Analisis Numerik Co-firing untuk Berbagai Komposisi Batubara dan Biomassa pada Boiler Tipe Pulverized Coal di PLTU Bukit Asam Unit 4

MANDHUR LABIB, Ir. Fauzun, S.T., M.T., Ph.D., IPM., ASEAN.Eng.

2022 | Skripsi | S1 TEKNIK MESIN

Analisis numerik dilakukan pada Pulverized Coal (PC) Boiler PLTU Bukit Asam Unit 4 dengan menggunakan delapan (8) variasi yaitu 100% batubara, co-firing biomassa berupa hydro-thermal treatment empty fruit bunch (HT-EFB), dengan persentase 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, dan 30% serta 100% HT-EFB. Adapun aspek yang dikaji pada penelitian ini adalah: 1). Analisis kualitatif berupa kontur distribusi temperatur, 2). Analisis kualitatif berupa kontur distribusi dan vektor kecepatan, 3). Analisis kualitatif temperatur pada bagian inlet LTSH dan outlet, 4). Analisis emisi gas buang yang dihasilkan dari pembakaran co-firing, 5). Analisis dan evaluasi kualitas HT-EFB sebagai bahan bakar co-firing, 6) Analisis komposisi co-firing batubara dengan HT-EFB yang paling efektif. Hasil dari simulasi numerik ini adalah distribusi temperatur flue gas dengan jangkauan 1300-2357 K pada daerah furnace diikuti kontur fire ball pada daerah burner. Bertambahnya persentase co-firing akan menurunkan temperatur pembakaran. Vektor kecepatan flue gas pada daerah burner membentuk aliran swirl dengan arah clock-wise yang seragam. Analisis temperatur flue gas memasuki modul LTSH menunjukkan gap terkecil 0,97992% pada kondisi 5% co-firing dengan nilai kalor 5432,25 kcal/kg dan gap terbesar sebesar 19,4088% pada kondisi 100% HT-EFB dengan nilai kalor 5000 kcal/kg. Analisis gap temperatur outlet antara data aktual performance dan commissioning test dibandingkan dengan data hasil simulasi menghasilkan gap terkecil sebesar 0,665% pada kondisi 5% co-firing dengan nilai kalor 5432,25 kcal/kg dan gap terbesar sebesar 20,683% pada kondisi 100% HT-EFB dengan nilai kalor 5000 kcal/kg. Emisi gas buang yang dihasilkan berupa CO2, O2, N2, dan H2O. kandungan CO2 dan N2 akan turun seiring bertambahnya persentase co-firing. Emisi berupa O2 dan H2O relatif kecil. Kecilnya O2 pada gas buang menunjukkan pembakaran berlangsung sempurna. Co-firing batubara dengan HT-EFB efektif sampai dengan 30% persentase HT-EFB dalam campuran batubara tanpa perubahan operasi yang berarti.

Numerical analysis was performed on Pulverized Coal (PC) Boiler Bukit Asam Power Plant Unit 4 with eight (8) variation, such as 100% coal, hydro-thermal treatment empty fruit bunch (HT-EFB) biomass co-firing 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, and 30% of percentage, and 100% HT-EFB. The aspects which were studied from this thesis are: 1). Qualitative analysis of temperature contour, 2). Qualitative analysis of velocity contour, 3). Qualitative analysis of temperature on LTSH and outlet area, 4). Analysis of emissions resulting from co-firing, 5). Analysis and evaluation of the quality of HT-EFB as a co-firing fuel, and 6). Analysis of the most effective composition of co-firing coal with HT-EFB. The result of this numerical simulation form a flue gas flow with temperature range of 1300 - 2357 K on furnace followed by fire ball contour at each burner elevation. Increasing the percentage of co-firing will reduce the combustion temperature. The flue gas velocity vector in the burner area forms a swirl flow in a uniform clock-wise direction. Gap analysis on CFD vs actual data of LTSH resulted in 0,97992% smallest gap from 5% co-firing with calories 5432,25 kcal/kg and 19,4088% biggest gap from 100% HT-EFB with calories 5000 kcal/kg. Gap analysis on CFD vs actual data of outlet resulted in 0,665% smallest gap from 5% co-firing with calories 5432,25 kcal/kg and 20,683% biggest gap from 100% HT-EFB with calories 5000 kcal/kg. The resulting exhaust emissions are CO2, O2, N2, and H2O. CO2 and N2 content will decrease as the percentage of co-firing increases. Emissions in the form of O2 and H2O are relatively small. The small amount of O2 in the exhaust gas indicates complete combustion. Co-firing of coal with HT-EFB is effective up to 30% percentage of HT-EFB in the coal mixture without significant operating changes.

Kata Kunci : Pulverized coal boiler, CFD, Co-firing biomassa, Emisi gas buang