studi pengaruh kandungan batubara terhadap pembakaran dan potensi pembentukan slagging berdasarkan...

24

Click here to load reader

Upload: aji123456789

Post on 02-Dec-2015

824 views

Category:

Documents


6 download

TRANSCRIPT

Page 1: Studi Pengaruh Kandungan Batubara Terhadap Pembakaran Dan Potensi Pembentukan Slagging Berdasarkan Abu Dasar

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

PT Kemasan Cipta Nusantara merupakan perusahaan yang bergerak dibidang

usaha pembuatan atau produksi styropor, yang berlokasi di kawasan Industri

Makassar. Hasil produksi dalam bentuk box dan bahan bakunya yaitu Polistyrene.

Dalam produksi tersebut, digunakan uap air untuk mengembangkan polystyrene, uap

air berasal dari pemanasan boiler dengan bahan bakar batubara, batubara yang di

gunakan di kirim dari kalimantan dengan kualitas tertentu sesuai dengan kebutuhan

dan permintaan perusahaan.

Dalam pemanfaatannya, batubara harus diketahui terlebih dulu kualitasnya. Hal

ini dimaksudkan agar spesifikasi mesin atau peralatan yang memanfaatkan batubara

sebagai bahan bakarnya sesuai dengan mutu batubara yang akan

digunakan sehingga mesin-mesin tersebut dapat berfungsi optimal dan tahan lama.

Walaupun permintaan batubara disesuaikan dengan kualitas yang cocok untuk

jenis alat dan sistem pembakaran yang digunakan, namun seringkali terjadi

permasalahan yang ditimbulkan dari pembakaran tersebut, yang berupa korosi pada

jaringan sistem alat, suhu tidak stabil dan produk hasil pembakaran berupa abu.

Untuk itu perlu ditinjau dan dianalisis kualitas batubara yang di gunakan yaitu

dengan analisa ultimate dan potensi terbentuknya korosi (slagging dan fouling)

dengan analisa abu produk pembakaran batubara.

1 - 1

Page 2: Studi Pengaruh Kandungan Batubara Terhadap Pembakaran Dan Potensi Pembentukan Slagging Berdasarkan Abu Dasar

1.2 Rumusan Masalah

1.2.1 Identifikasi Masalah

Pada penggunaan batubara di perusahaan, standar kualitas yang digunakan

telah disesuaikan dengan jenis alat dan sistem pembakaran yang sesuai, tetapi pada

kenyataan di lapangan masih terdapat permasalahan yang terjadi dan yang paling

menonjol yaitu terjadi penurunan suhu diserti dengan sisa pembakaran (abu) yang

tinggi dan terbentuknya terak (slag). Pada analisis proksimat kandungan abu sudah

relatif rendah akan tetapi yang menyebabkan terjadinya slagging adalah unsur-unsur

kimia asam dan basa yang terkandung didalam abu.

Berdasarkan standar, bahwa harga slagging index antara 0.5 – 1.5 tidak akan

menimbulkan masalah pembentukan terak (slag), tetapi lebih besar dari harga

tersebut akan terbentuk terak (slag) yang akan menimbulkan permasalahan baik saat

pembakaran maupun pada sistem jaringan alat yaitu korosi, untuk itu maka dianggap

perlu untuk meninjau nilai slagging index dari analisais abu dasar yang sisa.

1.2.2 Permasalahan

- Pengaruh kandungan abu batubara terhadap pembakaran yang dimana menentukan

kualitas batubara yang terkandung, yaitu jumlah banyaknya unsur carbon dan

volatile matter.

1 - 2

Page 3: Studi Pengaruh Kandungan Batubara Terhadap Pembakaran Dan Potensi Pembentukan Slagging Berdasarkan Abu Dasar

- Kadar slagging index yang melewati ambang batas yaitu 0.5 – 1.5 yang akan

mengakibatkan pembentukan terak (slag) yang berdampak pada kualitas

pembakaran yang diinginkan serta korosi yang akan terjadi pada sistem jaringan

alat.

1.2.3 Batasan Masalah

Pada penelitian ini, sesuai dengan judul pembahasan dibatasi pada aspek

pengaruh abu dalam pembakaran dan aspek pengotoran abu dasar (bottom ash)

terhadap potensi pembentukan terak (slagging).

1.2.4. Tujuan

Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini, yaitu untuk mengetahui :

- Pengaruh kandungan abu terhadap pembakaran dan peralatan yang digunakan.

- Cara menentukan slagging index dan menganalisis potensi terbentuknya korosi

(slag) dan cara penanggulangannya.

1.3 Metode Penelitian

Dalam melakukan pendekatan masalah, maka metode yang digunakan terdiri atas

beberapa tahap, yaitu :

a. Studi literatur

Dilakukan dengan mencari dan mengumpulkan data yang berkaitan dengan

penelitian yang berasal dari materi kuliah, buku referensi dan hasil penelitian

1 - 3

Page 4: Studi Pengaruh Kandungan Batubara Terhadap Pembakaran Dan Potensi Pembentukan Slagging Berdasarkan Abu Dasar

sebelumnya. Data ini antara lain berupa : jenis batubara, sifat-sifat batubara dan

kualitas batubara.

b. Studi lapangan

Pengamatan lapangan dilakukan untuk mengetahui dan mengambil data-data

yang digunakan dalam penyusunan laporan.

c. Pengolahan Data

Dilakukan dengan menghitung slagging Index, dan membandingkan dengan

standar untuk mengetahui potensi terjadinya korosi (slagging).

1 - 4

Page 5: Studi Pengaruh Kandungan Batubara Terhadap Pembakaran Dan Potensi Pembentukan Slagging Berdasarkan Abu Dasar

BAB II

TINJAUAN UMUM

2.1 Sejarah PT Kemasan Cipta Nusantara

PT Kemasan Cipta Nusantara adalah sebuah perusahaan yang bergerak

dalam bidang pembuatan atau produksi styropor, yang berlokasi di Kawasan Industri

Makassar (KIMA). Hasil produksi perusahaan berupa box dan balok yang bahan

bakunya yaitu polystyrene dengan merek arbepor dan polipor yang di pesan dari

perusahaan yang berbeda.

PT Kemasan Cipta Nusantara merupakan kelompok dari PT Kemasan

Ciptatama Sempurna yang berpusat di Surabaya, Jawa Timur. Untuk mensuplai

kebutuhan styropor bagi konsumen di Makassar, maka didirikanlah PT Kemasan

Cipta Nusantara, perusahaan ini didirikan pada tanggal 18 oktober 1997 dengan

demikian diharapkan dapat mempermudah masyarakat Makassar dan sekitarnya

dalam memasarkan bahan-bahan mentah.

Bentuk badan hukum PT Kemasan Cipta Nusantara, berdasarkan Keppres

No. 1272/12/IA/VI/97 perihal izin usaha industri PT. Kemasan Cipta Nusantara

tertanggal 28 maret 1997. PT Kemasan Cipta Nusantara sejak berdirinya dianggap

telah mampu memenuhi kebutuhan local dan sampai sekarang masih bekerjasama

dengan pihak PT Garuda Indonesia sebagai sarana transportasi komoditi marine

(hasil laut) untuk pengadaan styropor baik dalam bentuk box, balok, maupun

pelampung dengan kapasitas produksi 1000 box per hari.

1 - 5

Page 6: Studi Pengaruh Kandungan Batubara Terhadap Pembakaran Dan Potensi Pembentukan Slagging Berdasarkan Abu Dasar

2.2 Proses Pembuatan Styropor

Styropor adalah bahan sintetik, terbuat dari bahan mentah, sebuah cairan yang

terbuang dari minyak, dari cairan ini kemudian ditemukan polystyrene atau EPS atau

bisa juga disebut styropor temp. Dengan cara menyuntikkan uap maka polystyrene

dapat mengembang dan merekat yang kemudian disebut styropor. Secara khusus

warna dan berat styropor selalu putih dan hampir tak berbobot.

Styropor dapat digunakan sebagai bahan perekat dan juga sebagai bahan

pengemas, dilain pihak styropor juga berperan sebagai bahan penyerap air pada

lantai. Styropor adalah sebuah polystyrene yang sudah mengembang dan saling

merekat. Menurut strukturnya adalah sebuah rantai hidrokarbon panjang dengan

sebuah grup phenyl berikatan pada setiap atom karbon lain. Polystyrene diproduksi

oleh free radical vinylpolymerzation dari monomer styrene.

Proses pembuatan styropor dapat dibagi menjadi dua tahap yaitu penguapan

polystyrene sehingga berbentuk bahan setengah jadi dan injecting steam sekaligus

sebagai tempat pencetak.

Mekanisme Penguapan Polystyrene

Bahan baku setelah ditimbang, masuk kedalam conveyor dengan

perbandingan yang telah diset sesuai analisis kerja, setelah bahan baku berada di

conveyor lalu dialirkan ke selinder uap yang sudah dalam kondisi pemanasan dengan

alat yang disebut ED Motor Control, di selinder uap bahan baku di aduk dengan

spindle selama proses pengolahan sampai menjadi bahan setengah jadi. Steam yang

1 - 6

Page 7: Studi Pengaruh Kandungan Batubara Terhadap Pembakaran Dan Potensi Pembentukan Slagging Berdasarkan Abu Dasar

digunakan berasal dari boiler yang masuk ke mesin lewat instalasi pipa steam dan

dikontrol dengan alat steam valve, sedang untuk mengetahui besar kecil steam yang

digunakan maka dapat dilihat pada pressure gauge.

2.3 Proses transfer batubara ke dalam ruang pembakaran pada PT. Kemasan

Cipta Nusantara.

Batubara diangkut dari tempat penampungan (stock pile) masuk ke dalam

crusher, batubara dihancurkan hingga ukuran maximal 5 mm, selanjutnya masuk ke

silo dan ditransfer ke hammer, di dalam hammer batubara di haluskan hingga ukuran

-200 mesh (-74µm), batubara yang sudah halus selanjutnya di hembuskan ke burner

dengan menggunakan blower (gambar 2.1). kecepatan batubara yang masuk ke dalam

dapur pembakaran dicontrol, demikian halnya dengan udara yang masuk harus

dicontrol karena apabila terlalu besar atau terlalu kecil akan menimbulkan masalah.

Apabila udara terlalu besar mengakibatkan :

a. Suhu ruang bakar menurun

b. Kerugian kalor pada gas bekas keluar

c. Timbul asap berlebihan

d. Banyak bahan bakar yang belum terbakar sempurna ikut terbuang keluar

e. Lebih banyak daya yang dibutuhkan untuk mengatasi udara lebih dan gas gas

asap (di kipas tekan dan Hisap Paksa ).

Udara yang terlalu kecil mengakibatkan : Pembakaran tidak sempurna

1 - 7

Page 8: Studi Pengaruh Kandungan Batubara Terhadap Pembakaran Dan Potensi Pembentukan Slagging Berdasarkan Abu Dasar

Sumber : PT Kemasan Cipta Nusantara

Gambar 2.1.

Sketsa Aliran batubara kedalam ruang pembakaran

2.4 Sistem Pembakaran Batubara pada PT Kemasan Cipta Nusantara

Sistem pembakaran batubara pada PT Kemasan Cipta Nusantara yaitu system

pembakaran pulverisasi, dimana partikel batubara harus cukup halus agar bisa

dimasukkan oleh tekanan udara pembakaran. Ukuran batubara pada system ini

adalah -200 mesh (-74µm). Pada gambara 2.2. batubara diumpankan bersama

sebagian udara pembakaran, udara yang dimasukkan dibagi dua yaitu udara primer

dan udara sekunder, udara primer dimasukkan bersama-sama dengan batubara,

sementara udara sekunder dimasukkan secara terpisah dari udara primer melewati dua

1 - 8

Page 9: Studi Pengaruh Kandungan Batubara Terhadap Pembakaran Dan Potensi Pembentukan Slagging Berdasarkan Abu Dasar

pipa konsentrik ke dalam boiler. Udara primer bersama batubara di masukkan lewat

pipa di tengah, sementara udara sekunder di masukkan dari bawah.

Gambar 2.2Sistem Pembakaran batubara Pulverized

1 - 9

Page 10: Studi Pengaruh Kandungan Batubara Terhadap Pembakaran Dan Potensi Pembentukan Slagging Berdasarkan Abu Dasar

BAB III

SLAGGING DAN FOULING

Terbentuknya slagging dan fouling adalah dua hal yang saling berkaitan,

sebab terjadinya slagging dan fouling berawal dari reaksi saat pembakaran batubara.

Pada setiap pembakaran batubara selalu menghasilkan abu, baik abu dasar (bottom

ash) maupun abu terbang (fly ash), bottom ash membentuk slagging sedangkan fly

ash membentuk fouling.

3.1 Reaksi Pembakaran batubara

Proses pembakaran batubara akan berlangsung dengan baik jika tersedia udara dalam

jumlah yang cukup. Proses pembakaran batubara merupakan ilmu kompleks karena

adanya variasi kondisi fisika maupun kimia batubara, tetapi biasanya reaksi

pembakaran batubara digambarkan dengan reaksi oksidasi karbon menghasilkan

karbon mono-oksida atau karbon dioksida:

2C + O2 2CO2 atau C + O2 = CO2

Gas CO yang terbentuk dapat bereaksi dengan oksigen membentuk gas CO2 sesuai

reaksi :

2CO + O2 2CO2

Gas CO2 yang terbentuk dapat pula bereaksi dengan karbon membentuk gas CO

CO2 + C 2CO

Dan reaksi pembentukan uap air :

1 - 10

Page 11: Studi Pengaruh Kandungan Batubara Terhadap Pembakaran Dan Potensi Pembentukan Slagging Berdasarkan Abu Dasar

2H + ½ O2 H2O

Diikuti dengan reaksi

C + H2O CO + H2

Setelah ada nyala api, pembakaran batubara dimulai dari penguapan air, diikuti

penyalaan zat terbang. Selain unsur hydrogen dan karbon unsur-unsur lain yang

terdapat di dalam batubara juga mengalami oksidasi, misalnya unsur sulfur (S) dan

Nitrogen.

S + O2 SO2(g)

Diikuti dengan reaksi

2SO2(g) + ½ O2 2SO3(g).

2 N + O2 2NO(g)

diikuti dengan reaksi

2NO + O2 2NO2(g)

Adanya uap air di udara terbuka akan bereaksi dengan gas-gas hasil pembakaran

membentuk asam sulfat atau asam nitrat yang merupakan sumber terjadinya korosi

dan hujan asam. Reaksi-reaksi yang mungkin terlibat dalam pembentukan asam ini

adalah :

2SO2(g) + H2O H2SO3 dan

SO3(g) + H2O H2SO4 (asam Sulfat)

Atau

2SO2(g) + O2 + 2H2O 2 H2SO4

1 - 11

Page 12: Studi Pengaruh Kandungan Batubara Terhadap Pembakaran Dan Potensi Pembentukan Slagging Berdasarkan Abu Dasar

NO2 + NO + H2O + O2 2HNO3

Atau

2 NO + 3/2O2 + H2O 2HNO3.

Atau dengan reaksi :

Fe + H2SO4 FeSO4 + H2

Dan akan sangat mungkin ferro sulfat teroksidasi membentuk ferri sulfat :

4FeSO2 + 2H2SO4 + O2 2Fe2(SO4)3 + 2H2O

Sesuai persamaan reaksi di atas, maka terlihat bahwa terdapat gas SO3 yang sangat

mudah bereaksi dengan H2O membentuk H2SO4 (asam sulfat), pada jaringan alat

yang terdiri dari Fe (besi) akan bereaksi dengan H2SO4 membentuk FeSO4, FeSO4 ini

bereaksi dengan uap (O2) yang menghasilkan 2Fe2(SO4)3 yang dapat menempel di

dinding, kemudian abu akan lengket sangat kuat oleh adanya Fe2(SO4)3 pada dinding

atau pipa-pipa sebagai korosi yang diawali oleh slagging atau fouling .

3.2. Pengukuran Index slagging dan Fouling

Slagging adalah keadaan dimana abu batubara meleleh di zone pembakaran

akibat dari suhu operasi yang melebihi titik leleh abu (spherical temperature). Untuk

abu batubara yang sifatnya light slagging dan moderate slagging dapat dicegah

dengan cara soot-blower, tetapi untuk heavy slagging ash mengharuskan operasi

boiler di hentikan. Fouling terutama disebabkan oleh adanya interasksi antara uap

natrium dan kalium dengan oksida belerang, membentuk garam dengan titik leleh

rendah (± 400 0C) yang kemudian membentuk semi-fluida, yang lengket di dalam

1 - 12

Page 13: Studi Pengaruh Kandungan Batubara Terhadap Pembakaran Dan Potensi Pembentukan Slagging Berdasarkan Abu Dasar

boiler. Partikel abu dan batubara dapat mengendap di permukaan semi-fluida ini yang

lama-kelamaan bisa menebal, mengganggu aliran gas dan menimbulkan korosi.

Tabel 3.1.

Parameter empirik untuk perkiraan sifat abu

Parameter Rumus kimia

Nilai silika

Nisbah basa/asam

Total basa

Total asam

Nisbah silika/alumina

Nisbah feri/lime

Dolomite

Nisbah feri/dolomite

SiO2 x 100/(SiO2 + Fe2O3 + CaO +MgO)

Total basah/total asam

Fe2O3 + CaO +MgO + K2O + Na2O

SiO2 + Al2O3 + TiO2

SiO2/ Al2O3

Fe2O3/CaO

(CaO+MgO) x 100/total basa

Fe2O3/(CaO+MgO)

Sumber : Pengantar dan Preparasi Batubara (Arief S. Sudarsono)

Penentuan indeks slagging suatu abu batubara dimaksudkan untuk

memperkirakan derajat pembentukan endapan lelehan terak di dinding tungku suatu

boiler. Nilai indeks slagging tergantung pada jenis batubaranya, dan dapat dihitung

dari kandungan oksida asam, oksida basa, dan kadar sulfurnya.

Indeks slagging dihitung dari persamaan:

Indeks slagging (R) = Nisbah basa/asam x kadar sulfur.

1 - 13

Page 14: Studi Pengaruh Kandungan Batubara Terhadap Pembakaran Dan Potensi Pembentukan Slagging Berdasarkan Abu Dasar

Indeks slagging dan tipe slagging untuk batubara bituminous dan batubara lignit

dapat dihitung dan kemudian dikelompokkan atas tipe low, medium,high dan severe

(tabel 3.2)

Tabel 3.2.

Indeks slagging dan tipe slagging

IndeksSlaggingRs-bituminous

TipeSlagging

IndeksSlaggingRs-lignitik

TipeSlagging

IndeksSlaggingRviskositas

TipeSlagging

<0.6 Low >1340 Low >1340 Low

0.6 – 2.0 Medium 1230 – 1340 Medium 1230 – 1340 Medium

2.0 – 2.6 High 1150 – 1230 High 1150 – 1230 High

>2.6 Severe <1150 Severe <1150 Severe

Sumber : Pengantar dan Preparasi Batubara (Arief S. Sudarsono)

Index Fouling. Fouling adalah endapan yang terjadi disuperheater atau reheater.

Endapan ini sulit dibersihkan dari susunan pipa yang rapat. Fouling ini merupakan

sumber terjadinya korosi dan menghambat aliran gas. Endapan fouling biasanya

bersifat lengket, sehingga dengan terbentuknya endapan alkali, partikel abu terbang

akan muda melekat di permukaannya. Selain itu endapan alkali ini juga bersifat dapat

pengabsorb gas sulfur oksida dari aliran gas, akibatnya dinding pipa akan muda

terkorosi. Nilai indeks fouling memberikan gambaran kecenderungan abu batubara

untuk mengakibatkan terjadinya fouling dan korosi di permukaan konveksi. Seperti

halnya indeks slagging, indeks fouling juga dapat dihitung dari data komposisi

abunya.

1 - 14

Page 15: Studi Pengaruh Kandungan Batubara Terhadap Pembakaran Dan Potensi Pembentukan Slagging Berdasarkan Abu Dasar

Indeks Fouling (Rf ) = Nisbah basa/asam x kadar alkali total (Na2O) batubara

Indeks fouling dan tipe fouling untuk batubara bituminous dan batubara lignit dapat

dihitung dan kemudian dikelompokkan atas tipe low, medium,high dan severe

Tabel 3.3.

Indeks fouling dan tipe fouling

Indeksfouling

Rf-bituminous

Tipefouling

IndeksfoulingRf-lignitik

Tipefouling

<0.2 Low <0.30 Low

0.2 – 0.5 Medium 0.30 – 0.45 Medium

0.5 – 1.0 High 0.45 – 0.60 High

>1.0 Severe >0.60 Severe

Sumber : Pengantar dan Preparasi Batubara (Arief S. Sudarsono)

Peristiwa fouling terjadi terutama karena tingginya kadar alkali di dalam abu

batubara. Garam-garam natrium dan kalium, akan tervolatisasi selama pembakaran,

kemudian terkondensasi pada partikel abu terbang dan boiler membentuk lapisan

yang lengket. Benturan partikel-partikel tersebut dapat membentuk endapan pada

dinding dan selanjutnya membentuk sinter. Akhirnya menjadi keras dan menempel

dengan sangat kuat. Harga fouling index sampai 0,5 masih dalam toleransi yang

dibolehkan.

Pada dasarnya, semakin rendah kadar alkali didalam abu batubara, semakin

rendah pula kecenderungan untuk terjadinya fouling. Kandungan alkali pada abu

batubara biasanya dinyatakan sebagai Na2O . Abu batubara dengan alkali lebih

1 - 15

Page 16: Studi Pengaruh Kandungan Batubara Terhadap Pembakaran Dan Potensi Pembentukan Slagging Berdasarkan Abu Dasar

rendah dari 0.1% dianggap sebagai non fouling, bila kandungan alkalinya antara 0.1 –

0.4% biasanya dapat menimbulkan tumbuhnya fouling tetapi masih bisa dikendalikan

dengan soot-blowing secara berkala, abu batubara dengan kandungan alkali di atas

0.5% cenderung membentuk fouling dan menghasilkan sinter sehingga sulit

dihilangkan.

3.3. Usaha Penanganan Slagging Dan Fouling

Fenomena Slagging dan Fouling adalah fenomena terjadinya penumpukan

kerak akibat pembakaran batubara, pada permukaan heat exchanger. Fenomena ini

sangat merugikan bagi proses pembakaran di boiler, karena akan mengurangi

efisiensi pertukaran panas. Penyebab terjadinya fenomena ini adalah karena kualitas

batubara, terutama pada parameter AFT (Ash Fusion Temperature) memiliki nilai

yang relatif rendah. Untuk mengatasi hal tersebut, perlu dilakukan peningkatan

kualitas batubara untuk meningkatkan nilai AFT. Metode yang bisa dilakukan untuk

meningkatkan parameter tersebut adalah dengan Coal Blending (Pencampuran

batubara) dan mengurangi kadar sulfur pada batubara yang digunakan. Kemudian

meminimalkan terbentuknya slagging dan fouling dapat dilakukan dengan soot-

blowing secara berkala.

1 - 16