coal Pinang 6000 NAR Arutmin Satui 10 Arutmin Senakin Arutmin A6250 Mandiri 1 Wahana Coal Medco Bara 6200 Indominco IM_West / 6500 TAJ Coal Mandiri 2 Trubaindo MCV_LS SKB Coal Baramarta Coal Arutmin A6100 Insani Coal BCS Coal Indominco IM_West / 6350 Bangun Coal Pinang 6000 Indominco IMM_MCVHS Multi Coal Low Multi Coal Middle Pinang 5900 Arutmin A5900



CV (kcal/kg, GAR)



TM (%, ar)



TS (%, ar)



Ash (%, ar)



HPB (US$/ton)



7.000 6.600 6.553 6.500 6.423 5.313 6.300 6.300 6.250 6.250 5.200 6.200 6.200 6.171 6.200 5.100 6.143 6.130 6.112 6.100 6.050 5.915 6.029 6.072 6.000 5.970 5.950 5.900 5.900 5.900



12,00 11,00 12,00 10,00 11,50 23,00 14,00 11,00 11,00 10,00 25,00 12,00 10,00 15,50 10,00 26,00 14,00 9,00 9,50 11,50 19,00 15,10 15,50 10,02 16,00 15,50 16,00 16,00 19,00 12,00



2,00 0,50 1,69 3,28 0,71 0,24 0,60 1,00 1,00 1,20 0,60 0,90 4,00 0,76 1,00 0,60 0,76 2,20 0,95 1,00 0,15 0,56 0,71 2,20 0,60 1,65 1,00 2,00 0,90 0,90



10,00 10,00 4,21 9,38 4,76 4,00 5,50 10,00 12,00 12,00 7,00 10,00 12,00 5,22 14,00 7,00 5,20 17,00 13,00 12,50 3,20 9,40 5,22 14,91 5,00 5,05 7,00 7,00 4,50 13,00



88.53 90.29 86.25 79.06 88.73 67.29 84.93 84.33 82.87 82.99 61.82 82.49 71.13 81.38 82.33 59.95 82.40 76.30 82.21 80.24 79.99 77.65 79.80 75.44 79.52 75.37 76.50 71.88 74.65 77.38



Kualitas Tipikal



N



MEREK DAGANG/



o



BRAND



3 9



Multi Coal High



HPB



CV (kcal/kg GAR)



TM (%, ar)



TS (%, ar)



Ash (%, ar)



(US$/ton)



5.765



16,00



3,20



7,00



65.40



xli



4 0 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 4 7 4 8 4 9 5 0 5 1 5 2 5 3 5 4 5 5 5 6 5 7 5 8 5 9



KCM Coal



5.730



10,50



0,90



20,50



73.43



TSA Coal



5.700



18,00



2,00



8,00



67.30



Tanito Coal



5.700



17,50



1,00



8,50



71.52



Mahakam Coal



5.700



17,50



1,00



8,50



71.52



Ebony High Sulphur



5.700



18,00



1,75



4,70



69.62



Pinang 5700



5.700



19,00



0,50



5,00



73.65



IBP 5500



5.500



20,00



1,00



7,00



67.63



Arutmin A5700



5.700



11,00



0,80



14,00



75.61



BSS Coal



5.520



10,00



0,45



15,50



74.85



Lanna Harita Coal



5.500



22,00



1,00



6,00



66.40



Pinang 5500



5.500



21,00



0,40



5,50



69.82



Mahoni Medium Sulphur



5.500



20,00



1,30



4,70



67.35



Mahoni



5.500



20,00



0,80



4,70



69.35



Mahakam Coal B



5.400



23,00



1,50



8,00



61.65



Mahoni B



5.300



22,50



0,80



4,60



65.06



Kideco Coal



5.125



24,50



0,10



2,00



65.37



Agathis



5.100



25,00



0,82



4,50



60.83



Lanna Harita Coal



5.000



27,00



1,20



6,00



56.11



IBP 5000



5.000



25,00



1,00



7,00



58.00



Sungkai Medium Sulphur



5.000



26,00



1,30



4,50



57.06



xlii



6 0 6 1 6 2 6 3 6 4 6 5 6 6 6 7 6 8 6 9 7 0 7 1 7 2 7 3 7 4 7 5



Sungkai



5.000



26,00



0,90



4,50



58.66



Sungkai High Sulphur



5.000



26,00



1,70



4,50



55.46



Arutmin A5000



5.000



22,40



0,54



8,90



61.00



AGM Warute Coal



4.350



33,00



0,40



4,00



49.21



IBP 4600



4.600



28,00



0,50



7,00



53.50



Bas Gumay Coal



4.400



35,00



0,50



4,96



47.62



IBP 4400



4.400



30,00



0,50



7,00



50.06



IBP 4200



4.200



32,00



0,50



6,00



46.20



PIC Coal



4.200



33,00



1,75



6,00



40.56



BIB 4000



4.000



38,00



0,50



6,00



40.55



Borneo BIB



3.800



41,00



0,40



5,00



32.23



AGM Warutas Coal



3.800



40,00



0,15



5,23



32.81



PKN 3500



3.520



43,40



0,15



3,40



28.58



BMPclenco32



3.200



48,00



0,50



5,00



23.77



LIM 3010



3.010



47,50



0,60



5,30



22.59



LIM 3000



2.995



50,10



0,60



5,30



21.31



xliii



xliv



xlv



xlvi



xlvii



xlviii



xlix



xl



xli



LAMPIRAN C LAY OUT BOILER



li



lii



LAMPIRAN D CURICULUM VITAE



liii



DATA RIWAYAT HIDUP



DATA DIRI Nama



: Fadillah Ryan Oktriviana



Tempat, Tanggal Lahir



: Bukittinggi, 20 Oktober 1995



Jenis Kelamin



: Perempuan



Kewarganegaraan



: Indonesia



Alamat



: Jln.M.Daut Rasidi No.24 Kel. Silaing Atas Kec Padang Panjang Barat Kota Padang Panjang Provinsi Sumatra Barat



Telepon



: (+62) 87896153089



Email



: [email protected]



LATAR BEKALANG PENDIDIKAN FORMAL 2001 – 2007 Sekolah Dasar SD Negeri 01 Pasar Usang Padang Panjang 2007 – 2010 Sekolah Menengah Pertama SMP Negeri 2 Padang Panjang 2010 – 2013 Sekolah Menengah Atas SMA Negeri 3 Padang Panjang 2014 – Sekarang Universitas Teknik Konversi Energi – Politeknik Negeri Bandung