Transcript
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ...........................................................................................................i
DAFTAR GAMBAR .............................................................................................iv
DAFTAR TABEL ..................................................................................................v
BAB I SISTEM PEMBANGKIT TENAGA UAP ...............................................1
1.1 Siklus Rankine ................................................................................................ 1
1.2 Sistem Pembangkit Tenaga Uap .....................................................................3
BAB II FUEL AND ASH HANDLING .................................................................4
2.1 Latar Belakang................................................................................................ 4
2.2 Pembahasan ....................................................................................................5
2.2.1 Coal Handling .....................................................................................5
2.2.1.1 Coal Delivery .......................................................................6
2.2.1.2 Unloading System.................................................................6
2.2.1.3 Stockout System ....................................................................7
2.2.1.4 Storage .................................................................................7
2.2.1.5 Reclaim System.....................................................................8
2.2.1.6 Crushing ...............................................................................8
2.2.2 Abu ......................................................................................................8
2.2.3 Oil Handling .....................................................................................10
BAB III WATER TREATMENT .........................................................................11
3.1 Latar Belakang.............................................................................................. 11
3.2 Pembahasan ..................................................................................................11
3.2.1 Proses Perlakuan terhadap Air Sungai ..............................................12
3.2.1.1 Sedimentasi ........................................................................13
3.2.1.2 Softening.............................................................................13
i
3.2.1.2.1 Lime Softening.....................................................14
3.2.1.2.2 Lime Soda-Ash Softening ....................................14
3.2.1.2.3 NaOH Softening ..................................................15
3.2.1.2.4 Sodium Cycle Ion Exchange................................ 15
3.2.1.3 Filtrasi ................................................................................15
3.2.1.3.1 Granular Filtration .............................................15
3.2.1.3.2 Activated Carbon ................................................16
3.2.1.3.3 Cartridge Filtration ............................................16
3.2.1.3.4 Ultrafiltration ......................................................16
3.2.1.4 Demineralisasi ....................................................................17
3.2.1.4.1 Ion Exchange Process .........................................17
3.2.1.4.2 Membrane Desalination Process ........................ 17
3.2.1.4.2.1 Reverse Osmosis ..................................17
3.2.1.4.2.2 Electrodialysis ......................................18
3.2.1.4.2.3 Electrodialysis Reversal ....................... 18
3.2.1.4.3 Thermal Desalination Process ............................ 18
3.2.2 Proses Perlakuan terhadap Air Laut ..................................................19
BAB IV EMISSION CONTROL .........................................................................20
4.1 Latar Belakang.............................................................................................. 20
4.2 Pembahasan ..................................................................................................21
4.2.1 Partikulat ........................................................................................... 21
4.2.1.1 Cara Mereduksi Partikulat..................................................22
4.2.1.1.1 Electrostatic Precipitator ....................................22
4.2.1.1.2 Fabric Filter ........................................................ 24
4.2.2 NOx ...................................................................................................25
4.2.2.1 Cara Mereduksi NOx ......................................................... 25
ii
4.2.3 SOx....................................................................................................26
4.2.3.1 Cara Mereduksi SOx .......................................................... 26
4.2.3.1.1 Flue Gas Desulfurization ....................................26
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 28
iii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Skema Siklus Rankine ......................................................................... 1
Gambar 1.2 Siklus Rankine Ideal pada Diagram T-s .............................................. 2
Gambar 2.1 Skema Penanganan Abu ...................................................................... 9
Gambar 3.1 Proses Osmosis dan Reverse Osmosis ............................................... 18
Gambar 3.2 Skema Aliran pada Proses Elektrodialisis ......................................... 18
Gambar 4.1 ESP .................................................................................................... 23
Gambar 4.2 Fabric Filter ...................................................................................... 24
Gambar 4.3 FGD ................................................................................................... 26
iv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Komposisi Jenis Abu .............................................................................. 9
Tabel 3.1 Persyaratan Air untuk Boiler................................................................. 12
Tabel 4.1 Komposisi Jenis Partikulat .................................................................... 22
v
BAB I
SISTEM PEMBANGKIT TENAGA UAP
1.1 Siklus Rankine
Siklus Rankine adalah siklus termodinamika yang merupakan model bagi
sistem pembangkit tenaga uap. Sistem pembangkit tenaga uap ini biasanya
menggunakan batubara, minyak bumi, gas dan nuklir sebagai bahan bakar
untuk menghasilkan sumber panas.
Gambar 1.1 Skema Siklus Rankine
Pada siklus Rankine terdapat empat komponen utama, yaitu turbin,
kondenser, pompa dan boiler. Fluida kerja yang digunakan pada siklus
Rankine adalah uap. Uap tersebut dihasilkan dari pemanasan air di boiler.
Kemudian uap tersebut diekspansikan secara isentropik oleh turbin untuk
menghasilkan kerja. Uap tersebut kemudian diubah fasanya menjadi air lagi
dengan kondenser kemudian dipompa untuk mencapai boiler untuk dapat
dipanaskan kembali.
1
Gambar 1.2 Siklus Rankine Ideal pada Diagram T-s
Ada empat proses yang terdapat di dalam siklus Rankine. Tiap proses
mengubah tingkat keadaan dari fluida kerja. Tingkat keadaan ini dapat dilihat
pada gambar di atas.
Proses 1-2: Uap dari boiler mengalir ke turbin. Turbin adalah suatu
alat
yang
mengambil
energi
dari
aliran
fluida
kemudian
mengkonversikannya menjadi energi mekanik. Sudu-sudu turbin akan
diputar oleh uap ini. Kemudian turbin akan memutar generator,
sehingga dapat membangkitkan listrik. Setelah keluar dari turbin,
tekanan dan temperatur uap menjadi turun. Kerja yang dihasilkan loeh
(h2 h1 )
turbin dapat dihitung dengan rumus Wturbin = m
Proses 2-3: Uap dari turbin kemudian masuk ke kondenser. Kondenser
adalah suatu alat penukar panas yang memindahkan panas dari fluida
kerja (uap) ke fluida pendingin (air). Kondenser memindahkan panas
dari fluida kerja ke pendingin sampai fluida kerja menjadi cair jenuh.
Kalor yang dibuang oleh kondenser dapat dihitung dengan rumus
(h3 h2 )
Qout = m
Proses 3-4: Fluida kerja yang telah berubah fasa menjadi cair jenuh
kemudia dipompa dari tekanan rendah ke tekanan tinggi. Pompa
adalah suatu alat yang berfungsi untuk menaikkan tekanan atau head
suatu fluida inkompresibel. Pompa membutuhkan sedikit energi untuk
menaikkan tekanan fluida kerja, karena fluida kerja masih berada pada
wujud cair. Kerja yang dibutuhkan oleh pompa dapat dihitung dengan
(h4 h3 )
menggunakan rumus Wpompa = m
2
Proses 4-1: Setelah dipompa, air bertekanan tinggi masuk ke boiler.
Di dalam boiler ini, air dipanaskan dengan tekanan konstan. Panas di
dalam boiler didapatkan dari udara panas yang dihasilkan dari
pembakaran. Setelah keluar dari boiler, fluida kerja berada dalam fasa
uap. Kalor yang diperlukan oleh boiler dapat dihitung dengan rumus
(h1 h4 )
Qin = m
Salah satu modifikasi dari siklus Rankine adalah siklus regeneratif yang
memanfaatkan uap yang masih panas yang diekstraksi pada tekanan tertentu
dan dialirkan ke sebuah heat exchanger untuk memberikan kalor pada
feedwater dan meningkatkan temperaturnya sebelum dipanaskan oleh boiler
sehingga beban kerja boiler berkurang dan juga dapat meningkatkan efisiensi
total dari sistem pembangkit. Heat exchanger tersebut dapat terdiri atas
closed feedwater heater dan open feedwater heater. Closed feedwater
memisahkan aliran air yang dipanaskan dengan uap panas dengan
menggunakan pipa penukar kalor yang diselubungi oleh pipa yang lebih besar
sehingga kalor dari uap panas mengalir ke feedwater. Open feedwater
mencampurkan uap panas dengan air pada sebuah wadah dan menghasilkan
air dengan temperatur lebih tinggi.
1.2 Sistem Pembangkit Tenaga Uap
Sistem pembangkit tenaga uap memiliki komponen utama yang bekerja
berdasarkan siklus uap seperti steam generator, turbin, kondensor dan pompa.
Selain itu, sistem pembangkit tenaga uap juga memiliki sistem pendukung
yang penting. Sistem pendukung tersebut adalah fuel and ash handling, water
treatment, dan emission control. Sistem fuel and ash handling menangani
transportasi bahan bakar dan abu yang dihasilkan dari bahan bakar tersebut.
Sistem water treatment berfungsi untuk memroses air yang digunakan sebagai
fluida kerja, pendingin komponen dan pembersih menjadi air bersih yang
sesuai dengan persyaratan agar dapat digunakan sebagai cooling water dan
boiling water. Sistem emission control menangani partikulat dan emisi gas
buang agar tidak mencemari lingkungan.
3
BAB II
FUEL AND ASH HANDLING
2.1 Latar Belakang
Kebutuhan listrik pada zaman sekarang terus menerus meningkat. Hal ini
terjadi dikarenakan manusia sudah sangat ketergantungan akan listrik. Selain
itu menjamurnya teknologi – teknologi yang membutuhkan listrik pun juga
ikut andil akan naiknya konsumsi listrik di Indonesia. Kenaikan kebutuhan
listrik yang harus dipenuhi tentunya membuat beban dari pembangkit listrik
semakin besar, tidak terkecuali Pembangkit Listrik Tenaga Uap
PLTU adalah suatu teknologi yang dapat menghasilkan listrik dengan
memanfaatkan pembakaran. Sampai sekarang bahan bakar yang dipakai
adalah bahan bakar fosil. Bahan bakar fosil yang digunakan untuk pembakaran
pada PLTU tidak semata – mata bisa langsung bisa digunakan setelah dari
pertambangan. Butuh beberapa proses untuk menangani bahan bakar agar
dapat dipakai sebagai bahan bakar di PLTU. Proses – proses tersebut
dinamakan Fuel Handling.
Pada laporan kali ini, akan dibahas proses – proses penanganan bahan
bakar dari mulai pengiriman sampai ke pemberhentian terakhir sebelum dapat
digunakan di steam generator. Selain itu, akan dijelaskan juga teknologi –
teknologi apa yang biasa digunakan dalam proses – proses penanganan bahan
bakar di PLTU.
Bahan bakar padat, seperti batubara, sangat umum digunakan di PLTU di
Indonesia. Penggunaan bahan bakar padat di PLTU dapat menghasilkan abu
sebagai sisa pembakaran. Abu ,yang terbentuk dari hasil pembakaran batubara
atau bahan bakar padat lainnya, dapat mencemari lingkungan apabila melebihi
batas yang diperbolehkan oleh pemerintah. Untuk itu setiap PLTU yang
menggunakan bahan bakar padat sebagai bahan bakar utama wajib
4
menggunakan sistem penanganan abu. Pada laporan ini juga akan dibahas
mengenai proses – proses dari sistem penanganan abu yang biasa disebut ash
handling
2.2 Pembahasan
Seperti yang telah dijelaksan diatas bahwa bahan bakar yang akan
digunakan pada PLTU membutuhkan penanganan terlebih dahulu agar dapat
digunakan sebagai bahan bakar utama pada steam generator. Sistem
penanganan bahan bakar yang digunakan sangat dipengaruhi oleh jenis dan
sifat dari bahan bakar yang digunakan.
Bahan bakar yang digunakan pada PLTU saat ini umumnya menggunakan
bahan bakar padat seperti batubara. Namun, tidak menutup kemungkinan
bahan bakar yang digunakan pada PLTU adalah bahan bakar cair seperti
minyak, maupun bahan bakar gas seperti gas. Biasanya penggunaan bahan
bakar cair dan gas hanya untuk sistem pembangkit listrik pada perusahan –
perusahaan penghasil minyak dan gas, sedangkan PLTU dengan bahan bakar
batubara digunakan untuk membangkitkan listrik untuk masyarakat. Jadi, pada
pembahasan kali ini penulis akan lebih fokus terhadap penanganan batubara.
2.2.1 Coal Handling
Batubara merupakan bahan bakar padat yang umum digunakan sebagai
bahan bakar utama pada PLTU. Bahan bakar terbentuk dari fosil tumbuhan
pada zaman dahulu kala yang terkubur di dalam tanah, dan akhirnya fosil
tumbuhan tersebut dapat mengandung karbon dan dapat menjadi batubara.
Pada saat ini batubara di klasifikasikan menjadi beberapa kelas, yaitu lignit,
sub- bituminous, bituminous, dan antrachite. Namun, yang sering digunakan
sebagai bahan bakar batubara adalah kelas sub- bituminous atau bituminous.
Hal ini dikarenakan, kebutuhan pembakaran pada PLTU tidak terlalu besar
5
sehingga memakai batubara kelas Antrachite akan menjadi suatu
pemborosan.
Batubara yang akan digunakan sebagai bahan bakar tidak langsung saja
bisa dipakai sebagai bahan bakar setelah batubara tersebut diambil dari
pertambangan. Batubara butuh penanganan sebelum masuk ke boiler dan
inti dari penanganan batubara adalah bagaimana cara menghancurkan
batubara agar berukuran lebih kecil dan mudah terbakar. Namun, sebelum
proses penghancurkan dibutuhkan juga proses lainnya yang saling
berkesinambungan. Proses tersebut dapat dilihat pada skema dibawah ini
Unloading
System
Coal Delivery
Silo Filling
Stockout
System
Reclaim
System
Crushing
Storage
System
2.2.1.1 Coal Delivery
Coal Delivery adalah suatu proses pengiriman batubara dari tempat
penyimpanan di pertamangan batubara ke lokasi PLTU. Lokasi
pertambangan batubara serta lokasi PLTU menjadi aspek yang sangat
penting untuk ditinjau untuk kemudian kita memilih jenis transportasi apa
yang dipakai. Kapasitas pengiriman jua menjadi salah satu aspek yang
harus ditinjau dalam memilih moda transportasi yang digunakan.
Transportasi yang biasa digunakan adalah kereta, truk, tongkang, kapal.
2.2.1.2 Unloading System
Unloading System adalah serangkaian sistem yang bertugas untuk
mengeluarkan batubara dari moda transportasi yang digunakan ke daerah
PLTU. Unloading System sangat dipengaruhi oleh mda transportasi yang
digunakan. Unloading system sangat penting karena dengan kualitas
unloading system yang baik, suplai batubara akan sesuai rencana dan
6
transportasi yang digunakan dapat dengan cepet melepas muatan dan
bersiap untuk mengambil batubara kembali.
Beberapa contoh teknologi unloading system dari berbagai moda
transportasi
1. Kereta : bottom dump car, top dump car
2. Tongkang : clamshell bucket unloader, continous bucket ladder
unloader
3. Kapal : clamshell bucket unloader, continous bucket ladder unloader,
vertical screw unloader, dan self unloading ship
2.2.1.3 Stockout System
Stockout System adalah metode – metode yang digunakan untuk
menempatkan batubara setelah dikeluarkan dari alat transportasi
pengiriman ke tempat penyimpanan atau storage. Kapasitas dari stockout
system
harus sebanding dengan unloading system agar tidak terjadi
penumpukan dan agar sistem berlangsung secara kontinu. Klasifikasi jenis
teknologi stockout system bergantung pada jenis tempat penyimpanan
yang digunakan, apakah tertutup atau terbuka. Berikut jenis
jenis
teknologi stockout system untuk tempat penyimpana tertutup dan terbuka
1. Tertutup : Travelling Tripper, Portal Stacker-Reclaimer
2. Terbuka : Fixed Boom Conveyor, Radial Stacker, Travelling Stacker,
Bucket Wheel Stacker-Reclaimer, Elevated Reversing Shuttle Conveyor
2.2.1.4 Storage
Storage adalah area dimana batubara disimpan untuk kebutuhan
pembangkit. Storage dibagi dalam 2 jenis, yaitu active storage dan reserve
storage. Active storage merupakan tempat penyimpanan untuk batubara
yang akan langsug digunakan pembangkit, sedangkan reserve storage
merupaka tempat penyimpanan yang meyimpan keebihan batubara dai
penerimaan
7
2.2.1.5 Reclaim System
Reclaim system merupakan serangkaian metode – metode yang bertujuan
untuk mengambil batubara dari tempat penyimpanan untuk diproses
selanjutnya. Kapasitas dari reclaim system ini harus sebesar kebutuhan
maksimum dari suatu pembangkit. Jenis reclaim system terbagi menjaadi
dua bagian.
Jenis yang pertama adalah reclaim system yang mengambil batubara dari
tumpukan teratas, sedangkan yang kedua adalah reclaim system yang
mengambil tumpukn batubara dari yang paling bawah. Jenis kedua lebih
baik diterapkan di lingkungan penyimpanan yang dapat memengaruhi
kualitas batubara karena dengan mengambi dari tumpukan paling bawah,
maka tumpukan pertama akan digunakan lebih dahulu, ini lah yang disebut
dengan konsep FIFO (First In First Out)
2.2.1.6 Crushing
Crushing merupakan proses inti dari sistem penanganan batubara. Sistem
ini adalah proses penghancuran batubara agar bisa menjadi bahan bara
pada boiler, terutama pulverized coal boiler. Kapasitas dari crushing harus
sebesar kapasitas harian pembangkit dikali 2,4 faktor servis. Tipe crushing
yang sering digunakan adalah ring granulator.
Silo Filling
Silo filling adalah sistem pengisian batubara yang sudah dihancurkan
untuk menjuju penampungan akhir sebelum masuk ke boiler. Ada
beberapa teknologi dari silo filling, yaitu fixed tripper, travelling tripper,
reversible stationary conveyor, en masse chain conveyor.
2.2.2 Abu
Abu adalah sisa pembakaran batubara di steam generator. Abu terentuk
dari karbon yang tidak ikut terbakar saat proses pembakaran. Abu akibat
8
pembakaran batubara dibagi 3, yaitu flying ash, bottom ash, dan economizer
ash. Kompoisi dari ketiga jenis abu ini berbeda – beda tergantung dari jenis
boiler yang dipakai. Komposisinya dapat dilihat ditabel dibawah ini
Tabel 2.1 Komposisi Jenis Abu
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, abu yang melebihi batas akan
menyebabkan pencemaran lingkungan. Untuk itu diperlukan ash handling
sebelum abu keluar dari lingkungan pembangkit. Berikut contoh skema
umum dari penanganan abu
Gambar 2.1 Skema Penanganan Abu
Fly ash, abu yang ringan dan ikut terbuang bersama gas buang, harus
dilewati alat yang bernama electrostatic precipitaror yang berguna untuk
memisahkan fly ash yang tersuspensi bersama gas buang dengan
menggunakan konsep listrik statis agar gas buang mengandung fly ash yang
9
lebih sedikit, setelah itu abu yang tertampung dialirkan ke penampungan
sementara yang bernama fly ash silo. Economizer ash dan abu yang berasal
dari air preheater langsung digabung ke fly ash silo tanpa dilewatkan ke
ESP karena jumlahnya yang sedikit.
Bottom ash, abu yang berat dan mengendap di dasar boiler dihancurkan
terlebih dahulu supaya ukurannya lebih kecil. Setelah itu, bottom ash
dialirkan ke bottom ash silo dan dicampur dengan air agar menjadi bubur.
Abu pada bottom ash silo dan fly ash silo dicampur di slurry mixing tank
guna dicampur menjadi bubur lalu dialirkan ke tempa pembuangan akhir
yang benama ash disposal area
2.2.3 Oil Handling
PLTU berbahan bakar minyak umumnya hanya beroperasi pada perusahan
– perusahaan yang menghasilkan minyak. Jenis minyak yang dipakai
biasanya minyak kelas rendah seperti Heavey Fuel Oil, atau, marin fuel oil.
Oil handling bukanlah proses yang sulit karena minyak merupakan bahan
bakar yang mudah disimpan. Skema umum oil handling adalah seperti
diagram dibawah ini
Tangki
Storage
Daily Storage
Oil handling berawal dari tangki yang terdapat pada truk maupun kapal
pengangkut bahan bakar minyak, lalu dengan pompa minyak tersebut
dipindah ke storage sebagai tempat penyimpanan. Di storage, minyak
biasanya di aliri oleh uap panas untuk mencegah temperatur rendah yang
akan berakibat pada menggumpalnya minyak. Setelah itu, dengan pompa,
minyak dialirkan lagi ke daily storage untuk tempat penyimpanan terakhir
sebelum ke boiler. Pembakaran dengan minyak tidak akan menghasilkan
abu.
10
BAB III
WATER TREATMENT
3.1 Latar Belakang
Kebutuhan listrik di Indonesia semakin meningkat seiring dengan
berkembangnya teknologi. Kebutuhan listrik ini dapat dipenuhi dengan adanya
pembangkit listrik. Sebagian besar pembangkit listrik di Indonesia
menggunakan tenaga uap untuk membangkitkan listrik.
Air merupakan kebutuhan dasar pada sistem pembangkit tenaga uap. Air
tersebut digunakan sebagai fluida kerja, makeup water, pendingin komponenkomponen dan sebagai pembersih. Air yang digunakan pada sistem
pembangkit ini harus bebas dari berbagai unsur yang dapat membuat endapan,
erosi dan korosi. Endapan, erosi dan korosi tersebut dapat merusak komponenkomponen yang terdapat pada sistem pembangkit tenaga uap. Oleh karena itu,
dibutuhkan proses perlakuan terhadap air agar tidak terjadi endapan, erosi dan
korosi yang dapat merusak komponen-komponen pada sistem pembangkit
tenaga uap.
3.2 Pembahasan
Berdasarkan sumbernya, air dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu surface
water dan ground water. Surface water adalah air yang berasal dari sungai,
danau/waduk dan laut. Sementara ground water adalah air yang berasal dari
dalam tanah. Karena sumber air yang berbeda-beda maka kandungannya pun
juga berbeda sehingga proses perlakuan yang dilakukan juga berbeda. Pada
laporan ini, penulis akan membahas proses perlakuan air yang berasal dari air
sungai dan air laut karena pada umumnya sistem pembangkit tenaga uap
menggunakan air laut atau air sungai.
11
Secara umum, air yang digunakan pada sistem pembangkit tenaga uap
dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu boiling water dan cooling water. Boiling
water adalah air yang digunakan sebagai fluida kerja yang akan diubah
menjadi uap di boiler. Air yang digunakan pada boiler ini memiliki
persyaratan seperti pada tabel di bawah ini.
Tabel 3.1. Persyaratan Air untuk Boiler
Cooling water adalah air yang digunakan untuk mendinginkan aliran panas
dari turbin pada kondensor dan mendinginkan komponen pendukung pada
sistem pembangkit tenaga uap seperti oil coolers, air compressors, bearing
water dan lainnya. Air yang digunakan untuk cooling water ini memiliki
syarat sebagai berikut:
Kalsium sebagai CaCO3
Silika sebagai SiO2 150 mg/L
Fe
10 mg/L
pH
7.5-8.3
3.2.1
900mg/L
Proses Perlakuan terhadap Air Sungai
Kandungan
air
sungai
diantaranya
adalah
kalsium
(Ca),
magnesium (Mg), natrium (Na), bikarbonat (HCO3), karbonat (CO3),
sulfat (SO4), klorida (Cl), nitrat (NO3), karbondioksida (CO2), besi
12
(Fe) dan silika (SiO2) serta partikel-partikel padat tersuspensi (Black
& Veatch, 1996, chapter 15). Untuk mengurangi kandungan unsurunsur tersebut, ada empat proses yang dapat dilakukan yaitu:
3.2.1.1 Sedimentasi
Agar air tersebut dapat digunakan untuk cooling water dan
boiling water, maka partikel tersuspensi harus dihilangkan karena
jika dibiarkan akan menyebabkan terbentuknya endapan. Untuk
menghilangkan partikel tersuspensi tersebut dapat digunakan
proses sedimentasi. Terdapat dua jenis proses sedimentasi yaitu
settling dan koagulasi. Settling adalah proses pengendapan
partikel tersuspensi secara alami dalam wadah yang sangat besar
yaitu danau atau waduk. Proses settling ini digunakan untuk air
yang memiliki kandungan partikel tersuspensi yang cukup besar
sehingga mudah mengendap secara alami. Sedangkan jika air
memiliki kandungan partikel tersuspensi yang cukup kecil
ukurannya maka proses yang dilakukan untuk menghilangkan
partikel tersebut adalah proses koagulasi. Pada proses koagulasi,
digunakan koagulan yang dapat mengikat dan menggabungkan
partikel-partikel kecil menjadi partikel yang lebih besar sehingga
proses sedimentasi menjadi lebih cepat.
3.2.1.2 Softening
Proses selanjutnya adalah softening. Proses ini dilakukan
untuk menghilangkan unsur kalsium dan magnesium yang
terkandung didalam air. Kalsium dan magnesium dapat
menyebabkan kerak ketika air dipanaskan. Ada empat macam
proses softening, yaitu:
13
3.2.1.2.1
Lime Softening
Proses ini dilakukan untuk menghilangkan kalsium dan
magnesium
yang
berikatan
dengan
karbonat
dan
bikarbonat. Selain itu, proses ini juga dapat mengurangi
kadar CO2 dalam air yang dapat menyebabkan korosi.
Caranya adalah dengan menambahkan Ca(OH)2, reaksi
kimia yang terjadi diantaranya adalah:
3.2.1.2.2
Lime Soda-Ash Softening
Proses softening yang telah dijelaskan sebelumnya hanya
dapat mengurangi kadar kalsium dan magnesium yang
terdapat pada unsur karbonat dan bikarbonat, jika kalsium
dan magnesium berikatan dengan unsur non-karbonat
(klorida, sulfat dan nitrat) maka untuk mengurangi kadar
kalsium dan magnesium tersebut dapat digunakan proses
lime soda-ash softening dengan cara menambahkan
Na2CO3, reaksinya adalah seperti dibawah ini:
14
3.2.1.2.3
NaOH Softening
Untuk mengurangi kadar kalsium dan magnesium yang
terkandung dalam air dapat juga dilakukan proses softening
dengan menambahkan NaOH seperti reaksi kimia dibawah:
3.2.1.2.4
Sodium Cycle Ion Exchange
Proses ini menggunakan resin yang diregenerasikan dengan
NaCl untuk mengurangi kadar kalsium dan magnesium
dalam air. Reaksi yang terjadi adalah seperti berikut:
3.2.1.3 Filtrasi
Setelah melalui dua proses diatas, air dapat digunakan
untuk cooling water. Untuk dapat digunakan sebagai boiling
water, perlu dilakukan proses lebih lanjut. Untuk memisahkan
padatan tersuspensi dan pengotor bersifat koloid yang dapat
menyebabkan terbentuknya endapan dapat dilakukan proses
filtrasi. Proses filtrasi ada empat macam, yaitu:
3.2.1.3.1
Granular Filtration
Proses filtrasi ini menggunakan media berbutir seperti pasir
silika dan batubara antrasit. Caranya dengan mengalirkan
15
air melalui media filter yang hanya dapat dilalui oleh air,
sementara padatan tersuspensi akan tertinggal di daerah
kosong pada filter.
3.2.1.3.2
Activated Carbon
Proses ini dilakukan jika ingin menghilangkan klorin,
hidrogen sulfida, partikel organik dan partikel yang
menyebabkan bau dan rasa. Biasanya proses ini dilakukan
untuk air yang ingin dimanfaatkan sebagai air minum.
3.2.1.3.3
Cartridge Filtration
Cartridge Filtration biasanya menggunakan media filter
berupa lembaran fiber yang ditahan oleh pelat berongga
yang terbuat dari plastik atau stainless steel. Proses filtrasi
ini biasanya dilakukan setelah granular filtration karena
jika proses cartridge filtration digunakan untuk memfilter
pertama kali maka media filternya akan menyebabkan
terbentuknya kotoran.
3.2.1.3.4
Ultrafiltration
Proses filtrasi ini menggunakan cara yang sama dengan
reverse osmosis, yaitu dengan mengalirkan air dari
konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah melalui membran
semipermeabel Ultrafiltrasi dapat menolak partikel koloid
dan partikel organik dengan berat molekul yang besar tetapi
tidak
dapat
menolak
unsur
magnesium sulfat dan klorida.
16
ionik
seperti
kalsium,
3.2.1.4 Demineralisasi
Proses terakhir adalah demineralisasi. Proses ini bertujuan
untuk menghilangkan zat pengotor ionik yang terdapat dalam air.
Ada tiga macam proses demineralisasi:
3.2.1.4.1
Ion Exchange Process
Proses ini menggunakan resin untuk menukarkan ion yang satu
dengan yang lainnya. Resin tersebut terdiri atas anion dan kation.
Dalam proses ini, yang bertindak sebagai resin anion adalah
hidroksida sedangkan yang bertindak sebagai resin kation adalah
hidrogen. Reaksi kimia yang terjadi pada resin adalah sebagai
berikut:
Dimana:
R = matriks resin
C = kation, seperti Ca2+ , Mg2+, Na2+
A = anion, seperti HCO3-, Cl-, SO423.2.1.4.2
Membrane Desalination Process
3.2.1.4.2.1 Reverse Osmosis
Proses ini dilakukan dengan cara mengalirkan air melalui
membran semipermeabel yang hanya dapat dilalui oleh air.
Air akan mengalir dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi
rendah dengan pemberian tekanan pada konsentrasi yang
lebih tinggi.
17
Gambar 3.1. Proses Osmosis dan Reverse Osmosis
3.2.1.4.2.2 Electrodialysis
Pada proses ini digunakan membran yang menyeleksi ion-ion
yang terkandung dalam air laut dengan dialiri arus listrik.
Membran yang digunakan adalah membran penyeleksi anion
dan membran penyeleksi kation. Skema dari proses
elektrodialisis ini terlihat seperti gambar dibawah:
Gambar 3.2. Skema Aliran pada Proses Elektrodialisis
3.2.1.4.2.3 Electrodialysis Reversal
Proses
electrodialysis
elektrodialisis.
reversal
Perbedaannya
sama
adalah
dengan
proses
arus listrik yang
dialirkan pada proses electrodialysis reversal diubah secara
bolak-balik dalam rentang waktu 15-20 menit.
18
3.2.1.4.3
Thermal Desalination Process
Proses ini berbasis pada penggunaan panas untuk
menguapkan air kemudian uap air tersebut ditampung dan
dikondensasikan sebagai pure water. Pada saat diuapkan,
partikel-partikel ionik akan tertinggal, tidak ikut bersama
uap air sehingga dapat dengan mudah dipisahkan untuk
medapatkan pure water yang kemudian dapat dipakai untuk
boiler.
3.2.2
Proses Perlakuan terhadap Air Laut
Air laut mengandung natrium (Na), klorida (Cl), kalsium (Ca),
sulfat (SO4), magnesium (Mg), kalium (K), bikarbonat (HCO3),
bromida (Br), strontium (Sr), boron (B), fluor (F), nikel (Ni), lithium
(Li), besi (Fe), mangan (Mn), seng (Zn), tembaga (Cu), dan zat
organik terlarut.
Untuk mengurangi kadar unsur-unsur tersebut, dapat dilakukan tiga
proses yaitu softening, filtrasi dan demineralisasi. Proses tersebut
sama dengan yang telah dijelaskan sebelumnya. Pada air laut tidak
dilakukan proses sedimentasi karena sudah tersedimentasi secara
alami di laut. Namun, karena kadar unsur yang terkandung dalam air
laut lebih tinggi daripada air sungai maka proses yang dilakukan
lebih berat.
19
BAB IV
EMISSION CONTROL
4.1 Latar Belakang
Kebutuhan listrik pada zaman sekarang terus menerus meningkat. Hal ini
terjadi dikarenakan manusia sudah sangat ketergantungan akan listrik. Selain
itu menjamurnya teknologi – teknologi yang membutuhkan listrik pun juga
ikut berandil akan naiknya konsumsi listrik di Indonesia. Kenaikan kebutuhan
listrik yang harus dipenuhi tentunya membuat beban dari pembangkit listrik
semakin besar, tidak terkecuali Pembangkit Listrik Tenaga Uap
Meningkatnya beban dari PLTU mengakibatkan meningkatnya kerja dari
PLTU tersebut, yang akhirnya berakibat peningkatan kebutuhan akan
pembakaran. Saat ini mayoritas PLTU di Indonesia menggunakan batubara
sebagai bahan bakar utama.
Seperti yang kita ketahui, batubara bukanlah bahan bakar yang ramah
lingkungan. Pembakaran dengan bahan bakar batubara dapat menyebabkan
pencemaran lingkungan. Polutan seperti partikulat, NOx, dan SOx dapat
dihasilkan dari pembakaran
batubara. Pencemaran lingkungan
yang
diakibatkan oleh pembakaran dengan batubara dapat menyebabkan gangguan
pernapasan, hujan asam, maupun ketidakseimbangan ekosistem karena dapat
mengganggu fotosintesis dari tumbuhan.
Untuk mencegah pencemaran lingkungan yang semakin meningkat,
pemerintah, melalui Kementrian Lingkungan Hidup, mengeluarkan baku mutu
emisi untuk PLTU berbahan bakar batubara guna membatasi emisi dari PLTU
di Indonesia. Baku mutu emisi membatasi zat – zat seperti partikulat, NOx,
dan SOx. Selain zat – zat tersebut, baku mutu emisi juga meembatasi opasitas.
Opasitas adalah tingkat ketidaktembusan cahaya. Untuk memenuhi batasan –
batasan yang tertera pada baku mutu emisi, dibutuhkan usaha – usaha
20
mereduksi kadar polutan pada gas buang hasil pembakaran agar kadar polutan
tidak melewati batasan pada baku mutu emisi.
Usaha untuk mereduksi kadar polutan disebut Emission Control. Dalam
laporan kali ini, penulis akan membahas cara – cara utuk mengurangi kadar
polutan, seperti partikulat, NOx, dan SOx yang biasanya dipakai oleh PLTU.
Selain itu, penulis juga akan sedikit membahas sedikit tentang teknologi –
teknologi yang sampai saat ini sudah dikembangkan untuk mengontrol emisi
dari PLTU.
4.2 Pembahasan
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, baku mutu emisi, yang keluar
dari Permen Lingkungan Hidup, membatasi jumlah emisi dari PLTU berbahan
bakar batubara untuk menguragi dampak pada lingkungan. Untuk itu,
diperlukan penanganan emisi yang biasa dinamakan emission control. Pada
bagian ini, akan dibahas mengenai cara mengontrol polutan seperti partikulat,
NOx, dan SOx. Pengurangan opasitas tidak akan dibahas secara khusus. Hal
ini dikarenakan dengan berkurangnya polutan – polutan yang dihasilkan dari
emisi gas buang akan menurunkan opasitas.
Secara umum emisi adalah polutan – polutan yang terlepas dan tersuspensi
ke atmosefer yang berasal dari fasilitas pemukiman, industri, maupun
kendaraan bermotor. Dalam konteks PLTU, emisi gas buang adalah polutan –
polutan hasil pembakaran steam generator . Jenis polutan yang dihasilkan
PLTU dan diatur di baku mutu emisi adalah partikulat, NOx, dan SOx.
4.2.1 Partikulat
Partikulat adaah abu dan karbon yang tidak terbakar pada saat pembakaran
bahan bakar padat. Partikult mengandung zat – zat seperti silika, alumina,
dan senyawa lainya. Komposisi jenis partikulat berbantung pada jenis boiler
21
yang dipakai. Pada Pulverized Coal Boiler komposisi fly ash lebih banyak
dari bottom ash. Fly Ash adalah partikulat yang ikut terbuang bersama gas
buang, sedangkan Bottom Ash adalah partikulat yang mengendap di dasar
boiler. Berikut tabel komposisi jenis partikulat dari berbagai jenis boiler.
Tabel 4.1 Komposisi Jenis Partikulat
4.2.1.1 Cara Mereduksi Partikulat
Seperti yang telah diutarakan diatas, partikulat berasal dari karbon
yang tidak terbakar saat pembakaran batubara.Partikulat yang terbentuk
tersebut tersuspensi di dalam gas buang sehingga kita harus melepaskan
partikulat tersebut. Ukuran partikulat berbeda – beda berkisar dari 0,0002
– 500 mikron. Zat – zat pembentuk partikulat mempunyai kemampuan
untuk diberi muatan listrik.
4.2.1.1.1 Electrostatic Precipitator
Cara pertama untuk memisahkan partikulat dari gas buang adalah
dengan memanfaatkan sifat partikulat yang dapat diberi muatan listrik.
Teknologi yang memanfaatkan hal tersebut adalah Electrostatic
Precipitator (ESP). Gambar skema dari ESP dapat dilihat pada gambar
4.1
22
Gambar 4.2 ESP
ESP adalah suatu alat yang berguna untuk memisahkan partikulat
yang tersuspensi di dalam gas buang agar gas buang yang terbuang ke
atmosfer sudah bersih dari partikulat. Seperti yang telah diceritakan
sebelumnya,
ESP
memanfaatkan
kemampuan
partikulat
untuk
menyimpan muatan listrik.
High – Voltage transformer memberikan energi pada discharge
electrodes dan membuat medan listrik diantara discharge electrodes dan
collecting surface. Partikulat dilewatkan melalui perforated airflow
distribution baffle sehingga partikulat melewati medan listrik dan
akhirnya partikulat tersebut bermuatan negatif. Partikulat yang telah
bermuatan negatif tertarik ke grounded collecting surface. Rapper pada
dicharge electrodes dan grouded collecting surface
berguna untuk
menggetarkan kedua apat tersebut agar partikulat yang menempel bisa
terjatuh dan ditampung di collection hopper. Partikulat yang sudah
ditampung di collection hopper dipindahkan secara berkala . Saat rapper
bekerja, tidak semua partikulat jatuh ke hopper, melainkan ada partikulat
yang terbang lagi dan tersuspensi di dalam gas buang. Semakin baik ESP
yang digunakan, maka semakin sedikit jumlah partikulat yang kembali
ikut tersuspensi di dalam gas buang.
23
4.2.1.1.2 Fabric Filter
Cara kedua untuk memisahkan partikulat dari gas buang adalah
dengan memanfaatkan ukuran partikel yang lebih besar dibandingkan
udara. Alat yang memanfaatkan hal ini dinamakan fabric filter. Konsep
dari fabric filter sebenarnya mirip dengan penyaringan air di akuarium
ikan. Fabric filter bisa dilihat pada gambar 4.2
Gambar 4.2 Fabric Filter
Gas buang mengalir kedalam bag encloser.
Gas buang yang
masuk tersebut melewati penyaring yang dinamakan baghouse. Pada
baghouse terdapat lubang – lubang yang dibuat dengan ukuran yang
lebih kecil dibandingkan ukuran partikulat
sehingga partikulat
mengendap pada baghouse sehingga partikulat yang tersuspensi di dalam
gas buang bisa dikurangi. Setelah itu, baghouse digetarkan dengan
shaker mechanism lalu terjatuh ke collection hopper.
Kedua teknologi diatas merupakan teknologi yang paling sering
dipakai untuk mengurangi kadar partikulat di dalam gas buang. Fabric
filter mempunyai kelebihan dibanding ESP karena kemampuan fabric
filter tidak tergantung pada kemampuan partikulat dalam memuat listrik,
sedangkan keunggulan ESP dibanding fabric filter terletak pada
penurunan tekanan pada ESP tidak sebesar pada fabric filter.
24
4.2.2 NOx
NOx adlah jenis polutan yang dapat terbentuk dari pembakaran dan dapat
ikut bersama gas buang. NOx dapat terbentuk dikarenakan beberapa hal,
yaitu:
1. Kandungan nitrogen di dalam udara untuk pembakaran
2. Pembakaran dengan udara berlebih
3. Temperatur pembakaran yang tinggi
4.2.2.1 Cara Mereduksi NOx
Untuk mengurangi jumlah kadar NOx dalam gas buang dapat
dilakukan pada saat pembakaran. Selain itu, bila cara yang digunakan saat
pembakaran tidak bisa mereduksi kadar polutan seperti yang diinginkan,
kita juga dapat melakukan cara pereduksian kadar NOx pada saat setelah
pembakaran.
Pada saat pembakaran , ada beberapa cara yang dapat dilakukan
untuk mengurangi kadar NOx dalam gas buang.Karena NOx terjadi bila
pembakaran mengandung udara berlebih, kita harus mengurangi jumlah
udara pembakaran agar udara saat pembakaran tidak berlebih. Selain itu,
kita juga dapat mengurangi waktu reaksi pembakaran bila pembakaran
terpaksa terjadi pada temperatur yang tinggi. Ada beberapa teknologi yang
mengaplikasikan kedua hal tersebut, yaitu low NOx burner, air staging,
dan fuel staging.
Seperti yang telah diutarakan sebelumnya, pereduksian kadar NOx
dapat juga dilakukan setelah pembakaran terjadi. Setelah pembakaran
hanya ada satu cara untuk mereduksi kadar NOx di dalam gas buang, yaitu
dengan mencampurkan gas buang yang mengandung NOx dengan zat
yang mengandung unsur N didalamnya, seperti amonia ataupun urea.
Pencampuran ini ditujukan untuk membuat NOx yang ada di dalam gas
buang agar bereaksi dan akhirnya dapat menghasilkan nitrogen kembali
25
saat bercampur dengan udara di atmosfer. Ada dua teknologi yang
menerapkan cara tersebut, yaitu selective catalyst reduction, dan selective
non catalyst reduction. Perbedaan dari kedua teknologi ini adalah selective
catalyst reduction menggunakan katalis untuk mempercepat reaksi,
sedangkan selective non catalyst reduction hanya mengandalkan
komposisi dan jenis reagen atau zat pereaksi
4.2.3 SOx
SOx adalah polutan yang timbul dari pembakaran bahan bakar yang
mengandung senyawa sulfur. SOx merupakan polutan yang berbahaya bila
melewati batas dan dapat menciptakan hujan asam. SOx dapat terbentuk
apabila:
1. Penggunaan bahan bakar yang mengandung senyawa sulfur
2. Oksidasi sulfur yang ada di bahan bakar
4.2.3.1 Cara Mereduksi SOx
Hanya ada satu cara untuk mengurangi kadar SOx di dalam gas
buang, yaitu dengan cara mencampurkan SOx yang telah terbentuk dengan
material alkali. Material alkali yang biasa digunakan adalah batu kapur
(CaCO3). Pencampuran dengan material alkali ini dapat dilakukan pada
saat pembakaran maupun setelah pembakaran. Saat ini pencampuran
dengan material alkali lebih banyak dilakukan setelah pembakaran. Contoh
teknologi yang dapat mereduksi SOx adalah Flue Gas Desulfurization
4.2.3.1.1 Flue Gas Desulfurization
Gambar dibawah merupakan bagian yang bernama adsorber dari
FGD.
26
Gambar 4.3 FGD
Bagian ini merupakan bagian inti dari FGD yang dapat mereduksi
kadar SOx dalam gas buang. Pertama gas buang yang dialirkan
direaksikan dengan batu kapur yang sudah dibuat bubur terlebih dahulu.
Setelah itu, dengan peran dari oxidizing gas, gas buang akan terlepas dari
SOx dan akan tercipta kalium sulfat yang berfasa cair. Berikut reaksi
yang terjadi
27
DAFTAR PUSTAKA
Black & Veatch. 1996. Power Plant Engineering. United States of America:
Springer
Moran, Michael J., Saphiro, Howard N., Boettner, Daisie D., Bailey, Margaret B.
2011. Fundamentals of Engineering Thermodynamics. United States of America:
John Wiley & Sons, Inc.
Paton, Alan., McCan, Paul., Booth, Nick. 2006. Water Treatment for Fossil Fuel
Power Generation. United Kingdom: EON Power Technology Center
Peraturan Menteri Lingkungan Hidup tentang Baku Mutu Emisi Tahun 1995
Application Note Power No.12 Steam Generation in Power Plants. HACH Ultra
Production of High Purity Water from Seawater. General Electric Water &
Process Technologies
pag.bgl.esdm.go.id/siat/?q=content/kandungan-unsur-air-dalam-tanah
(Diakses pada Jumat, 10 Oktober 2014)
28