analisa_nilai_excess_air_untuk_meningkat.pdf

7/21/2019 ANALISA_NILAI_EXCESS_AIR_UNTUK_MENINGKAT.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/analisanilaiexcessairuntukmeningkatpdf 1/93

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan penduduk akan listrik sejalan dengan kemajuan teknologi,

pertumbuhan penduduk, dan dunia usaha menyebabkan kebutuhan akan

energi listrik terus meningkat. Namun hal ini belum mampu dipenuhi secara

optimal oleh PLN, oleh karena itu sejak diberlakukannya UU No. 15 Tahun

1985, PP N0. 10 Tahun 1989 dan Keputusan Presiden Nomor 37 Tahun 1992,

pemerintah memberikan ijin kepada pihak swasta untuk ikut berpartisipasidalam usaha ketenagalistrikan dibidang Pembangkit Transmisi dan Distribusi.

Salah satu perusahaan swasta yang bergerak dibidang ketenagalistrikan adalah

PT. IPMOMI (PT. International Power Mitsui Operation and Maintenance

Indonesia).

Pada proses pembangkitan tenaga listrik diperlukan kontinuitas produksi

energi listrik, PT. IPMOMI merupakan salah satu Pembangkit Listrik swasta

yang menyuplai listrik untuk wilayah Jawa, Madura, dan Bali. Pada PT.

IPMOMI terdapat 2 unit pembangkit, yaitu unit 7 dan 8 mempunyai kapasitas

rata – rata 615 MW net per unitnya yang diharapkan mampu memenuhi

kebutuhan listrik masyarakat wilayah Jawa, Madura, dan Bali. Dalam

mensuplai listrik untuk kebutuhan wilayah tersebut, kedua unit dilengkapi

dengan peralatan yang mendukung dalam sistem PLTU secara keseluruhan.

Peralatan di PT. IPMOMI mempunyai spesifikasi teknik dan fungsi yang baik,

serta bekerja dengan sistem general secara mekanik, fisika, maupun kimia.

Salah satu sistem yang penting adalah boiler . Di dalam proses pembakaran

pada boiler membutuhkan pembakaran sempurna, arti memperoleh

pembakaran sempurna yaitu bahan bakar bercampur proporsional dengan

oksigen. Pembakaran adalah reaksi kimia secara cepat antara bahan bakar dan

oksigen. Tujuan tersebut adalah memperoleh efisiensi pembakaran. Proses

pembakaran merupakan salah satu hal terkait dengan efisiensi boiler .

Pembakaran memerlukan panas dan api.



2

Oleh sebab itu penulis dalam Laporan Akhir ini membahas kebutuhan

excess air pada PLTU Paiton unit 7 terhadap meningkatkan efisiensi

pembakaran pada boiler untuk menghasilkan main steam menggerakkan

turbine sebagai driven pada generator yang memiliki load tertentu.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah di atas dapat dibuat rumusan masalah

sebagai berikut:

1. Bagaimana kebutuhan bahan bakar yang dihasilkan dan daya yang dipakai

pada kapasitas produksi power plant ?2.

Berapa analisis kebutuhan efisien excess air yang dipakai terhadap boiler

dengan output generator ?

1.3 Batasan Masalah

Dalam penulisan Laporan Akhir ini dilakukan batasan masalah sebagai

berikut:

1.

Hanya membahas kebutuhan pembakaran dalam furnace boiler di Paiton

unit 7.

2. Pengambilan data analisis excess air yang dipakai pada boiler Paiton unit

7 sesuai kondisi power plant bekerja.

3. Untuk proses pengambilan data memerlukan syarat parameter yang tidak

boleh berubah selama pengambilan data analisis, antara lain:

a.

Konfigurasi pulverizer yang dipakai harus sama,

b.

Tidak ada proses sootblower, c. Kondisi burner tilts harus sama,

d. Spesifikasi HHV (Higher Heating Value) batubara sama atau tidak

jauh berbeda,

e. Load Mega Watt tidak jauh berbeda, dan

f.

Kondisi SOFA tilts harus sama.



3

1.4 Tujuan

Tujuan dari penulisan Laporan Akhir ini solusi diantaranya adalah sebagai

berikut:1. Memberikan informasi tentang analisa kebutuhan excess air terpakai

dengan parameter yang ada pada boiler Paiton unit 7.

2.

Mengetahui pemakaian excess air yang efisien dipakai secara optimal

terpakai dengan parameter yang ada pada boiler Paiton unit 7.

1.5 Metode Pengumpulan Data

Untuk mendapatkan data dalam laporan akhir ini maka penyusun

menggunakan metode pengambilan data diantaranya sebagai berikut:

1.

Observasi, penyusun melakukan pengamatan dan pengambilan data

langsung dari Distributed Control System yang dibimbing langsung oleh

Shift Supervisor Production.

2. Interview atau wawancara langsung dengan orang yang mengerti

mengenai hal-hal yang berkaitan secara langsung permasalahan tentang

kebutuhan pembakaran boiler terutama pada operator boiler dan

karyawan yang terlibat.

3. Studi kepustakaan buku manual, penyusun melakukan pengambilan data

dari buku-buku referensi yang berkaitan erat dengan permasalahan yang

akan di bahas oleh penyusun sebagai judul Laporan Akhir.

4. Konsultasi dengan dosen pembimbing dan diskusi dengan pembimbing

lapangan.

5.

Selama proses pengambilan data adalah parameter yang dikontrol jangansampai mengalami perubahan yang signifikan dan menyusun parameter –

parameter sebagai indikasi daripada pengaturan proses pengambilan data.

Masing – masing parameter dapat dimonitor dengan software program

PI, yaitu program yang berbasis DTSPI terhubung terhadap server

perusahaan berdasar indikasi tiap – tiap sensor instrument dengan

tagging yang dimiliki masing – masing sensor pembacaan, yang



4

didukung juga oleh P & ID (Process and Instrumentation Diagram) yang

menggambarkan proses penyediaan excess air .

1.6 Manfaat

Adapun manfaat dari penulisan Laporan Akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Mengetahui analisa kebutuhan excess air terpakai dengan parameter yang

ada pada boiler Paiton unit 7.

2. Mengetahui pemakaian efisien excess air yang dipakai secara optimal

dari pada boiler Paiton unit 7.

3.

Memberikan fungsi pemanfaatan perlakuan pembakaran khususnyaexcess air dalam boiler Paiton unit 7.

1.7 Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan penyelesaian permasalahan yang ada dalam

penyusunan Laporan Akhir ini, penulis membagi dalam beberapa bab. Pembagian

bab-bab tersebut adalah sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini membahas tentang latar belakang masalah, rumusan solusi

masalah, batasan masalah, tujuan penulisan, manfaat penulisan metode

penyusunan dan sitematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini membahas tentang berbagai hal yang terkait dengan nilai excess

air , khususnya boiler dengan tipe drum baik itu yang berkaitan dengan definisi

excess air , kebutuhan pembakaran, sistem penyediaan pembakaran, kebutuhan

bahan bakar, sistem kebutuhan udara ke dalam pembakaran, parameter –

parameter kontrol excess air yang diperlukan, parameter – parameter yang harus

dikendalikan, hingga pemanfaatan pengaturan nilai excess air .

BAB III METODOLOGI

Bab ini menguraikan tentang metodologi kegiatan penyusunan Laporan Akhir

yang terdiri dari: studi literatur, pengambilan data, analisa data dan hasil analisa

data, serta kesimpulan dan saran. Serta metodologi analisa data yang terdiri dari:



5

membandingkan model udara pembakaran dan menggunakan analisis produk

kering.

BAB IV HASIL PENGATURAN DAN ANALISA DATA

Bab ini menguraikan tentang berbagai hal analisa excess air yang terkait

dengan boiler tipe drum yang meliputi: equipment / peralatan untuk pengontrolan

excess air , P & ID (Process and Instrumentation Diagram) yang menggambarkan

proses penyediaan excess air, prosedur persiapan kebutuhan pengambilan data,

pengambilan data dari pengaturan excess air , hasil analisa dari pengambilan data

yang ada.

BAB V PENUTUP

Bab ini membahas tentang kesimpulan dari seluruh pembahasan yang

diuraikan pada laporan akhir ini serta saran yang membangun guna keberlanjutan

yang lebih baik.



6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kontrol Excess Air

Bahan bakar di dalam boiler memerlukan udara dalam jumlah tertentu

untuk terjadinya proses pembakaran yang sempurna. Hal ini merupakan

“theoretical air ” yang diperlukan untuk terjadinya proses pembakaran dalam

kondisi yang sempurna. Akan tetapi, karena kondisi yang tidak sempurna di dalam

boiler, maka diperlukan udara yang jumlahnya lebih besar dari theoretical air

untuk menjamin terjadinya proses pembakaran secara sempurna. Jumlah udara

lebih inilah yang disebut “excess air ”. Secara umum, kandungan oxygen pada gas

buang ( flue gases) di daerah backpass boiler dimonitor dan digunakan sebagai

indikator adanya excess air .

Excess Oxygen Control System terdiri dari sistem pengukuran untuk

mengetahui kandungan O2 pada flue gas (O2 Measurement ), O2 Trim Controller ,

O2 Trim Bias Station.

2.1.1 O 2 M easurement

Unit 7 memiliki dua buah analyzers untuk mengukur kandungan oxygen

pada flue gas di daerah backpass boiler, yaitu BG-AT-562A & BG-AT-562B.

Fasilitas Transmitter Selector BGAI562A/B tersedia untuk memilih salah satu

atau harga rata-rata dari kedua analyzer tersebut. Range pengukuran masing-

masing analyzer untuk kontrol adalah 0% - 25%. Jika kualitas sinyal yang dikirim

salah satu transmitter tidak baik (bad quality), secara otomatis transmitter

SELECTOR akan memilih transmitter yang baik. Jika kualitas sinyal kedua

transmitter tidak baik, maka sebuah alarm akan muncul dan menyebabkan

BGO2TRIM STATION transfer ke mode MANUAL. Sistem pengukuran tersebut

juga dilengkapi fungsi untuk memonitor perbedaan harga (deviasi) kedua



7

transmitter tersebut. Sebuah alarm akan muncul bila perbedaannya melebihi

0.75%.

2.1.2 O 2 Trim Controller

O2 Trim CONTROLLER membandingkan aktual Selected O2 sebagai

process variable dengan O2 Correction setpoint, yang merupakan penjumlahan

dari Programmed Function of Boiler Load (steam flow) dan harga Bias-nya.

Harga bias dapat diatur melalui Bias STATION BGO2TRIM dalam range -

5% - +10%. Fungsi bias ini hanya berpengaruh bila kontrolernya pada mode

AUTO.

Demand O2 Trim CONTROLLER adalah fungsi dari boiler load ( steam

flow), seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini :

Gambar 2.1 O2 CORRECTION DEMAND sebagai fungsi STEAM FLOW

Keluaran dari kontroler adalah O2 Correction yang merupakan Excess Air

Demand (%). Dari sinyal O2 Correction didapatkan O2 trim multiplier ratio



8

setelah melewati suatu function generator, seperti ditunjukkan pada gambar di

bawah ini :

Gambar 2.2 O2 Trim Multiplier sebagai fungsi O2 Correction

O2 Trim Multiplier Ratio inilah yang digunakan untuk melakukan trim

Total Airflow pada Airflow CONTROLLER, sehingga FD Fan Demand yang

mengontrol jumlah udara di dalam boiler akan mengatur posisi blade pitch FD

Fan hingga kandungan excess O2 sesuai dengan setpoint.

2.1.3 O 2Tr im Bias Station

Dengan adanya station ini, operator dapat secara manual mengatur harga

O2 Correction.

Control Output (CO) : O2 Correction

Process Variable (PV) : actual Selected O2

Setpoint (SP) : Bias value



9

O2 Trim Bias STATION transfer secara otomatis dari mode AUTO ke

mode MANUAL dan harga O2 Correction tracking ke 50% jika salah satu dari

sinyal di bawah ini aktif :

Selected O2 <10%

Kedua FD Fan pada kondisi MANUAL

Total airflow <30% (sinyal BM-FYH-151 dari FSSS aktif)

Kualitas sinyal Steam Flow tidak baik (bad quality)

Kualitas sinyal kedua O2 analyzers tidak baik (bad quality)

Sebuah alarm akan muncul saat transfer ke mode MANUAL.

2.2 Kebutuhan Pembakaran

Pembakaran adalah suatu reaksi kimia antara bahan bakar dan oksigen

yang menghasilkan panas. Dengan empat kebutuhan pembakaran yaitu bahan

bakar, oksigen, panas, dan suatu reaksi kimia. Dapat diilustrasikan dengan

penggunaan piramida pembakaran. Jika semua kebutuhan pembakaran ada,

pembakaran terjadi, dan apabila salah satu kebutuhan hilang, maka pembakaran

berhenti.

Gambar 2.3 Piramida Pembakaran



10

Oksigen dipasok melalui udara pembakaran ada dua macam, yaitu

Primary Air (udara primer) dan Secondary Air (udara sekunder). Udara primer

dipasok oleh Primary Air Fan ( PA Fan) yang dihembuskan menuju ke alat

penggiling batubara ( Pulverizer ) kemudian bersama-sama dengan serbuk batubara

dialirkan ke Furnace untuk dibakar (reaksi kimia). Bercampurnya batubara dan

udara dibantu oleh Damper tetap yaitu pengatur pengaduk udara sehingga

menimbulkan turbulensi yang memungkinkan terjadinya pembakaran yang

efisien. Panas ditimbulkan oleh pemantik sebagai penyulutan untuk memenuhi

reaksi kimia dan pembakaran, dalam penyulutan batubara pada boiler unit 7

terjadi oleh oil gunner atau menyala setelah bahan bakar minyak menyala. Dan air

heater sebagai pemanas udara pembakaran menambah cepat proses pembakaran.

2. 2. 1 Stoikiometri Pembakaran

Stoikiometri pembakaran adalah kebutuhan reaksi pembakaran yang utuh

pada atau di atas kebutuhan udara stoikiometris untuk mencapai complete

combustion. Bahan bakar batubara memiliki unsur yang dapat menghasilkan

panas atau heat yaitu carbon, hydrogen, dan sulfur apabila bereaksi dengan

oksigen. Reaksi kimia sederhana bahan bakar dengan oksigen yaitu:

Carbon (C) + oxygen (O2) carbon dioxide (CO2) + heat

Hydrogen (H2) + oxygen (O2) water vapor (H2O) + heat

Sulfur (S) + oxygen (O2) sulfur dioxide (SO2) + heat

C+ ( O2 + 3.76 N2 ) CO2 + 3.76 N2

12 kg C + ( 32 kg O2 + 3.76 x 28 kg N2 ) 44 kg CO2 + 3.76 N2 x 28 kg N2

1 kg C + 2.67 kg O2 + 8.84 kg N2 3.67 kg CO2 + 8.84 kg N2

Jadi 1 kg zat karbon memerlukan udara sebanyak 11.51 kg. Bila dalam 1 kg bahan

bakar terdapat c kg C, memerlukan udara sebanyak 11.51 kg. Jika berat jenis



11

oksigen pada 0 0C dan 760 mm Hg adalah 1.429 kg/m3, maka volume O2 untuk

pembakaran c kg C adalah 2.67 c / 1.429 = 1.868 c kg O2.

Pembakaran hidrogen:

2H2 + ( O2 + 3.76 x N2 ) 2H2O + 3.76 N2

4 kg H2 + ( 32 kg O2 + 3.76 x 28 kg N2 ) 36 kg H2O + 105.28 kg N2

1 kg H2 + 8 kg O2 + 26.5 kg N2 9 kg H2O + 26.5 kg N2

Jadi 1 kg H2 memerlukan 34.5 kg udara. Jika dalam 1 kg bahan bakar terdapat h

kg H2, memerlukan 34.5 kg udara, memerlukan 8 h kg O2 atau 34.5 h kg udara.

Pembakaran belerang:

S + O2 + 3.76 N2 SO2 + N2

32 kg S + 32 kg O2 + 105.28 kg N2 64 kg SO2 + 105.28 kg N2


Jadi 1 kg S memerlukan 1 kg oksigen atau 4.32 kg udara. Jika dalam 1 kg bahan bakar terdapat s kg S, maka diperlukan udara seberat 4.32 s kg.

Dalam bahan bakar juga terdapat oksigen. Jika kandungan O2 dalam 1 kg

bahan bakar sebanyak o kg, maka kebutuhan udara akan berkurang sebanyak 4.32

o kg. Jumlah udara teoritis yang diperlukan untuk pembakaran sempurna 1 kg

bahan bakar adalah:

But = 11.5 c + 34.5 ( h – o / 8 ) + 4.32 s kg udara per kg bahan bakar.

Tiap 1 m3 udara kering terdiri dari 0.21 m3 O2 terdapat dalam 100/21 m3 O2 udara

atau 4.76 m3.

Untuk pembakaran 1 kg bahan bakar diperlukan volume udara sebanyak:

Vut =21

100

429.1

867.2

shc

= 8.9c + 26.7 ( h – o/8 ) + 3.33 s kg O2 / kg bahan bakar.



12

Pembakaran yang dapat membakar seluruh komponen bahan bakar dalam bahan

bakar secara baik (pas), disebut pembakaran sempurna (perfect combustion), dan

keperluan udaranya disebut keperluan udara stoikiometrik.

2. 2. 2 Bahan Bakar Batubara

Batubara adalah istilah umum yang meliputi sejumlah besar bahan galian

organic yang sifat – sifat dan komposisinya sangat beragam. Namun semuanya

mengandung banyak karbon – unsur berbentuk amorf (tanpa struktur yang

beraturan). Bahan ini terdapat di bumi dalam lapisan endapan yang tebalnya

berbeda – beda dan sering terdapat jauh di bawah tanah, walaupun kadang –

kadang ada juga yang terdapat di dekat permukaan.

Batubara merupakan bahan bakar utama PLTU Paiton Unit 7. Batubara

yang digunakan berupa batubara adaro dan kideco adalah jenis batubara sub –

bituminous dengan kandungan ash sebesar 1.5% - 3%, batubara itu diambil dari

tambang batubara di Kalimantan selatan dan akan terus disuplai selama

pengoperasian.

HHV (Higher Heating Value) dalam batubara adalah jumlah energi yang

dilepaskan ketika bahan bakar atau batubara tersebut dibakar. Energi ini

dinyatakan dalam BTU/lb. Heating value pengaruh dari firing rate atau jumlah

bahan bakar terbakar di dalam furnace. HHV tidak ditempatkan untuk

pertimbangan jumlah panas yang digunakan menguapkan pembentukan uap air

saat hidrogen dalam bahan bakar terbakar.

Batubara diklasifikasikan dalam berbagai cara menurut sifat – sifat kimia

dan fisiknya. System yang paling umum diterima adalah yang digunakan oleh

American Society for Testing and Material (ASTM), yang membagi – bagi

kualitas batubara berdasarkan tingkat metamorfosis yang paling rendah

(perubahan bentuk dan struktur di bawah pengaruh suhu, tekanan, dan air).

Klasifikasi ini mencakup batubara mulai dari keadaan metamorfosis yang paling

rendah (perubahan bentuk dan struktur di bawah pengaruh suhu, tekanan, dan air).



13

Klasifikasi ini mencakup batubara mulai dari keadaan metamorfosis yang paling

rendah, yaitu lignit sampai yang tertinggi yaitu antrasit (ASTM D 388).

Batubara diklasifikasikan antara lain:

- Antrasit, adalah batubara yang kualitasnya paling tinggi. Antrasit

mengandung 86 sampai 98 % massa karbon tetap (kandungan karbon

dalam bentuk unsur) ada dasar kering dan bebas bahan mineral, serta

kandungan volatile matter yang rendah, yaitu kurang dari 2 sampai 14

% massa. Antrasit terbakar dengan lambat, nilai kalornya agak rendah

dari batubara bitumin yang mempunyai nilai tinggi. Penggunaan

antrasit dalam pembangkit uap terutama dalam tanur stoker, dan jarang

dipakai dalam bentuk serbuk. Batubara jenis antrasit dibagi dalam tiga

kelompok. Dalam urutan fixed carbon dari yang tinggi sampai rendah.

Ketiga kelompok itu adalah meta – antrasit lebih dari 98% fixed

carbon; antrasit, 93 sampai 98 %; dan semi antrasit, 86 sampai 92%.

- Bitumin, bitumin merupakan kelompok batubara terbesar dan

mengandung 46 – 86 % massa karbon tetap dan 20 – 40 % volatile

matter yang lebih kompleks daripada yang terdapat pada antrasit.

Nama batubara bitumin berasal dari bitumin, yaitu residu aspal yang

diperoleh dari destilasi bahan bakar tertentu. Nilai kalor batubara

bitumin berkisar dari 11000 sampai lebih dari 14000 Btu/lb (sekitar

25600 sampai 32600 kJ/kg). Batubara bitumin biasanya terbakar

dengan mudah, terutama dalam bentuk serbuk. Jenis bitumin dibagi

lagi atas lima kelompok: low volatile, medium volatile, dan high

volatile. Makin rendah volatilitas makin tinggi nilai kalorinya.Kelompok low volatile berwarna hitam kelabu dan mempunyai

struktur butiran, sedang kelompok high volatile mempunyai struktur

homogen dan laminar (berbentuk lapisan).

-

Subbitumin, merupakan kelas batubara yang nilai kalorinya lebih

rendah dari pada batubara bitumin, yaitu antara 8300 – 11500 Btu/lb

(sekitar 19300-26750 kJ/kg). Kandungan lembaban yang terkait

didalamnya (inherent moisture) relatif tinggi yaitu antara 8300 – 11500



14

Btu/lb (sekitar 19300 – 26750 kJ/kg). Kandungan lembaban yang

terkait didalamnya (inherent moisture) relatif tinggi yaitu sekitar 15-

30%, tetapi kandungan belerangnya pada umumnya rendah. Batubara

ini berwarna hitam – coklat atau hitam yang mempunyai struktur

homogen. Batubara ini biasanya dibakar dalam bentuk serbuk.

-

Lignit, merupakan batubara kualitas paling rendah. Lignit berasal dari

bahasa latin yaitu lignum yang berarti kayu. Warnanya coklat,

strukturnya berlapis, dan didalamnya masih terlihat sisa-sisa kayu.

Lignit kebanyakan berasal dari tumbuhan dan banyak mengandung

resin volatile matter. Nilai kalornya berkisar antara 6300-8300 Btu/lb

(sekitar 14650 sampai 19300 kJ/kg). Oleh karena kandungan

moisturenya tinggi dan nilai kalornya rendah, lignit tidak ekonomis

untuk diangkat dalam jarak jauh dan biasanya dibakar dalam utilities di

lokasi tambang. Lignit dibagi dua kelompok yaitu lignit A dan lignit B.

- Gambut (peat), berasal dari tumbuhan yang telah mati dan menumpuk

di atas tanah yang semakin lama semakin menebal. Gambut dianggap

sebagai langkah pertama pembentukan batubara dalam tahap geologi.

Gambut adalah bahan heterogen yang terdiri atas hasil dekomposisi

bahan tumbuhan dan bahan anorganik. Kandungan lembabannya

mencapai 90 %. Walaupun kurang cocok untuk bahan bakar utilitas,

bahan ini banyak terdapat di berbagai tempat di seluruh dunia. Gambut

digunakan sebagai instalasi pembangkit listrik dan pemanas daerah di

beberapa negara.



15

Tabel 2.1 Penggolongan batubara

KELAS GOLONGAN %

KARBON

% VOLATILE

MATTER

SPECIFIK

ENERGY Btu

SIFAT

FISIK

Antrasit Meta – antrasit

Antrasit

Semi - antrasit

> 98

92 – 98

86 – 92

< 2

2 – 8

8 – 14

-

-

- Non

Aglomerat

Bituminous Bituminous

Low volatile

Bituminous

Medium volatile

High volatile A

bituminous

High volatile B

bituminous

High volatile C

bituminous

78 – 86

69 – 78

< 69

-

-

-

14 – 22

22 – 31

> 31

-

-

-

> 14000

13000 – 14000

11500 – 13000

Biasa

ditemui

non

aglomerat

Sub bituminous

Sub bituminousA

Sub bituminous

B

-

-

-

-

-

-

10500 – 11500

9500 – 10500

8300 – 9500

Nonaglomerat



16

Sub bituminous

C

Lignit Lignit A

Lignit B

-

-

-

-

6300 – 8300

< 6300

Gambar 2.4 Effect of Coal Quality on various Aspects of Boiler

2. 2. 3 Proses Pembakaran di Furnace System

Suatu power plant akan membutuhkan uap untuk memutar sistem

turbinnya sehingga dapat menghasilkan energy listrik pada generator. Untuk

menghasilkan uap maka diperlukan energy atau panas yang akan mengubah air

dari fasa cair ke fasa gas. Pada power plant ini menggunakan bahan bakar

batubara untuk menghasilkan panas tersebut.



17

Pembakaran batubara untuk menghasilkan panas tersebut dipusatkan di

dalam furnace pada boiler dengan temperatur tertentu yang sangat tinggi. Proses

pembakaran dibantu dengan suatu sistem yang dirancang untuk mendukung

terjadinya pemanasan yang paling efisien dan tidak mengganggu kelestarian

lingkungan sekitar.

Proses pembakaran pada kebutuhan pembakaran yaitu bahan bakar, oksigen yang

cukup, panas, dan reaksi kimia.

Batubara yang digunakan dalam proses pembakaran diharapkan dapat

terbakar seoptimal mungkin. Untuk itu batubara perlu dihaluskan dengan cara

dihaluskan dengan alat yaitu Pulverizer . Di sisi lain juga perlu diberikan oksigen

yang cukup melalui suatu sistem fan serta sistem pemantik untuk ignisi awal

pembakaran dengan desain khusus. Pada umumnya, pembakaran yang terjadi

tidak selalu sempurna. Sebagai akibatnya apabila pembakaran tidak sempurna

maka akan menyisakan ash yang melebihi batas kandungannya apabila

pembakaran sempurna. Dan juga menghasilkan emisi gas yang melebihi batas

polusi udara.

Di dalam furnace yang merupakan bagian dari boiler terdapat sistem yang

dinamakan sistem CCOFA dan SOFA yang bertujuan mengurangi terbentuknya

gas NOx pada saat pembakaran, juga dibarengi dengan tilt system pada gun

burner yang akan mengontrol temperatur pada boiler.

Udara panas keluar menuju stack dan ash akan jatuh serta ditampung oleh

hopper , bottom ash jatuh langsung di bawah furnace dan partikulat yang masih

tersisa di dalam udara sisa pembakaran menuju ESP (Elektrostatic Presipitator) yang menangkap fly ash dengan sistem elektrostatik sehingga fly ash jatuh dan

ditampung oleh hopper.

Setelah melalui ESP, udara masih akan mengandung Sulfur yang dapat

menyebabkan hujan asam apabila bereaksi dengan air. Oleh sebab itu udara

tersebut dilewatkan FGD (Flue Gas Desulphurization) yang menangkap Sulfur

(SO2) di dalam gas buang dengan cara mengabsorpsi zat tersebut dengan air laut.

Setelah udara tersebut dilewatkan FGD, selanjutnya masuk stack / chimney



18

setinggi 220 m dan dibuang ke udara. Untuk memantau kadar polutan yang

terdapat di dalam emisi gas sisa pembakaran terdapat suatu instrument bernama

CEMS (Continous Emission Monitoring System) yang beroprasi secara kontinu

selama 24 jam yang terletak pada ketinggian 110 m dari stack.

Gambar 2.5 Ash and Flue Gas Control

2. 2. 4 Sistem Pembakaran Tangensial dengan SOFA dan CCOFA

Proses pembakaran yang terjadi di dalam boiler menggunakan konsep

pembakaran tangensial. Bahan bakar dan udara disuplai ke dalam furnace melalui

windbox yang terdapat pada pojok – pojok boiler. Nozzle – nozzle tempat

keluarnya bahan bakar dan udara diarahkan secara tangensial terhadap lingkaran

imajiner di dalam furnace dan bukan merupakan nozzle – nozzle tunggal.



19

Gambar 2.6 Tangentially Corner Firing Boiler

Sebagai akibatnya akan terbentuk lidah api yang berbentuk pusaran, lidah

api bentuk ini sangat efektif untuk mencampur bahan bakar dan udara sekunder

disebabkan oleh turbelensi dan difusi. Oleh sebab itu, pembakaran sempurna

dapat terjadi di dalam furnace.

Pada proses pembakaran di dalam furnace dapat terbentuk oksida nitrogen(NOx) yang berasal dari nitrogen di dalam batu bara atau berasal dari nitrogen

yang terdapat dalam udara atmosfer. Pembentukan oksida nitrogen tersebut hanya

dapat terjadi pada temperatur tinggi, yaitu pada temperatur di atas 1426.7 oC

(2600 oF).

Laju pembentukan NOx yang berasal dari atmosfer meningkat secara

eksponensial sejalan dengan meningkatnya temperatur pembakaran dan juga

berbanding lurus dengan akar kuadrat konsentrasi oksigen yang tersedia.

Mengurangi jumlah oksigen yang tersedia dan temperatur pembakaran adalah

metode yang efektif untuk mengontrol pembentukan NOx.

Sistem pembakaran tangensial ini didesain untuk membakar batubara

secara efisien serta mengurangi pembentukan NOx. Berdasarkan studi yang telah

dilakukan sistem pembakaran tangensial ini dapat mengurangi 50 % emisi NOx

dapat diminilisasi oleh sistem ini dengan cara mengontrol jumlah udara yang



20

masuk. Untuk membatasi pembentukan NOx yang berasal dari udara atmosfer

dilakukan penambahan udara pendingin di atas daerah pembakaran untuk

mendinginkan daerah – daerah yang paling panas di dalam furnace. Teknik lain

yang digunakan untuk menghasilkan pembentukan NOx yang rendah adalah

desain yang memastikan terjadinya ignisi bahan bakar lebih cepat. Dengan

memulai titik pembakaran sangat dekat dengan nozzle bahan bakar akan

dihasilkan lidah api yang stabil yang akan lebih mudah dikontrol pada kondisi

stoikiometri.

Sistem penambahan dan pengontrolan yang masuk ke dalam sistem

pembakaran dikenal dengan sebutan Close Coupled Overfire Air (CCOFA) dan

Separated Overfire Air (SOFA). Kedua sistem tersebut diletakkan di sebelah atas

zona pembakaran primer dengan fungsi seperti yang telah disebutkan di atas.

Gambar 2.7 Overfire air port untuk mengendalikan temperatur furnace dan

menghindari emisi NOx



21

2. 2. 5 Sistem Penyediaan Bahan Bakar

Bahan bakar yang digunakan untuk memperoleh panas pada sistem

furnace PLTU Paiton unit 7 adalah batubara dan minyak bumi (solar). Solar

digunakan pada tahap awal berjalannya sistem boiler (start – up) untuk

memudahkan penyalaan api.

Batubara yang ditampung dalam silo diletakkan di atas pulverizer ,

kemudian pada saat akan digunakan, batubara tersebut akan dijatuhkan ke dalam

pulverizer melalui feeder (alat pengisi batubara).

Pulverizer merupakan alat yang berfungsi menghaluskan batubara, juga

berfungsi menguapkan sebagian besar kelembaban di dalam batubara, di dalam

pulverizer terdapat udara panas dengan temperatur kurang lebih 300oC yang dapat

menguapkan air dan temperatur batubara keluaran sebesar 65oC. sehingga proses

pembakaran mudah dilakukan. Alat ini juga berfungsi untuk mengklasifikasikan

atau mentransfer batubara ke dalam furnace dengan ukuran lebih halus setelah

mengalami penggerusan di dalamnya. Dengan ukuran yang halus sehingga

memudahkan proses atomisasi dalam pencampuran proses pembakaran.Sedangkan batubara yang lebih keras dan tidak dapat digerus dibuang ke bawah

dan ditampung oleh Phyrite hopper. Dari wadah ini selanjutnya dibuang ke

landfill. Temperatur di dalam pulverizer tidak boleh terlalu tinggi, dijaga

temperatur flow batubara pada suhu 65oC, agar tidak muncul pembakaran dengan

sendirinya atau disebut juga dengan spontaneous combustion di dalam pulvirezer.

Batubara yang ditransfer ke dalam furnace dengan bantuan udara primer

yang dihembuskan oleh primary air fan (PA Fan) melalui sistem perpipaan

menuju ke dalam gun burner.



22

Gambar 2.8 Coal burner

2. 2. 6 Sistem Windbox

Windbox adalah tempat keluarnya udara pembakaran dan bahan bakar baik

solar maupun batubara. Windbox didesain bersama dengan tangential firing

system untuk membakar bahan bakar dengan mereduksi NOx.

6 kompartemen berupa coal nozzles A, B, C, D, E, dan F selalu terhubung

dalam pengaturan fuel oil ke dalam furnace. Fuel air dari secondary air dirubah

ke porsi yang sesuai dengan perbandingan bahan bakar dalam firing bahan bakar.

3 kompartemen adalah elevasi A-B, C-D, dan E-F sebagai pemanasan awal

furnace yaitu oil guns atau pembakaran solar, HEA ignitions, dan flame scanners,

memiliki fuel air dampers sebagai pengatur posisi awal posisi burner.

Flame scanners ditempatkan diantara elevasi batubara B, C, dan D,

kemudian kompartemen di atas coal elevation E.



23

Komponen utama dari tangential firing system adalah:

1. Coal firing equipment, tiap elevasi batubara memiliki 4 kompartemen

batubara dengan pengisian batubara oleh pulverizer. Batubara ditransferdengan pulverizer melalui pipa ke windbox dan coal nozzle. Masing –

masing kompartemen batubara memiliki cal nozzle dilengkapi dengan

tilting flame front control coal nozzle tip.

2. Oil firing equipment, pemakaian dari ketiga oil gun elevations memiliki

HEA ignitions. Oil guns didesain dengan pengoprasian sistem remote

dengan HEA ignitions yang memakai sistem remote pula dan

dikonjuksikan bersama.

3. Airflow distribution equipment, pada sistem tangential firing memakai 2

kombinasi untuk mengurangi NOx, yaitu mengatur masuknya udara oleh

secondary air dan mentransfer bahan bakar batubara lebih awal.

4. Windbox damper drives, penggerak windbox dampers yaitu pneumatic,

baik windbox pada SOFA maupun masuknya auxiliary air flow, windbox

memiliki katup yang membuka dan menutup untuk mengatur besarnya air

flow pada setiap corner.

5. Windbox tilt drives, berfungsi mengatur pergerakan semburan api pada

burner , yaitu pergerakan ketinggian api dalam furnace. Tilting digerakan

dengan system pneumatic.

Gambar 2.9 Contoh Burner Arrangement



24

Gambar 2.10 Windbox Elevation Designation



25

2. 2. 7 Sistem Penyediaan Udara

Proses pembakaran sangat membutuhkan oksigen dalam jumlah yang

memadai agar pembakaran sempurna dapat terjadi. Dengan kondisi boiler yang

tidak sempurna, maka jumlah udara yang diperlukan karena waktu kontak di

dalam furnace yang begitu singkat (hanya beberapa detik), sehingga pencampuran

yang sempurna antara bahan bakar dengan oksigen belum tentu dapat terjadi

dengan sempurna. Implementasinnya, kelebihan udara yang dilakukan pada

furnace di PLTU Paiton unit 7 mendapatkan suplai udara dari sistem fan. Tiga

jenis fan yang mendukung penyuplaian udara untuk sistem furnace, yaitu:

1. Force draft fan (FD Fan), berfungsi untuk mensuplai udara sekunder ke

dalam sistem furnace melalui Wind Box.

2. Primary air fan (PA Fan), berfungsi untuk membantu kerja FD Fan untuk

menyuplai udara kedalam furnace dan menekan batubara dari pulverizer

kedalam furnace serta mengeringkan batubara pada temperatur 65oC

dengan membawa udara panas dari primary air heater .

3. Induced draft fan (ID Fan), berfungsi untuk membantu kerja FD fan untuk

menarik udara keluar dari furnace serta menciptakan tekanan negative di

dalam sistem furnace.

FD Fan dan ID Fan bersama – sama membentuk tekanan negatif di dalam

furnace untuk mencegah terjadinya kecelakaan kerja. Apabila tekanan di dalam

furnace menjadi positif dan furnace mengalami kebocoran, maka api pembakaran

yang terdapat di dalam furnace akan tersedot keluar dinding boiler sehingga dapat

memberikan bahaya yang sangat besar. Dengan kondisi tekanan negative, maka

yang terjadi adalah sebaliknya dimana udara luar yang akan tersedot ke dalam

sistem furnace.

Sebelum udara dimasukkan ke dalam sistem furnace, maka terlebih dahulu

perlu dilakukan pemanasan. Proses ini dinamakan dengan Air Pre – Heater. Hal

ini dilakukan dengan melewatkan udara ke bagian backpasss dari boiler sehingga

udara di dalam boiler yang masih memiliki sisa panas dari proses pembakaran di

furnace. Tujuannya adalah agar panas yang terdapat di dalam furnace tidak hanya



26

habis dipakai untuk menaikkan temperatur udara yang disuplai oleh FD Fan dan

PA Fan sehingga terjadi efisiensi dalam pembakaran.

Gambar 2.11 Siklus kebutuhan udara pada furnace

2. 2. 8 Sistem Pemantik

Kebutuhan pembakaran pada bahan bakar memerlukan proses penyulutan

api yang dinamakan pemantikan atau disebut juga ignition. Bahan bakar dengan

udara primer dari PA fan dan udara sekunder dari FD fan yang dialirkan ke dalam

boiler / furnace tidak akan dapat terbakar tanpa adanya suatu sistem pemantikan

awal. Dengan adanya pemantik dan udara (oksigen) yang memadai, maka bahan

bakar yang disuplai akan terbakar dengan baik dan menghasilkan panas yang

tinggi. Panas ini akan mengubah air dari fase cair menjadi fase uap. Setelah

keadaan self firing dapat dicapai, maka sistem pemantik ini sudah tidak

diperlukan lagi dan dapat dimatikan.



27

2.3 Sootblowing System

Dalam proses pembakaran di dalam boiler, sisa pembakarannya dapat

berupa clinker yang menempel pada permukaan water wall tube atau wall tube.

Clinker adalah kerak arang yang menempel.

Clinker dapat mengurangi efisiensi pembakaran dalam furnace, karena

transfer panas pembakaraan ke dalam tube terhambat, sehingga bahan bakar yang

dipakai lebih banyak.

Sootblowing System digunakan untuk mengurangi clinker dengan cara

penyemburan uap ke arah water wall tube. Alat yang dipakai adalah sootblower,

ada 2 macam yaitu long blower terletak di super heater dan wall blower di wall

tube.

2.4 Continuos Emission Monitor ing System (CEMS)

Pembakaran menghasilkan flue gas atau dapat disebut udara panas akan

langsung dialirkan menuju chimney/stack. Chimney yang dimiliki oleh PLTU

Paiton Unit 7 dan 8 ini memiliki ketinggian 220 m dan dilengkapi dengan sebutan

CEMS (Continuous Emission Monitoring System). Unit ini dipergunakan untuk

memantau emisi SO2, NOx, CO, dan opasitas dari flue gas.

PLTU Paiton Unit 7 menggunakan dua jenis metode sampling untuk

mengukur konsentrasi gas emisi yang dikeluarkan secara kontinu dan otomatis

pada waktu sebenarnya. Pertama, sistem ekstraktif dengan pengenceran digunakan

untuk mengukur emisi gas pada stack seperti karbon dioksida (CO2), karbon

monoksida (CO), oksidan nitrogen (NOx), dan oksida sulfur (SO2). Kedua sistem

ekstraktif cool dry digunakan untuk mengukur konsentrasi oksida sulfur (SO2)

pada inlet dan outlet unit FGD.



28

CEMS adalah system terintregasi yang bekerja dengan mengumpulkan

sample langsung dari stack yang mengalirkan polutan ke atmosfer. CEMS terdiri

dari tiga komponen dasar:

a.

Sistem sampling dan pengkondisian

b. Gas analyser atau monitor

c. System penanganan data dan sistem control

Sitem ekstraktif yang digunakan oleh PLTU Paiton Unit 7 adalah sistem

sampling yang mengambil sejumlah sampel dari stack , mengkondisikan sampel

dengan menyingkirkan pengotor dan kandungan airnya, dan menstransport sampel

tersebut menuju analyzer yang terdapat di tempat lain. Pengkondisian yang

dilakukan terhadap flue gas antara lain adalah:

a. Sistem ekstraktif cool – dry

Sistem monitoring ini digunakan untuk mengukur konsentrasi SO2

pada inlet dan outlet unit FGD. Pada sistem cool – dry, sampel gas

ditransfer melalui jalur probe oleh pompa vakum setelah melalui filter

partikulat menuju sistem pendingin dipertahankan pada 35 oF untuk

mempertahankan sampel berada pada titik pengembunannya sehingga

kandungan air terkondensasi pada temperature tersebut. Ada dua tahap

sistem pendingin, yang pertama untuk mengkondisi sampel berada

pada kondisi kering.

b.

Sistem ekstraktif dengan pengenceran terdiri dari probe untuk

mengencerkan sampel yang belum dipanaskan dan pompa, sistem

pembersihkan udara, gas pengkalibrasi, analyzer, dan DAHS.

Pengenceran sampel terjadi pada stack menggunakan probe

pengenceran. Critical orifice dengan kecepatan antara 50 sampai 500

ml/min dan mengalirkannya menuju pompa ejector dimana sampel gas

tersebut dicampurkan dengan udara pengencer.

Ratio pengenceran yang dilakukan oleh sistem adalah 25 : 1. Beberapa

factor yang dapat mempengaruhi laju alir dan ratio pengenceran, yaitu:

a.

Berat molekul



29

b. Tekanan stack

c. Temperatur

Semua data yang dihasilkan oleh CEMS (Continuos Emission Monitoring

System) akan dilaporkan secara bulanan kepada DJLP, PT. Paiton Energy, dan

pemerintah Jawa Timur yang berwenang.

2.5 Dasar Kebutuhan Proses Pembakaran pada Boiler

2.5.1 Tiga Kebutuhan Pembakaran yang Baik

Kebutuhan pembakaran yang baik memiliki tiga kondisi yang diperlukan

pada pembakaran boiler yaitu:

a. Waktu, waktu pembakaran dalam furnace diperlukan sesuai kebutuhan

reaksi pembakaran terhadap jumlah bahan bakar yang terbakar semua. Hal

ini disesuaikan dengan disain boiler .

b. Temperatur, panas yang cukup harus dirawat dan tersedia untuk

menyalakan dan mendukung proses pembakaran. Temperatur furnace

perapian harus dijaga di atas suhu penyala sampai suhu dibawah

terbentuknya NOx yaitu 1426,7oC.

c. Turbulence, pencampuran yang cukup antara bahan bakar dan udara

diperlukan untuk menyempurnakan hasil pembakaran dalam tungku

perapian.

2.5.2 Syarat Minimal Pembakaran Batubara yang Baik

Kebutuhan pembakaran batubara yang harus dipenuhi sebelum terbakar

dalam furnace, berikut syarat minimal pembakaran batubara yang baik:



30

a. Primary air yang mentransfer batubara ke dalam furnace akan

dicampurkan udara dengan batubara, harus sama antara sudut – sudut

pengapian dalam furnace.

b. Secondary air yang mengalir menuju windbox ke dalam furnace,

perbedaan tekanan yang dihasilkan di dalamnya dijaga untuk memelihara

poin – poin pengapian yang sesuai dan menjaga bentuk api.

Berikut ini adalah kronologi proses pembakaran batubara:

Gambar 2.12 Kronologi proses pembakaran batubara

2.5.3 Efisiensi Pembakaran Batubara

Dimana:

Syarat data:

Batubara analisa terakhir, di (dalam)% berat/beban

Heating and drying Minor devolatilization Ignition and major

devolatilization

Char burn-out

(carbonaceous residue)

Products of

combustion

CO2 correction (dry, 0% O2)

CO2 max (dry, 0%O2)hc =

21 x (CO2 measured)

21 - O2 measuredCO2 corr (dry, 0% O2) =

31.3 C + 11.5 S

1.504 C + 3.55 H + 0.56 S + 0.13 N + 0.45 OCO2 max (dry, 0% O2) =



31

Flue Gas mengukur konsentrasi CO2 and O2 (% vol., dry)

Prediksi Excess Air:

Syarat data:

Flue gas komposisi dihitung: CO2, O2, dan CO (in % vol., dry)

Konsentrasi N2 dihitung mengikuti: [N2] = 100 – [O2] – [CO2] –

[CO]

Faktor yang Berpengaruh Terhadap Complete Combustion:

Kereaktifan bahan bakar

Ukuran partikel unsur / butir bahan bakar

Efisiensi bahan bakar dan air yang bercampur

Excess air

Temperatur Udara

Waktu

Temperatur furnace

Gambar 2.13 Excess Air as a Function of Flue Gas Composition (for coal)

O2 - [CO]/2

0.264 [N2] - {[O2] - [CO]/2}EA % = 100 x



32

Gambar 2.14 Properties of the Products of Combustion



33

Tabel 2.2 Combustion Efficiency Chart - Coal

2.5.4 Tiga Belas Kebutuhan Pembakaran Boiler yang Optimal

Keperluan Batubara:

o

Mutu ukuran pengisian batubara yang konsisten.

o Pengisian batubara yang terukur oleh gravimetric feeder.

o Ukuran kehalusan batubara berkisar 70 passing a 200-mesh screen,

dan 50 mesh particles <0.1%.



34

Pendistribusian ke burner :

o Primary air flow terkontrol secara akurat sebesar ± 3%

o

Primary air terhadap bahan bakar terkontrol secara akurat

meskipun sampai batas minimal.

o Kecepatan aliran bahan bakar minimal berkisar 3.300 ft/min.

o

Jalur bahan bakar seimbang pada pengetesan udara bersih terhadap

2% dari perhitungan rata – rata.

o Jalur bahan bakar seimbang pada pengetesan udara kotor terhadap

5% dari perhitungan rata – rata.

o Jalur bahan bakar seimbang pada aliran bahan bakar terhadap 10%

dari perhitungan rata – rata.

Pembakaran: over fire air harus terukur akurat dan terkontrol dengan 3%

keakuratan.

o

Pembakaran ataupun pengoksidasian di dalam furnace adalah 3%

oksigen lebih baik.

o Toleransi mekanik dari burners dan dampers sebesar +1/4 inch.

o

Kebutuhan secondary air pada windbox sebesar rata – rata 5-10%.

2.6 Combustion Control System (CCS)

CCS adalah functional logic yang berfungsi untuk mengontrol proses

pembakaran di boiler sesuai permintaan dari Coordinated Control System dengan

tetap menjaga semua parameter operasi pada kondisi yang optimal dan dalam

batasan yang aman. CCS meliputi pengaturan secara terpadu terhadap fuel control

system, airflow control system, O2 trim, furnace pressure control system, dan

auxiliary air damper .



35

CCS menerapkan fungsi cross limiting untuk menjamin bahwa dalam

segala kondisi, udara pembakaran dalam ruang bakar selalu lebih besar

dibandingkan jumlah bahan bakarnya.

Saat beban naik, fuel demand selalu mengikuti air demand , artinya bahan

bakar tidak akan naik terlebih dahulu sebelum adanya kenaikan udara.

Saat beban turun, air demand selalu mengikuti fuel demand , artinya udara tidak

akan turun terlebih dahulu sebelum adanya penurunan bahan bakar.

Functional logic CCS diimplementasikan dalam DCS. CCS menerima dan

mengirimkan sinyal status, sinyal monitoring, dan sinyal proteksi ke dan dari

FSSS. Dalam proses pembangkitan energi listrik, CCS merupakan satu kesatuan

dengan turbine governor control system dibawah koordinasi Unit Control.

2.6.1 Fuel Contr ol System

Fuel Control System digunakan untuk mengontrol jumlah bahan bakar yang

dikirim ke ruang bakar. Bahan bakar utama adalah batubara, sedangkan untuk

pemanasan dan stabilisasi pengapian digunakan fuel oil . Fuel Control System

terdiri dari : sistem pengukuran jumlah bahan bakar yang dikirim ke ruang bakar,

air cross limiting, fuel master controller, dan mill demand balancer, Fuel Master

Station, dan Feeder Demand Station.

Unit 7 memiliki 6 feeder, dimana untuk beban maksimum diperlukan 5

feeder dan lainnya sebagai cadangan.

2.6.2 Fuel F low Measurement

Total Fuel Flow merupakan penjumlahan Fuel Oil Firing Rate dan Total

Coal Flow. Total Coal Flow adalah penjumlahan batubara yang masuk ke ruang

bakar dari tiap-tiap feeder yang sedang beroperasi. Sinyal Total Fuel Flow diskala

dalam satuan % menggunakan function generator seperti ditunjukkan pada

gambar di bawah ini:



36

Gambar 2.15 Scalling of Total Coal Flow in %

2.6.3 Fuel Controller

Demand untuk fuel control berasal dari Boiler Master yang cross-limited

dengan actual airflow dimana sebuah fungsi low selector membandingkan

demand untuk fuel control dari Boiler Master dengan total airflow, dan harga

yang terkecil yang dipilih untuk menjamin bahwa bahan bakar yang dikirim ke

ruang bakar selalu tidak akan melebihi jumlah udara.

Alarm Air Limiting Coal Flow akan muncul, jika udara yang dikirim ke

ruang bakar lebih kecil dari pada jumlah bahan bakarnya. Sehingga fungsi low

selector akan memilih actual airflow sebagai fuel demand , sehingga fuel control

memerintahkan feeder untuk menurunkan jumlah bahan bakar yang dikirim ke

ruang bakar hingga lebih kecil dari udara.

Fuel controller terdiri dari terdiri dari dua loop, yaitu Fuel Master

CONTROLLER sebagai outer loop controller , dan Mill Demand BALANCER

sebagai inner loop controller. Fuel Master CONTROLLER membandingkan fuel

demand (SP) dengan Total Fuel Flow (PV). Perbedaan yang terjadi menyebabkan

kontroller tersebut bereaksi untuk menaikkan atau menurunkan harga keluarannya

hingga jumlah bahan bakar yang dikirim ke boiler sesuai dengan harga setpoint.



37

Keluaran Fuel Master CONTROLLER merupakan setpoint Mill Demand

BALANCER yang dibandingkan dengan Total Feeder Demand (PV) , yaitu jumlah

dari tiap-tiap feeder demand yang sedang beroperasi. Keluaran Mill Demand

BALANCER adalah Balanced Mill Demand yang merupakan feeder station

demand dari tiap-tiap feeder yang beroperasi dalam mode AUTO. Perbedaan yang

terjadi menyebabkan kontroller tersebut bereaksi untuk menaikkan atau

menurunkan harga feeder station demand hingga jumlah bahan bakar yang

dikirim ke boiler sesuai dengan harga setpoint.

Keluaran Fuel Master CONTROLLER tidak bisa naik lagi (inhibited) jika

keluaran BALANCER sudah maksimum (>105%). Sebuah alarm/status Balancer

at Maximum akan muncul di DCS.

Keluaran Fuel Master CONTROLLER tidak bisa turun lagi (inhibited) jika

keluaran BALANCER sudah minimum (<25%). Sebuah alarm/status Balancer at

Minimum akan muncul di DCS.

2.6.4 Fuel M aster STATION

Dengan adanya Fuel Master STATION memungkinkan operator secara

manual mengatur jumlah bahan bakar yang dikirim ke boiler.

Control Output (CO) : Mill Demand

Process Variable (PV) : Total Fuel Flow

Setpoint (SP) : Air Cross Limiting Boiler Demand

Pada mode AUTO , keluaran Fuel Master STATION sama dengan (tracking )

keluaran Fuel Master CONTROLLER.

Fuel Master STATION transfer secara otomatis dari mode AUTO ke mode

MANUAL jika salah satu dari sinyal di bawah ini aktif :

FD Fan STATION kedua-duanya pada mode MANUAL

Compensated Steam Flow < 10% (229.856 TPH, aktual setting di DCS =

248 TPH)



38

Kualitas sinyal Compensated Steam Flow tidak baik (diluar range 0 ~

2298.56 TPH)

Kualitas sinyal Boiler Demand (keluaran Boiler Master STATION ) tidak

baik diluar range 0 ~ 100%)

Gambar 2.16 Pulverizer Overview display pada DCS operator station

Fuel Master STATION transfer ke mode MANUAL dan keluarannya sama

dengan (tracking ) Total Feeder Demand jika semua Feeder STATIONs pada mode

MANUAL. Jadi Fuel Master STATION dapat ditransfer ke mode AUTO jika ada

salah satu Feeder yang beroperasi pada mode AUTO.

Jika Fuel Master STATION pada mode MANUAL, menyebabkan Boiler

Master STATION transfer ke mode MANUAL TRACKING.



39

2.6.5 Feeder Bias STATION

Tiap-tiap feeder memiliki Feeder Bias STATION yang dapat dioperasikan

secara AUTO atau MANual yang keluarannya untuk mengatur kecepatan feeder.Dengan adanya Feeder Bias STATION memungkinkan operator secara manual

mengontrol kecepatan feeder. Pada Mode AUTO, fasilitas bias digunakan untuk

mengatur komposisi demand tiap-tiap feeder agar diperoleh hasil pembakaran

yang optimal.

Control Output (CO) : Feeder Demand

Process Variable (PV) : Balanced Mill Demand

Setpoint (SP) : Feeder Bias

Feeder Bias STATION transfer secara otomatis dari mode AUTO ke mode


Hot Air Damper -nya pada mode MANUAL.

Cold Air Damper -nya pada mode MANUAL.

Sinyal Feeder Release to AUTO (BM-BY-120) dari FSSS tidak aktif.

Sebuah alarm muncul bila Feeder Bias STATION transfer ke mode MANUAL.

Minimum feeder demand adalah 25% yang merupakan harga dimana

proses pembakaran diperkirakan masih aman. Jika sinyal Run Feeder to Minimum

dari FSSS aktif maka kecepatan feeder akan runback ke 25%.

2.6.6 Ai rf low Control System

Fungsi Airflow Control adalah untuk mengontrol dan memastikan bahwa

jumlah udara yang dikirim ke boiler untuk proses pembakaran lebih besar

dibanding jumlah bahan bakarnya (kondisi air rich) dalam segala kondisi.

Airflow Control System terdiri dari Sistem pengukuran untuk mengetahui

jumlah udara pembakaran yang dikirim ke boiler ( Airflow Measurement ), Airflow

Controller , FD Fan Stall Detection, dan FD Fan Bias Station.



40

Udara pembakaran dihasilkan oleh dua buah axial flow Forced Draft Fans

(FD Fans). Jumlah udara yang dihasilkan tergantung dari besarnya sudut kipas

(blade pitch).

2.6.7 Ai rf low Measurement

Untuk pengukuran jumlah aliran udara yang dihasilkan, dilakukan oleh

redundant flow transmitters. Fasilitas Transmitter SELECTOR tersedia untuk

memilih hasil pengukuran secara indivdu atau memilih harga rata-rata dari kedua

transmitter tersebut. Jika kualitas sinyal yang dikirim salah satu transmitter tidak baik (bad quality), secara otomatis transmitter SELECTOR akan memilih

transmitter yang baik. Jika kualitas sinyal kedua transmitter tidak baik, maka

sebuah alarm akan muncul dan FD Fan STATION transfer ke mode MANUAL.

Sistem pengukuran tersebut juga dilengkapi fungsi untuk memonitor perbedaan

harga (deviasi) kedua transmitter tersebut. Sebuah alarm akan muncul bila

perbedaannya melebihi 100 m3/seconds.

Range pengukuran yang digunakan oleh airflow control adalah sebagai berikut :

Total Compensated Primary Airflow: 0-100% = 0-226,83 M3/second

Compensated Airflow tiap-tiap FD Fan: 0-100% = 0-342.16 M3/second

Total Compensated Airflow adalah penjumlahan Temperature Compensated

Airflow dari kedua FD fans dan Total Compensated Primary Airflow yang

merupakan total primary air yang mengalir pada tiap-tiap pulverizer . Harga Total

Compensated Airflow untuk kontrol (0-100%) adalah tidak linear seperti

ditunjukkan oleh gambar dibawah ini:



41

Gambar 2.17 Scaling Total Airflow in %

2.6.8 Ai rf low Controll er

Sinyal O2 Correction dari O2 Trim CONTROLLER diubah menjadi O2 Trim

Multiplier Ratio oleh sebuah function generator seperti ditunjukkan pada gambar

di bawah ini:

Gambar 2.18 O2 Trim Multiplier sebagai fungsi O2 Correction



42

Harga O2 Trim Multiplier Ratio digunakan untuk melakukan trim

(penambahan dan pengurangan dengan harga yang kecil) pada Total Compensated

Airflow, dan hasilnya adalah sinyal O2 Corrected Total Compensated Airflow

yang merupakan process variable (PV) Airflow CONTROLLER.

Total Airflow Demand adalah harga terbesar dari salah satu sinyal di bawah ini:

Total Fuel Flow

Total Heat Release yang dikalikan dengan suatu konstanta (0.95)

Boiler Demand (dari Boiler Master ),

minimum airflow setpoint (35%)

Airflow CONTROLLER membandingkan Total Compensated Airflow yang

dikoreksi O2 Correction sebagai proses variable dengan Total Airflow Demand

sebagai setpoint.

Airflow CONTROLLER menghasilkan sinyal FD Fan Demand ke masing-

masing FD Fan Demand STATIONs.

Perbedaan antara kedua inputnya menyebabkan kontroller bereaksi untuk

menaikkan atau menurunkan harga keluarannya sehingga blade pitch FD Fan juga

berubah untuk menaikkan atau menurunkan jumlah udara yang dikirim ke boiler

hingga sesuai dengan demand .

Untuk meningkatkan responnya, Airflow CONTROLLER mendapatkan

sinyal feedforward dari sebuah function generator seperti ditunjukkan pada




43

Gambar 2.19 Airflow Controller Feedforward yang merupakan fungsi Total

Compensated Airflow Demand

2.6.9 FD Fan Stall Detection

FD Fan dalam kondisi stall jika minimal terjadi salah satu kondisi seperti

di bawah ini:

Sensor untuk mendeteksi kondisi stall BG-YS-510A/B mendeteksi adanya

kondisi stall, saat posisi blade pitch > 25. Sensor stall BG-YS-510A/B

terpasang searah dengan putaran fan. Sensor tersebut mendeteksi

perbedaan tekanan antara sisi blade yang satu dengan lainnya. Bila

perbedaannya melebihi harga stall setpoint (500mbar) menandakan bahwa

udara hanya berputar disekitar fan (turbulensi) dan tidak dialirkan ke arah

boiler walaupun posisi blade pitch >25.

FD Fan Blade Pitch Demand adalah 5% lebih besar dibanding FD Fan

Allowable Maximum Blade Pitch



44

Gambar 2.20 FD Fan overview display pada DCS operator station

Gambar 2.21 FD Fan Control faceplate display pada DCS operator station



45

Harga FD Fan Allowable Maximum Blade Pitch tergantung dari besarnya

FD Fan Airflow %. Hubungan antara keduanya dapat dilihat pada gambar di

bawah ini:

Gambar 2.22 FD Fan Allowable Maximum Blade Pitch yang merupakan fungsi FD Fan Airflow

Jika kondisi stall terjadi, menyebabkan fungsi airflow demand block

increase dan unit load block increase aktif yaitu kondisi dimana beban unit

ditahan agar tidak naik dan turun dengan kecepatan tertentu menuju 0 (rundown)

hingga FD Fan keluar dari kondisi stall. FD Fan Blade Pitch Demand runback ke

25.

2.6.10 FD F an Bias Station

Masing-masing FD Fan memiliki sebuah FD Fan Bias STATION . Dengan

adanya station ini, operator dapat secara manual mengatur blade pitch pada harga

yang diinginkan.

Control Output (CO) : FD Fan Demand

Process Variable (PV) : Required FD Fan Demand

Setpoint (SP) : Bias value

Fasilitas untuk bias, terdapat pada masing-masing FD Fan STATION . Pada

mode AUTO, operator dapat melakukan pengaturan untuk menyeimbangkan

beban kerja kedua FD Fan tersebut dengan mengatur harga bias. Jadi FD Fan



46

Blade Pitch Demand adalah penjumlahan antara FD Fan Demand dengan harga

FD Fan Bias.

FD Fan Bias STATION transfer secara otomatis dari mode AUTO ke

mode MANUAL jika salah satu dari sinyal di bawah ini aktif :

FD Fan dalam kondisi STOP

FD Fan sequence STOP aktif

Kualitas sinyal FD Fan Blade Pitch Demand Feedback tidak baik (bad

quality)

Posisi blade pitch tidak sesuai dengan demand , dimana deviasinya >10%

selama >10 detik.

FD Fan blade torque high (dideteksi oleh torque switch BGZIH523A/B

Kualitas sinyal FD Fan Airflow (BGFI518A/B) tidak baik (bad quality)

Kedua ID Fan pada kondisi manual.

2.6.11 Primary Air Duct to Fur nace Di fferential Pressure Control

Primary air adalah udara pendorong yang dibutuhkan untuk mengirim

batubara yang telah dihaluskan dalam pulverizer ( pulverized coal ) ke boiler

dipasok oleh dua buah centrifugal primary air fan ( PA Fans). Pa Fans menjaga

primary air duct-to-furnace differential pressure sesuai dengan setpoint (7 kPa)

dengan mengatur pembukaan inlet damper masing-masing PA Fan.

Primary Air Duct to Furnace Differential Pressure Control terdiri dari

sistem pengukuran untuk mengetahui perbedaan tekanan antara primary Air Duct

dengan tekanan di dalam ruang bakar ( PA Duct to Furnace dP Measurement ), PA

Duct to Furnace dP Controller , PA Fan Bias Station.

2.6.12 PA Duct to Furnace dP Measurement

Masing-masing unit 7&8 memiliki dua buah transmitter untuk mengukur

dan memonitor perbedaan tekanan antara tekanan pada primary air duct dengan

tekanan dalam di dalam ruang bakar yaitu BF-PDT-683 dan BF-PDT-684.



47

Fasilitas Transmitter Selector BFPDI683 / 4-SL tersedia untuk memilih salah satu

atau harga rata-rata dari kedua transmitter tersebut. Range pengukuran masing-

masing transmitter untuk kontrol adalah 0 ~ 15kPa. Jika kualitas sinyal yang

dikirim salah satu transmitter tidak baik (bad quality), secara otomatis transmitter

SELECTOR akan memilih transmitter yang baik. Jika kualitas sinyal kedua

transmitter tidak baik, maka sebuah alarm akan muncul dan menyebabkan PA Fan

Bias Station transfer ke mode MANUAL. Sistem pengukuran tersebut juga

dilengkapi fungsi untuk memonitor perbedaan harga (deviasi) kedua transmitter

tersebut. Sebuah alarm akan muncul bila perbedaannya melebihi 2kPa.

2.6.13 PA Duct to Furnace dP Control ler

Kontroller membandingkan perbedaan tekanan hasil pengukuran dengan

setpoint. Perbedaan antara keduanya menyebabkan kontroler bereaksi untuk

mengatur inlet damper masing-masing PA Fan hingga differential pressure dijaga

sesuai setpoint.

Untuk meningkatkan responnya, kontroler mendapatkan sinyal feedforward

yang besarnya sebanding dengan jumlah feeder yang beroperasi.



48

Gambar 2.23 PA Fan overview display pada DCS operator station

2.6.14 PA Fan Bias Station

Dengan adanya station ini, operator dapat secara manual mengatur posisi

inlet damper.

Control Output (CO) : PA Fan demand

Process Variable (PV) : PA Fan airflow demand

Setpoint (SP) : Bias

PA Fan Bias Station transfer secara otomatis dari mode AUTO ke mode


Sinyal feedback posisi inlet damper tidak baik (bad quality)

Sinyal PA duct to furnace dP tidak baik (bad quality)



49

2.6.15 Furnace Pressure Control System

Proses pembakaran di dalam boiler menghasilkan gas buang ( flue gases)

yang harus dialirkan keluar dari ruang bakar dalam jumlah yang sama dengan jumlah udara yang masuk ke ruang bakar. Bila tidak maka tekanan dalam ruang

bakar akan cenderung naik (positif) diatas atau turun (negatif) dibawah harga

optimalnya. Tekanan di dalam ruang bakar harus dijaga pada kondisi negatif

untuk mencegah keluarnya flue gas dari lubang inspeksi yang membuka (atau

dibuka) atau dari celah ruang bakar yang bocor yang dapat menyebabkan

kecelakaan pada manusia atau merusak peralatan. Tekanan ruang bakar boiler unit

7&8 dijaga pada setpoint – 0.1 kPaG yang merupakan tekanan optimalnya.

Tekanan ruang bakar selalu dijaga oleh Furnace Pressure Control System

dengan mengatur posisi blade pitch Axial-Flow Induced Draft Fans (ID Fans).

Furnace Pressure Control System terdiri dari sistem pengukuran untuk

mengetahui tekanan di dalam ruang bakar ( Furnace Pressure Measurement ),

Furnace Pressure Controller , Furnace Implosion Protection, Directional

Blocking, ID Fan Stall Detection, dan ID Fan Bias Station.

2.6.16 Furnace Pressure Measurement

Tekanan ruang bakar diukur oleh 3 buah pressure transmitter yaitu BG-PT-

548, 697, 699 , yang bertujuan untuk agar sistem kontrol tetap berfungsi secara

AUTO bila terjadi kerusakan pada salah satu transmitter. Suatu fungsi Median

Signal SELECTOR akan memilih harga median dari ketiga transmitter tersebut.

Deviasi ketiga harga keluarannya selalu dimonitor oleh suatu fungsi yang akan

mengirimkan alarm bila deviasinya >0.5 kPaG.

2.6.17 Furnace Pressure Controll er

Furnace Pressure CONTROLLER adalah sebuah kontroler non-linear yang

mengabaikan terjadinya perubahan tekanan yang cukup kecil, dan akan

memberikan respon hanya pada perubahan tekanan yang melebihi batasannya



50

(dead band ). Fungsi deadband diperoleh dari function generator seperti

ditunjukkan pada gambar 3-16.

Kontroller membandingkan tekanan dalam ruang bakar dengan setpoint, dan

jika perbedaannya melebihi harga deadband , kontroler akan memberikan respon

untuk mengatur posisi blade pitch ID Fan hingga tekanan dalam ruang bakar

sesuai dengan setpoint. Operator dapat merubah setpoint tekanan ruang bakar

melalui faceplate BGFPSETPT.

Gambar 2. 24 PV of Furnace Pressure Controller sebagai fungsi pengurangan

antara actual Furnace Pressure dengan setpoint

2.6.18 Furnace Implosion Protection

Sistem proteksi tersebut berfungsi untuk mencegah terjadinya tekanan

negatif yang berlebihan dalam ruang bakar ketika terjadi boiler MFT . Tekanan

negatif yang berlebihan dapat merusak boiler. Segera inlet damper ID fan

diperintahkan untuk menutup bila terjadi tekanan negatif yang berlebihan dalam

ruang bakar setelah boiler MFT . Saat terjadi MFT, sistem proteksi bekerja dan

furnace pressure controller mendapatkan sinyal bias feedforward yang

memerintahkan untuk mengurangi furnace pressure demand secara cepat dengan



51

ramp rate tertentu, sehingga posisi blade pitch ID fan juga turun. Setelah periode

tertentu furnace pressure control kembali bekerja normal dan inlet damper akan

kembali membuka. Harga ramp rate dan periode waktu tersebut diperoleh melalui

pengamatan yang cermat sebelum diterapkan, dan memerlukan percobaan untuk

mendapatkan harga yang sesuai dengan besarnya tekanan negatif yang dihasilkan

ketika terjadi MFT.

2.6.19 Directional Blocking

Sistem proteksi tersebut digunakan sebagai tindakan pencegahan untuk

melindungi boiler dari kerusakan akibat tekanan positif atau negatif yang berlebihan dalam ruang bakar. Saat tekanan dalam ruang bakar cenderung positif

melebihi suatu setpoint, maka posisi blade pitch ID fan ditahan untuk tidak turun,

dan posisi blade pitch FD fan ditahan untuk tidak naik. Dan sebaliknya ketika

tekanan dalam ruang bakar cenderung negatif melebihi suatu setpoint, maka posisi

blade pitch ID fan ditahan untuk tidak naik, dan posisi blade pitch FD fan ditahan

untuk tidak turun. Saat terjadi directional blocking muncul alarm di DCS.

2.6.20 I D Fan Stall Detection

ID Fan dalam kondisi stall jika minimal terjadi salah satu kondisi seperti di bawah

ini:

Tekanan ID Fan outlet lebih kecil 10 kPa dibandingkan tekanan ID Fan

inlet. Hal ini menandakan bahwa udara hanya berputar disekitar fan

(turbulensi) dan tidak ada kenaikan aliran udara yang sebanding dengankenaikan posisi blade pitch.

ID Fan Blade Pitch Demand lebih besar 5% dibanding ID Fan Allowable

Maximum Blade Pitch yang merupakan fungsi dari kenaikan ID Fan

airflow yang seharusnya sebanding dengan kenaikan posisi blade pitch.

Saat terjadi kondisi stall, proteksi airflow demand block increase, dan unit

demand block increase aktif. Beban unit ditahan untuk tidak naik, dan unit control



52

akan memerintahkan boiler dan turbine untuk menurunkan beban hingga kondisi

stall tidak terjadi lagi.

2.6.21 ID Fan Bias Station

Masing-masing ID fan memiliki sebuah Bias-Station. Dengan adanya

station tersebut, operator dapat secara manual mengatur posisi bladepitch sesuai

yang diinginkan. Pada mode AUTO, fungsi bias digunakan untuk

menyeimbangkan kerja antara ID fan yang satu dengan lainnya.

ID Fan Bias Station transfer secara otomatis dari mode AUTO ke mode


ID Fan trip atau sinyal run confirm tidak datang

Deviasi antara demand dengan posisi blade pitch >15%

Torsi ID Fan blade pitch tinggi.

Kualitas sinyal ID fan blade pitch demand feedback tidak baik (bad

quality)

Kualitas sinyal furnace pressure tidak baik (bad quality)



53

Gambar 2.25 ID Fan overview display pada DCS operator station

2.6.22 Auxil iary Air Damper Control System

Masing-masing unit 7&8 memiliki 7 Auxiliary Air Dampers, sebagai berikut:

Elevation A-A Auxiliary Air Damper BF-FCD-728

Elevation A-B Auxiliary Air Damper BF-FCD-726

Elevation B-C Auxiliary Air Damper BF-FCD-724

Elevation C-D Auxiliary Air Damper BF-FCD-722

Elevation D-E Auxiliary Air Damper BF-FCD-720

Elevation E-F Auxiliary Air Damper BF-FCD-716

Elevation F-F Auxiliary Air Damper BF-FCD-714

Auxiliary Air Dampers Control digunakan untuk menjaga perbedaan

tekanan windbox dengan tekanan dalam ruang bakar (windbox-To-Furnace

Differential Pressure) sesuai dengan setpoint.



54

Auxiliary Air Dampers Control System terdiri dari sistem pengukuran untuk

mengetahui perbedaan tekanan windbox dengan tekanan dalam ruang bakar

(Windbox to Furnace dP Measurement ), Auxiliary Air Dampers Controller , dan

Auxiliary Air Dampers Demand Station.

Gambar 2.26 Windbox Overview display pada DCS operator station

2.6.23 Windbox to Furnace dP Measurement

Sepasang transmitters yaitu BG-PDT-546 & BG-PDT-547 untuk mengukur

windbox-To-Furnace Differential Pressure. Fasilitas Transmitter Selector

BGPDI546/7-SEL tersedia untuk memilih salah satu atau harga rata-rata dari

kedua transmitter tersebut. Jika kualitas sinyal yang dikirim salah satu transmitter

tidak baik (bad quality), secara otomatis transmitter SELECTOR akan memilih

transmitter yang baik. Jika kualitas sinyal kedua transmitter tidak baik, maka



55

sebuah alarm akan muncul dan menyebabkan BGPDIC546/7 STATION transfer

ke mode MANUAL. Sistem pengukuran tersebut juga dilengkapi fungsi untuk

memonitor perbedaan harga (deviasi) kedua transmitter tersebut. Sebuah alarm

akan muncul bila perbedaannya melebihi 10kPa.

2.6.24 Auxi li ary Air Dampers Controller

Windbox-To-Furnace dP CONTROLLER membandingkan windbox-To-

Furnace Differential Pressure dengan setpoint, yang merupakan penjumlahan

fungsi dari boiler load ( steam flow) seperti terlihat pada gambar di bawah dan

harga bias. Harga bias dapat diatur melalui BGPDIC546/7-BIAS dalam rangeantara 0~1.9986 kPaD.

Gambar 2.27 Windbox to Furnace dP setpoint sebagai fungsi dari Boiler

Load (steam flow)

Selama berlangsungnya Boiler Purging hingga load di bawah 30% , harga

setpoint CONTROLLER adalah konstan pada 0.5 kPaD. Ketika boiler load >30%

hingga 50% dan antara 50% hingga 60%, harga setpoint naik sesuai kenaikan boiler load. Dan ketika boiler load >60%, harga setpoint konstan pada 1.4 kPaD.

Perbedaan yang terjadi antara setpoint dengan Windbox-To-Furnace dP

menyebabkan Aux Air Damper Demand berubah sehingga semua auxiliary air

dampers membuka/menutup untuk menjaga dP sesuai setpoint.

Jenis Windbox to Furnace dP CONTROLLER adalah DIRECT controller

yaitu respon yang dihasilkan sebanding dengan besarnya Windbox to Furnace dP .



56

Jika dP bertambah besar, maka Aux Air Damper akan semakin membuka hingga

harga dP kembali sesuai setpoint. Dan sebaliknya, bila dP semakin turun, maka

Aux Air Damper juga akan semakin menutup hingga harga dP kembali sesuai

setpoint.

FSSS menghasilkan sinyal digital yang memerintahkan Auxiliary Air

Dampers membuka atau menutup penuh dalam kurun waktu tertentu. Ketika

boiler load >30%, Aux Air Dampers untuk elevasi A-A, B-C, D-E, dan E-F,

menutup secara berurutan dengan interval 10 detik bila feeder yang berdekatan

tidak beroperasi. Dan Aux Air Dampers untuk elevasi A-B, C-D, E-F, menutup

secara berurutan dalam interval 10 bila feeder dan fuel oil gun yang berdekatan

tidak beroperasi. Perintah untuk menutup Auxiliary Air Dampers dilakukan secara

berurutan dari elevasi tertinggi menuju elevasi terendah.

Auxiliary Air Dampers pada elevasi AB, CD, and EF secara otomatis akan

membuka ke 50% saat fuel oil gun yang bersangkutan sedang beroperasi.

Ketika beban boiler turun <30%, sinyal perintah dari FSSS untuk menutup

Auxiliary Air Dampers akan inaktif dan kontrol terhadap damper tersebut

dilakukan oleh kontroler untuk menjaga windbox to furnace dP sesuai dengan

setpoint. Hal ini terjadi dalam interval 10 detik, dimulai dari elevasi terendah

menuju elevasi tertinggi.

Semua elevasi Auxiliary Air Dampers diperintah untuk membuka penuh bila

salah satu sinyal di bawah ini aktif :

Windbox-To-Furnace dP > 1.393 kPaD,

Sinyal Open All Aux Air Dampers dari FSSS (BM-ZY-150) aktif

Windbox-To-Furnace dP is high ( pressure switch BG-PDSH-545 aktif)



57

2.6.25 Auxil iary Air Dampers Demand Station

Semua Aux Air Dampers memiliki sebuah STATION BGPDI546/7 . Dengan

adanya station tersebut, operator dapat secara manual membuka atau menutupsemua damper pada posisi yang diinginkan.

Control Output (CO) : Aux Air Damper Demand

Process Variable (PV) : Windbox-To-Furnace dP

Setpoint (SP) : Programmed Function of Load ditambahkan dengan harga

Bias

STATION BGPDI546/7 transfer dari mode AUTO ke mode MANual jika

salah satu dari sinyal di bawah ini aktif :

Kedua FD Fans berada pada mode MANUAL

Kualitas sinyal Compensated Steam Flow BSFI107A/B tidak baik (bad

quality)

Kualitas sinyal Windbox to Furnace dP dari transmitter BG-PDT-546 dan

BG-PDT-547 tidak baik (bad quality)

Sebuah alarm akan muncul ketika station tersebut transfer ke mode MANual.

2.6.26 Fuel Ai r Control System

Masing-masing unit 7&8 memiliki 6 Fuel Air Dampers, sebagai berikut:

Elevation A Fuel Air Damper BF-FCD-728

Elevation B Fuel Air Damper BF-FCD-726

Elevation C Fuel Air Damper BF-FCD-724

Elevation D Fuel Air Damper BF-FCD-722

Elevation E Fuel Air Damper BF-FCD-720

Elevation F Fuel Air Damper BF-FCD-716

Fuel Air Damper dikontrol secara open loop dimana posisi damper ditentukan

oleh fungsi Coal Feeder Speed Demand seperti ditunjukkan pada gambar di

bawah :



58

Gambar 2.28 Fuel Air Damper Demand sebagai fungsi dari Coal Feeder Demand

Fuel Air Damper tidak memiliki STATION , sehingga operator tidak dapat

mengatur posisi damper tersebut secara manual.

Pada kondisi tertentu FSSS mengirimkan sinyal digital untuk membuka

atau menutup secara penuh Fuel Air Dampers. Bila sinyal tersebut tidak aktif,

Fuel Air Dampers dikontrol oleh DCS.

Semua Fuel Air Damper akan membuka secara penuh bila salah satu

kondisi dibawah ini terjadi :

Kedua FD Fans OFF atau kedua ID Fans OFF

Boiler Master Fuel Trip (MFT)

Ketika terjadi MFT, FSSS memerintahkan semua fuel damper untuk

membuka penuh, timer 5 menit untuk “ Post Purge Fan Trip” reset dan mulai

menghitung mundur. Jika setelah 5 menit fan groups masih dalam kondisi

beroperasi, maka sinyal perintah dari FSSS untuk membuka semua fuel air

damper ( BM-ZYO-729) akan inaktif sehingga elevasi D, E, F dikontrol oleh DCS,

dan 30 detik kemudian elevasi A, B, C. Jadi selama 5 menit setelah terjadi MFT,

boiler purging tidak dapat dilakukan karena salah satu persyaratannya adalah

posisi fuel air damper harus menutup terlebih dahulu.

Fuel Air Damper diperintahkan menutup penuh oleh FSSS saat feeder pada

kondisi not proven. Ketika kondisi feeder sudah proven ( proven adalah kondisi



59

dimana feeder sudah beroperasi selama > 50 detik), fuel air damper membuka

sesuai fungsi feeder speed . Ketika feeder beroperasi, Fuel Air Damper Demand

tidak pernah membuka < 50% karena minimum feeder speed adalah 25%. Ketika

feeder speed > 25% damper demand bertambah sesuai kenaikan feeder speed .

2.6.27 Close-Coupled Overf ir e Ai r (CCOFA) Damper Control System

Masing-masing unit 7&8 memiliki 2 CCOFA Dampers, sebagai berikut:

CCOFA – A Damper BF-FCD-715

CCOFA – B Damper BF-FCD-714

Damper tersebut dikontrol secara open loop dan masing-masing memiliki

sebuah station yang memungkinkan operator untuk mengatur posisi damper

tersebut secara manual. Pada mode AUTO, damper tersebut membuka atau

menutup berdasarkan fungsi penjumlahan Programmed Function of Total Airflow

Demand yang merupakan setpoint Airflow CONTROLLER) dengan harga Bias

seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini :

Harga Bias dapat diatur oleh operator melalui Bias STATION BFFIC715

atau BFFIC714 pada range ±50%.CCOFA-A

Selama Total Airflow Demand <30%, CCOFA-A Dampers Demand

berada pada kondisi konstant 10%. Ketika Total Airflow Demand > 30%,

CCOFA-A Dampers Demand bertambah sesuai kenaikan Total Airflow Demand .



60

Gambar 2.29 CCOFA-A Damper Demand sebagai fungsi Total Airflow Demand

CCOFA-B

Selama Total Airflow Demand <40%, CCOFA-B Dampers Demand berada pada

kondisi konstant 10%. Ketika Total Airflow Demand >40%, CCOFA-A Dampers

Demand bertambah sesuai kenaikan Total Airflow Demand . Dan ketika Total

Airflow Demand >90% (sampai dengan 100%) CCOFA-B Dampers Demand

membuka penuh.

Gambar 2.30 CCOFA-B Damper Demand sebagai fungsi Total Airflow Demand

Pada kondisi tertentu FSSS mengirimkan sinyal digital untuk membuka

secara penuh CCOFA Dampers. Bila sinyal tersebut tidak aktif, CCOFA Dampers

dikontrol oleh DCS. Semua CCOFA Dampers akan membuka secara penuh bila

salah satu kondisi dibawah ini terjadi :



61


Sinyal Open All Aux Air Dampers dari FSSS (BM-ZY-150) aktif


Ketika terjadi MFT, FSSS memerintahkan semua CCOFA untuk membuka penuh,

timer 5 menit untuk “ Post Purge Fan Trip” reset dan mulai menghitung mundur.

Jika setelah 5 menit fan groups masih dalam kondisi beroperasi, maka sinyal

perintah dari FSSS untuk membuka CCOFA( BM-ZYO-729) akan inaktif.

Masing-masing CCOFA Damper memiliki sebuah Bias STATION yaitu

BFFIC715 dan BFFIC714. Dengan adanya station tersebut, operator dapat secara

manual membuka atau menutup CCOFA damper pada posisi yang diinginkan.

Control Output (CO) : CCOFA Damper Demand

Process Variable (PV) : Programmed Function of Total Airflow Demand

Setpoint (SP) : harga Bias

Bias STATION akan tracking sinyal Aux Air Open Setpoint (100%) untuk

membuka penuh CCOFA Dampers jika salah satu kondisi di bawah ini terjadi:

Kedua FD Fans berada pada mode MANUAL

Kualitas sinyal Compensated Steam Flow BSFI107A/B tidak baik (bad

quality)

Kualitas sinyal Windbox to Furnace dP tidak baik (bad quality)

Bias STATION akan transfer secara otomatis dari mode AUTO ke mode MANUAL

bila kualitas sinyal CCOFA Damper Demand feedback tidak baik (bad quality).

Sebuah alarm akan muncul ketika station tersebut transfer ke mode MANUAL.

2.6.28 Separated Overfi re Ai r (SOFA) Damper Control System

Masing-masing unit 7&8 memiliki 4 SOFA Dampers, sebagai berikut:

SOFA - A Damper BF-FCD-713

SOFA - B Damper BF-FCD-712

SOFA - C Damper BF-FCD-711

SOFA - D Damper BF-FCD-710



62

SOFA dampers berfungsi untuk mengurangi terbentuknya NOx terutama saat

beban tinggi. Saat beban pembangkit dan kebutuhan udara meningkat, udara

dalam jumlah yang lebih besar juga dialirkan melalui SOFA dampers sebagai

udara overfire untuk mengurangi terbentuknya NOx pada suhu ruang bakar yang

lebih tinggi karena jumlah bahan bakar juga meningkat.

Damper tersebut dikontrol secara open loop dan masing-masing memiliki

sebuah station yang memungkinkan operator untuk mengatur posisi damper

tersebut secara manual. Pada mode AUTO, damper tersebut membuka atau

menutup berdasarkan fungsi penjumlahan Programmed Function of Total Airflow

Demand yang merupakan setpoint Airflow CONTROLLER dengan harga Bias.

Grafik fungsi tersebut diperoleh melalui suatu percobaan hingga didapatkan

kondisi pembakaran yang paling optimal. Untuk Paiton 7&8 ditunjukkan pada


Harga Bias dapat diatur oleh operator melalui Bias STATION BFFIC713,

FFIC712, BFFIC711, atau BFFIC710 pada range ±100%.

Gambar 2.31 SOFA-A Damper Demand sebagai fungsi Total Airflow Demand



63

Gambar 2.32 SOFA-B Damper Demand sebagai fungsi Total Airflow Demand

Gambar 2.33 SOFA-C Damper Demand sebagai fungsi Total Airflow Demand

Pada kondisi tertentu FSSS mengirimkan sinyal digital untuk membuka atau

menutup secara penuh CCOFA Dampers. Bila sinyal tersebut tidak aktif, CCOFA

Dampers dikontrol oleh DCS. Semua CCOFA Dampers akan membuka secara

penuh bila salah satu kondisi dibawah ini terjadi :



64

Gambar 2.34 SOFA-D Damper Demand sebagai fungsi Total Airflow Demand


Sinyal Open All Aux Air Dampers dari FSSS (BM-ZY-150 dan BM-ZYO-

730) aktif

Sinyal tersebut di atas aktif bila FD dan ID Fan dalam kondisi OFF atau

Boiler MFT aktif


Ketika terjadi MFT, FSSS memerintahkan SOFA untuk membuka penuh,

timer 5 menit untuk “ Post Purge Fan Trip” reset dan mulai menghitung mundur.Jika setelah 5 menit fan groups masih dalam kondisi beroperasi, maka timer 35

detik reset dan mulai menghitung mundur. Setelah 35 detik dan kedua kondisi di

atas tidak berubah, maka perintah dari FSSS untuk membuka semua SOFA

damper akan inaktif . Jadi selama 5 menit setelah terjadi MFT, boiler purging

tidak dapat dilakukan karena salah satu persyaratannya adalah posisi SOFA harus

modulating terlebih dahulu.



65

Masing-masing SOFA Damper memiliki sebuah Bias. Dengan adanya

station tersebut, operator dapat secara manual membuka atau menutup CCOFA

damper pada posisi yang diinginkan.

Control Output (CO) : SOFA Damper Demand

Process Variable (PV) : Programmed Function of Total Airflow Demand

Setpoint (SP) : harga Bias

Bias STATION transfer dari mode AUTO ke mode MANUAL jika salah satu dari

sinyal di bawah ini aktif :

Master Fuel Trip

Kualitas sinyal SOFA Damper Demand feedback tidak baik (bad quality)

Sebuah alarm akan muncul ketika station tersebut transfer ke mode MANual.



66

BAB III

METODOLOGI

3.1 Metodologi Kegiatan

Tahapan kerja pada kegiatan penyusunan Laporan Akhir adalah sebagai

berikut:

Mulai

Tidak sesuai

Sesuai

Ide Studi

Kajian pemanfaatan udara pembakaraan

PLTU Paiton unit 7

Studi Literatur

Pengambilan data dari

pengaturan parameter yang

ditentukan

Analisa data untuk mengetahui efisiensi

pemakaian excess air

Kesimpulan dan

Saran

Selesai

Data sesuai dengan

arameter



67

KETERANGAN:

1. Studi Literatur

Studi literatur dilakukan untuk mendapatkan teori yang mendukung studi

ini. Teori tersebut diperoleh melalui pustaka mengenai nilai excess air , khususnya

boiler dengan tipe drum baik itu yang berkaitan dengan definisi excess air ,

kebutuhan pembakaran, sistem penyediaan pembakaran, kebutuhan bahan bakar,

sistem kebutuhan udara ke dalam pembakaran, parameter – parameter kontrol

excess air yang diperlukan, parameter – parameter yang harus dikendalikan,

hingga pemanfaatan pengaturan nilai excess air .

2. Pengambilan Data

Pengambilan data ini dimaksudkan untuk memperoleh indikasi dari hasil

pengolahan parameter – parameter yang diinginkan. Pengambilan data akan

dilakukan sesuai dengan prosedur atau cara kerja dari parameter yang akan

dianalisa.

3. Analisa Data

Data yang telah diambil dianalisa dengan cara membandingkan

karakteristik parameter yang dikontrol dengan parameter yang berubah dari tiap

kebutuhan oksigen dari pembakaran pada boiler untuk mengetahui efisiensi dari

tiap kebutuhan maksimal sampai minimal oksigen yang dipakai sesuai pengaruh

parameter – parameter yang ditentukan.

4. Kesimpulan dan Saran

Kesimpulan diambil dari hasil analisa yang telah dilakukan dan saran

diberikan untuk dapat meningkatkan efisiensi pembakaran boiler berdasarkan dari

pada kebutuhan excess air yang diberikan.

3.1.1 Jadwal Pelaksanaan

Pencarian permasalahan atau ide studi dan penyusunan Laporan Akhir ini

dilaksanakan selama satu setengah bulan, yaitu pada bulan Mei dan Juni tahun

2010, tiap minggu mengikuti jadwal masuk pelaksanaan program magang

mahasiswa di lapangan. Pengambilan kondisi parameter yang dikerjakan sesuai

dengan kondisi dan kebijaksanaan prosedur perusahaan. Jadwal pelaksanaan

pekerjaan Laporan akhir sebagai berikut:



68

Tabel 3.1 Jadwal Pelaksanaan Kegiatan Analisa

No Kegiatan

1 2 3 4 1 2 3 4

1Pengenalan secara umum pembakaranboiler PLTU Paiton unit 7

2

Penyusunan syarat pengambilan

parameter yang ditentukan

3 Pengambilan data

4 Analisa data dan pembahasan

5 Penyusunan Laporan

Mei Juni

KETERANGAN:1. Pengenalan secara umum pembakaran boiler PLTU Paiton unit 7

Pengenalan pembakaran boiler PLTU Paiton unit 7 dilaksanakan selama 1

minggu. Pada kegiatan ini yang dilakukan adalah meninjau lokasi instalasi

kebutuhan pembakaran boiler, yaitu kebutuhan bahan bakar, kebutuhan udara,

burner, dan pengontrolan pembakaran.

2. Penyusunan syarat pengambilan parameter yang ditentukan

Penyusunan syarat pengambilan parameter yang ditentukan dilaksanakan

selama 1 minggu. Syarat yang digunakan selama proses pengambilan data adalah

parameter yang dikontrol jangan sampai mengalami perubahan yang signifikan

dan menyusun parameter – parameter sebagai indikasi daripada pengaturan proses

pengambilan data. Masing – masing parameter dapat dimonitor dengan software

program PI, yaitu program yang berbasis DTSPI terhubung terhadap server

perusahaan berdasar indikasi tiap – tiap sensor instrument dengan tagging yang

dimiliki masing – masing sensor pembacaan.

3.

Pengambilan data

Pengambilan data dilakukan selama 1 minggu. Pengambilan data diperoleh

berdasar penyusunan parameter – parameter yang memiliki tagging berupa kode

angka dan huruf, sesuai durasi waktu masing – masing data, yaitu selama 15 menit

perdata.

4. Analisa dan pembahasan

Kegiatan ini dilaksanakan selama 2 minggu. Pada kegiatan ini yang

dilakukan adalah menganalisa data – data karakteristik pemakaian oksigen pada



69

excess air tiap perubahan load PLTU atau daya yang dihasilkan dengan kebutuhan

oksigen yang dapat diamati pada O2 trim. Dari analisa tersebut dapat diketahui

hasil efisiensi daripada pemakaian excess air optimal pada boiler Paiton unit 7.

5.

Penyusunan laporan

Kegiatan penyusunan laporan dilakukan mulai awal pelaksanaan kegiatan

analisa sampai berakhirnya pekerjaan Laporan akhir. Laporan Akhir berisi tentang

tinjauan pustaka yang mendukung studi, metodelogi kegiatan, hasil yang didapat

pada saat pengambilan data, analisa data serta pembahasan serta kesimpulan dan

saran – saran yang dapat diberikan berhubungan dengan permasalahan yang

ditemui pada studi analisa Laporan Akhir ini.

3.2 Metodologi Analisa

Metode analisa excess air yang dilakukan disusun dengan cara sebagai

berikut ini:

1. Mengetahui proses peralatan pengaturan dengan sistem kerjanya yang

didukung gambar P & ID.

2. Membuat prosedur atau langkah – langkah pengambilan data untuk

memperoleh parameter – parameter yang diinginkan.

3. Memberikan hasil pengambilan data yang sudah dilakukan.

4. Memberikan hasil analisa data yang diperoleh.

Pengambilan data dengan metode pengamatan dari Program PI untuk

memonitor parameter – parameter yang ditentukan. Program PI dapat dilihat

untuk merecord parameter – parameter juga yang disiapkan oleh komputer di DCS

room. Di dalam DCS juga menyiapkan tagging number pada masing – masing

peralatan untuk mengetahui parameter yang dihasilkan.

3.2.1 Membandingkan Model Udara Pembakaran

Kebutuhan udara dengan kebutuhan bahan bakar yang dihasilkan untuk

membandingkan kebutuhan daya power plant yang dihasilkan. Berdasarkan hasil

data yang diperoleh adalah membandingkan model udara pembakaran yaitu pada

semua aplikasi pembakaran, udara menyediakan oksigen yang dibutuhkan. Dalam



70

laporan ini memberikan model pembakaran perhitungan – perhitungan di dalam

pembakaran ini, sebagai berikut:

a. Semua komponen udara selain oksigen digabungkan bersama – sama

dengan nitrogen. Oleh sebab itu, udara dianggab terdiri dari 21 % oksigen

dan 79 % nitrogen dengan basis molar nitrogen terhadap oksigen adalah

0,79/0,21 = 3,76 mol nitrogen. Udara yang dimaksudkan di sini adalah

yang tidak mengandung uap air. Jika udara lembab dipakai dalam

pembakaran, uap air yang terkandung harus diperhitungkan di dalam

penulisan persamaan pembakaran, namun pembakaran terjadi dalam

proses kering.

b.

Kita juga mengansumsikan bahwa nitrogen yang terkandung di dalam

udara untuk pembakaran tidak mengalami proses kimia. Artinya, nitrogen

dianggap inert. Nitrogen mengalami perubahan kondisi jika produk –

produk hasil pembakaran memiliki temperature yang berbeda dengan

temperature udara sebelum pembakaran. Jika terjadi temperature tinggi

yang cukup untuk menjadikan nitrogen ke NOx, menyebabkan polusi

udara.

c.

Rasio udara bahan bakar yaitu rasio jumlah udara di dalam sebuah reaksi

terhadap jumlah bahan bakar.. rasio ini dapat dituliskan dengan basis

molar (mol udara dibagi dengan mol bahan bakar) atau dengan basis massa

(massa udara dibagi dengan massa bahan bakar). Konversi di antara kedua

nilai ini dilakukan dengan menggunakan berat molekuler dari udara,

Mudara, dan bahan bakar, M bahan bakar .

Rasio udara bahan bakar :

d. Rasio ekuivalensi adalah rasio dari rasio actual bahan bakar udara terhadap

rasio bahan bakar udara untuk pembakaran dengan jumlah udara teoritis.

e. Jumlah udara yang disuplai biasanya lebih besar atau lebih kecil dari

jumlah teoritis. Jumlah udara aktual yang disuplai biasanya dinyatakan

dalam bentuk persentase udara teoritis atau theoretical air persentage.

Sebagai contoh, udara teoritis 150% berarti udara aktual yang disuplai

massa udara mol udara x Mudara

massa bahan bakar mol bahan bakar x M bahan bakar

=



71

adalah 1,5 kali jumlah udara teoritis. Jumlah udara yang di suplai dapat

juga dinyatakan sebagai persentase kelebihan atau persentase kekurangan

udara. Jadi, udara teoritis 150 % adalah sebanding dengan kelebihan udara

50 %, udara teoritis 80 % adalah sebanding dengan kekurangan udara

20 %.

3.2.2 Menggunakan Analisis Produk Kering

Di dalam membandingkan model udara pembakaran, diasumsikan terjadi

pembakaran tuntas. Prosedur untuk memperoleh persamaan reaksi setimbang dari

reaksi aktual di mana pembakaran tidak terjadi secara tuntas tidak selalu jelasuntuk dilakukan.

Pembakaran adalah hasil dari serangkaian reaksi kimia yang sangat rumit

dan cepat, dan produk yang terbentuk bergantung pada berbagai factor. Produk

hasil reaksi bervariasi dengan temperature dan tekanan, dengan pencampuran

antara bahan bakar dan udara merupakan suatu factor penentu dalam reaksi yang

terjadi setelah campuran bahan bakar dan udara dinyalakan.

Walaupun jumlah udara yang disuplai di dalam proses pembakaran aktual

dapat melebihi jumlah teoritis, tidak jarang terjadi sejumlah CO dan O2 yang tidak

terbakar muncul di dalam produk hasil pembakaran, dan mungkin juga terdapat

bahan bakar yang tidak terbakar di dalam produk yang dihasilkan. Di dalam

analisa produk kering, fraksi – fraksi mol diberikan untuk semua produk gas

kecuali uap air.

Hasil dari produk pembakaran yang ditambahkan dengan excess air

dibandingkan dengan kebutuhan load atau daya kapasitas output power plant,

sehingga mengetahui kebutuhan bahan bakar yang dihasilkan dan daya yang

dipakai pada kapasitas produksi power plant.



72

3.2.3 Menganalisa Perhitungan Efisiensi Pembakaran Batubara terhadap

Load (Generator Output)

Dengan menganalisa suatu produk pembakaran batubara dengan

menambahkan excess air dari semua data yang diperoleh, dapat dihitung efisiensi

pembakaran terhadap hasil Load (generator output).

Sehingga mengetahui analisis kebutuhan efisien excess air yang dipakai

pada boiler terhadap output generator.



73

BAB IV

HASIL PENGATURAN DAN ANALISA DATA

4.1 Hasil Pengaturan

4.1.1 Pengontrolan Peralatan untuk Hasil Pengambilan Data Excess Ai r

Dalam pengontrolan pembakaran boiler menggunakan excess air untuk

mendapatkan pembakaran yang sempurna memiliki peralatan yang dirangkai

untuk melakukan proses dan dikontrol serta memonitor melalui DCS (Distributed

Control System), di antaranya yaitu:

1. Pengaturan peralatan control sebagai syarat yang harus dikendalikan dan

jangan sampai mengalami perubahan dalam durasi waktu kebutuhan

pengambilan data, antara lain:

a. Konfigurasi pulverizer yang digunakan harus sama pada waktu

data diambil. Artinya saat perlakuan proses mengambil data yang

satu dengan yang lain dari 6 pulverizer yang ada, hanya 5 yang

aktif dan susunan penyalaannya sama, sehingga burner yang

menghasilkan api juga tersusun sama.

b.

Tidak ada proses pembersihan clinker dengan sootblowing atau

penyemburan uap kearah water wall tube karena menyebabkan

efisiensi pembakaran turun dan berubahnya parameter pembakaran

yang diinginkan. Jika kondisi terak atau clinker dalam kapasitas

perlu adanya pembersihan maka sootblowing dilakukan, kemudian

memberikan tenggang waktu untuk dilakukan pengujian.

c.

Burner tilts atau besar sudut semburan api pada burner diatur

secara manual dan disamakan posisinya saat pengmbilan data satu

dengan yang lain.



75

g. Temperatur flue gas di dalam air heater outlet temperature untuk

memberikan panas ke udara pembakaran dari FD fan dan PA fan

untuk mengeringkan batubara dan mentransfer batubara ke dalam

furnace.

h. SOFA dampers dan CCOFA dampers position dalam mengetahui

kondisi Over Fire air flow yang sama pada pengambilan antar data.

3.

Persiapan pengambilan data dengan metode pengamatan dari program PI

beserta tagging number masing – masing parameter. Berikut adalah

keterangan dari masing – masing tagging :

a. 7EX-WATT-GEN = daya power plant yang

dihasilkan (MW)

b. 7BSTI108 = temperature main steam

(oC)

c. 7FT_HRS = temperature reheat steam

(o

C)

d. 7BFTOTCOAL = total fuel / coal (Ton/H)

e. 7BGTOTAIR% = total air yang dipakai

dalam Furnace dalam %

f.

7BGTOTAIRFLW = total air flow (m3/s)

g. 7BGCEMAI100 = emisi CO (mg/m3)

h.

7BGCEMAI102 = emisi CO2 (mg/m3)

i. 7BGPI548, 7BFPI697, 7BFPI699 = furnace pressure (KPaG)

j. 7BGTI586/7/8A = temperature flue gas dalam

secondary air heater A oC



76

k. 7BGTI586/7/8B = temperature flue gas dalam

sec secondary air heater B

oC

l.

7BGTI609 = temperature flue gas dalam

primary air heateroC

4.1.2 Hasil Perolehan Data Excess Ai r

Hasil yang diberikan disusun sesuai tagging dengan parmeter –

parameternya, waktu pengambilan data, interval waktu untuk pengambilan tiap

data yaitu 15 menit, data yang diambil sebanyak 11,. Berikut ini table hasil proses

pembakaran yang diambil melalui program PI:

Tabel 4.1 Hasil data 1LOAD MW MAIN STEAM

OC REHEAT STEAM

OC TOTAL COAL

TON/H

TIMES

7EX-WATT-GEN 7BSTI108 7FT_HRS 7BFTOTCOA

L

26-May-10 18:45:00 640.02 525.21 532.21 307.82

26-May-10 19:00:00 640.73 525.64 533.90 298.53

26-May-10 19:15:00 641.70 526.07 533.68 295.65

26-May-10 20:00:00 641.24 527.36 534.79 292.93

26-May-10 20:30:00 641.05 528.23 535.08 291.12

26-May-10 21:00:00 640.73 529.09 533.97 289.30

26-May-10 21:15:00 641.70 529.52 537.35 288.68

26-May-10 22:00:00 640.33 530.18 529.70 291.82

26-May-10 22:15:00 641.30 530.38 528.53 292.86

26-May-10 23:00:00 642.89 530.99 531.25 294.01

26-May-10 23:15:00 640.97 531.20 530.05 292.57



77

Tabel 4.2 Hasil data 2O2 TRIM % AIR FLOW M3/SEC EMISI CO mg/m

3 EMISI CO2

mg/m3

TIMES7SELECTED O2 7BGTOTAIRFLW 7BGCEMAI100 7BGCEMAI102

26-May-10 18:45:00 3.442 697.06 122.54 381408

26-May-10 19:00:00 3.432 694.86 116.74 387576

26-May-10 19:15:00 3.422 692.67 200.03 388064.00

26-May-10 20:00:00 3.393 686.08 187.47 384501.72

26-May-10 20:30:00 3.374 681.69 151.40 386377.59

26-May-10 21:00:00 3.354 677.29 198.70 387952.00

26-May-10 21:15:00 3.345 675.10 438.30 390976.00

26-May-10 22:00:00 3.315 679.78 227.87 389350.00

26-May-10 22:15:00 3.306 681.49 155.78 386920.00

26-May-10 23:00:00 3.277 683.67 163.66 378976.00

26-May-10 23:15:00 3.267 683.01 148.77 382940.56



78

Tabel 4.3 Hasil data 3

TOTAL AIR % FURNACE PRESSURE KpaG

TIMES

7BGTOTAIR% 7BGPI548 7BFPI697 7BFPI699 AVERAGE

26-May-10 18:45:00 96.68 0.00 -0.07 -0.10 -0.06

26-May-10 19:00:00 96.26 -0.01 -0.07 -0.03 -0.03

26-May-10 19:15:00 95.84 -0.03 -0.09 -0.07 -0.06

26-May-10 20:00:00 95.42 0.01 -0.04 -0.01 -0.01

26-May-10 20:30:00 95.32 -0.16 -0.21 -0.18 -0.18

26-May-10 21:00:00 95.00 0.00 -0.06 -0.05 -0.04

26-May-10 21:15:00 92.89 -0.10 -0.16 -0.18 -0.15

26-May-10 22:00:00 95.17 0.00 -0.10 -0.14 -0.08

26-May-10 22:15:00 94.97 -0.09 -0.13 -0.14 -0.12

26-May-10 23:00:00 95.72 0.04 -0.03 -0.06 -0.02

26-May-10 23:15:00 94.68 -0.08 -0.10 -0.12 -0.10

Table 4.4 Hasil data 4

FLUE GAS TEMPERATURE0C

TIMES SA HEATER A SA HEATER B PA HEATER

7BGTI586/7/8A 7BGTI586/7/8B 7BGTI609 AVERAGE

26-May-10 18:45:00 147.13 146.95 159.48 151.19

26-May-10 19:00:00 147.07 146.86 159.30 151.08

26-May-10 19:15:00 147.00 146.77 159.12 150.96

26-May-10 20:00:00 146.81 146.49 158.57 150.62

26-May-10 20:30:00 146.68 146.30 158.20 150.39

26-May-10 21:00:00 146.55 146.12 157.83 150.17

26-May-10 21:15:00 146.47 146.02 157.65 150.05

26-May-10 22:00:00 145.49 145.34 157.10 149.31

26-May-10 22:15:00 145.17 145.05 156.92 149.05

26-May-10 23:00:00 144.19 144.19 156.37 148.25

26-May-10 23:15:00 143.86 143.90 156.19 147.98



79


SOFA DAMPERS POSITION %

TIMES A B C D

7BFFIC713 7BFFIC712 7BFFIC711 7BFFIC710

26-May-10 18:45:00 40 40 10 10

26-May-10 19:00:00 40 40 10 10

26-May-10 19:15:00 40 40 10 10

26-May-10 20:00:00 40 40 10 10

26-May-10 20:30:00 40 40 10 10

26-May-10 21:00:00 40 40 10 10

26-May-10 21:15:00 40 40 10 10

26-May-10 22:00:00 40 40 10 10

26-May-10 22:15:00 40 40 10 10

26-May-10 23:00:00 40 40 10 10

26-May-10 23:15:00 40 40 10 10


HHVCOAL CCOFA SOFA

TILTS

BRN TILTS

TIMES B A

7HHVCOAL 7BFFIC714 7BFFIC715 7BFSP730 7BFTIC729A.CV

26-May-10 18:45:00 5029 100 100 58.50 67.00

26-May-10 19:00:00 5029 100 100 58.50 67.00

26-May-10 19:15:00 5029 100 100 58.50 67.00

26-May-10 20:00:00 5029 100 100 58.50 67.00

26-May-10 20:30:00 5029 100 100 58.50 67.00

26-May-10 21:00:00 5029 100 100 58.50 67.00

26-May-10 21:15:00 5029 100 100 58.50 67.00

26-May-10 22:00:00 5029 100 100 58.50 67.00

26-May-10 22:15:00 5029 100 100 58.50 67.00

26-May-10 23:00:00 5029 100 100 58.50 67.04

26-May-10 23:15:00 5029 100 100 58.50 67.22



80

4.2 Analisa Perolehan Data

4.2.1 Membandingkan Model Udara Pembakaran

Membandingkan kebutuhan udara dengan kebutuhan bahan bakar yang

dihasilkan. Berdasarkan hasil data yang diperoleh adalah membandingkan model

udara pembakaran batubara yaitu sebagai berikut:

Asumsi: a. Setiap mol oksigen di dalam udara disertai oleh 3.76 mol nitrogen.

b. Nitrogen bersifat inert.

c. Pembakaran terjadi secara tuntas.

Pembakaran carbon:

C+ ( O2 + 3.76 N2 ) CO2 + 3.76 N2

12 kg C + ( 32 kg O2 + 3.76 x 28 kg N2 ) 44 kg CO2 + 3.76 N2 x 28 kg N2

1 kg C + 2.67 kg O2 + 8.84 kg N2 3.67 kg CO2 + 8.84 kg N2

1 kg zat karbon memerlukan udara sebanyak 11.51 kg. Bila dalam 1 kg bahan

bakar terdapat c kg C, memerlukan udara sebanyak 11.51 kg. Jika berat jenis

oksigen pada 0 0C dan 760 mm Hg adalah 1.429 kg/m3, maka volume O2 untuk

pembakaran c kg C adalah 2.67 c / 1.429 = 1.868 c kg O2. Jadi jika dalam 1 kg

bahan bakar terdapat c kg C, memerlukan 11.51 kg udara, memerlukan 1.868 c kg

O2 atau 11.51 c kg udara.

Pembakaran hidrogen:

2H2 + ( O2 + 3.76 x N2 ) 2H2O + 3.76 N2

4 kg H2 + ( 32 kg O2 + 3.76 x 28 kg N2 ) 36 kg H2O + 105.28 kg N2

1 kg H2 + 8 kg O2 + 26.5 kg N2 9 kg H2O + 26.5 kg N2

Jadi 1 kg H2 memerlukan 34.5 kg udara. Jika dalam 1 kg bahan bakar terdapat h

kg H2, memerlukan 34.5 kg udara, memerlukan 8 h kg O2 atau 34.5 h kg udara.



81

Pembakaran belerang:

S + O2 + 3.76 N2 SO2 + N2



Jadi 1 kg S memerlukan 1 kg oksigen atau 4.32 kg udara. Jika dalam 1 kg bahan

bakar terdapat s kg S, maka diperlukan udara seberat 4.32 s kg.

Jumlah udara teoritis yang diperlukan untuk pembakaran sempurna 1 kg bahan

bakar adalah:

But = 11.5 c + 34.5 ( h – o / 8 ) + 4.32 s kg udara per kg bahan bakar.

Tiap 1 m3 udara kering terdiri dari 0.21 m3 O2 terdapat dalam 100/21 m3 O2 udara

atau 4.76 m3.

Untuk pembakaran 1 kg bahan bakar diperlukan volume udara sebanyak:

Vut = 21

100

429.1

867.2

shc

= 8.9c + 26.7 ( h – o/8 ) + 3.33 s kg O2 / kg bahan bakar.

Jika dalam data yang diambil menggunakan rumus untuk mencari volum udara

teoritis dan kebutuhan oksigen, diperoleh hasil sebagai berikut:



83

B u t T o n U d a r a

Gambar 4.1 Grafik kebutuhan udara dan oksigen dengan batubara

Dari grafik di atas dapat diketahui kebutuhan bahan bakar berbanding

lurus dengan kebutuhan udara dan oksigen pada perhitungan kebutuhan udara

teoritis.

4.2.2 Menggunakan Analisis Produk Kering

Pembakaran batubara jika ditambahkan excess air 20%. Produk

pembakaran menghasilkan O2 diketahui lewat O2 trim controller dalam %. Untuk

mengatur O2 trim melalui O2 trim bias station.

Jika dalam data yang diambil menggunakan analisa produk kering

diperoleh produk pembakaran O2, CO, CO2, hasilnya sebagai berikut:

TOTAL COAL TON H



84

Tabel 4.8 Kebutuhan bahan bakar dengan tambahan excess air

TOTAL COAL

TON/H

O2 TRIM % EMISI CO

mg/m3

EMISI CO2

mg/m3

TOTAL AIR %

TIMES

7BFTOTCOAL 7SELECTED

O2

7BGCEMAI100 7BGCEMAI102 7BGTOTAIR%

26-May-10

18:45:00

307.82 3.442 122.54 381408.00 96.68

26-May-10

19:00:00

298.53 3.432 116.74 387576.00 96.26

26-May-10

19:15:00

295.65 3.422 200.03 388064.00 95.84

26-May-10

20:00:00

292.93 3.393 187.47 384501.72 95.42

26-May-10

20:30:00

291.12 3.374 151.40 386377.59 95.32

26-May-10

21:00:00

289.30 3.354 198.70 387952.00 95.00

26-May-10

21:15:00

288.68 3.345 438.30 390976.00 92.89

26-May-10

22:00:00

291.82 3.315 227.87 389350.00 95.17

26-May-10

22:15:00

292.86 3.306 155.78 386920.00 94.97

26-May-10

23:00:00

294.01 3.277 163.66 378976.00 95.72

26-May-10

23:15:00

292.57 3.267 148.77 382940.56 94.68



85

L

L

/

Gambar 4.2 Grafik kebutuhan excess air untuk kebutuhan batubara.

Dari grafik di atas dapat diketahui kebutuhan bahan bakar tidak

berbanding lurus dengan kebutuhan udara dan oksigen pada perhitungan

kebutuhan udara teoritis. Karena pembakaran excess air berlebihan, dari energi

yang dihasilkan batubara yang masuk bisa terbawa keluar.

4.2.3 Menganalisa Perhitungan Efisiensi Pembakaran Batubara terhadap

Load (Generator Output)

Asumsi: output proses PLTU hanya ditinjau hasil keluaran generator dan

input dari energy batubara.

Qcoal = Mcoal x HHVcoal

Ket:

Qcoal = Input thermal energy of coal 1 (BTU/h)= 1.055056

(KJ/h)

Mcoal = Coal mass flow 1 (Ton/h) = 103 (Kg/h)

O2 TRIM %



86

HHVcoal = Higher Heating Value of coal 1 (BTU/lb) = 2.326

(KJ/Kg)

Net plant heat rate = Qcoal/Wgen = (KJ/KWh)

Tabel 4.9 Hasil Perhitungan energi batubara

LOAD

MW

TOTAL COAL

TON/H

HHVCOAL

(BTU/lb)

TOTAL

COAL

Kg/h

HHVCOAL

(KJ/Kg)

Qcoal (KJ/h)

TIMES

7EX-

WATT-

GEN

7BFTOTCOAL 7HHVCOAL 7BFTO

TCOAL

5/26/20

10 18:45

640.02 307.82 5029 307820 11697.454 3600710290

5/26/20

10 19:00

640.73 298.53 5029 298530 11697.454 3492040943

5/26/20

10 19:15

641.7 295.65 5029 295650 11697.454 3458352275

5/26/20

10 20:00

641.24 292.93 5029 292930 11697.454 3426535200

5/26/20

10 20:30

641.05 291.12 5029 291120 11697.454 3405362808

5/26/20

10 21:00

640.73 289.3 5029 289300 11697.454 3384073442

5/26/20

10 21:15

641.7 288.68 5029 288680 11697.454 3376821021

5/26/20 640.33 291.82 5029 291820 11697.454 3413551026



87

10 22:00

5/26/20

10 22:15

641.3 292.86 5029 292860 11697.454 3425716378

5/26/20

10 23:00

642.89 294.01 5029 294010 11697.454 3439168451

5/26/20

10 23:15

640.97 292.57 5029 292570 11697.454 3422324117

Tabel 4.10 Hasil perhitungan Net Plant heat rate

LOAD MW Qcoal

(KJ/h)

LOAD KW Net plant

heat rate

KJ/KWh

TIMES

7EX-WATT-GEN 7EX-WATT-

GEN

5/26/2010 18:45 640.02 360071029

0

640020 5625.93401

8

5/26/2010 19:00 640.73 349204094

3

640730 5450.09745

6

5/26/2010 19:15 641.7 345835227

5

641700 5389.35994

2

5/26/2010 20:00 641.24 342653520

0

641240 5343.60800

9

5/26/2010 20:30 641.05 340536280

8

641050 5312.16411

8

5/26/2010 21:00 640.73 338407344

2

640730 5281.59043

9

5/26/2010 21:15 641.7 337682102

1

641700 5262.30484

8

5/26/2010 22:00 640.33 341355102 640330 5625.93401



88

6 8

5/26/2010 22:15 641.3 342571637

8

641300 5341.83124

6

5/26/2010 23:00 642.89 343916845

1

642890 5349.54416

9

5/26/2010 23:15 640.97 342232411

7

640970 5339.28907

3

Plant efficiency = Wgen / Qcoal x 100% = Ƞ

Cat: 1 KJ = 0.0002777778 KWh

Tabel 4.11 Hasil Perhitungan Efisiensi Batubara terhadap Load (generator output)

TIMES LOAD KW Qcoal

(KJ/h)

Qcoal (KW) Ƞ %

7EX-WATT-GEN

5/26/2010 18:45 640020 3600710290 1000197.383 63.9893696

5/26/2010 19:00 640730 3492040943 970011.4507 66.05385942

5/26/2010 19:15 641700 3458352275 960653.4866 66.7982794

5/26/2010 20:00 641240 3426535200 951815.4095 67.37020578

5/26/2010 20:30 641050 3405362808 945934.189 67.76898514

5/26/2010 21:00 640730 3384073442 940020.4758 68.16128122

5/26/2010 21:15 641700 3376821021 938005.9142 68.41108252

5/26/2010 22:00 640330 3413551026 948208.6942 67.53049238

5/26/2010 22:15 641300 3425716378 951587.9589 67.392614

5/26/2010 23:00 642890 3439168451 955324.6461 67.29544795

5/26/2010 23:15 640970 3422324117 950645.6641 67.42470136



89

Gambar 4.3 Grafik Load Terhadap Efisiensi Pembakaran

Dari grafik di atas dapat diketahui kebutuhan bahan bakar tidak

berbanding lurus dengan Load (generator output) pada perhitungan efisiensi

pembakaran batubara yang telah bereaksi dengan menambahkan excess air .

Jadi hasil perhitungan efisiensi pembakaran batubara dengan HHV sebesar

5029 BTU/lb menunjukkan kebutuhan excess air yang paling efisien ditunjukkan

dalam 640.73 MW sebesar 68.16 % pada Load Rate 641.15 MW. Kebutuhan

udara pembakaran apabila diberikan excess air yang berlebihan, maka energi

kalor hasil pembakaran terbawa keluar oleh gas buang pembakaran atau udara

panas dari pembakaran yang disebut juga flue gas, kehilangan energi melalui gas

buang biasa disebut dengan stack losses. Padahal semakin banyak bahan bakar

yang masuk semakin banyak kebutuhan udara pembakaran yang diperlukan.

Gambar di bawah ini menunjukkan keterangan proses pembakaran dalam

boiler oleh energi batubara yang masuk dengan berbagai kehilangan energi

sampai keluaran proses untuk pembangkitan steam.

LOAD KW

%



90

Gambar 4.4 Diagram Neraca Energi Boiler



91

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1.

Efisiensi Boiler yaitu efisiensi termis boiler didefinisikan sebagai

persen energi (panas) masuk yang digunakan secara efektif pada

steam yang dihasilkan.

2. Kebutuhan udara dengan kebutuhan bahan bakar yang dihasilkan.

Berdasarkan hasil data yang diperoleh melalui membandingkan modeludara teoritis pembakaran batubara yaitu berbanding lurus terhadap

bahan bakar.

3. Kebutuhan bahan bakar tidak berbanding lurus dengan kebutuhan

udara dan oksigen pada perhitungan kebutuhan udara teoritis. Karena

pembakaran excess air berlebihan, dari energi yang dihasilkan

batubara yang masuk bisa terbawa keluar.

4. Hasil perhitungan efisiensi pembakaran batubara dengan HHV sebesar

5029 BTU/lb menunjukkan kebutuhan excess air yang paling efisien

ditunjukkan dalam 640.73 MW sebesar 68.16 % pada Load Rate

641.15 MW. Karena kebutuhan udara pembakaran apabila diberikan

excess air yang berlebihan, maka energi kalor hasil pembakaran

terbawa keluar oleh gas buang pembakaran atau udara panas dari

pembakaran yang disebut juga flue gas, kehilangan energi melalui gas

buang biasa disebut dengan stack losses. Padahal secara teori semakin

banyak bahan bakar yang masuk semakin banyak kebutuhan udara

pembakaran yang diperlukan.

5. Kehilangan energi yang masuk dalam proses pembakaran terjadi

karena:

a. Kehilangan panas karena gas buang kering (stack losses).



92

b. Kehilangan panas karena steam dalam gas buang (sootblowing

proses).

c.

Kehilangan panas karena kandungan air dalam bahan bakar.

d. Kehilangan panas karena kandungan air dalam udara.

e. Kehilangan panas karena bahan bakar yang tidak terbakar

dalam residu.

f. Kehilangan panas karena boiler blowdown (pembuangan

volume air berlebih dalam steam drum).

g. Kehilangan panas karena konveksi & radiasi, serta panas yang

tidak terhitung.

5.2 Saran

1. Minimalisasi pembakaran yang tidak sempurna, pembakaran yang tidak

sempurna dapat timbul dari kekurangan udara atau kelebihan bahan

bakar atau buruknya pendistribusian bahan bakar. tidak sempurna

disebabkan jeleknya pencampuran udara dan bahan bakar pada burner .

Sehingga, inspeksi dan perawatan kebersihan ujung burner dilakukan

dengan rutin.

2.

Pengendalian udara berlebih, udara berlebih diperlukan pada seluruh

praktek pembakaran untuk menjamin pembakaran yang sempurna, untuk

memperoleh variasi pembakaran dan untuk menjamin kondisi cerobong

yang memuaskan untuk beberapa bahan bakar. Tingkat optimal udara

berlebih untuk efisiensi boiler yang maksimum terjadi bila jumlah

kehilangan yang diakibatkan pembakaran yang tidak sempurna dan

kehilangan yang disebabkan oleh panas dalam gas buang diminimalkan.

3. Penghindaran kehilangan panas radiasi dan konveksi, panas yang hilang

dari shell boiler biasanya merupakan kehilangan energy yang sudah

tertentu, terlepas dari keluaran boiler . Dengan rancangan boiler yang



93

modern, kehilangan ini hanya 1,5 persen dari nilai kalor kotor pada

kecepatan penuh, namun akan meningkat ke sekitar 6 persen jika boiler

beroperasi hanya pada keluaran 25 persen. Perbaikan atau pembesaran

isolasi dapat mengurangi kehilangan panas pada dinding boiler dan

pemipaan.

4. Pengurangan pembentukan kerak (clinker) dengan sootblower secara

teratur, pada boiler yang berbahan bakar minyak dan batubara, clinker

yang terbentuk pada pipa-pipa bertindak sebagai isolator terhadap

perpindahan panas, sehingga endapan tersebut harus dihilangkan secara

teratur. Suhu cerobong yang meningkat dapat menandakan pembentukan

clinker yang berlebihan.

5. Pengendalian boiler blowdown secara otomatis boiler blowdown kontinyu

yang tidak terkendali sangatlah sia-sia. Pengendali boiler blowdown

otomatis dapat dipasang yang merupakan sensor dan merespon pada

konduktivitas air boiler dan pH.

analisa_nilai_excess_air_untuk_meningkat.pdf

Documents