Boiler PLTU menggunakan bahan bakar berupa batubara, karena ketersediaan sumber daya tersebut dinilai masih mampu untuk mencukupi kebutuhan hingga puluhan tahun ke depan. Batubara dengan kuantitas besar bisa menghasilkan panas pembakaran yang menyebabkan uap temperatur tinggi, sehingga daya listrik yang dihasilkan cukup besar pula. Namun dalam prosesnya terjadi slagging dan fouling, apa itu slagging dan fouling?
Selain menghasilkan panas, penggunaan batubara juga menyebabkan partikulat abu. Partikulat abu tersebut rupanya bisa menghasilkan fenomena slagging serta fouling pada tube atau dinding boiler. Simak penjelasan lengkapnya di bawah ini.
Sekilas Tentang Batubara
Menjadi salah satu barang tambang dimana sejak dahulu telah digunakan untuk mencukupi kebutuhan manusia, batubara merupakan jenis batuan sedimen terbentuk dari endapan organik, terlebih dari sisa tumbuhan dan telah mengalami proses pengubahan menjadi karbon. Batuan tersebut saat ini dipergunakan sebagai bahan bakar fosil di seluruh dunia guna menghasilkan energi dalam bentuk pemanasan, listrik, serta proses industri lainnya.
Umumnya batuan tersebut terdiri dari hidrogen, nitrogen, oksigen, sulfur, dan unsur lain contohnya logam. Karena menjadi batuan sedimen, tak heran jika sumber daya ini sudah terbentuk dengan cara alami bahkan sejak 340 tahun lalu.
Sementara kegunaannya adalah sebagai bahan bakar fosil guna menghasilkan energi dalam bentuk pemanasan, listrik, maupun proses industri lainnya. Selain itu juga kerap difungsikan sebagai material atau bahan baku utama industri contohnya pembuatan baja, semen, serta bahan kimia.
Sekilas Tentang Boiler
Merupakan alat yang digunakan untuk menghasilkan steam atau uap panas di tekanan serta suhu tertentu. Steam tersebut nantinya dapat digunakan untuk mengalirkan panas menuju sebuah proses, dimana sistem kerjanya terdiri dari sistem air umpan, steam, serta bahan bakar.
Pada sistem air umpan, akan menyediakan air untuk proses yang berjalan secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Selanjutnya steam akan dialirkan melalui sistem pemipaan menuju ke titik pengguna.
Air umpan sendiri merupakan air yang dikirimkan ke dalam boiler agar selanjutnya dapat dirubah menjadi steam. Sumber dari air umpan yakni air make up atau air baku yang diolah sedemikian rupa sesuai dengan persyaratan dan dihasilkan oleh pengadaan air bersih, serta steam atau kondensat yang mengembun kembali setelah proses selesai.
Agar efisiensi alat ini bisa maksimal, diperlukan economizer guna memanaskan air umpan di awal dengan memanfaatkan limbah panas di gas buang. Jenisnya pun bermacam-macam, mulai dari Fired Tube, Water Tube, Pembakaran Fluidized Bed, Atmospheric Fluidizied Bed Combustion, Pressurized Fluidized Bed Combustion, hingga Circulating Fluidized Bed Combustion.
Penggunaan Batubara Pada Boiler
Untuk pembangkit listrik tenaga uap atau PLTU, boiler adalah bejana tekan dimana berfungsi untuk merubah air menjadi uap bertemperatur dan bertekanan tinggi. Saat proses perubahan tersebut, diperlukan energi panas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar yakni batubara.
Karakteristik batubara sendiri akan berpengaruh pada kualitasnya, sementara karakteristik tersebut bisa diketahui dengan analisis proksimat serta ultimat. Analisa proksimat diperlukan untuk mengetahui kadar ash atau abu, moisture atau air, fixed carbon atau karbon, hingga volatile matter atau zat terbang.
Sedangkan analisa ultimat digunakan saat ingin mengetahui unsur mineral seperti nitrogen, hidrogen, karbon, sulfur, serta oksigen. Tak hanya itu, ada pula tingkat ketergerusan, caloric value atau nilai kalor, caking dan coking coals. Nilai tersebut dapat berbeda untuk setiap batubara bergantung pada asal dan kualitasnya.
Pada beberapa PLTU, batubara yang diperlukan dalam proses pembakaran memiliki kualitas berbeda-beda dan hasil pembakarannya pun akan bergantung pada kualitas sumber daya tersebut. Pasalnya pasokannya tidak selalu dari satu tempat penambangan saja, sehingga kerap terjadi pencampuran atau blending.
Apa Itu Slagging?
Slagging adalah fenomena dari partikel abu batubara di permukaan dinding penghantar panas dan terletak di high temperature combustion gas zone atau zona gas pembakaran suhu tinggi sebagai akibat dari proses pembakaran.
Hal ini disebabkan oleh campuran mineral anorganik dimana terdiri dari pyrite, clay atau lempung, dolomite, calcite, dan quarts atau kuarsa yang menerima panas radiasi kuat dalam tungku hingga akhirnya melebur. Ketika abu melebur dan menyentuh permukaan pipa yang suhunya cenderung lebih rendah, abu mengalami pendinginan sehingga akan mengeras dan menempel.
Slagging terjadi di komponen pembakaran terdingin pada boiler. Permukaan tersebut akan menempel lalu membentuk deposit. Partikel abu yang meleleh selanjutnya mengalami pendinginan lalu membentuk deposit di permukaan boiler. Meskipun ketebalan lapisan ash yang menempel umumnya tidak sampai di tingkat mengganggu performa dinding penghantar panas, namun seiring berjalannya waktu apabila dibiarkan terus menerus maka penempelan ash akan semakin tebal.
Apa Itu Fouling?
Fouling adalah suatu fenomena menempel serta menumpuknya ash di bagian dinding re-heater maupun super heater (penghantar panas) dimana umumnya terpasang di lingkungan dengan suhu gas pada bagian belakang furnace lebih rendah jika dibandingkan dengan ash softening temperature atau suhu melunak abu.
Unsur yang berpengaruh di penempelan ash ini merupakan material basa terlebih Na, dalam hal ini kadar Na2O. Apabila kadar abu batubara melimpah, unsur basa di dalam ash juga terbilang banyak serta kadar Na2O tinggi, maka fenomena fouling dapat lebih mudah terjadi.
Sementara evaluasi karakteristik fouling sama dengan slagging. Penilaian berdasarkan rasio unsur asam serta basa, dan kandungan Na2O di dalam ash. Apabila nilai tinggi, maka kecenderungan fouling pun akan semakin meningkat. Tingginya kadar sulfur dapat mendorong terjadinya fouling melewati pembentukan senyawa bersuhu lebur rendah.
Dampak Slagging dan Fouling
Setelah memahami penjelasan di atas, lantas apa dampak atau efek dari kedua fenomena ini? Fenomena partikel yang menempel ini dapat memengaruhi kinerja dari boiler dalam membangkitkan energi listrik, seperti :
- Bisa menyebabkan suhu gas menjadi meningkat di dalam boiler.
- Terjadi pengurangan perpindahan panas yang berasal dari gas pembakaran menuju ke uap air.
- Bisa menghasilkan kondisi terus berubah-ubah di dalam boiler.
- Bisa menyebabkan peningkatan lebih lanjut dalam hal tingkat penempelan partikel tersebut di badan boiler.
Karakteristik serta partikel yang menempel tersebut akan dipengaruhi oleh tingkatan atau grade dari batubara terlebih material organik (maseral) dalam proses dekomposisi. Hal tersebut dibuktikan dengan jumlah ash dimana merupakan sebuah mineral, akan berbanding lurus dengan peningkatan pembentukan fouling serta slagging di bagian tersebut.
Penjelasan mengenai apa itu slagging dan fouling di atas membuat Anda menjadi lebih memahami jika fenomena tersebut terbilang cukup serius, karena bisa memberikan efek besar untuk operasional boiler sebut saja permasalahan penurunan efisiensi alat, permasalahan penghantar panas, kerusakan pipa akibat dari clinker terlepas, hingga tersumbatnya pipa.
Fenomena ini umumnya disebabkan oleh ash fusion temperature atau suhu lebur abu serta unsur-unsur di dalamnya. Sehingga dapat disimpulkan jika fouling serta slagging merupakan fenomena menempel dan menumpuknya abu batubara dimana posisinya melebur di bagian pipa penghantar panas atau bagian dinding.
