SISTEM UDARA BOILER

Draft sistem adalah perbedaan antara tekanan atmosfer dengan tekanan statis di ruang bakar, saluran gas buang maupun cerobong yang menghasilkan laju aliran tertentu. Secara garis besar, draft sistem mempunyai peranan penting yang sama dalam sistem pembangkit, diantaranya :
a. Untuk menyuplai udara di
ruang bakar boiler agar memenuhi kebutuhan untuk
pembakaran antara udara dan bahan bakar.
b. Untuk menghilangkan gas
buang dari ruang bakar dan
mengalirkannya ke cerobong dan atmosfer dengan sempurna.
c. Mengurangi polusi dari fly ash (mempermudah fly ash masuk ke hopper).
Dalam draft sistem tersebut
terdapat beberapa fan yang sangat penting bagi proses
pembakaran di dalam boiler agar terjadi keseimbangan dan efisiensi. Fan tersebut adalah Primary Air Fan (PA Fan), Force Draft Fan (FD Fan), dan Induced Draft Fan (ID Fan).
A. Primary Air Fan (PA Fan).
PA Fan terletak di bagian
Pulverizer (bagian yang berfungsi sebagai penggerus batubara kasar yang disuplai oleh Coal Feeder menjadi serbuk batubara yang sangat halus sebelum disalurkan ke burner) dan berfungsi sebagai penghasil udara primer (Primary Air) yang digunakan sebagai udara pengangkut serbuk batubara dari Pulverizer menuju Burner untuk dibakar di Furnace Boiler (ruangan yang berisi pipa-pipa boiler yang digunakan untuk tempat pembakaran).
Mula-mula PA Fan yang bekerja pada tekanan rendah mengambil udara dari luar untuk dijadikan sebagai udara primer, lalu PA Fan akan bekerja pada tekanan tinggi untuk menyalurkan serbuk batubara dari Pulverizer ke furnace boiler yang dibantu oleh Seal Air Fan (penghasil udara bertekanan). Sebelum masuk ke boiler, udara primer dinaikkan suhunya terlebih dahulu oleh Primary Air Heater yang berfungsi sebagai pemanas awal udara primer yang dihasilkan oleh PA Fan sebelum disalurkan pada Pulverizer.
Primary air fan ini dibagi menjadi dua berdasarkan letaknya, yaitu cold primary air system dan hot primary air system. Cold primary
air system terletak pada
salauran sebelum air heater,
sedangkan hot primary air system terletak setelah melewati air heater.
Cold primary air system
mempunyai keuntungan yaitu
mempunyai efisiensi volumetric
yang kecil saat ditekan tetapi memiliki kerugian di air heater yang lebih besar dibanding hot primary air heater yang mempunyai kerugian di air heater kecil tetapi membutuhkan pendinginan untuk komponen kipasnya serta konstruksinya lebih rumit.
B. Force Draft Fan (FD Fan).
FD Fan terletak pada bagian
ujung saluran air intake boiler
dan digerakkan oleh motor
listrik. Fan ini bekerja pada
tekanan tinggi dan berfungsi
menghasilkan udara sekunder (Secondary Air) yang akan
dialirkan ke dalam boiler untuk mencampur udara dan bahan bakar dan selanjutnya digunakan sebagai udara pembakaran pada furnace boiler. Udara yang diproduksi oleh Force Draft Fan (FD Fan) diambil dari udara luar.
Dalam perjalananya menuju
boiler, udara tersebut dinaikkan suhunya oleh secondary air heater (pemanas udara sekunder) agar proses pembakaran bisa terjadi di boiler.
FD Fan dan PA Fan bekerja sama untuk membuat campuran antara udara dan serbuk batubara dengan perbandingan kurang lebih 13 : 1 agar terjadi pembakaran sempurna. Bercampurnya udara dan serbuk batubara dibantu oleh Dumper tetap yaitu pengatur pengaduk udara sehingga menimbulkan turbulensi yang memungkinkan terjadinya pembakaran yang efisien. Turbulensi mengacu pada gerakan udara didalam Furnace, gerakan ini perlu karena dapat menyempurnakan pencampuran udara dan bahan bakar.
Berikut adalah hal yang harus
diperhatikan untuk FD fan :
a. FD fan akan beroperasi hingga dua tahun non – stop, sehingga konstruksinya harus dapat diandalkan dan bebas perawatan selama masa pakai.
b. Mempunyai efisiensi yang
tinggi, karena boiler selalu
bekerja dalam kondisi yang bervariasi maka kinerja FD fan juga disesuaikan dengan kondisi kerja boiler.
c. FD fan harus stabil karena
keadaan tekanan yang
bervariasi dan masa pakai FD fan tersebut sehingga FD fan harus tetap dapat mengontrol aliran udara ke boiler selama masa kerjanya.
d. FD fan harus mempunyai
proteksi terhadap dirinya sendiri, dalam hal ini berarti FD fan harus dapat memutuskan arus saat
kerja lebih dan mengatur kinerja motor FD fan tersebut.
C. Induced Draft Fan (ID Fan).
ID Fan dipasang di dekat stack (cerobong pembuangan gas hasil pembakaran batubara) dan electrostatic precipitator (penangkap abu batubara jenis Fly Ash yang beterbangan sehingga dapat mengurangi polusi udara yang akan dikeluarkan melalui stack). ID Fan berfungsi untuk mempertahankan pressure pada furnace boiler dan bekerja pada tekanan atmosfir rendah karena digunakan untuk menghisap gas dan abu sisa pembakaran pada boiler untuk selanjutnya dibuang melalui stack. Sebelum gas dan abu sisa pembakaran dibuang, terlebih dahulu dilewatkan pada electrostatic precipitator agar bisa mengurangi prosentase polusi udara yang dihasilkan dari sisa pembakaran tersebut.
Hal – hal yang harus diperhatikan terhadap ID fan
sama dengan FD fan, tetapi yang membedakan adalah kinerja ID fan di suhu yang tinggi karena ID fan mensirkulasikan gas hasil
pembakaran dan FD fan hanya bekerja di suhu atmosfer biasa, sehingga ID fan mempunyai sistem pendinginan dengan air
dan radiator untuk mencegah
overheating.
Pada intinya PA Fan, FD Fan, dan ID Fan mempunyai bentuk yang hampir sama, tetapi dapat dilihat perbedaannnya dari letak dan fungsi masing-masing. Fan sangat penting untuk menjaga kestabilan kinerja suatu sistem.
Komponennya terdiri dari fan itu sendiri, motor listrik, sistem penggerak, saluran atau pemipaan, peralatan pengendali aliran, dan peralatan penyejuk udara (filter, kumparan pendingin, penukar panas, dll).
Ketiga fan tersebut membantu proses kerja komponen-komponen lain seperti Pulverizer (bagian yang berfungsi sebagai penggerus batubara kasar yang disuplai oleh Coal Feeder menjadi serbuk batubara yang sangat halus sebelum disalurkan ke burner) dan Furnace Boiler (ruangan yang berisi pipa-pipa boiler yang digunakan untuk tempat pembakaran).

CARA MEMBUANG NOx DARI BATUBARA

Nitrogen secara umum adalah
bagian yang besar dari pada udara yang dihirup, pada
kenyataannya 80% dari udara
adalah nitrogen, secara normal atom-atom nitrogen mengambang terikat satu sama lainnya seperti pasangan kimia, tetapi ketika udara dipanaskan seperti pada nyala api boiler (3000 F=1648 C), atom nitrogen ini terpecah dan terikat dengan oksigen, bentuk ini sebagai nitrogen oksida atau kadang kala itu disebut sebagai NOx.
NOx juga dapat dibentuk dari atom nitrogen yang terjebak di dalam batu bara. Di udara, NOx adalah polutan yang dapat menyebabkan kabut
coklat yang kabur yang kadang kala terlihat di seputar kota besar, juga sebagai polusi yang membentuk “acid rain” (hujan asam), dan dapat membantu terbentuknya sesuatu yang disebut “ground level ozone”, tipe lain dari pada polusi yang dapat membuat kotornya udara.
Salah satu cara terbaik untuk
mengurangi NOx adalah menghindari dari bentukan
asalnya, beberapa cara telah
ditemukan untuk membakar barubara di pemabakar dimana ada lebih banyak bahan bakar dari pada udara di ruang pembakaran yang terpanas. Di bawah kondisi ini kebanyakan oksigen terkombinasikan dengan bahan bakar daripada dengan nitrogen. Campuran pembakaran kemudian dikirim ke ruang pembakaran yang kedua dimana terdapat proses yang mirip berulang-ulang sampai semua
bahan bakar habis terbakar. Konsep ini disebut "staged combustion" karena batu bara dibakar secara bertahap. Kadang disebut juga sebagai "low NOx burners" dan telah dikembangkan sehingga dapat mengurangi kangdungan NOx yang terlepas di uadara lebih dari separuh.
Ada juga teknologi baru yang bekerja seperti "scubbers" yang membersihkan NOx dari flue gases (asap) dari boiler batu bara. Beberapa dari alat ini menggunakan bahan kimia khusus yang disebut katalis yang mengurai bagian NOx menjadi gas yang tidak berpolusi, walaupun alat ini lebih mahal dari "low NOx burners," namun dapat menekan lebih dari 90% polusi NOx.

CARA MEMBUAT BATUBARA BERSIH

Ada beberapa cara, seperti contoh sulfur, sulfur adalah zat kimia kekuningan yang ada sedikit di batu bara, pada beberapa batu bara yang ditemukan di Ohio, Pennsylvania, West Virginia dan eastern states lainnya, sulfur terdiri dari 3 sampai 10 % dari berat batu bara, beberapa batu bara yang ditemukan di Wyoming, Montana dan negara-negara
bagian sebelah barat lainnya sulfur hanya sekitar 1/100ths (lebih kecil dari 1%) dari berat batu bara.
Penting bahwa sebagian besar sulfur ini dibuang sebelum mencapai cerobong asap. Satu cara untuk membersihkan batu bara adalah dengan cara mudah memecah batu bara ke bongkahan yang lebih kecil dan mencucinya. Beberapa sulfur yang ada sebagai bintik kecil di batu bara disebut sebagai "pyritic sulfur " karena ini dikombinasikan dengan besi menjadi bentuk iron pyrite, selain itu dikenal sebagai "fool's gold” dapat dipisahkan dari batu bara.
Secara khusus pada proses satu kali, bongkahan batu bara dimasukkan ke dalam tangki besar yang terisi air , batu bara mengambang ke permukaan ketika kotoran sulfur tenggelam. Fasilitas pencucian ini dinamakan "coal preparation plants" yang membersihkan batu bara dari
pengotor-pengotornya. Tidak semua sulfur bisa dibersihkan dengan cara ini, bagaimanapun sulfur pada batu bara adalah secara kimia benar-benar terikat dengan molekul karbonnya, tipe sulfur ini disebut "organic sulfur," dan pencucian tak akan menghilangkannya.
Beberapa proses telah dicoba
untuk mencampur batu bara
dengan bahan kimia yang membebaskan sulfur pergi dari molekul batu bara, tetapi kebanyakan proses ini sudah terbukti terlalu mahal, ilmuan masih bekerja untuk mengurangi biaya dari proses pencucian kimia ini.
Kebanyakan pembangkit tenaga listrik modern dan semua fasilitas yang dibangun setelah 1978 telah diwajibkan untuk mempunyai alat khusus yang dipasang untuk membuang sulfur dari gas hasil pembakaran batu bara sebelum gas ini naik menuju cerobong asap. Alat ini sebenarnya adalah "flue gas desulfurization units," tetapi banyak orang menyebutnya "scrubbers" karena mereka men-scrub (menggosok) sulfur keluar dari asap yang dikeluarkan oleh tungku pembakar batu bara.

GASIFIKASI BATUBARA

Coal gasification adalah sebuah proses untuk mengubah batu bara padat menjadi gas batu bara yang mudah terbakar (combustible gases), setelah proses pemurnian gas-gas ini karbon monoksida (CO), karbon dioksida (CO2), hidrogen (H), metan (CH4), dan nitrogen (N2) dapat digunakan sebagai bahan bakar. hanya menggunakan udara dan uap air sebagai reacting-gas kemudian menghasilkan water gas atau coal gas, gasifikasi secara nyata mempunyai tingkat emisi udara, kotoran padat dan limbah terendah.
Tetapi, batu bara bukanlah
bahan bakar yang sempurna. Terikat di dalamnya adalah sulfur dan nitrogen, bila batu bara ini terbakar kotoran-kotoran ini akan dilepaskan ke udara, bila mengapung di udara zat kimia ini dapat menggabung dengan uap air (seperti contoh kabut) dan tetesan yang jatuh ke tanah seburuk bentuk asam sulfurik dan nitrit, disebut sebagai "hujan asam" “acid rain”.
Disini juga ada noda mineral kecil, termasuk kotoran yang umum tercampur dengan batu bara, partikel kecil ini tidak terbakar dan membuat debu yang tertinggal di coal combustor, beberapa partikel kecil ini juga tertangkap di putaran combustion gases bersama dengan uap air, dari asap yang keluar dari cerobong beberapa partikel kecil ini adalah sangat kecil setara dengan rambut manusia.

KELAS & JENIS BATUBARA

Berdasarkan tingkat proses
pembentukannya yang dikontrol oleh tekanan, panas dan waktu, batu bara umumnya dibagi dalam lima kelas yakni :
1. Antrasit adalah kelas batu bara tertinggi, dengan warna hitam berkilauan (luster) metalik, mengandung antara 86% - 98% unsur karbon (C) dengan kadar air kurang dari 8%.
2. Bituminus mengandung 68 - 86% unsur karbon (C) dan berkadar air 8-10% dari beratnya. Kelas batu bara yang paling banyak ditambang di Australia.
3. Sub-bituminus mengandung sedikit karbon dan banyak air, dan oleh karenanya menjadi sumber panas yang kurang efisien dibandingkan dengan bituminus.
4. Lignit atau batu bara coklat adalah batu bara yang sangat lunak yang mengandung air 35-75% dari
beratnya.
5. Gambut, berpori dan memiliki kadar air di atas 75% serta nilai kalori yang paling rendah.

UNSUR & RUMUS KIMIA BATUBARA

Batubara adalah salah satu bahan bakar fosil. Pengertian umumnya adalah batuan sedimen yang dapat terbakar, terbentuk dari endapan organik, utamanya adalah sisa-sisa tumbuhan dan terbentuk melalui proses pembatubaraan.
Unsur-unsur utamanya terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen. Batu bara juga adalah batuan organik yang memiliki sifat-sifat fisika dan kimia yang kompleks yang dapat ditemui dalam berbagai bentuk.
Analisa unsur memberikan rumus formula empiris seperti:
. Bituminus dengan rumus C137H97O9NS
. Antrasit dengan rumus C240H90O4NS

GANGGUAN SISTEM TENAGA LISTRIK

Gangguan sistem tenaga listrik adalah keadaan tidak normal dimana keadaan ini dapat mengakibatkan terganggunya kontinuitas pelayanan tenaga listrik. Secara umum klasifikasi gangguan pada system tenaga listrik disebabkan oleh 2 faktor, yaitu:
1. Gangguan yang berasal dari system.
2. Gangguan yang berasal dari luar system. Penyebab gangguan yang berasal dari dalam sistem antara lain :
1. Tegangan dan arus abnormal.
2. Pemasangan yang kurang baik.
3. Kesalahan mekanis karena proses penuaan.
4. Beban lebih.
5. Kerusakan material seperti isolator pecah, kawat putus, atau kabel cacat isolasinya. Sedangkan untuk gangguan yang berasal dari luar sistem antara lain:
1. Gangguan-gangguan mekanis karena pekerjaan galian saluran lain. Gangguan ini terjadi untuk sistem kelistrikan bawah tanah.
2. Pengaruh cuaca seperti hujan, angin, serta surja petir. Pada gangguan surja petir dapat mengakibatkan gangguan tegangan lebih dan dapat menyebabkan gangguan hubung singkat karena tembus isolasi peralatan ( breakdown ).
3. Pengaruh lingkungan seperti pohon, binatang dan benda-benda asing serta akibat kecerobohan manusia. Bila ditinaju dari segi lamanya waktu gangguan, maka dapat dikelompokkan menjadi :
1. Gangguan yang bersifat temporer, yang dapat hilang dengan sendirinya atau dengan memutuskan sesaat bagian yang terganggu dari sumber tegangannya. Gangguan sementara jika tidak dapat hilang dengan segera, baik hilang dengan sendirinya maupun karena bekerjanya alat pengaman dapat berubah menjadi gangguan permanen.
2. Gangguan yang bersifat permanen, dimana untuk membebaskannya diperlukan tindakan perbaikan dan/atau menyingkirkan penyebab gangguan tersebut.
Untuk gangguan yang bersifat sementara setelah arus gangguannya terputus misalnya karena terbukanya circuit breaker oleh rele pengamannya, peralatan atau saluran yang terganggu tersebut siap dioperasikan kembali. Sedangkan pada gangguan permanen terjadi kerusakan yang bersifat permanen sehingga baru bisa dioperasikan kembali setelah bagian yang rusak diperbaiki atau diganti. Pada saat terjadi gangguan akan
mengalir arus yang sangat besar pada fasa yang terganggu menuju titik gangguan, dimana arus gangguan tersebut mempunyai harga yang jauh lebih besar dari rating arus maksimum yang diijinkan, sehingga terjadi kenaikan temperatur yang dapat
mengakibatkan kerusakan pada peralatan listrik yang digunakan.
Sebab–Sebab Timbulnya Gangguan pada Sistem Tenaga Listrik Dalam sistem tenaga listrik tiga fasa, gangguan–gangguan arus lebih yang mungkin terjadi adalah sebagai berikut yaitu :
a. Gangguan beban lebih (overload).
Gangguan ini sebenarnya bukan gangguan murni, tetapi bila dibiarkan terus menerus berlangsung dapat merusak peralatan listrik yang dialiri arus tersebut. Pada saat gangguan ini terjadi arus yang mengalir melebihi dari kapasitas peralatan listrik dan pengaman yang terpasang.
b.Gangguan hubung singkat.
Gangguan hubung singkat dapat terjadi dua fasa, tiga fasa, satu fasa ke tanah, dua fasa ke tanah, atau 3 fasa ke tanah. Gangguan hubung singkat ini sendiri dapat digolongkan menjadi dua kelompok yaitu gangguan hubung singkat simetri dan gangguan hubung singkat tak simetri (asimetri).
Gangguan yang termasuk dalam hubung singkat simetri yaitu gangguan hubung singkat tiga fasa, sedangkan gangguan yang lainnya merupakan gangguan hubung singkat tak simetri (asimetri). Gangguan ini akan mengakibatkan arus lebih pada fasa yang terganggu dan juga akan dapat mengakibatkan kenaikan tegangan pada fasa yang tidak terganggu. Hampir semua gangguan yang terjadi pada sistem tenaga listrik adalah gangguan tidak simetri. Gangguan tidak simetri ini terjadi sebagai akibat gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah, gangguan hubung singkat dua fasa, atau gangguan hubung singkat dua fasa ke tanah. Gangguan-gangguan tidak simetri akan menyebabkan mengalirnya arus tak seimbang dalam sistem sehingga untuk analisa gangguan digunakan metode komponen simetri untuk menentukan arus maupun tegangan di semua bagian sistem setelah terjadi gangguan. Gangguan ini akan mengakibatkan arus lebih pada fasa yang terganggu dan juga akan dapat mengakibatkan kenaikan tegangan pada fasa yang tidak terganggu. Gangguan dapat diperkecil dengan cara pemeliharaannya.
Adapun akibat-akibat yang ditimbulkan dengan adanya gangguan hubung singkat tersebut antara lain:
1. Rusaknya peralatan listrik yang berada dekat dengan gangguan yang disebabkan arus-arus yang besar, arus tak seimbang maupun tegangan-tegangan rendah.
2. Berkurangnya stabilitas daya system tersebut.
3. Terhentinya kontinuitas pelayanan listrik kepada konsumen apabila gangguan hubung singkat tersebut sampai mengakibatkan bekerjanya CB yang biasa disebut dengan pemadaman litrik.
c. Gangguan tegangan lebih.
Gangguan tegangan lebih diakibatkan karena adanya kelainan pada sistem. Gangguan tegangan lebih dapat terjadi antara lain karena : gangguan petir, gangguan surja hubung, di antaranya adalah penutupan saluran tak serempak pada pemutus tiga fasa, penutupan kembali saluran dengan cepat, pelepasan beban akibat gangguan, penutupan saluran yang semula tidak masuk sistem menjadi masuk sistem, dan sebagainya.