Sistem Pembakaran Pada Boiler Pembangkit Listrik Tenaga Uap

Pilihan sistem pembakaran dalam boiler tergantung pada faktor ekonomis dan emisi yang dibutuhkan. Ada beberapa jenis bahan bakar pembakaran dalam boiler yang dapat dibagi menjadi dua metode utama:

• Pembakaran menggunakan burner
  • Burner tunggal (boiler shell and tube, boiler paket)
  • Pengaturan beberapa pembakar dalam tungku (boiler berbahan bakar minyak dan gas besar, PCF boiler)
  • Pembakaran cyclone
• Terbakar dalam suspensi
  • Grate firing
  • Pembakaran fluidized bed (boiler BFB dan CFB)
  • Boiler pemulihan kimia (chemical recovery)

Burner

Burner adalah perangkat yang membakar cairan atau gas secara terus menerus mengumpankan udara dan bahan bakar ke nozzle, di mana mereka dicampur dan dibakar, menghasilkan nyala api. Burner juga bisa digunakan untuk membakar padatan yang telah dihaluskan. Burner dapat dibagi menjadi subkategori berdasarkan bahan percampuran bakar udara:

• Burner difusi: Bahan bakar dan udara dicampur dengan difusi molekuler. Jadi laju pembakarannya adalah dikendalikan oleh difusi.
• Burner premix: Bahan bakar dan udara dicampur sebagian sebelum burner. Biasanya udara rasio bahan bakar jauh lebih rendah daripada rasio stoikiometri. Alasan untuk melakukan premixing adalah untuk meningkatkan efisiensi pembakaran dan mengurangi waktu pembakaran. Pembakar premix digunakan saat membakar bahan bakar berkalori rendah mis. lignit dan gambut.
• Burner yang dikontrol secara kinetik: Pencampuran bahan bakar dan udara dikontrol oleh aerodinamis dan kekuatan turbulensi. Pembakaran dikendalikan murni oleh kinetika pembakaran reaksi.

Susunan Burner

Semakin besar kapasitas yang dibutuhkan untuk satu burner, semakin sulit desainnya. Alih-alih, ketika boiler yang sangat besar dirancang, lebih menguntungkan menggunakan banyak burner kecil serentak.

Single wall firing. Semua burner ditempatkan di satu dinding. Karena pengurangan tata letak dan biaya perpipaan, pengaturan ini menjadi lebih ekonomis daripada pengaturan yang lebih kompleks. Penataan yang paling khas adalah susunan dinding depan. Nyala api dari burner dinding depan dapat dalam boiler besar membentuk lembaran api yang hampir terus menerus. Overfire air digunakan dalam instalasi modern untuk mengontrol NOx.

Front and back wall firing. Ketika kapasitas lebih besar diperlukan, burner ditempatkan baik di dinding depan dan belakang/front and back. Jarak horizontal 1,5 – 2,5 m dan jarak vertikal 2 – 4 m merupakan pengaturan umum. Burner sel mirip dengan burner dinding, kecuali burner sel diatur dalam pasangan burner yang berjarak dekat.

Corner or tangential firing. Pilihan lain adalah menempatkan burner di keempat dinding. Kerugiannya adalah apinya menabrak satu sama lain dengan mudah, menyebabkan pembakaran tidak stabil. Pengaturan tambahan adalah dengan menggunakan pembakaran sudut/corner, yang meningkatkan pencampuran dan memfasilitasi turn-down. Corner firing digunakan terutama dalam boiler berbahan bakar batubara besar. Pengaturan corner firing membentuk pusaran api yang terus menerus yang meningkatkan pencampuran bahan bakar dan udara. Boiler yang memiliki corner firing burner memiliki kolom selang batubara dan nozel udara di setiap sudut boiler dengan kotak angin berjalan di belakang masing-masing.

Roof firing. Bahan bakar kelas rendah seperti lignite dan sulfite liquor membutuhkan waktu pembakaran yang lama. Suhu pembakaran adibatiknya yang rendah membutuhkan ruang bakar berlapis refraktori/tahan api. Burner ini biasanya diaplikasikan pada pembakaran di atap atau downshot, di mana ruang pembakaran terpisah dibangun di samping furnace.

Desain Burner

Salah satu kesulitan utama dalam desain burner adalah memilih pusaran api yang tepat. Mengontrol kecepatan putar campuran gas dari burner mempengaruhi :

• bentuk api
• stabilitas api
• suhu
• emisi (NOx)
• pembentukan jelaga

Tujuan utama dalam desain burner minyak dan gas dalam beberapa tahun terakhir adalah merancang burner yang beroperasi secara stabil dengan tingkat pembentukan NOx yang rendah. Hal ini biasanya dicapai dengan menggunakan pementasan udara/air staging. Tingkat emisi NOx yang ada di lapangan adalah 80 – 120 ppm untuk minyak dan 20 – 40 ppm untuk gas alam.

Pengapian dicapai dengan burner minyak yang dipasang di tengah. Kondisi api dapat diabaikan menggunakan monitor api pada tabung yang dipasang di samping. Udara primer dimasukkan dari pusat dengan bahan bakar (debu batubara, minyak atau gas). Udara sekunder diambil dari saluran udara yang mengelilingi saluran bahan bakar. Kecepatan aksial aliran udara di burner biasanya berkisar antara 30 – 50 m/s. Burner sudah terpasang di dalam dinding boiler. Tabung dinding ditekuk untuk membentuk bukaan dengan ukuran yang sesuai.

Pembakaran pada Bahan Bakar Padat

Bahan bakar padat yang dibakar di boiler industri energi terdiri dari termasuk (bituminus, antrasit, dan lignit atau batubara coklat), lumpur kertas, biomassa (misalnya ampas tebu, kulit kayu, kayu), gambut, RDF (Refuse Derived Fuel), dan sampah kota. Berikut adalah jenis-jenis pembakaran pada bahan bakar padat:

Pulverized Coal Firing (PCF)

Batubara sebagian besar dibakar dalam metode PCF, di mana batubara digiling menjadi partikel halus dan dibakar dalam burner, mirip dengan burner minyak dan gas. Batubara bubuk terbakar seperti gas sehingga api mudah dinyalakan dan dikendalikan. Keuntungan utama dari pulvurized firing adalah tingkat pelepasan panas yang tinggi dan tinggi suhu yang dapat dicapai. PCF dapat digunakan dengan ukuran unit yang sangat besar (hingga 1000 MWth). Kerugian utama di PCF adalah unit tambahan untuk mengendalikan SOx dan NOx. Tingkat emisi NOx adalah 100 – 200 ppm untuk batubara bitumen.

Grate Firing (Pembakaran pada panggangan)

Grate firing adalah jenis pembakaran bahan bakar padat teruta yang terjadi di bed di bagian bawah tungku/furnace. Udara primer dipaksa melalui kisi dan bed yang terbakar. Laju pembakaran bed mengontrol proses pembakaran. Manfaat dari grate firing adalah bahwa semua bentuk bahan bakar padat dapat bakar termasuk batu bara yang hancur. Bahkan bahan bakar kelas rendah seperti gambut dan kulit kayu dapat dibakar. Kerugian utama dari pembakaran grate adalah perubahan laju pembakaran yang lambat. Hal ini dikarenakan jumlah bahan bakar relatif besar yang tidak terbakar sepanjang waktu di perapian.

Tipe tipe Grate Firing antara lain:

• Stationary grates: Grates stasioner memanfaatkan gravitasi untuk memindahkan bahan bakar. Hal ini membutuhkan 30–50 ° dari kemiringan horizontal. Kemiringan kisi tergantung pada bahan bakar dan kemampuannya untuk mengalir selama pembakaran.
• Traveling grate: Alih-alih gravitasi, bahan bakar bisa diangkut dengan sabuk bergerak.Travelling grate memiliki elemen padat yang bergabung ke rantai, yang bergerak secara horizontal dan mengangkut bahan bakar. Bahan bakar biasanya diumpan dengan penyebar ke perapian.
• Mechanical grates: Grates yang lebih besar mengandung part yang bergerak dan dilengkapi dengan umpan bahan bakar otomatis dan penghilangan abu. Grate mekanis hampir selalu miring. Potongan grate dapat dipindahkan secara mekanis secara horizontal maju mundur untuk memfasilitasi gerakan bed.
• Roll grate: Alih-alih permukaan stasioner, grate ini terdiri dari gulungan besar. Bed campuran ini efisien. Meskipun roll grates biasanya dibangun miring, mereka dapat dibangun secara horizontal. Roll grates digunakan umumnya pada pembakaran sampah kota.

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR KONVERSI ENERGI LAINNYA!

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Tier, Sebastian. 2003. Steam Turbine Technology 2^nd Edition. Helsinki: Helsinki University of Technology Department of Mechanical Engineering.

Author: admin