makalah batubara

5/12/2018 makalah batubara - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/makalah-batubara 1/14

BAB I

PENDAHULUAN

Sejak krisis minyak pada tahun 1970-an perubahan dari minyak menjadi batubara

sebagai alternatif pemakaian bahan bakar, telah berkembang dengan cepat dalam industri

semen yang mengkonsumsi energi relatif tinggi. Pemilihan batubara sangat penting untuk

pemanfaatannya dalam industri semen karena kualitas batubara (fisik kimia) yang sangat

tergantung pada sumber pemasok, akan mempengaruhi kualitas semen dam operasi pabrik.

Industri semen merupakan industri yang dalam prosesnya mengkonsumsi energi

relatif tinggi. Pada tahun 1970-an, harga minyak yang tinggi hampir menjadi penghalang

dalam industri semen. Sehubungan dengan hal tersebut, banyak negara pada saat ini memakai

batubara sebagai sumber bahan bakar alternatif. Dalam pembakaran klinker, bahan bakar

tidak hanya berfungsi untuk menghasilkan temperatur yang tinggi tetapi juga mempengaruhi

proses pembakaran itu sendiri yaitu pada produk pembakaranya. Umumnya bahan bakar yang

digunakan adalah minyak,batubara, gas alam atau campuran ketiganya. Karena harga minyak

dan gas alam semakin naik, banyak industri yang memakai batubara sebagai sumber

alternatif. Jika digunakan batubara sebagai bahan bakar, akan dihasilkan abu batubara yang

masuk kedalam komposisi klinker dan kualitas batubara sebagai bahan bakar bisa

berfluktuasi sehingga dapat mempengaruhi kualitas klinker.

1



BAB II

PEMBAHASAN

II.1 Penyiapan Batubara Dan Sistem Pengumpan Kedalam Kiln

Penyiapan batubara dan sistem pengumpan kedalam kiln terdiri dari preparasi,

penggerusan, dan sistem pembakaran preparasi batubara dalam industri semen meliputi

penyimpanan, blending, pengeringan dan penggerusan. Dalam kasus dimana laju konsumsi

batubara tinggi dan abtubara yang digunakan berasal dari berbagai pemasok yang berbeda

untuk memperoleh batubara yang secara fisik dan kimia relatif seragam sehingga dapat

diperoleh kondisi operasi yang baik dalm kiln.

a. Penyimpanan dan Blending

Sesudah di bongkar di suatu pabrik, batubara disimpan di suatu gudang

penyimpanan. Jika batubara disimpan untuk waktu yang lama, volatile matter makin

lama makin banyak yang terlepas. Hal ini akan menyulitkan pada saat psoses penyalaan.

Jika batubara terekspos pada udara luar, terjadi juga oksidasi dan ini menyebabkan

terjadinya pembakaran spontan (self-ignition). Oleh karena itu, dalam kasus

penyimpanan yang lama khususnya batubara dengan kadar volatile matter yang tinggi batubara harus disimpan dalam bentuk lapisan tipis sehingga panas yang disebabkan oleh

oksidasi dapat segera dihilangkan.

Batubara denga nilai kalor yang bervariasi, paling tidak dikehendaki. Karena

memberikan perubahan-perubahan yang fundamental pada bentuk nyala api,

karakteristik perpindahan panas, dan laju masukkan. Konsekuensinya, produktivitas

menjadi lebih rendah dan konsumsi panas meningkat dengan tidak terpenihinya kualitas

klinker. Oleh karenanya prehomogenisasi batubara di tempat proses preblending perlu

dilakukan, khususnya pada kasus dimana kualitas batubara menunjukkan fluktuasi yang

besar dalam penyediaannya. Aturan FIFO perlu dilaksanakan disini untuk mencegah

batubara yang berlebihan.

b. Penggerusan dan Pembakaran

2



Batubara yang akan dibakar harus berukuran halus (bubuk), oleh karena itu setiap

sistem pembakaran dilengkapi dengan peralatan penggerusan. Ada dua jenis mesin

penggerus yang umum digunakan yaitu tube ball mills dan roller mills, keduanya

mempunyai keuntungan yang berbeda. Ball mills lebih sederhana, fleksibel dan lebih

aman dibandingkan dengan roller mills. Roller mills mengkonsumsi energi lebih rendah,

perlu investasi kapital rendah tetapi mempunyai laju keausan lebih tinggi. Keuntungan

terpenting kedua alat gerus tersebut adalah dimungkinkannya penggunaan udara panas

terhadap batubara yang dibawa secara pneumatic dan dalam keadaan kering. Dengan

demikian dapat didesain sistem pengeringan dan penggerusan dengan menggunakan gas

bunag yang lebih dingin atau gas-gas buang dari kiln sebagai sumber panas.

Berbagai sistem gabungan penggerusan dan pembakaran telah dikembangkan.

Terdapat tiga sistem penggerusan pembakaran batubara standar, yaitu :

- Sistem Pembakaran Langsung (direct firing system)

- Sistem pembakaran Tak Langsung (indirect firing system)

- Sistem pembakaran Semi-Langsung (semi-direct firing system)

Sistem Pembakaran Langsung

Dalam sistem pembakaran langsung, semua batubara yang dihasilkan di grinding

mill langsung diumpankan kedalam tanur putar (kiln) bersama udara pengeringnya tanpa

melalui intermediate storage bin. Kipas sistem mill akan menarik udara panas

(temperatur tidak melebihi 3500C) dari mill dan mengeluarkannya bersama-sama

sebagai udara primer.

Sistem Pembakaran Tidak Langsung

Sistem pembakaran tidak langsung dikarakteristikkan oleh adanya storage bin

antara mill dan kiln. Batubara hasil penggerusan diumpankan ke cyclone sehingga terjadi

proses klasifikasi, underflow berupa batubara halus disimpan di intermediate storage bin

3



sementara overflow umumnya berupa aliran gas. Selanjutnya aliran gas dibagi dua,

disirkulasikan ke mil yang lain masuk ke penangkap debu untuk seterusnya dilepas ke

udara luar. Batubara halus dari bin dengan bantuan blower ditiupkan ke burner untuk

dibakar.

4



Sistem Pembakaran Semi Langsung

Dalam sistem pembakaran semi langsung, udara pembakaran diperoleh dari

sistem sirkulasi udara dalam sirkuit penggerusan. Tidak ada udara yang dilepas ke

atmosfir sehingga menghemat biaya kapital sseharusnya untuk peralatan pembersihan

gas.

II.2 Pengaruh Sifat-Sifat Batubara Pada Pembuatan Semen

Sifat-sifat batubara mempunyai pengaruh besar pada pembuatan semen yaitu

pengaruh pada kimia semen, penggerusan batubara, pada sistem pembakaran operasi kiln dan

sebagainya.

a. Nilai Kalor

Nilai kalor menyatakan energi yang diperoleh dari pembakaran batubara dan

menentukan berat batubara yang harus ditangani oleh sistem. Batubara denga nilai kalor

yang tinggi lebih disenangi karena akan mengamankan biaya peralatan dan biaya kapital

5



operasi. Batubara dengan nilai kalor tinggi akan menurunkan konsumsi panas spesifik

untuk pembakaran klinker.

b. Abu batubara

Residu yang tertinggal setelah pembakaran batubara secara sempurna disebut abu

dan umumnya terdiri dari Al2O3 15-20%, SiO2 25-40%, Fe2O 20-45% dan CaO 1-5%.

Selama reaksi clinkering dalam kiln, abu batubara bergabung denagn campuran baahan

baku yang diumpankan ke kiln dan mengubah kandungan komponen-komponen klinker.

Kenaikkan kadar abu menyebabkan menurunnya karakteristik pembakaran, dan

dibutuhkan penggerusan batubara yang lebih halus agar dihasilkan pembakaran yang

baik. Jika temperatur leleh abu rendah, karakteristik pembuatan klinker menjadi lebih

baik dan reaksi dengan bahan bakar dalam pembuatan semen yang diinginkan adalah

lebih rendah dari 13500C.

c. Volatile Matter dan Kehalusan

Bila pembakaran batubara pulverized terjadi, pertama-tama volatile matter bereaksi

dengan udara. Penyalaan batubra dengan kadar volatile matter yang tinggi berlangsung

dengan mudah dan kondisi pembakaran bisa berlangsung stabil tanpa perlu batubara

berukuran sangat halus yang berlebih. Pada batubara dengan kadar volatile matter

rendah, penyalaan seringkali sulit dan dihasilkan nyala api yang panjang sehingga

perpindahan panas di dalam kiln berlangsung dengan baik. Kadar volatile matter

batubara yang digunakan dalam industri semen umumnya sekitar 26-30%.

Apabila kita membakar batubara dengan free grate, maka panjang nyala yang

dihasilkan, tergantung besarnya kandungan volatile matter nya. Batubara dengan kadar

volatile matter yang tinggi, akan menghasilkan nyala yang panjang diatas grate fire dan

batubara dengan kadar volatile matter yang rendah, akan menghasilkan nyala yang

pendek. Oleh karenanya antrasit biasa disebut dengan short flaming coal dan bitumine

sebagai long flaming coal.

Akan tetapi batubara akan menghasilkan hasil yang berbeda bila dibakar dalam

bentuk batubara halus didalam tanur putar. Long flaming coal bila dibakar dalam tanur

putar sebagai batubara halus akan terurai dengan segera dan volatile matter yang

menguap akan terbakar dengan cepat. Sedangkan partikel coke yang sudah tersegregasiakan mempunyai luas permukaan yang sangat besar sehingga serbuk batubara dapat

6



terbakar secara cepat. Hal ini yang menyebabkan long flaming coal didalam tanur putar

akan terbakar hanya dalam daerah yang pendek dari tanur atau dengan kata lain akan

menghasilkan nyala pendek. Short flaming coal mengandung sedikit volatile matter, bila

dibakar dalam tanur putar sebagai batubara halus akan terurai secara lambat, sehingga

akan terbakar dalam jarak yang lebih panjang. Dengan demikian, batubara yang disebut

short flaming coal bila dibakar sebagai batubara halus didalam tanur putar, akan

menghasilkan nyala yang panjang. Operasi pembakaran dalam tanur putar membutuhkan

pembakaran dengan suhu nyala yang sangat tinggi, karena proses klinkerisasi

memerlukan suhu material sekitar 1450 0C. disamping itu suhu nyala yang lebih tinggi

akan menghasilkan heat transfer yang lebih besar. Kedua hal ini sangat berpengaruh

dalam hal efektifitas dan efesiensi operasi pembakaran dalam tanur putar. Walaupun

antrasit memiliki nilai kalor yang tinggi, penggunaannya sebagai bahan bakar dalam

tanur putar kurang disukai, karena antrasit menghasilkan nyala yang lebih panjang

dengan suhu yang relative lebih rendah.

Demikian juga lignit, yang disamping mempunyai kandungan volatile matter yang

tinggi dan heating value rendah, tidak disukai karena akan menghasilkan suhu nyala

yang lebih rendah. Bitumine adalah jenis batubara yang lebih disukai pemakaiannya

sebagai bahan bakar dalam tanur putar, karena mempunyai kandungan volatile matter yang cukup, tetapi nilai kalornya relative tinggi. Oleh karena itu bitumine dapat

menghasilkan suhu nyala yang lebih tinggi. Akan tetapi bitumine yang berkandungan

abu lebih besar (akibat adanya impurities yang biasanya dari clay dan sebagainya) atau

berkandungan air yang tinggi juga tidak disukai, karena hal-hal tersebut akan

menurunkan suhu nyala disamping membutuhkan juga excess air yang lebih besar. Hal

ini akan mengakibatkan rendahnya efektifitas dan efisiensi operasi pembakaran dalam

tanur putar.

d. Kadar Air

Kadar air tidak hanya berpengaruh pada Grindability tetapi juga pada kapasitas

sistem pengeringan. Air bisa berupa inherent moisture maupun surface moisture.

Batubara dengan kadar air tinggi di atas 15% tidak cukup dikeringkan dalam sirkuit

penggerusan konvensional sehingga diperlukan pengeringan terpisah. Dengan kadar air

di bawah 15% sirkuit penggerusan mampu menghasilkan batubara halus dengan kadar 1-

7



1,5% air dengan menggunakan udara dari pendingin klinker dan gas buang kiln sebagai

sumber panas. Kadar air mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap kapasitas mill.

Umumnya jika kadar air naik 1-3% kapasitas tube ball mill akan menurun sekitar 45-

50% dan bersamaan dengan itu konsumsi energi spesifik naik sekitar 10% untuk ukuran

partikel yang sama.

e. HGI (Hardgrove Gidability Indeks)

Harga HGI yang tinggi menyatakan kemampuan penggerusan batubara yang baik.

Umumnya nilai HGI naik sekitar 10, keluaran mill spesifik naik sekitar 15-20%.

f. Kadar Sulfur dan Logam-Logam Alkali

Sulfur bereaksi dengan logam-logam alkali dan oksigen dalam zona pembakaran

menghasilkan alkali sulfat dalam fase gas. Alkali-sulfat mengkondensasi pada bahan

baku dalam preheater dan dikembalikan ke kiln.

Jika bahan baku dan batubara mengandung jumlah sulfur dan alkali secara teoritik

seimbang. Jika perbandingan sulfur terhadap alkali tidak seimbang disebabkan jumlah

sulfur di dalam batubara berlebihan sulfur akan bereaksi dengan kalsium oksida

membentuk kalsium sulfat yang seringkali potasium-sulfat yang mengkondensasi sebagai

liquid pada temperatur yang lebih rendah dibandingkan alkali sulfat. Kondensat ini

membantu pembentukan materi yang lengket (sticky material) yang sangat

membahayakan operasi kiln sehingga menurunkan kualitas semen yang dihasilkan.

II.3 Operasi Pemakaian Batubara Pada Tanur Putar

Dalam pemakaian batubara sebagai bahan bakar dalam operasi tanur putar, terdapat

beberapa hal yang spesifik yang perlu diperhatikan yaitu :

a. Pemakaian Udara Primer

Udara primer berperan antara lain sebagai :

- Sarana transportasi untuk injeksi batubara ke dalam tanur putar

8



- Suatu alat pengendali nyala

Dengan demikian udara primer yang temperaturnya rendah ini, maka udara

pembakaran yang terdiri dari primary air dan secondary air, akan mempunyai

temperature campuran relative rendah. Oleh karena itu sebenarnya secara ekonomis

pemakaian udara primer ini kurang menguntungkan. Di dalam operasi pemakaian

batubara, pemakaian udara primer ini dapat berkisar antara 15-20% dari kebutuhan udara

pembakaran.

b. Pemakaian Excess Air Yang Besar

Berdasarkan teori kinetika reaksi, bahan bakar gas dan cair lebih reaktif dengan

oksigen, dibandingkan oksigen dengan batubara. Hal ini mudah dimengerti karena

pembakaran batubara akan melalui tahapan-tahapan sebagai berikut :

- Perpindahan panas dari burning zone ke partikel batubara secara konveksi dan

radiasi

- Perpindahan panas melalui lapisan abu yang bersifat isolator menuju front

oksidasi secara konduksi

- Reaksi kimia antara C, S, H2 dengan H2, CO, H2O dan SO2

- CO2, SO2, CO dan H2 berdifusi dari front oksidasi ke bagian luar partikel

batubara

- Abu pembungkus sekeliling partikel batubara terdekomposisi secara termis

dan mekanis

Oleh karena itu untuk mencapai kesempurnaan pembakaran yang menggunakan

batubara sebagai bahan bakar diperlukan excess air yang relative besar. Dengan

pemakaian udara yang lebih besar ini, maka akan dihadapkan pada permasalahan :

- Kerugian panas karena terserap oleh kelebihan udara tersebut

9



- Transfer panas antara udara dan material di dalam kiln kurang sempurna,

karena waktu tinggal udara panas yang relative rendah

c. Stabilitas Umpan

Karena batubara merupakan bahan bakar dalam bentuk powder (bubukan) maka

sangat sulit diperoleh kondisi pengumpanan yang benar-benar stabil ke dalam kiln.

Ketidakstabilan umpan ini berarti ketidakstabilan panas didalam kiln, akan

mengakibatkan ketidakstabilan coating sebagai pelindung batu tahan api. Dengan

demikian akan mengakibatkan umur batu yang relative pendek.

d. Impurities dalam Batubara

Bila proses pencucian batubara tidak baik, maka akan ditemui impurities

(misal clay). Dengan adanya impurities ini, tentunya akan mengacaukan jumlah

umpan panas ke dalam tanur putar.

II.4 Persyaratan Mutu Batubara Dalam Industri Semen

Pada dasarnya semua jenis batubara dapat dipakai sebagai bahan bakar dalam tanur

putar. Dapat disimpulkan bahwa persyaratan mutu batubara yang dibutuhkan oleh industry

semen unit operasi dengan efektifitas yang cukup tinggi yaitu :

Nilai bakar net cukup tinggi, yaitu > 6.000 cal/gr

Volatile matter medium, maksimum 36-42%

Total moisture, maksimum 12%

Kadar abu maksimum 6%

Kadar sulphur maksimum 0,8%

Kadar alkali dalam abu, maksimum 2%

Ukuran batubara (raw coal)

10



Diatas saringan 100 mm = 0%

00 mm – 50 mm = 70%

50 – 25 mm = 25%

25 – 15 mm = 15%

Lolos 15 mm = 0%

Variasi kualitas diatas tidak lebih dari 10%

Batubara dengan kualitas yang tidak memenuhi persyaratan diatas akan

menghasilkan produktifitas yang lebih rendah, persyaratan-persyaratan diatas

dapat dijelaskan sebagai berikut :

- Nilai bakar net minimal 6.000 cal/gr, Volatile matter medium, maksimum

36-42%, Kadar abu maksimum 8%, dimaksudkan agar pemakaian

batubara tersebut dalam tanur putar, dapat menghasilkan target-target yang

diharapkan pada operasi pembakaran.

- Total moisture maksimal 12% dan kadar abu maksimal 6% serta ukuran

batubara sesuai ukuran, dimaksudkan agar tidak menyulitkan pada operasi

handling.

- Kadar sulphur maksimal 0,8% dan kadar alkali pada abu maksimal 2%

dimaksudkan agar tidak terjadi gangguan pada operasi tanur putar dan

tidak terjadi penurunan kualitas semen.

- Ukuran batubara dan volatile matter juga dimaksudkan agar tidak terjadi

kebakaran selama pengumpanan, makin banyak mengandung butiran-

butiran halus, maka tumpukan batubara akan mudah terbakar.

- Variasi kualitas 10% dari nilai-nilai yang dicantumkan dimaksudkan agar

persyaratan untuk mencapai operasi pembakaran yang stabil dapat

terpenuhi.

11



II.5 Pencemaran Lingkungan

Untuk mencapai kesempurnaan pembakaran batubara, diperlukan excess air yang

relative banyak, sayangnya bahwa dengan excess air yang lebih tinggi mengakibatkan

temperature di dalam kiln akan lebih rendah. Oleh karena itu dalam kenyataan praktek sering

ditemukan bahwa proses reaksi pembakaran belum berlangsung sempurna, meskipun gas

telah keluar dari suspension preheater. Hal ini ditunjukan dengan adanya kandungan CO dari

gas tersebut. Bahkan tidak terjadi, terutama pada saat heating up, atau adanya fluktuasi

umpan batubara yang cukup besar, gas keluar cerobong pun masih berwarna hitam. Hal ini

menunjukan bukan hanya CO saja yang terkandung dalam gas tersebut, melainkan batubara

yang belum terbakar.

Apabila kandungan gas CO dari gas menuju electro precipator sebagai alat penangkap

debu lebih besar dari 0,6%, maka untuk menghindari peledakan, alat penangkap debu ini

akan off sehingga dengan demikian tidak ada penangkapan debu, yang berarti sekitar 7% dari

umpan raw meal akan terbang bersama-sama gas yang keluar cerobong, yang tentunya

menimbulkan masalah-masalah antara lain :

- Pencemaran udara, baik debu maupun gas CO

- Kerugian karena hilangnya material

Proses reaksi pembakaran batubara ini akan berkelanjutan hingga diseluruh saluran

gas panas, mengakibatkan temperature gas tersebut bias sangat tinggi. Dalam kondisi seperti

ini tidak jarang mengakibatkan kerusakan impeller dari fan yang dilalui atau kerusakan

expansion joint dari ducting atau terhadap ducting itu sendiri.

Resiko-resiko pencemaran lingkungan, kehilangan material dan kerusakan peralatan ini dapat

dikurangi atau dihindari antara lain dengan cara :

- Mengusahakan kesempurnaan pembakaran di burning zone dalam kiln dengan

memahami kinetika proses pembakaran.

- Perencanaan system kiln dan injeksi batubara yang baik.

12



Hal tersebut diatas akan merupakan sumber pencemaran lingkungan melalui gas

buang, disamping itu sumber pencemaran lain terjadi selama penyimpanan dan selama

operasi eksploitasi dan preparasi batubara, juga terjadi kebocoran-kebocoran yang

menimbulkan pencemaran lingkungan.

BAB III

KESIMPULAN

Pada industri semen batubara tidak hanya digunakan sebagai bahan bakar untuk

menghasilkan temperatur yang tinggi tetapi juga pempengaruh produk semen tersebut.

Pemasokan batubara dengan kualitas yang berubah-ubah akan mempengaruhi kualitas produk

semen yang dihasilkan olehkarena itu sebelum diumpankan kedalam kilen batubara harus

melewati beberapa proses terlebih dahulu.

Sistem pengumpanan batubara pada kilen terbagi menjadi 3 macam:

13



1. Sistem langsung

2. Sistem semi langsung

3. Sistem tidak langsung.

Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan pada saat penggunaan batubara dalam tanur

operasi putar, antara lain :

1. Pemakaain udara primer

2. Pemakaian Excess Air Yang Besar

3. Kandungan Air Dalam Batubara

4. Stabilitas Umpan

5. Impurities dalam Batubara

14

makalah batubara

Documents