Teknologi Pembakaran Pada PLTU Batubara
Pendahuluan
Klasifikasi kualitas batubara secara umum terbagi 2, yaitu pembagian secara ilmiah dalam hal ini berdasarkan tingkat pembatubaraaan, dan pembagian berdasarkan tujuan tuju an penggunaannya. Berdasarkan Berd asarkan urutan pembatubaraannya, pembatub araannya, batubara terbagi menjadi menj adi batubara muda (brown coal atau atau lignite), sub bituminus, bituminus, dan antrasit. Sedangkan Sed angkan berdasarkan tujuan penggunaannya, penggunaan nya, batubara terbagi menjadi batubara uap ( steam ), batubara kokas (coking coal atau atau steam coal ), ), dan antrasit. metallurgical coal ), Batubara uap merupakan batubara yang skala penggunaannya paling luas. Berdasarkan metodenya, pemanfataan batubara uap terdiri dari pemanfaatan secara langsung yaitu batubara yang telah memenuhi spesifikasi tertentu langsung digunakan setelah melalui proses peremukan (crushing/milling ) terlebih dulu seperti pada P!" batubara, kemudian pemanfaatan dengan memproses terlebih dulu untuk memudahkan penanganan (handling ) seperti #$% (Coal Water Slurry), #&% ( Coal Oil Mixture), dan ##S ( Coal Cartridge System ), dan selanjutnya pemanfataan melalui proses kon'ersi seperti gasifikasi dan pencairan batubara Pada P!" batubara, bahan bakar yang digunakan adalah batubara uap yang terdiri dari kelas sub bituminus dan bituminus. ignit juga mulai mendapat tempat sebagai bahan bakar pada P!" belakangan ini, seiring dengan perkembangan teknologi pembangkitan yang mampu mengakomodasi batubara berkualitas rendah.
ambar . Skema pembangkitan listrik pada P!" batubara (Sumber* !he #oal +esource, 2-) Pada P!", batubara dibakar di boiler menghasilkan menghasilkan panas yang digunakan untuk mengubah air dalam pipa yang dileatkan di boiler tersebut tersebut menjadi uap, yang selanjutnya digunakan untuk menggerakkan turbin dan memutar generator.
Kinerja pembangkitan listrik pada P!" sangat ditentukan oleh efisiensi panas pada proses pembakaran batubara tersebut, karena ka rena selain berpengaruh berpengaru h pada efisiensi pembangkitan, juga dapat menurunkan biaya pembangkitan. Kemudian dari segi lingkungan, diketahui baha jumlah emisi #&2 per satuan kalori dari batubara adalah yang terbanyak bila dibandingkan dib andingkan dengan bahan b ahan bakar fosil lainnya, dengan perbandingan untuk batubara, minyak, dan gas adalah /*-*0. Sehingga berdasarkan uji coba yang mendapatkan hasil baha kenaikan efisiensi panas sebesar 1 akan dapat menurunkan emisi #&2 sebesar 2,/1, maka efisiensi panas yang meningkat akan dapat mengurangi beban lingkungan secara signifikan akibat pembakaran batubara. &leh karena itu, dapat dikatakan baha teknologi pembakaran (combustion technology ) merupakan tema utama pada upaya peningkatan efisiensi efis iensi pemanfaatan batubara batuba ra secara langsung sekaligus s ekaligus upaya antisipasi isu lingkungan ke depannya. Pada dasarnya metode pembakaran pada P!" terbagi 0, yaitu pembakaran lapisan tetap ( fixed fixed bed combustion), pembakaran batubara serbuk pulverized (pulverized ), dan pembakaran lapisan mengambang ( fluidized coal combustion /CC ), fluidized bed ). ambar 0 di baah ini menampilkan jenis jenis boiler yang combustion / !"C ). digunakan untuk masing masing metode pembakaran.
ambar 2. !ipikal boiler berdasarkan metode pembakaran (Sumber* 3demitsu Kosan #o., td) Pembakaran Lapisan Tetap
%etode lapisan tetap menggunakan stoker boiler untuk untuk proses pembakarannya. Sebagai bahan bakarnya adalah batubara dengan kadar abu yang tidak terlalu rendah dan berukuran maksimum sekitar 0mm. Selain itu, karena adanya pembatasan sebaran ukuran u kuran butiran batubara batub ara yang digunakan, digunakan , maka perlu dilakukan pengurangan jumlah fine coal yang yang ikut tercampur ke dalam batubara tersebut. 4lasan tidak digunakannya batubara dengan kadar abu yang terlalu rendah adalah karena pada metode pembakaran ini, batubara dibakar di atas lapisan abu tebal yang terbentuk di atas kisi api (traveling fire grate) pada stoker boiler . Bila kadar abunya sangat sedikit, lapisan abu tidak akan terbentuk di atas
kisi tersebut sehingga pembakaran akan langsung terjadi pada kisi, yang dapat menyebabkan kerusakan yang parah pada bagian tersebut. &leh karena itu, kadar abu batubara yang disukai untuk tipe boiler ini adalah sekitar /1. 4dapun tebal minimum lapisan abu yang diperlukan untuk pembakaran adalah /cm.
ambar 0. Stoker Boiler (Sumber* 3demitsu Kosan #o., td) Pada pembakaran dengan stoker ini, abu hasil pembakaran berupa fly ash jumlahnya sedikit, hanya sekitar 01 dari keseluruhan. Kemudian dengan upaya seperti pembakaran 5&6 dua tingkat, kadar 5&6 dapat diturunkan hingga sekitar 2/ 0 ppm. Sedangkan untuk menurunkan S&6, masih diperlukan tambahan fasilitas berupa alat desulfurisasi gas buang. Pembakaran Batubara Serbuk (Pulverized Coal Combustion/PCC)
Saat ini, kebanyakan P!" terutama yang berkapasitas besar masih menggunakan metode P## pada pembakaran bahan bakarnya. 7al ini karena sistem P## merupakan teknologi yang sudah terbukti dan memiliki tingkat kehandalan yang tinggi. "paya perbaikan kinerja P!" ini terutama dilakukan dengan meningkatkan suhu dan tekanan dari uap yang dihasilkan selama proses pembakaran. Perkembangannya dimulai dari sub critical steam, kemudian super critical steam, serta ultra super critical steam ("S#). Sebagai contoh P!" yang menggunakan teknologi "S# adalah pembangkit no. dan 2 milik 89Poer di teluk !achibana, 8epang, yang boilernya masing masing berkapasitas / %$ buatan Babcock 7itachi. !ekanan uap yang dihasilkan adalah sebesar 2/ %Pa (2/-.:0 kgf;cm2) dan suhunya mencapai <℃;<℃ (# stage reheat cycle).
Perkembangan kondisi uap dan grafik peningkatan efisiensi pembangkitan pada P## ditunjukkan pada gambar - di di baah ini.
ambar -. Perkembangan kondisi uap P!" (Sumber* #lean #oal !echnologies in 8apan, 2/) Pada P##, batubara diremuk dulu dengan menggunakan coal pulverizer (coal mill ) sampai berukuran 2 mesh (diameter =->m), kemudian bersama sama dengan udara pembakaran disemprotkan ke boiler untuk dibakar. Pembakaran metode ini sensitif terhadap kualitas batubara yang digunakan, terutama sifat ketergerusan ( grindability), sifat slagging , sifat fauling , dan kadar air (moisture content ). Batubara yang disukai untuk boiler P## adalah yang memiliki sifat ketergerusan dengan 73 ( $ardgrove %rindability &ndex) di atas - dan kadar air kurang dari 01, serta rasio bahan bakar ( fuel ratio) kurang dari 2. Pembakaran dengan metode P## ini akan menghasilkan abu yang terdiri diri dari clinker ash sebanyak /1 dan sisanya berupa fly ash.
ambar /. P## Boiler
(Sumber* 3demitsu Kosan #o., td) Ketika dilakukan pembakaran, senyaa 5itrogen yang ada di dalam batubara akan beroksidasi membentuk 5&6 yang disebut dengan fuel 5&6, sedangkan 5itrogen pada udara pembakaran akan mengalami oksidasi suhu tinggi membentuk 5&6 pula yang disebut dengan thermal 5&6. Pada total emisi 5&6 dalam gas buang, kandungan fuel 5&6 mencapai ? :1. "ntuk mengatasi 5&6 ini, dilakukan tindakan denitrasi (de95&6) di boiler saat proses pembakaran berlangsung, dengan memanfaatkan sifat reduksi 5&6 dalam batubara.
ambar <. Proses denitrasi pada boiler P## (Sumber* #oal Science 7andbook, 2/) Pada proses pembakaran tersebut, kecepatan injeksi campuran batubara serbuk dan udara ke dalam boiler dikurangi sehingga pengapian bahan bakar dan pembakaran juga melambat. 7al ini dapat menurunkan suhu pembakaran, yang berakibat pada menurunnya kadar thermal 5&6. Selain itu, sebagaimana terlihat pada gambar < di atas, bahan bakar tidak semuanya dimasukkan ke @ona pembakaran utama, tapi sebagian dimasukkan ke bagian di sebelah atas burner utama. 5&6 yang dihasilkan dari pembakara utama selanjutnya dibakar melalui 2 tingkat. Ai @ona reduksi yang merupakan pembakaran tingkat pertama atau disebut pula pembakaran reduksi (reducing combustion), kandungan 5itrogen dalam bahan bakar akan diubah menjadi 52. Selanjutnya, dilakukan pembakaran tingkat kedua atau pembakaran oksidasi (oxidizing combustion), berupa pembakaran sempurna di @ona pembakaran sempurna. Aengan tindakan ini, 5&6 dalam gas buang dapat ditekan hingga
mencapai / 2 ppm. Sedangkan untuk desulfurisasi masih memerlukan peralatan tambahan yaitu alat desulfurisasi gas buang. Pembakaran Lapisan Mengambang (luidized Bed Combustion/BC)
Pada pembakaran dengan metode B#, batubara diremuk terlebih dulu dengan menggunakan crusher sampai berukuran maksimum 2/mm. !idak seperti pembakaran menggunakan stoker yang menempatkan batubara di atas kisi api selama pembakaran atau metode P## yang menyemprotkan campuran batubara dan udara pada saat pembakaran, butiran batubara dijaga agar dalam posisi mengambang, dengan cara meleatkan angin berkecepatan tertentu dari bagian baah boiler . Keseimbangan antara gaya dorong ke atas dari angin dan gaya gra'itasi akan menjaga butiran batubara tetap dalam posisi mengambang sehingga membentuk lapisan seperti fluida yang selalu bergerak. Kondisi ini akan menyebabkan pembakaran bahan bakar yang lebih sempurna karena posisi batubara selalu berubah sehingga sirkulasi udara dapat berjalan dengan baik dan mencukupi untuk proses pembakaran. Karena sifat pembakaran yang demikian, maka persyaratan spesifikasi bahan bakar yang akan digunakan untuk B# tidaklah seketat pada metode pembakaran yang lain. Secara umum, tidak ada pembatasan yang khusus untuk kadar @at terbang (volatile matter ), rasio bahan bakar ( fuel ratio) dan kadar abu. Bahkan semua jenis batubara termasuk peringkat rendah sekalipun dapat dibakar dengan baik menggunakan metode B# ini. 7anya saja ketika batubara akan dimasukkan ke boiler , kadar air yang menempel di permukaannya ( free moisture) diharapkan tidak lebih dari -1. Selain kelebihan di atas, nilai tambah dari metode B# adalah alat peremuk batubara yang dipakai tidak terlalu rumit, serta ukuran boiler dapat diperkecil dan dibuat kompak. Bila suhu pembakaran pada P## adalah sekitar - /℃, maka pada B#, suhu pembakaran berkisar antara ?/ :℃ saja sehingga kadar thermal 5&6 yang timbul dapat ditekan. Selain itu, dengan mekanisme pembakaran 2 tingkat seperti pada P##, kadar 5&6 total dapat lebih dikurangi lagi. Kemudian, bila alat desulfurisasi masih diperlukan untuk penanganan S&6 pada metode pembakaran tetap dan P##, maka pada B#, desulfurisasi dapat terjadi bersamaan dengan proses pembakaran di boiler . 7al ini dilakukan dengan cara mencampur batu kapur (lime stone, #a#&0) dan batubara kemudian secara bersamaan dimasukkan ke boiler . S&6 yang dihasilkan selama proses pembakaran, akan bereaksi dengan kapur membentuk gipsum (kalsium sulfat). Selain untuk proses desulfurisasi, batu kapur juga berfungsi sebagai media untuk fluidized bed karena sifatnya yang lunak sehingga pipa pemanas (heat exchanger tube) yang terpasang di dalam boiler tidak mudah aus.
ambar =. !ipikal boiler B# (Sumber* #oal Science 7andbook, 2/) Berdasarkan mekanisme kerja pembakaran, metode B# terbagi 2 yaitu "ubbling B# dan Circulating B# (#B#), seperti ditampilkan pada gambar = di atas. Aapat dikatakan baha "ubbling B# merupakan prinsip dasar B#, sedangkan #B# merupakan pengembangannya. Pada #B#, terdapat alat lain yang terpasang pada boiler yaitu cyclone suhu tinggi. Partikel media fluidized bed yang belum bereaksi dan batubara yang belum terbakar yang ikut terbang bersama aliran gas buang akan dipisahkan di cyclone ini untuk kemudian dialirkan kembali ke boiler . %elalui proses sirkulasi ini, ketinggian fluidized bed dapat terjaga, proses denitrasi dapat berlangsung lebih optimal, dan efisiensi pembakaran yang lebih tinggi dapat tercapai. &leh karena itu, selain batubara berkualitas rendah, material seperti biomasa, sludge, plastik bekas, dan ban bekas dapat pula digunakan sebagai bahan bakar pada #B#. 4dapun abu sisa pembakaran hampir semuanya berupa fly ash yang mengalir bersama gas buang, dan akan ditangkap lebih dulu dengan menggunakan 'lectric recipitator sebelum gas buang keluar ke cerobong asap ( stack ).
ambar ?. #B# Boiler
(Sumber* 3demitsu Kosan #o., td) Pada B#, bila tekanan di dalam boiler sama dengan tekanan udara luar, disebut dengan (tmospheric !"C (4B#), sedangkan bila tekanannya lebih tinggi dari pada tekanan udara luar, sekitar %Pa, disebut dengan ressurized !"C (PB#). aktor tekanan udara pembakaran memberikan pengaruh terhadap perkembangan teknologi B# ini. "ntuk "ubbling B# berkembang dari PB# menjadi (dvanced PB# (49PB#), sedangkan untuk #B# selanjutnya berkembang menjadi &nternal #B# (3#B#) dan kemudian ressurized 3#B# (P3#B#). PFBC
Pada PB#, selain dihasilkan panas yang digunakan untuk memanaskan air menjadi uap untuk memutar turbin uap, dihasilkan pula gas hasil pembakaran yang memiliki tekanan tinggi yang dapat memutar turbin gas, sehingga P!" yang menggunakan PB# memiliki efisiensi pembangkitan yang lebih baik dibandingkan dengan 4B# karena mekanisme kombinasi (combined cycle) ini. 5ilai efisiensi bruto pembangkitan (gross efficiency) dapat mencapai -01. Sesuai dengan prinsip pembakaran pada B#, S&6 yang dihasilkan pada PB# dapat ditekan dengan mekanisme desulfurisasi bersamaan dengan pembakaran di dalam boiler , sedangkan 5&6 dapat ditekan dengan pembakaran pada suhu relatif rendah (sekitar ?<℃) dan pembakaran 2 tingkat. Karena gas hasil pembakaran masih dimanfaatkan lagi dengan mengalirkannya ke turbin gas, maka abu pembakaran yang ikut mengalir keluar bersama dengan gas tersebut perlu dihilangkan lebih dulu. Pemakaian #! (Ceramic )ube !ilter ) dapat menangkap abu ini secara efektif. Kondisi bertekanan yang menghasilkan pembakaran yang lebih baik ini secara otomatis akan menurunkan kadar emisi #&2 sehingga dapat mengurangi beban lingkungan.
ambar :. Prinsip kerja PB#
(Sumber* #oal 5ote, 2) "ntuk lebih meningkatkan efisiensi panas, unit gasifikasi sebagian (partial gasifier ) yang menggunakan teknologi gasifikasi lapisan mengambang (fluidized bed gasification) kemudian ditambahkan pada unit PB#. Aengan kombinasi teknologi gasifikasi ini maka upaya peningkatan suhu gas pada pintu masuk (inlet ) turbin gas memungkinkan untuk dilakukan. Pada proses gasifikasi di partial gasifier tersebut, kon'ersi karbon yang dicapai adalah sekitar ?/1. 5ilai ini dapat ditingkatkan menjadi 1 melalui kombinasi dengan pengoksidasi (oxidizer ). Pengembangan lebih lanjut dari PB# ini dinamakan dengan (dvanced PB# (49PB#), yang prinsip kerjanya ditampilkan pada gambar di baah ini. Cfisiensi netto pembangkitan (net efficiency) yang dihasilkan pada 49PB# ini sangat tinggi, dapat mencapai -<1.
ambar . Prinsip kerja 49PB# (Sumber* #oal Science 7andbook, 2/) ICFBC
Penampang boiler 3#B# ditampilkan pada gambar di baah ini.
ambar . Penampang boiler 3#B# (Sumber* #oal 5ote, 2) Seperti terlihat pada gambar, ruang pembakaran utama *primary combustion chamber+ dan ruang pengambilan panas *heat recovery chamber+ dipisahkan oleh dinding penghalang yang terpasang miring. Kemudian, karena pipa pemanas (heat exchange tube) tidak terpasang langsung pada ruang pembakaran utama, maka tidak ada kekhaatiran terhadap keausan pipa sehingga pasir silika digunakan sebagai pengganti batu kapur untuk media B#. Batu kapur masih tetap digunakan sebagai bahan pereduksi S&6, hanya jumlahnya ditekan sesuai dengan keperluan saja. Ai bagian baah ruang pembakaran utama terpasang windbox untuk mengalirkan angin ke boiler , dimana angin ber'olume kecil dialirkan melalui bagian tengah untuk menciptakan lapisan bergerak (moving bed ) yang lemah, dan angin ber'olume besar dialirkan meleati kedua sisi windbox tersebut untuk menimbulkan lapisan bergerak yang kuat. Aengan demikian maka pada bagian tengah ruang pembakaran utama akan terbentuk lapisan bergerak yang turun secara perlahan, sedangkan pada kedua sisi ruang tersebut, media B# akan terangkat kuat ke atas menuju ke bagian tengah ruang pembakaran utama dan kemudian turun perlahan lahan, dan kemudian terangkat lagi oleh angin ber'olume besar dari windbox. Proses ini akan menciptakan aliran berbentuk spiral ( spiral flow) yang terjadi secara kontinyu pada ruang pembakaran utama. %ekanisme aliran spiral dari media B# ini dapat menjaga suhu lapisan mengambang supaya seragam. Selain itu, karena aliran tersebut bergerak dengan sangat dinamis, maka pembuangan material yang tidak terbakar juga lebih mudah. Kemudian, ketika media B# yang terangkat kuat tersebut sampai di bagian atas dinding penghalang, sebagian akan berbalik menuju ke ruang pengambilan panas. Karena pada ruang pengambilan panas tersebut juga dialirkan angin dari bagian baah, maka pada ruang tersebut akan terbentuk lapisan bergerak yang turun
perlahan juga. 4kibatnya, media B# akan mengalir dari ruang pembakaran utama menuju ke ruang pengambilan panas kemudian kembali lagi ke ruang pembakaran utama, membentuk aliran sirkulasi (circulating flow) di antara kedua ruang tersebut. %enggunakan pipa pemanas yang terpasang pada ruang pengambilan panas, panas dari ruang pembakaran utama diambil melalui mekanisme aliran sirkulasi tadi. Secara umum, perubahan 'olume angin yang dialirkan ke ruang pengambilan panas berbanding lurus dengan koefisien hantar panas secara keseluruhan. Aengan demikian maka hanya dengan mengatur 'olume angin tersebut, tingkat keterambilan panas serta suhu pada lapisan mengambang dapat dikontrol dengan baik, sehingga pengaturan beban dapat dilakukan dengan mudah pula. "ntuk lebih meningkatkan kinerja pembangkitan, proses pada 3#B# kemudian diberi tekanan dengan cara memasukkan unit 3#B# ke dalam adah bertekanan ( pressurized vessel ), yang selanjutnya disebut dengan ressurized 3#B# (P3#B#). Aengan mekanisme ini maka selain uap air, akan dihasilkan pula gas hasil pembakaran bertekanan tinggi yang dapat digunakan untuk memutar turbin gas sehingga pembangkitan secara kombinasi (combined cycle) dapat diujudkan. Pembangkitan !ombinasi "engan #asi$ikasi Batubara
Peningkatan efisiensi pembangkitan dengan mekanisme kombinasi melalui pemanfaatan gas sintetis hasil proses gasifikasi seperti pada 49PB#, selanjutnya mengarahkan teknologi pembangkitan untuk lebih mengintensifkan penggunaan teknologi gasifikasi batubara ke dalam sistem pembangkitan. "paya ini akhirnya menghasilkan sistem pembangkitan yang disebut dengan I ntegrated Coal G asification C ombined C ycle (3##). Karena tulisan ini hanya membahas perkembangan teknologi pembangkitan listrik, maka penjelasan tentang bagaimana proses gasifikasi batubara berlangsung tidak akan diterangkan disini. IGCC
aris besar diagram alir pembangkit listrik sistem 3## ditampilkan pada gambar 2 di baah ini.
ambar 2. !ipikal 3## (Sumber* #lean #oal !echnologies in 8apan, 2/) Seperti terlihat pada gambar, pada sistem ini terdapat alat gasifikasi (gasifier ) yang digunakan untuk menghasilkan gas, umumnya bertipe entrained flow. Dang tersedia di pasaran saat ini untuk tipe tersebut misalnya #he'ron !e6aco (lisensinya sekarang dimiliki C Cnergy), C9as (lisensinya dulu dimiliki Ao, kemudian Aestec, dan terakhir #onoco Phillips ), dan Shell. Prinsip kerja ketiga alat tersebut adalah sama, yaitu batubara dan oksigen berkadar tinggi dimasukkan kedalamnya kemudian dilakukan reaksi berupa oksidasi sebagian (partial oxidation) untuk menghasilkan gas sintetis ( syngas), yang ?/1 lebih komposisinya terdiri dari 72 dan #&. Karena reaksi berlangsung pada suhu tinggi, abu pada batubara akan melebur dan membentuk slag dalam kondisi meleleh ( glassy slag ). 4dapun panas yang ditimbulkan oleh proses gasifikasi dapat digunakan untuk menghasilkan uap bertekanan tinggi, yang selanjutnya dialirkan ke turbin uap. &ksigen yang digunakan untuk proses gasifikasi dihasilkan dari fasilitas (ir Separation ,nit (4S"). "nit ini berfungsi untuk memisahkan oksigen dari udara melalui mekanisme cryogenic separation, menghasilkan oksigen berkadar sekitar :/1. Selain oksigen, pada 4S" juga dihasilkan nitrogen yang digunakan sebagai media inert untuk feeding batubara ke gasifier , selain dapat pula digunakan untuk menurunkan suhu pada combustor sehingga emisi 5&6 dapat terkontrol. Pada gas sintetis, selain 72 dan #& juga dihasilkan unsur lain yang tidak ramah lingkungan seperti 7#5, 72S, 570, #&S, uap air raksa, dan char. &leh karena itu, gas harus diproses terlebih dulu untuk menghilangkan bagian tersebut sebelum dikirim ke turbin gas. as buang dari turbin gas kemudian mengalir ke $eat -ecovery Steam %enerator (7+S) yang berfungsi mengubah panas dari gas tersebut menjadi uap air, yang selanjutnya dialirkan menuju turbin uap. Aengan mekanisme seperti ini, efisiensi netto pembangkitan yang dihasilkan juga jauh melebihi pembangkitan pada sistem biasa (P##) yang saat ini mendominasi. Selain efisiensi pembangkitan, kelebihan lain 3## adalah sangat rendahnya kadar emisi polutan yang dihasilkan, fleksibilitas bahan bakar yang dapat
digunakan, penggunaan air yang 09-1 lebih rendah dibanding P!" kon'ensional (P##), tingkat penangkapan #&2 yang signifikan, slag yang dapat dimanfaatkan untuk material pekerjaan konstruksi, dan lain lain. Sebagai contoh adalah 5uon 3## yang terletak di Buggenum, Belanda, berkapasitas 2/%$. Pembangkit ini menghasilkan efisiensi netto sebesar -01 ( .ow $eating alue ), dengan performansi baku mutu lingkungan yang sangat bagus. Cmisi 5&6 yang dihasilkan sangat rendah yaitu kurang dari ppm, kemudian efisiensi pembuangan sulfur di atas ::1, tingkat emisi flyash, senyaa klorida dan logam berat mudah menguap yang bisa dibilang nol, serta air limbah yang bisa diresirkulasi kembali sehingga tidak ada buangan air limbah ke lingkungan. Ai samping kelebihan tersebut, terdapat pula kelemahan pada sistem 3## yang dikembangkan saat ini, misalnya, besarnya kapasitas pembangkitan yang ditentukan berdasarkan banyaknya unit dan model turbin gas yang akan digunakan. #ontohnya untuk turbin gas C rame =4 yang berkapasitas 2=/%$. 4pabila 3## akan dioperasikan dengan kapasitas pembangkitan 2=/%$, berarti cukup unit yang dipasang. Bila 2 unit yang akan digunakan, berarti kapasitas pembangkitan menjadi //%$, dan bila 0 unit maka akan menjadi ?2/%$. Kemudian bila kapasitas pembangkitan yang diinginkan adalah di baah 2%$, maka model yang dipakai bukan lagi C rame =4, tapi C =4 yang berkapasitas :=%$. Aemikian pula bila menghendaki kapasitas pembangkitan yang lebih kecil lagi, maka C <4 yang berkapasitas ?/%$ dapat digunakan. Aengan kombinasi antara model dan banyaknya unit turbin gas yang akan digunakan ini, selain akan membatasi kapasitas pembangkitan pada 3##, sebenarnya juga akan mempersempit rentang operasi. %isalnya ketika akan menurunkan beban pada saat operasi puncak, hal itu mesti dilakukan dengan menurunkan beban pada turbin gas. Penurunan beban turbin gas ini otomatis akan menurunkan efisiensi pembangkitan dan akibat yang kurang baik pada emisi polutan yang dihasilkan. Kelemahan lain yang perlu dicermati dari sistem 3## saat ini adalah ongkos pembangkitan per k$ dan operation E maintenance (& E %) yang lebih mahal, serta availability factor (4) yang lebih rendah dibanding P##. Sejarah 3## dimulai pada tahun := ketika perusahaan S!C4 dari 8erman Barat mengembangan 3## berkapasitas =%$. 8auh setelahnya, proyek demonstration plant 3## bernama Cool Water diluncurkan di 4S pada tahun :?-, yang mengoperasikan 3## berkapasitas 2%$ sampai dengan tahun :?:. Sampai tulisan ini dibuat, sebenarnya belum ada unit 3## yang murni komersial. Penyebab utamanya adalah in'estasi pembangunannya yang besar, serta teknologi 3## yang belum terbukti. !eknologi 3## disini maksudnya adalah rangkaian proses dari keseluruhan bangunan (building block ) yang membentuk sistem 3## utuh. 7al ini perlu ditekankan karena teknologi dari
masing masing unit pada 3## misalnya gasifier , 7+S, turbin gas, turbin uap, dan yang lainnya merupakan teknologi yang sudah terbukti. Selama perkembangan yang berlangsung sekitar 2 tahun lebih sejak proyek Cool Water , unit 3## yang beroperasi secara komersial saat ini baik di 4S maupun di Cropa pada aalnya berstatus demonstration plant . #ontoh beberapa plant 3## tersebut adalah . !ampa Clectric Polk 2/%$ 3## Poer Station, terletak di lorida, 4S. 3## ini beroperasi sejak September ::< dibaah proyek !ampa, menggunakan gasifier dari #he'ron !e6aco (sekarang C Cnergy). Bahan bakar yang digunakan adalah batubara dan petroleum coke *petcoke+. %asalah yang dihadapi adalah lebih rendahnya tingkat kon'ersi karbon dibandingkan dengan nilai yang direncanakan. Pernah pula terjadi fauling pada gas cooler . 2. $abash +i'er 2<%$ 3## Poer Station, terletak di 3ndiana, 4S. Beroperasi sejak September ::/ dibaah proyek $abash +i'er, pembangkit ini menggunakan teknologi gasifikasi dari lobal Cnergy (saat ini bagian dari #onoco Phillips). Sejak berakhirnya proyek dari Aepartemen Cnergi 4S (A&C) pada tahun 2, bahan bakar yang digunakan adalah petcoke 1. 0. 5uon 2/%$ 3## Poer Station, terletak di Buggenum, Belanda. 3## ini bermula dari proyek Aemkolec yang dimulai pada bulan 8anuari ::-. !eknologi yang digunakan adalah dari Shell, yang bahan bakarnya adalah batubara dicampur dengan biomassa ( sludge dan sampah kayu) untuk lebih mengurangi emisi #&2. %asalah yang pernah terjadi adalah kebocoran pipa gas cooler dan timbulnya fauling pada gas cooler ketika campuran sludge sekitar -9/1.
ambar 0. 5uon 3##, Buggenum (Sumber* !homas #hhoa, Shell as E Poer, 2/)
-. Clcogas 0%$ 3## Poer Station, terletak di Puertollano, Spanyol. Pembangkit 3## ini beroperasi sejak 8uni ::< dibaah proyek Puertollano, menggunakan teknologi gasifikasi dari Prenflo (saat ini bagian dari Shell). Bahan bakarnya berupa campuran petcoke dan batubara berkadar abu -1 dengan perbandingan /*/. Ai baah program dari "ni Cropa, plant ini direncanakan sebagai tempat untuk proyek pengambilan #&2 (#&2 recovery) dan produksi 72. Aengan mempertimbangkan berbagai faktor diantaranya efisiensi pembangkitan yang tinggi, faktor ramah lingkungan, dan teknologi gasifikasi yang sudah terbukti, upaya untuk lebih mengurangi kelemahan 3## sudah mulai dilakukan. Selain dari segi biaya, dilakukan pula upaya untuk lebih meningkatkan efisiensi pembangkitan, yaitu dengan menambahkan sel bahan bakar (fuel cell ) ke dalam sistem 3##. Aengan demikian, akan terdapat 0 jenis kombinasi pembangkitan pada sistem yang baru ini yaitu turbin gas, turbin uap, dan fuel cell . %etode pembangkitan ini disebut dengan I ntegrated Coal G asification F uel C ell Combined Cycle (3#), yang diagram alirnya ditampilkan pada gambar < di baah ini.
ambar -. !ipikal 3# (Sumber* #lean #oal !echnologies in 8apan, 2/) Pada sel bahan bakar, pembangkitan listrik dilakukan secara langsung melalui reaksi elektrokimia antara hidrogen dan oksigen sehingga tingkat kerugian energinya sedikit dan efisiensi pembangkitannya tinggi. 7idrogen tersebut dapat berasal dari gas alam, gas bio, atau gas hasil gasifikasi batubara. Berdasarkan material yang digunakan untuk elektrolitnya, sel bahan bakar terbagi - yaitu hosphoric0(cid !uel Cell (P4#), Molten Carbonate !uel Cell (%##), Solid0 Oxide !uel Cell (S&#), dan roton0'xchange Membrane !uel Cell (PC#). Ai baah ini ditampilkan karakteristik dari keempat jenis sel bahan bakar tersebut. !abel . Karakteristik Sel Bahan Bakar (Sumber* #lean #oal !echnologies in 8apan, 2/)
Aari tabel di atas terlihat baha sel bahan bakar yang sesuai untuk kombinasi pembangkitan dengan turbin gas adalah S&#, karena reaksinya menghasilkan suhu yang sangat tinggi. Aibandingkan dengan P##, pembangkitan dengan metode 3# ini secara teoretis mampu mengurangi emisi #&2 sebesar 01. Kelebihan lainnya adalah tingginya efisiensi pembangkitan yang dapat dicapai yaitu minimal //1. Aisamping kelebihan tersebut, terdapat beberapa hal yang perlu diperhatikan sebelum 3# benar benar dapat diaplikasikan secara komersial. Dang pertama adalah urgensi pematangan teknologi 3##, karena 3# pada dasarnya adalah pengembangan dari 3##. Kemudian, perlunya pengembangan sel bahan bakar yang berefisiensi tinggi tapi murah, untuk mendukung biaya pembangkitan yang kompetitif ke depannya. Penutup
Perkembangan teknologi pembakaran pada P!" batubara telah disajikan di atas. Secara umum dapat dikatakan baha suatu teknologi yang berkembang tidak terlepas dari hal pokok yang disebut 0C, yaitu 'ngineering (sisi teknis), 'conomy (sisi ekonomis), dan 'nvironment (sisi lingkungan). Pada tahap aal, faktor 'conomy mungkin menjadi pertimbangan utama untuk pembangunan fasilitas pembangkitan, diikuti 'ngineering , dan terakhir 'nvironment . 5amun seiring dengan upaya pengurangan polusi atau pencemaran lingkungan yang menyebabkan makin ketatnya baku mutu lingkungan, terlihat baha urutan 0C tersebut mulai berubah. aktor 'nvironment secara perlahan menempati urutan pertama dalam pertimbangan pengembangan teknologi, kemudian 'ngineering , dan terakhir justru 'conomy. %engambil contoh 3##, adalah ajar bila tahap aal perkembangannya pasti memerlukan biaya yang besar. 5amun seiring dengan menguatnya isu lingkungan dan matangnya teknologi tersebut, biaya itu akan menurun dan pada aktu tertentu akan kompetitif terhadap teknologi yang sudah ada. Sebaliknya, teknologi pembangkitan yang ada, misalnya P## yang saat ini mendominasi, lambat laun akan semakin mahal untuk mengakomodasi standar mutu lingkungan yang semakin ketat, dan pada akhirnya justru malah akan membebani dari segi ekonomi. Ai baah ini ditampilkan perbandingan biaya pembangkitan antara
3## dan P## di 4S selama kurun 2 tahun terakhir, dan prediksinya di masa depan.
ambar /. Perbandingan Biaya Pembangkitan per k$ 3## dan P## di 4S (Sumber* 8#&4 8ournal, 'ol.0, 8an. 2<) Aari grafik di atas terlihat baha selama 2 tahun terakhir, biaya pembangkitan untuk P## meningkat sekitar /1. Peningkatan tersebut diakibatkan oleh penambahan peralatan untuk mengurangi beban lingkungan, misalnya fasilitas desulfurisasi (A). Sebaliknya, biaya pembangkitan per k$ pada 3## justru semakin menurun, dan diharapkan pada tahun 2, nilainya akan sama dengan pada P##, yaitu sekitar F2. (http*;;imambudiraharjo.ordpress.com;2:;0;<;teknologi9pembakaran9pada9 pltu9batubara;)
Mengenal Batubara
Posted by imambudiraharjo on %arch /, 2: Latar Belakang
Batubara merupakan salah satu sumber energi primer yang memiliki riayat pemanfaatan yang sangat panjang. Beberapa ahli sejarah yakin baha batubara pertama kali digunakan secara komersial di #ina. 4da laporan yang menyatakan baha suatu tambang di timur laut #ina menyediakan batu bara untuk mencairkan tembaga dan untuk mencetak uang logam sekitar tahun S%. Bahkan petunjuk paling aal tentang batubara ternyata berasal dari filsuf dan ilmuan Dunani yaitu 4ristoteles, yang menyebutkan adanya arang seperti batu. 4bu batu bara yang ditemukan di reruntuhan bangunan bangsa +omai di 3nggris juga menunjukkan baha batubara telah digunakan oleh bangsa +omai pada tahun - S%. #atatan sejarah dari 4bad Pertengahan memberikan bukti pertama penambangan batu bara di Cropa, bahkan suatu perdagangan internasional batu bara laut dari lapisan batu bara yang tersingkap di pantai 3nggris dikumpulkan dan diekspor ke Belgia. Selama +e'olusi 3ndustri pada abad ? dan :, kebutuhan akan batubara amat mendesak. Penemuan re'olusional mesin uap oleh 8ames $att, yang dipatenkan pada tahun =<:, sangat berperan dalam pertumbuhan penggunaan batu bara. &leh karena itu, riayat penambangan dan penggunaan batu bara tidak dapat dilepaskan dari sejarah +e'olusi 3ndustri, terutama terkait dengan produksi besi dan baja, transportasi kereta api dan kapal uap. 5amun tingkat penggunaan batubara sebagai sumber energi primer mulai berkurang seiring dengan semakin meningkatnya pemakaian minyak. Aan akhirnya, sejak tahun :< minyak menempati posisi paling atas sebagai sumber energi primer menggantikan batubara. %eskipun demikian, bukan berarti baha batubara akhirnya tidak berperan sama sekali sebagai salah satu sumber energi primer. Krisis minyak pada tahun :=0 menyadarkan banyak pihak baha ketergantungan yang berlebihan pada salah satu sumber energi primer, dalam hal ini minyak, akan menyulitkan upaya pemenuhan pasokan energi yang kontinyu. Selain itu, labilnya kondisi keamanan di !imur !engah yang merupakan produsen minyak terbesar juga sangat berpengaruh pada fluktuasi harga maupun stabilitas pasokan. Keadaan inilah yang kemudian mengembalikan pamor batubara sebagai alternatif sumber energi primer, disamping faktor faktor berikut ini* . Cadangan batubara sangat ban%ak dan tersebar luas . Aiperkirakan terdapat lebih dari :?- milyar ton cadangan batubara terbukti (pro'en coal reser'es) di seluruh dunia yang tersebar di lebih dari = negara. Aengan asumsi tingkat produksi pada tahun 2- yaitu sekitar -.<0 milyar ton per tahun untuk produksi batubara keras (hard coal) dan ?=: juta ton per tahun untuk batubara muda (bron coal), maka cadangan batubara diperkirakan dapat bertahan hingga <- tahun. Sebaliknya, dengan tingkat produksi
pada saat ini, minyak diperkirakan akan habis dalam aktu - tahun, sedangkan gas adalah <= tahun. Aisamping itu, sebaran cadangannya pun terbatas, dimana
Batubara adalah mineral organik yang dapat terbakar, terbentuk dari sisa tumbuhan purba yang mengendap yang selanjutnya berubah bentuk akibat proses fisika dan kimia yang berlangsung selama jutaan tahun. &leh karena itu, batubara termasuk dalam kategori bahan bakar fosil. 4dapun proses yang mengubah tumbuhan menjadi batubara tadi disebut dengan pembatubaraan (coalification). aktor tumbuhan purba yang jenisnya berbeda beda sesuai dengan jaman geologi dan lokasi tempat tumbuh dan berkembangnya, ditambah dengan lokasi pengendapan (sedimentasi) tumbuhan, pengaruh tekanan batuan dan panas bumi serta perubahan geologi yang berlangsung kemudian, akan menyebabkan
terbentuknya batubara yang jenisnya bermacam macam. &leh karena itu, karakteristik batubara berbeda beda sesuai dengan lapangan batubara (coal field) dan lapisannya (coal seam).
ambar . Proses !erbentuknya Batubara (Sumber* Kuri9n ni +iyou Sareru Sekitan, 2-) Pembentukan batubara dimulai sejak periode pembentukan Karbon (#arboniferous Period) dikenal sebagai @aman batu bara pertama yang berlangsung antara 0< juta sampai 2: juta tahun yang lalu. Kualitas dari setiap endapan batu bara ditentukan oleh suhu dan tekanan serta lama aktu pembentukan, yang disebut sebagai Gmaturitas organikH. Proses aalnya, endapan tumbuhan berubah menjadi gambut (peat), yang selanjutnya berubah menjadi batu bara muda (lignite) atau disebut pula batu bara coklat (bron coal). Batubara muda adalah batu bara dengan jenis maturitas organik rendah. Setelah mendapat pengaruh suhu dan tekanan yang terus menerus selama jutaan tahun, maka batu bara muda akan mengalami perubahan yang secara bertahap menambah maturitas organiknya dan mengubah batubara muda menjadi batu bara sub9bituminus (sub9 bituminous). Perubahan kimiai dan fisika terus berlangsung hingga batu bara menjadi lebih keras dan arnanya lebih hitam sehingga membentuk bituminus (bituminous) atau antrasit (anthracite). Aalam kondisi yang tepat, peningkatan maturitas organik yang semakin tinggi terus berlangsung hingga membentuk antrasit. Aalam proses pembatubaraan, maturitas organik sebenarnya menggambarkan perubahan konsentrasi dari setiap unsur utama pembentuk batubara. Berikut ini ditunjukkan contoh analisis dari masing masing unsur yang terdapat dalam setiap tahapan pembatubaraan. !abel . #ontoh 4nalisis Batubara (daf based)
(Sumber* Sekitan no Kiso #hishiki)
Aata data di atas apabila ditampilkan dalam bentuk grafik hasilnya adalah sebagai berikut*
ambar 2. 7ubungan !ingkat Pembatubaraan Kadar "nsur "tama Aari tabel di atas dapat diketahui baha semakin tinggi tingkat pembatubaraan, maka kadar karbon akan meningkat, sedangkan hidrogen dan oksigen akan berkurang. Karena tingkat pembatubaraan secara umum dapat diasosiasikan dengan mutu atau kualitas batubara, maka batubara dengan tingkat pembatubaraan rendah disebut pula batubara bermutu rendah seperti lignite dan sub9bituminus biasanya lebih lembut dengan materi yang rapuh dan berarna suram seperti tanah, memiliki tingkat kelembaban (moisture) yang tinggi dan kadar karbon yang rendah, sehingga kandungan energinya juga rendah. Semakin tinggi mutu batubara, umumnya akan semakin keras dan kompak, serta arnanya akan
semakin hitam mengkilat. Selain itu, kelembabannya pun akan berkurang sedangkan kadar karbonnya akan meningkat, sehingga kandungan energinya juga semakin besar. Peman$aatan Batubara
Klasifikasi batubara berdasarkan tingkat pembatubaraan biasanya menjadi indikator umum untuk menentukan tujuan pengggunaannya. %isalnya, batubara ketel uap atau batubara termal (steam coal) banyak digunakan untuk bahan bakar pembangkit listrik, pembakaran umum seperti pada industri bata atau genteng, dan industri semen, sedangkan batubara metalurgi (metallurgical coal atau coking coal) digunakan untuk keperluan industri besi dan baja serta industri kimia. Kedua jenis batubara tadi termasuk dalam batubara bituminus. 4dapun batubara antrasit digunakan untuk proses sintering bijih mineral, proses pembuatan elektroda listrik, pembakaran batu gamping, dan untuk pembuatan briket tanpa asap.
ambar 0. 8enis jenis Batubara dan Pemanfaatannya (Sumber* !he #oal +esource, 2-) !ualitas Batubara
Aalam pemanfaatannya, batubara harus diketahui terlebih dulu kualitasnya. 7al ini dimaksudkan agar spesifikasi mesin atau peralatan yang memanfaatkan batubara sebagai bahan bakarnya sesuai dengan mutu batubara yang akan digunakan, sehingga mesin mesin tersebut dapat berfungsi optimal dan tahan lama. Secara umum, parameter kualitas batubara yang la@im digunakan adalah kalori, kadar kelembaban, kandungan @at terbang, kadar abu, kadar karbon, kadar
sulfur, ukuran, dan tingkat ketergerusan, disamping parameter lain seperti analisis unsur yang terdapat dalam abu (Si&2, 4l2&0, P2&/,e2&0, dll), analisis komposisi sulfur (pyritic sulfur, sulfate sulfur, organic sulfur), dan titik leleh abu (ash fusion temperature). %engambil contoh pembangkit listrik tenaga uap batubara, pengaruh pengaruh parameter di atas terhadap peralatan pembangkitan listrik adalah sebagai berikut* . Kalori (#alorific Ialue atau #I, satuan cal;gr atau kcal;kg) #I sangat berpengaruh terhadap pengoperasian pul'eriser;mill, pipa batubara dan indbo6, serta burner. Semakin tinggi #I maka aliran batubara setiap jam9nya semakin rendah sehingga kecepatan coal feeder harus disesuaikan. "ntuk batubara dengan kadar kelembaban dan tingkat ketergerusan yang sama, maka dengan #I yang tinggi menyebabkan pul'eriser akan beroperasi di baah kapasitas normalnya (menurut desain), atau dengan kata lain operating ratio9 nya menjadi lebih rendah.
ambar -. Pembangkit istrik !enaga "ap Batubara (Sumber* !he #oal +esource, 2-) 2. Kadar kelembaban (%oisture, satuan 1) 7asil analisis untuk kelembaban terbagi menjadi free moisture (%) dan inherent moisture (3%). 4dapun jumlah dari keduanya disebut dengan total moisture (!%). Kadar kelembaban mempengaruhi jumlah pemakaian udara
primernya. Batubara berkadar kelembaban tinggi akan membutuhkan udara primer lebih banyak untuk mengeringkan batubara tersebut pada suhu yang ditetapkan oleh output pul'eriser. 0. Jat terbang (Iolatile %atter atau I%, satuan 1) Kandungan I% mempengaruhi kesempurnaan pembakaran dan intensitas api. Penilaian tersebut didasarkan pada perbandingan antara kandungan karbon (fi6ed carbon) dengan @at terbang, yang disebut dengan rasio bahan bakar (fuel ratio). uel +atio i6ed #arbon ; Iolatile %atter Semakin tinggi nilai fuel ratio maka jumlah karbon di dalam batubara yang tidak terbakar juga semakin banyak. Kemudian bila perbandingan tersebut nilainya lebih dari .2, pengapian akan kurang bagus sehingga mengakibatkan kecepatan pembakaran menurun. -. Kadar abu (4sh content, satuan 1) Kandungan abu akan terbaa bersama gas pembakaran melalui ruang bakar dan daerah kon'ersi dalam bentuk abu terbang (fly ash) yang jumlahnya mencapai ?1 , dan abu dasar sebanyak 21. Semakin tinggi kadar abu, secara umum akan mempengaruhi tingkat pengotoran (fouling), keausan, dan korosi peralatan yang dilalui. /. Kadar karbon (i6ed #arbon atau #, satuan 1) 5ilai kadar karbon diperoleh melalui pengurangan angka dengan jumlah kadar air (kelembaban), kadar abu, dan jumlah @at terbang. 5ilai ini semakin bertambah seiring dengan tingkat pembatubaraan. Kadar karbon dan jumlah @at terbang digunakan sebagai perhitungan untuk menilai kualitas bahan bakar, yaitu berupa nilai fuel ratio sebagaimana dijelaskan di atas. <. Kadar sulfur (Sulfur content, satuan 1) Kandungan sulfur dalam batubara terbagi dalam pyritic sulfur, sulfate sulfur, dan organic sulfur. 5amun secara umum, penilaian kandungan sulfur dalam batubara dinyatakan dalam !otal Sulfur (!S). Kandungan sulfur berpengaruh terhadap tingkat korosi sisi dingin yang terjadi pada elemen pemanas udara, terutama apabila suhu kerja lebih rendah dari pada titik embun sulfur, disamping berpengaruh terhadap efekti'itas penangkapan abu pada peralatan electrostatic precipitator.
=. "kuran (#oal si@e) "kuran butir batubara dibatasi pada rentang butir halus (pul'eri@ed coal atau dust coal) dan butir kasar (lump coal). Butir paling halus untuk ukuran maksimum 0mm, sedangkan butir paling kasar sampai dengan ukuran /mm. ?. !ingkat ketergerusan (7ardgro'e rindability 3nde6 atau 73) Kinerja pul'eriser atau mill dirancang pada nilai 73 tertentu. "ntuk 73 lebih rendah, kapasitasnya harus beroperasi lebih rendah dari nilai standarnya pula untuk menghasilkan tingkat kehalusan (fineness) yang sama. Penutup
Aengan mengetahui apa itu batubara dan peranan pentingnya, diharapkan batubara tidak semata dipandang sebagai komoditas belaka saja, tapi yang lebih penting adalah baha batubara merupakan salah satu sumber daya strategis bagi keamanan energi di dalam negeri. !erlebih dengan kenyataan baha 3ndonesia merupakan salah satu negara yang memiliki cadangan batubara yang besar, yaitu sekitar 0?.? milyar ton dimana =19nya merupakan batubara muda sedangkan 01 sisanya adalah batubara kualitas tinggi. Potensi ini hendaknya disadari oleh segenap lapisan masyarakat sehingga pengelolaan batubara secara optimal untuk kepentingan bangsa dapat terus dipantau dan diperhatikan bersama sama. (http*;;imambudiraharjo.ordpress.com;2:;0;/;mengenal9batubara;)
+eferensi (!ambahan)* http*;;riciafriato.blogspot.com;22;;kerja9praktek9di9pltu9ombilin.html
http*;;kon'ersi.ordpress.com;2:;2;?;pembangkit9listrik9masa9depan9 indonesia; https*;;.academia.edu;0=<<222;SistemLPembakaranLBatuLBaraLungsiLKer ja https*;;.academia.edu;/-<<;P!"LB4!"B4+4L9 LantaraLSolusiLKrisisListrikLdenganL3suLPencemaranLingkungan
