Pembakaran Batubara (Pulverized Fuel) - 2

Batubara yang digunakan pada suatu PLTU untuk proses pembakaran, mengalami beberapa proses secara mekanis untuk meningkatkan efisiensi pembakaran. Berikut akan saya jelaskan secara singkat proses-proses yang terjadi:

1. Yang pertama adalah proses grinding. Batubara yang akan masuk ke dalam furnace digrinding terlebih dahulu menjadi berukuran serbuk. Alat grindingnya bernama Pulverizer, untuk itulah batubara yang sudah berbentuk serbuk dinamakan Pulverized Fuel. Tujuan utama dari proses ini adalah untuk lebih meningkatkan efisiensi pembakaran, karena ukuran batubara yang kecil berupa serbuk akan lebih mudah terbakar daripada masih berukuran aslinya. Di sisi lain juga agar lebih mudah mengontrol proses pembakaran yang terjadi di dalam furnace secara otomatis. Sebagai gambaran saja, sebuah pembangkit listrik tenaga uap dengan bahan baku batubara, yang memiliki kapasitas beban listrik 610 MW dapat menghabiskan 300 ton batubara setiap jam.

Pulverizer

20110519-023048.jpg

Batubara yang mengalami grinding akan melewati 'classifier' sebelum ia keluar dari pulverizer menuju furnace. Classifier adalah semacam krepyak yang berfungsi sebagai ayakan, sehingga batubara yang sudah berukuran sesuai dengan yang diinginkan bisa melewati classifier dan menuju furnace. Sedangkan yang masih berukuran terlalu besar akan digrinding lagi.

2. Proses kedua adalah proses transport batubara dari pulverizer menuju furnace sekaligus proses pengeringan batubara tersebut. Batubara tersebut ditransport menuju furnace dengan menggunakan media udara panas. Panas dari udara ini dijaga di temperatur 68º Celcius. Panas dari udara inilah yang berfungsi untuk mengeringkan batubara sebelum ia masuk ke dalam furnace. Tujuan utama mengeringkan batubara ini juga untuk lebih meningkatkan efisiensi porses pembakaran. Dapat dibayangkan apabila batubara yang masih dalam kondisi basah (akibat hujan misalnya) masuk ke dalam furnace lalu dibakar, pasti akan lebih banyak membutuhkan waktu karena harus menunggu batubara tersebut kering terlebih dahulu. Lain halnya apabila batubara yang digunakan sudah kering, pulverized fuel yang dicampur dengan udara panas di dalam furnace akan lebih cepat untuk dipicu terbakar oleh flame ignitor. Flame ignitor adalah pemicu api, di kendaraan bermotor alat ini berupa busi yang digunakan untuk memicu terjadinya pembakaran di ruang bakar.

Fan Stall dan Alat Pendeteksinya

Pada artikel saya sebelumnya saya menjelaskan bahwa fan (kipas) merupakan alat yang digunakan untuk menciptakan aliran udara. Besarnya aliran udara dapat diatur dengan merubah-ubah besar sudut dari fan blade (pisau kipas). Semakin besar sudut yang dibuat, akan semakin besar pula aliran udara yg terjadi. Perubahan kecepatan relatif dari udara serta arah pantulan akibat fan blade juga akan menyebabkan timbulnya pressure.

Namun untuk memperbesar bukaan sudut fan blade tidak boleh sembarangan. Karena pada saat sudut bukaannya terlalu besar, udara yang terpantul dari fan blade tidak lagi akan seragam. Pada saat itu udara yang terpantul dan tekanan akan berhenti naik dan normalnya akan justru turun. Inilah yang disebut dengan Stall Point.

Fan-fan besar di dunia industri memang ada yang besar dari blade pitch-nya diatur sesuai dengan flow udara yang dibutuhkan. Dan umumnya juga stall akan terjadi di bukaan blade pitch 95% atau lebih besar.

Kalau dibayangkan, stall pada fan yaitu seakan-akan fan blade hanya "memukul-mukul" udara tanpa menimbulkan aliran udara yang diharapkan.

Ada 1 jenis fan yang ternyata ia didesain bekerja dalam kondisi stall. Yaitu Centrifugal Fan. Fan ini dianggap selalu beroperasi dalam kondisi stall karena perbedaan arah kecepatan fan blade dengan arah udara masuk.

Sebuah fan yang sedang dalam keadaan stall biasanya menimbulkan suara bising yang amat sangat. Bahkan biasanya seperti terdengar impeller dari fan sedang memukul suatu benda padat (hammering).

Yang sangat perlu diperhatikan pada fenomena fan stall adalah potensi kerusakan material yang sangat mungkin terjadi. Pada axial fan yang sering mengalami stall biasanya akan mengalami fatigue (kelelahan). Namun beda hal nya dengan centrifugal fan yang memang ia didesain beroperasi pada keadaan stall, kerusakan yang mungkin terjadi sangat minim.

Selain kita bisa mendeteksi terjadinya stall dengan melihat parameter-parameter seperti getaran, suara bising, dan nilai ampere motor yang turun, ada satu instrument bernama Petermann Probe yang berfungsi mendeteksi terjadinya stall dengan lebih presisi. Bahkan kita pun bisa mengetahui terjadinya indikasi stall atau biasa dikenal dengan kondisi surge (sesaat dimana akan terjadi stall).

Area-area aliran turbulen pada axial fan pada saat akan terjadi stall

20110706-102339.jpg

Variasi tekanan udara yang mucul pada area fan blade pada saat terjadinya stall, mengindikasikan adanya aliran udara yang ditimbulkan fan tersebut terhalangi (blockage) atau bahkan mengalir berlawanan arah.

Fenomena di atas digunakan oleh satu alat untuk mengidentifikasi terjadinya stall pada axial fan yaitu bernama Petermann Probe. Petermann Probe bekerja dengan membandingkan besar tekanan udara antara tekanan udara total yang berlawanan arah dengan arah putaran impeler, dengan tekanan udara statis (static pressure) di point yang sama. Untuk lebih jelas nya bisa dilihat di gambar di bawah ini.

Konsep penggunaan Petermann Probe

20110706-012045.jpg

Konsep Petermann Probe adalah, besar dari perbedaan tekanan yang diukur akan mendekati nol pada saat fan pada kondisi normal operasi. Namun, pada saat kondisi stall nilai perbedaan tekanan ini akan samakin besar dan positif. Hal ini sesuai dengan grafik yang ada di bawah ini.

Grafik perbedaan tekanan dari Petermann Probe dengan flow udara

20110706-012847.jpg

Free E-book tentang Fan Stall:
Fans & System Stall

Fan (Kipas) di Dunia Industri

Fan atau kipas, adalah alat mekanika yang berfungsi untuk menghasilkan flow atau aliran pada suatu fluida, biasanya berupa gas. Pada dunia industri, fan digunakan untuk menghasilkan flow dari gas atau udara dalam jumlah besar yang digunakan sesuai dengan kebutuhan dari industri tersebut.

Fan terdiri dari beberapa bagian yaitu, case, sudu (vane/blade), dan penggeraknya. Vane/blade berputar untuk menghasilkan aliran udara yang diinginkan. Berbeda dengan fungsi dari kompresor yang menghasilkan udara bertekanan dengan flow rendah, fan menghasilkan aliran udara dengan flow tinggi dan tekanan yang rendah.

Di dunia industri, fan digunakan antara lain pada proses pembakaran, sistem HVAC, transport, pendingin, pengering udara, dan lain sebagainya. Berikut adalah contoh-contoh aplikasi fan yang digunakan di sebuah industri Pembangkit Listrik Tenaga Uap:
1. Force Draught Fan (FD Fan)
Fan ini digunakan untuk menghasilkan flow yang tinggi untuk mencukupi kebutuhan udara pada proses pembakaran batubara di furnace. Besar flow yang dibutuhkan bergantung dari besar pembakaran dan air/fuel ratio yang ditetapkan. Saat pembakaran di furnace harus naik karena kebutuhan beban listrik yang meningkat, maka besar flow FD Fan juga akan menyesuaikan naik. Besar bukaan dari blade (blade pitch) dapat diatur menggunakan sistem hidrolis, untuk mengatur berubah-ubahnya besar flow udara yang dibutuhkan.
2. Induced Draught Fan (ID Fan)
ID Fan berfungsi untuk mengatur besar tekanan udara di dalam furnace, dengan jalan mengatur besar flow udara hasil pembakaran furnace (flue gas) yang keluar menuju chimney (cerobong asap). Blade pitch-nya juga dapat diatur besar bukaannya untuk mengatur flow flue gas.
3. Primary Air Fan (PA Fan)
PA Fan, yang merupakan salah satu contoh penggunaan centrifugal fan, berfungsi untuk mentransport batubara yang sudah berukuran serbuk, dari pulveriser menuju furnace. Selain itu, udara dari PA Fan juga digunakan untuk mengeringkan batubara tersebut, sehingga proses pembakaran di dalam furnace lebih efisien.
4. Sistem Ventilasi
Seperti yang sudah saya jelaskan di artikel saya sebelumnya dengan judul HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning), fan banyak digunakan di sistem HVAC. Sebagai ventilasi, sirkulasi pendingin udara (Air Handling Unit, dan exhaust fan.

Seperti yang sedikit saya singgung di atas bahwa ada 2 tipe fan yang digunakan, yaitu centrifugal fan dan axial fan. Centrifugal fan menggunakan prinsip gaya sentrifugal untuk menghasilkan aliran udara dengan tekanan yang lebih tinggi. Sedangkan axial fan menggunakan prinsip gaya axial untuk fokus menghasilkan flow aliran udara yang besar dengan tekanan yang lebih rendah.

Free e-books:
1. The Basic of Axial Flow Fan
2. Understanding Centrifugal Fans
3. Fans and Blowers