PRESENTASI FISIKA DASAR

FLUIDIZED BED COMBUSTION

Alfonsius Ligori Varian P, 1006705823

Athaya Rizky Budiman, 1006705842

Emir Perdana, 1006705880

KATA PENGANTAR

Pertama-tama penulis mengucapkan puji dan syukur kepada Allah SWT karena

diberikan kesempatan untuk menulis makalah ini. Kemudian penulis juga mengucapkan

terima kasih kepada dosen Fisika Panas, yang terhormat Bapak Isom Mudzakir yang telah

memberikan kesempatan kepada penulis untuk memberikan tugas makalah ini yang berjudul

Fluidized Bed System. Tak lupa juga penulis mengucapkan terima kasih kepada segala pihak

yang telah membantu pembuatan makalah ini.

Seperti yang telah dijelaskan di atas bahwa makalah ini berjudul Fluidized Bed

System. Makalah ini berisi bagaimana salah satu sistem atau proses pembakaran dari batu

bara. Dijelaskan pula disini mulai dari jenis pembakaran batu bara, cara kerja proses

pembakaran ini hingga penggunaan dari proses pembakaran itu sendiri. Makalah ini juga

disertai dengan gambar-gambar untuk lebih menjelaskan proses dan cara kerja sistem

pembakaran Fluidized Bed.

Demikian satu dua kata yang disampaikan oleh penulis. Penulis berharap agar

nantinya makalah ini dapat berguna bagi pembaca dan dapat diterapkan dalam kehidupan

sehari-hari. Kemudia akhir kata penulis mengucapkan maaf sebesar-besarnya apabila ada

kesalahan penulisan dalam makalah ini. Penulis juga manusia yang tidak akan pernah lepas

dari kesalahan.

Terima kasih

Depok, 11 Mei 2011

Penulis

ii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR.............…...……………………………………………...ii

DAFTAR ISI ........................................................................................................iii

BAB I PENDAHULUAN......…………………………………………………...1

BAB II PEMBAHASAN...………………………………………………………2

I Definisi ........................................................……………………………2

II Karakteristik dan Sifat…………………………………………………3

III Cara Kerja..............……………………………………………………4

IV Penggunaan...........................................................................................7

BAB III KESIMPULAN.......…………………………………………………....9

REFRENSI............................……………………………………………………10

iii

BAB I

PENDAHULUAN

Sejak zaman dahulu, manusia lebih sering melakukan proses pembakaran dengan

menggunakan bahan-bahan yang tidak bisa didaur ulang. Namun pada awalnya, setelah

manusia mulai berpaling dari alat pembakaran berupa kayu karena pengarus asapnya yang

terlalu banyak dan kurang efisien dalam prosesnya. Serta efek bagi lingkungan yang sangat

berbahaya. Kemudian manusia mulai berpindah kepada minyak bumi. Ternyata dengan

adanya minyak bumi yang sangat melimpah pada waktu itu, sistem pembakaran menjadi

lebih efisien. Panas yang dihasilkanpun lebih panas daripada kayu bakar. Minyak bumipun

dijadikan sebagai alat pembakaran utama pada masanya. Untuk industri maupun perumahan.

Kemudia pada tahun 1970an manusia mulai berpaling dari minyak bumi karena

ternyata minyak bumi semakin langka untuk didapat. Manusiapun untuk berpikir mencari

bahan bakar alternatif. Batu bara dipilih sebagai pengganti minyak bumi. Walaupun sampai

sekarangpun minyak bumi tetap digunakkan karena ada beberapa sistem pembakaran yang

tidak dapat digantikkan oleh batu bara dan hanya bisa dilakukan oleh minyak bumi, misalnya

bensin pada kendaraan bermotor.

Seiring berjalannya waktu, manusia mulai berpikir ternyata bahan bakar batu bara

tidak ramah lingkungan. Hasil pembakaran dari batu bara sangat mencemari udara

dilingkungan sekitarnya. Manusia menemukkan 3 teknik sistem pembakaran batu bara, yaitu

fluidized bed system, fix bed system, dan spouted bed system. Dari ketiga sistem pembakaran

ini, ternyata fluidized bed system yang merupaka sistem pembakaran yang paling efisien

untuk bahan bakar batu bara. Batu bara dapat dibakar sempurna sehingga panas yang

dihasilkan semakin banyak dan lebih efisien dalam hal ekonomi.

BAB II

PEMBAHASAN

I. Definisi

Sistem pembakaran batubara umumnya terbagi 2 yakni sistem unggun

terfluidakan (fluidized bed system) dan unggun tetap (fixed bed system atau grate

system). Disamping itu terdapat system ke-3 yakni spouted bed system atau yang

dikenal dengan unggun pancar. Namun yang akan dibahas disini adalah sistem

unggun terfluidakan atau sering disebut sebagai fluidized bed system.

Perlu kita ketahui dahulu bahwa Fixed bed system atau Grate system

adalah teknik pembakaran dimana batubara berada di atas conveyor yang berjalan

atau grate. Sistem ini kurang efisien karena batubara yang terbakar kurang

sempurna atau dengan perkataan lain masih ada karbon yang tersisa. Ash yang

terbentuk terutama bottom ash masih memiliki kandungan kalori sekitar 3000

kkal/kg. Di China, bottom ash digunakan sebagai bahan bakar untuk kerajinan

besi (pandai besi). Teknologi Fixed bed system banyak digunakan pada

industri tekstil sebagai pembangkit uap (steam generator). Komposisi fly ash dan

bottom ash yang terbentuk dalam perbandingan berat adalah : (15-25%)

berbanding (75-25%).

Sedangkan yang akan dibahas disini yaitu fluidized bed system atau disebut

juga dalam bahasa Indonesia teknologi unggun terfluida adalah sistem dimana

udara ditiup dari bawah menggunakan blower sehingga benda padat di atasnya

berkelakuan mirip fluida. Umumnya dipakai untuk proses yang membutuhkan

area yang luas untuk persentuhan antara partikel padat dan fluida. Cara ini terbukti

sangat efektif, dan biasa dipakai pada proses-proses kimia. Teknik fluidisasi

dalam pembakaran batubara adalah teknik yang paling efisien dalam

menghasilkan energi. Pasir atau corundum yang berlaku sebagai medium pemanas

dipanaskan terlebih dahulu. Pemanasan biasanya dilakukan dengan minyak bakar.

Setelah temperatur pasir mencapai temperature bakar batubara (300oC) maka

diumpankanlah batubara. Sistem ini menghasilkan abu terbang dan abu yang

turun di bawah alat. Abu-abu tersebut disebut dengan fly ash dan bottom ash.

Teknologi fluidized bed biasanya digunakan di PLTU (Pembangkit Listruk

Tenaga Uap). Komposisi fly ash dan bottom ash yang terbentuk dalam

perbandingan berat adalah : (80-90%) berbanding (10-20%)

II. Karakteristik dan Sifat

Sekitar tahun 1970 dengan terjadinya krisis minyak dunia, pemanfaatan

batubara sebagai sumber energi pengganti bahan bakar minyak bumi mulai

diperhatikan. Pemakaian fluidized bed boiler dengan bahan bakar padat (batubara,

sampah) mempunyai beberapa kelebihan antara lain suhu bakar di dalam tungku

fluidized bed yang rendah dapat menekan emisi Nox dan Sox.

Pada kurun waktu terakhir ini, teknologi fluidized bed yang digunakan untuk

bahan bakar padat telah berkembang cukup pesat. Terdapat tiga model teknologi

pembakaran dengan menggunakan teknologi fluidized bed, yaitu teknologi

fluidized bed dengan atmospheric bubbling bed combustor, circulating bed

combustor dan pressurized bed combustor. Teknologi ini dapat untuk digunakan

dan dikembangkan pada semua bahan bakar padat dari mulai batubara sampai

sampah.

karakteristik umum dari system pembakaran fluidized bed dapat lebih mudah

diketahui. Secara umum system pembakaran fluidized bed terdiri dari :

1. sistem pengumpan bahan bakar dan limestone.

2. reactor fluidized bed dengan windbox, bed region, dan freeboard, termasuk

in bed heat removal.

3. waste heat boiler.

4. dan sistem pengontrol polusi udara (Air Pollution Control System

(APCS)).

Secara umum konsep teknologi yang diunggulkan dari system pembakaran

fluidized bed adalah :

1. adanya gerak turbulen partikel yang sangat baik untuk proses

perpindahan panas dan massa bahan bakar padat, dan baik untuk

menyeragamkabn temperature di dalam bed dan reactor.

2. injeksi langsung gas terlarut (sorbent) ke dalam bed, sangat

memudahkan untuk mengkontrol gas asam.

3. penggunaan temperature sebagai variable independent, yang

berguna untuk mengendalikan polusi, mengatur distribusi bahan

bakar dan udara, serta penukaran panas di dalam reactor.

4. penggunaan bed dengan material inert sebagai pemberat panas

(thermal flywheel) yang dapat mengurangi terjadinya slugs

ataupun pengotor bahan bakar lainnya.

III. Cara Kerja

Konsep dari sistem pembakaran fluidized bed adalah masuknya bahan bakar

padat secara turbulen ke dalam proses pembakaran, dan secara cepat

mempengaruhi proses perpindahan panas dan perpindahan massa. Mekanisme

inilah yag menyebabkan pembakaran pada sistem fluidized bed. Secara sederhana

Erlich (11) mendefinisikan fluidized bed sebagai partikel bed yang mendorong

dengan cara menaikkan aliran gas, bisa berupa udara, gas hasil pembakaran, atau

aliran gas lainnya. Dalam sistem fluidized bed, variabel yang terpenting adalah

kecepatan gas, yang secara umum disebut dengan istilah kecepatan superficial

(superficial velocity). Untuk memudahkan gambaran tentang fluidized bed, maka

ilustrasi gambar berikut dapat dilihat :

Dari

definisi tersebut ditambah dengan gambaran tentang system fluidized bed, maka

karakteristik umum dari system pembakaran fluidized bed dapat lebih mudah

diketahui.

Di dalam reactor terdapat sebuah bed yang biasanya berupa partikel inert

seperti pasir, abu sisa pembakaran, dan atau limestone (CaCO3). Sebagai udara

pembakaran dialiri gas dari windbox melalui plenum pendistribusi udara, yang

memberi bed fluida sehingga partikel terangkat dan menyebabkan bed seluruhnya

mengembang. Partikel bed bergerak akibat aliran arus udara, dan kemudian bahan

bakar mulai dimasukkan ke dalam reaktor (baik ke dalam bed ataupun ke atas

bed). ketika bahan bakar mulai memasuki daerah bed maka pembakaran mulai

terjadi. Panas dipindahkan ke partikel-partikrl bahan bakar melalui perantara

material inert bed, secara kontak langsung ataupun secara radiasi. Pada reactor

fluidized bed, terjadi reaksi oksidasi antara gas dengan gas (satu fase) dan gas

dengan solid (dua fase). Reaksi oksidasi tersebut seringnya terjadi pada daerah

freeboard yaitu daerah antara bed bagian atas dengan sauran keluar ruang bakar.

Di dalam pembakaran fluidized bed terjadi berbagai macam reaksi oksidasi, dan

reaksi pembakaran yang umum terjadi untuk sulfur dan klorin yang mengandung

hidrokarbon adaah sebagai berikut :

CaHNSeCl + N2 + CO2 + 0.5H2O + 0.1NO2 + SO2 + HCl + O2 + N2 + heat

Kemudian limestone di dalam bed terurai menjadi lime (CaO) dan CO2,

berdasarkan persamaan reaksi berikut ini : CaCO3 + heat CaO + CO2 Dan lime

(CaO) di dalam bed bereaksi dengan SO2 dan HCl untuk menangkap senyawa gas

asam berdasarkan reaksi berikut : CaO + SO2 + 0.5O2 CaSO4 + heat Dan CaO +

2HCl CaCl2 + H2O + heat. Dalam pembakaran dengan system fluidized bed ini

tidak diperukan system untuk mengikat gas asam di akhir rangkaian proses

pembakaran. Filter fabric dan baghouse sudah cukup untuk keperluan APCS.

Dalam system fuidized bed, variasi pada kecepatan superficial dan variasi

tekanan pada operasi fluidized bed menjadi variabel membedakan jenis fluidized bed.

Jenis bubbling bed berusaha menjaga agar seluruh material padat berada pada fase

yang rapat di dalam bed, sehingga kecepatan superficial dijaga pada rentag 3.5 – 7.5

ft/sec, sementara circulating fluidized bed berusaha menghilangkan fase partikel solid.

Reaktor penyirkulasi fluida bed meniup media bed dan bahan bakar padat, dan

kemundian menagkapnya kembali pada bagian cyclone. Jenis circulating bed ini

memiliki kecepatan superficial antara 15 – 30 ft/sec (4.6 – 9.23 m/sec). Pressurized

fluidized bed bekerja pada rentang kecepatan gas yang hampir sama dengan bubbling

bed, tetapi tekanannya lebih besar yaitu sekitar 174 psia (12 atm). Secara singkat

perbedaan anatara masing-masing jenis tersebut dapat dilihat pada table berikut ini :

Perbedaan pada masing-masing jenis fluidized bed ini membawa pada perbedaan

pengaplikasian teknologi yang digunakan. Untuk dapat digunakan masing-masing

jenis teknologi tersebut, akan dipertimbangkan hal-hal, yaitu prinsip dasar

pembakaran, manipulasi proses pembakaran, dan kemudahan untuk penggunaan

secara komersial.

IV. Penggunaan

1. Fly Ash / Bottom Ash

Fly ash/bottom ash yang dihasilkan oleh fluidized bed system berukuran 100-

200 mesh (1 mesh = 1 lubang/inch2). Ukuran ini relative kecil dan ringan,

sedangkan bottom ash berukuran 20-50 mesh. Secara umum ukuran fly

ash/bottom ash dapat langsung dimanfaatkan di pabrik semen sebagai

substitusi batuan trass dengan memasukkannya pada cement mill

menggunakan udara tekan (pneumatic system). Disamping dimanfaatkan di

industri semen, fly/bottom ash dapat juga dimanfaatkan menjadi campuran

asphalt (ready mix), campuran beton (concerete) dan dicetak menjadi paving

block/batako. Dari suatu penelitian empiric untuk campuran batako, komposisi

yang baik adalah sebagai berikut :

Kapur : 40%

Fly ash : 10%

Pasir : 40%

Semen : 10%

Fly ash/bottom ash yang berasal dari sistem pembakaran fluidized bed dapat

digunakan untuk :

1. Campuran semen tahan asam

2. Campuran asphalt (ready mix) dan beton

3. Campuran paving block/batako

2. Teknologi FBC (Fluidized Bed Combustion)

Dewasa ini telah dikembangkan sistim peralatan berteknologi tinggi yang

mampu mengurangi emisi polutan dalam gas buang yang dikeluarkan

cerobong, baik dari pusat pembangkit listrik maupun industri lainnya yang

membakar batubara. Berbagai upaya untuk memperbaiki reputasi batubara

terus dilakukan dengan mewujudkan clean coal technology, salah satunya

adalah dengan teknologi fluidized bed combustion (FBC). Teknologi ini di

samping mempunyai efisiensi pembakaran batubara yang tinggi, juga mampu

meredam secara drastis emisi gas-gas polutan seperti SOx dan NOx.

Emisi gas buang pada pembakaran batubara dengan teknik FBC bisa

ditekan menjadi lebih rendah karena suhu operasi pembakaran batubaranya

relatif rendah. Pada teknologi FBC, suhu operasinya sekitar 750-9500C,

sehingga batubara dapat terbakar secara efisien, tidak meleburkan abu serta

sisa pembakaran lainnya. Pada suhu pembakaran 8000C, emisi NOx dapat

dikurangi hingga 33 Karena prestasinya itu, teknologi FBC mampu menggeser

teknologi pembakaran batubara cara kuno yang telah berumur lebih dari satu

abad, yang dikenal dengan pulverised coal combustion (PCC). Pada teknologi

PCC, karena suhu pembakarannya lebih tinggi, maka emisi gas NOx juga

tinggi.

BAB III

KESIMPULAN

Dari pembahasa fluidized bed system ini dapat diambil kesimpulan adalah penggunaan

fluidized bed system :

1. Merupakan sistem pembakaran batu bara yang efisien dan efektif

2. Salah satu sistem yang berteknologi tinggi yang mampu mengurangi

polusi udara

3. Sistem pembakaran yang banyak dipakai di industri-industri saat ini

REFERENSI

1. http://www.energi.lipi.go.id/utama.cgi?artikel&1065979078&10

2. http://www.ccitonline.com/mekanikal/tiki-read_article.php?articleId=65

3. http://b3.menlh.go.id/3r/article.php?article_id=6

4. http://www.iptek.net.id/ind/?mnu=8&ch=jsti&id=215