Pengertian Excess Air

Saya sudah sedikit menyinggung mengenai excess air pada artikel saya sebelumnya yang berjudul Pembakaran Batubara. Excess air digunakan untuk mengontrol pembakaran batubara di furnace menjadi lebih sempurna.

Ciri pembakaran batubara yang tidak sempurna adalah terbentuknya gas karbon monoksida (CO) di akhir proses pembakaran. Proses pembakaran yang tidak sempurna secara teori kimia merugikan proses pemutusan ikatan hidrokarbon batubara, sehingga energi panas yang dihasilkan tidak maksimal. Energi panas dari proses pembakaran suatu ikatan hidrokarbon akan maksimal dihasilkan jika pembakarannya sempurna, yang ditandai dengan keseluruhan dari atom karbon (C) dari ikatan hidrokarbon membentuk senyawa karbon dioksida (CO2) di akhir proses pembakaran.

Secara teori stoikiometri, kita dapat menghasilkan pembakaran batubara yang sempurna apabila sesuai dengan air fuel-ratio yang dibutuhkan, yakni di kisaran 1:11 sampai dengan 1:28. Dengan excess air di kisaran 1,5% dari berat udara hasil pembakaran (flue gas).

Excess air adalah persentase oksigen dalam fraksi massa yang terkandung di dalam udara hasil pembakaran (flue gas). Dalam usaha untuk mengontrol pembakaran batubara di sebuah PLTU, nilai excess air ini digunakan untuk mengontrol supply udara yang digunakan pada proses pembakaran batubara di furnace. Semakin besar nilai excess air maka hal ini merupakan indikasi pembakaran yang sempurna di dalam furnace semakin baik. Sebaliknya, jika nilai excess air rendah maka hal ini mengindikasikan proses pembakaran yang kurang sempurna. Dan untuk mengatasinya supply udara untuk proses pembakaran perlu ditambah debitnya.

image

Normalnya, excess air di-setting di kisaran 3-5% dari flue gas. Nilai tersebut adalah nilai yang paling optimal ditinjau dari aspek kerugian panas dan jumlah karbon monoksida. Sesuai grafik di atas, semakin tinggi jumlah excess air maka akan semakin rendah jumlah CO yang belum terbakar. Namun sebaliknya, semakin tinggi jumlah excess air maka akan semakin tinggi pula panas hasil pembakaran yang ikut terbawa oleh udara sisa tersebut. Sehingga pengaturan jumlah udara pembakaran harus dikontrol secermat mungkin agar didapatkan kondisi paling optimum.

E-book tentang excess air:
1. Hot tips to rejuvenate old boiler
2. Influence of Fuel-moisture Content and Excess Air on Formation and Reduction of CO and NO in a Fluidized-bed Combustor Fired with Thai Rice Husk
3. Experimental investigations on the formation of excess air in quasi-saturated porous media

Pembakaran Batubara

Batubara merupakan bahan baku utama pembangkit listrik tenaga uap. Batubara menyimpan energi di dalamnya secara kimia melalui ikatan-ikatan kimia antara karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, dan sulfur. Batubara tidak memiliki struktur kimia yang baku, karena ia merupakan campuran dari beberapa ikatan hidrokarbon yang kompleks. Ikatan-ikatan hidrokarbon inilah yang menyimpan energi, yang apabila terputus melalui proses pembakaran, akan menghasilkan energi panas yang untuk selanjutnya dipergunakan panasnya di boiler untuk memanaskan air.

Dan berikut adalah reaksi kimia yang terjadi saat batubara dibakar:

C + O2 => CO2

C + 0,5O2 => CO

H2 + 0,5O2 => H2O

S + O2 => SO2

Dapat kita lihat pada reaksi kimia di atas bahwa hasil pembakaran dari batubara yaitu berupa CO2, CO, H2O, dan SO2. Ada satu lagu bahan polutan yang dihasilkan yaitu NOx. Untuk mencegah terbentuknya CO, maka proses pembakaran di atur oleh jumlah udara yang masuk ke proses pembakaran. Semakin tepat jumlah udara yang dimasukkan, maka akan semakin sempurna proses pembakaran batubara tersebut. Disini diperlukan perhitungan perbandingan udara-bahan bakar yang tepat (air-fuel ratio). Namun untuk lebih tepat menghasilkan pembakaran yang sempurna, PLTU menggunakan excess air. Excees air adalah udara lebih yang dikontrol jumlahnya di akhir proses pembakaran, sehingga apabila jumlahnya cukup besar itu artinya adalah semakin sempurna proses pembakaran yang terjadi. Umumnya excess air disetting di angka sekitar 4-5% udara dalam berat.

Selain bahan-bahan di atas, dihasilkan juga sebagai bahan pencemar antara lain abu hasil pembakaran (fly ash) dan kerak hasil pembakaran (bottom ash). Bahan-bahan tersebut termasuk limbah beracun yang pengelolaannya harus secara hati-hati. Selain itu juga fly ash juga masih bisa digunakan sebagai bahan baku pembuatan semen. Fly ash yang keluar dari boiler ditangkap menggunakan suatu alat bernama Electrostatic Precipitators agar tidak langsung dibuang menuju chimney atau cerobong asap. Sedangkan untuk polutan lain seperti SO2, digunakan suatu sistem bernama Flue Gas Desulphurization.

Ebook Coal Combustion:

1. Coal Combustion

2. Coal Combustion Waste

Istilah-istilah Termodinamika

Berikut adalah beberapa istilah-istilah yang digunakan di dunia termodinamika beserta penjelasan singkatnya:

1. Energi
Energi adalah sebuah properti yang tidak dapat dipisahkan dari suatu sistem. Setiap sistem dengan kondisi tertentu (seperti tekanan dan temperatur) di dalamnya terkandung energi. Konsep energi diciptakan untuk menggambarkan sejumlah proses, seperti konversi energi gerak ke panas. Satuan energi dalam SI adalah Joule (J).

2. Sensible Heat
Adalah energi panas yang tersimpan di suatu benda sebagai akibat dari kenaikan temperatur yang terjadi padanya. Satuan sensible heat dalam SI adalah kJ/kg.

3. Latent Heat
Panas laten adalah energi panas yang mengalir dari atau ke suatu material tanpa disertai perubahan temperatur di dalamnya. Satuan SI nya adalah kJ/kg.

4. Internal Energy (Energi Dalam)
Energi dalam dari suatu sistem adalah energi yang terkandung di dalam suatu sistem berdasarkan properti termodinamikanya, seperti tekanan dan temperatur. Perubahan nilai energi internal dari suatu sistem hanya bergantung pada kondisi awal dan akhir dari sistem tersebut, dan bukan dari perubahan yang terjadi selama proses yang terjadi pada sistem tersebut.

5. Entropy
Entropi adalah ukuran ketersediaan energi dari suatu sistem. Sebuah sistem dengan entropi yang tinggi, berarti semakin rendah fungsi kerjanya. Satuan entropi dalam SI adalah kJ/kg.K.

6. Enthalpy
Merupakan besaran energi total per satu satuan massa dari suatu sistem termodinamika. Satuan entalpi dalam SI adalah kJ/kg.