Boiler Batubara dan efesiensi boiler

Proses pembakaran batubara dilaksanakan di tungku pembakar atau furnace. Jenis tungku pembakaran yang banyak digunakan adalah stoker coal furnace (chain grate boiler), pulverized coal furnace, dan fluidized-bed furnace. Berdasarkan Studi Kelayakan Pengelolaan Limbah Batubara Secara Terpadu di Kabupaten Purwakarta, Subang, dan Karawang, Provinsi Jawa Barat, sebanyak 88 % industri menggunakan boiler tungku jenis stoker coal furnace (chain grate boiler), 9 % industri menggunakan fluidized-bed furnace dan sisanya 3 % menggunakan pulverized coal furnace (BPLHD Jawa Barat, 2008). Boiler tungku jenis fluidized-bed furnace dan pulverized coal furnace biasanya digunakan di pembangkit superheated steam di PLTU sedangkan boiler tungku jenis stoker. coal furnace (chain grate boiler) digunakan untuk penghasil steam sebagai media pemanas.

 a. Stoker Coal Furnace

Batubara yang digunakan boiler dengan tungku jenis stoker coal furnace

akan diremuk menjadi butiran ukuran rata-rata 1-5 cm dan dibakar dalam suatu unggun bahan bakar (fuel bed) di atas suatu kisi yang bergerak (seperti travelling chain grate stoker). Pembakaran dengan tungku jenis ini mencapai suhu sekitar 600 oC.

Kebanyakan abu produk pembakaran batubara tetap tinggal di atas kisi dan dibuang sebagai abu dasar (bottom ash) sekitar 80%, sedangkan butiran partikel abu batubara yang lebih kecil ikut terbawa aliran gas pembakaran (flue gas) dan dipisahkan dengan penangkap abu sebagai abu terbang (fly ash) sekitar 20 %. Proses pembakaran biasanya menghasilkan abu batubara dengan kandungan unburned carbon atau yang sering disebut LOI (loss on ignition) tinggi dan ditandai dengan warna abu batubara yang kehitaman.

b. Pulverized Coal Furnace 
Batubara yang digunaka boiler tungku jenis pulverized coal furnace berupa

serbuk hasil penggilingan dengan ukuran butiran minimal 70% lolos saringan 150 mesh yang diumpankan dengan udara tekan (pneumaticly). Suhu pembakaran di boiler dengan tungku jenis pulverized bisa mencapai 800 oC. Pembakaran yang terjadi relatif sempurna dan menghasilkan sekitar 60 – 80% fly ash sedangkan sisanya adalah bottom ash yang jatuh ke dalam hopper di dasar tungku. Fly ash diperoleh dari pemisahan abu di gas buang melalui cyclon, bag filter, atau electrostatic precipitator (EP).

c. Fluidized Bed Furnace 
Fluidized bed furnace menggunakan batubara halus yang tersuspensi dalam

unggun terfluidakan (fluidized bed) sebagai akibat adanya semburan udara pembakaran yang dialirkan ke atas menghasilkan suatu pencampuran turbulen udara pembakaran dengan partikel batubara. Ciri khas dari tipe tungku ini adalah batubara dicampur dengan bahan tidak reaktif (inert material) seperti pasir, silika, alumina dan suatu penyerap (sorbent) seperti batu kapur untuk pengendalian emisi SO2. Suhu operasi sistem tungku ini berkisar 800–900 oC.

Efisiensi Boiler

Efisiensi boiler didefinisikan sebagai persen energi panas masuk yang digunakan secara efektif pada steam yang dihasilkan. Kehilangan energi dan peluang efisiensi energi dalam boiler dapat dihubungkan dengan pembakaran, perpindahan panas, kehilangan yang dapat dihindarkan, konsumsi energi yang tinggi untuk alat-alat pembantu, kualitas air dan blowdown. Untuk mengetahui efisiensi boiler batubara untuk jenis ini dapat dihitung berdasarkan data-data yang terdapat dari boiler tersebut. Untuk mengetahui efisiensi tersebut dapat dilihat seperti rumus dibawah ini :

Panas Keluar
Efisiensi Boiler () = x 100
Panas Masuk

Q x (hg –hf)
Efisiensi Boiler () = x 100
Q x GCV

Parameter yang dipantau untuk perhitungan efisiensi boiler dengan metode langsung adalah:
 Jumlah steam yang dihasilkan per jam (Q) dalam kg/jam
 Jumlah bahan bakar yang digunakan per jam (q) dalam kg/jam
 Tekanan kerja (dalam kg/cm2(g)) dan suhu lewat panas (0C), jika ada
 Suhu air umpan (0C)
 Jenis bahan bakar dan nilai panas kotor bahan bakar (GCV) dalam kkal/kg bahan bakar
Dimana
 hg : Entalpi steam jenuh dalam kkal/kg steam
 hf : Entalpi air umpan dalam kkal/kg air

Data yang digunakan untuk menghitung efisiensi boiler batubara adalah sebagai berikut :
 Jenis boiler : Berbahan bakar batubara
 Jumlah steam (kering) yang dihasilkan : 10 TPJ
 Tekanan steam (gauge) / suhu : 10 kg/cm2 (g)/ 2100CC
 Jumlah pemakaian batubara : 1,1 TPJ
 Suhu air umpan : 850C
 GCV batubara : 6300 kkal/kg
 Entalpi steam pada tekanan 10 kg/cm2 : 665 kkal/kg (jenuh)
 Entalpi air umpan : 85 kkal/kg

Q x (hg –hf)
Efisiensi Boiler () = x 100
Q x GCV

10 x (665 – 85)
Efisiensi Boiler () = x 100 = 83,694 persen
1,1 x 6300
Persentase kehilangan energi dapat dibagi kedalam kehilangan yang tidak dapat dihindarkan. Persentase kehilangan energi ini merupakan sisa dari persentase efisiensi boiler itu sendiri. Tujuan dari produksi bersih pengkajian energi harus mengurangi kehilangan yang dapat dihindari, dengan meningkatkan efisiensi energi.
Dimana kehilangan yang terjadi dalam boiler adalah kehilangan panas yang diakibatkan oleh:
• Gas cerobong yang kering
• Penguapan air yang terbentuk karena H 2 dalam bahan bakar
• Penguapan kadar air dalam bahan bakar
• Adanya kadar air dalam udara pembakaran
• Bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu terbang/ fly ash
• Bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu bawah/ bottom ash
• Radiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung