Perhitungan Excess Air Proses Pembakaran

Jumlah udara yang dibutuhkan untuk membakar sempurna sejumlah bahan bakar, dapat dihitung secara teoritis menggunakan prinsip-prinsip dasar stoikiometri (simak artikel berikut). Dengan kata lain, jika setiap molekul bahan bakar tepat melakukan kontak reaksi kimia dengan oksigen dalam udara, maka keseluruhan bahan bakar pasti terbakar, dan tidak akan ada sejumlah tertentu udara berlebih (excess) yang terbuang begitu saja. Namun kenyataan yang terjadi tidaklah demikian. Molekul-molekul bahan bakar tidak mampu 100% bertemu langsung dengan oksigen yang ia butuhkan untuk terbakar. Dibutuhkan sejumlah udara berlebih untuk memastikan semua molekul bahan bakar dapat terbakar dengan sempurna. Inilah yang kita kenal dengan istilah excess air (baca artikel berikut).

Berapa jumlah excess air yang tepat bagi sebuah proses pembakaran?

Menentukan jumlah excess air reaksi pembakaran pada boiler tergantung dari beberapa faktor utama seperti jenis bahan bakar, desain boiler, desain burner, dan beban boiler. Umumnya, boiler dengan bahan bakar batubara menggunakan excess air sebanyak 15% hingga 30%. Untuk boiler dengan bahan bakar gas ataupun minyak bumi, membutuhkan jumlah excess air yang lebih sedikit. Boiler berbahan bakar gas membutuhkan excess air sebanyak 5% hingga 10%, sedangkan boiler berbahan bakar minyak bumi membutuhkan excess air sebanyak 3% hingga 15%. Kondisi ini menunjukkan bahwa bahan bakar fasa gas dan cair lebih mudah tercampur dan bereaksi dengan oksigen, dibandingkan dengan bahan bakar fasa padat.

Seberapa besar beban boiler memberikan dampak besar pula bagi kebutuhan excess air. Ukuran desain diagonal ruang bakar boiler harus mampu menanggung debit aliran gas ketika boiler dalam beban penuh. Kondisi berkebalikan terjadi ketika beban boiler lebih rendah, dimana debit aliran gas menurun sehingga pencampuran bahan bakar dengan udara menjadi lebih sulit. Oleh karena itulah ketika beban boiler di bawah beban penuh, jumlah excess air yang dibutuhkan menjadi lebih banyak untuk menjamin terjadi proses pembakaran sempurna. Pada boiler batubara misalnya, pada beban 50% dibutuhkan excess air dua kali lebih banyak daripada ketika beban 100%.

image

Sekalipun excess air penting untuk memastikan terjadinya pembakaran sempurna, sejumlah excess air berdampak buruk bagi efisiensi boiler. Semakin tinggi jumlah excess air akan semakin banyak pula energi panas hasil pembakaran yang terbuang percuma mengikuti gas buang. Oleh karena itulah, dilihat dari sisi efisiensi, jumlah excess air harus dijaga serendah mungkin.

Untuk menjaga excess air tetap dinilai optimumnya, boiler modern sudah dilengkapi sensor jumlah oksigen dan karbon monoksida di sisi gas buang boiler. Kedua parameter ini dapat menjadi dasar untuk menjaga jumlah excess air agar tetap di level optimum sepanjang waktu operasional boiler.

Perhitungan Excess air

Mari kita gunakan contoh data batubara pada artikel sebelumnya sebagai berikut:

Dimana persamaan reaksi pembakaran stoikiometrinya adalah sebagai berikut:

CH0,74O0,061N0,018S0,026 + 1,211(O2 + 3,762N2) → CO2 + 0,37H2O + 0,026SO2 + 4,565N2

Selanjutnya jika ditentukan boiler menggunakan excess air sejumlah 15%, maka reaksi kimia pembakaran menjadi seperti berikut:

CH0,74O0,061N0,018S0,026 + 1,393(O2 + 3,762N2) → CO2 + 0,37H2O + 0,026SO2 + 5,24N2 + 0,212O2

Dari persamaan kimia di atas maka kita dapat hitung berapa persentase excess oksigen di gas buang boiler:

O2 excess = \dfrac {0,212}{1+0,37+0,26+5,24+0,212}\times 100\%

O2 excess = 3,096%

Sedangkan air-fuel ratio terkoreksi menjadi:

AFR = \dfrac {1,393\left( 32+3,762\times 28\right)}{12+1\times 0,74+16\times 0,061+14\times 0,018+32\times 0,026}

AFR = 12,926

Free ebook: Combustion Air Requirements for Power Burner Appliances

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *