BAHAN BAKAR & PEMBAKARAN

Jenis dan Spesifikasi Bahan Bakar, Kimia Pembakaran

Materi

Pengertian Bahan Bakar dan jenis bahan bakar

Spesifikasi bahan bakar (Padat, Cair, Gas)

Kimia pembakaran (reaksi pembakaran : perfect combustion, good combustion, incomplete combustion)

Panas Pembakaran (HHV, LHV) Kebutuhan udara teoritis, A/F ratio Bahan Bakar Nuklir

BAHAN BAKAR

: semua material semua material yang dibakar atau diubah untuk memperoleh energi dan atau panas atau untuk menggerakkan suatu benda.

Bahan bakar menghasilkan energi melalui reaksi kimia (misalnya pembakaran) atau nuklir (misalnya fisi nuklir atau fusi nuklir).

Fossil Fuel Power Plant

1. Fuelproduces heat and heat is used to boil water and is turned into steam

2. Steam turns a turbine

3. Turbine turns a generator and the generator makes electricity

4. Electricity goes to the transformers to produce the correct voltage

Jenis Bahan Bakar

BAHAN BAKAR PADATBatubara, kayu, gambut, arang kayu, bagasse, sampah padat dan biomass.

BAHAN BAKAR CAIRLiquid petroleum fuels (fuel oil), furnace oil, low sulphur heavy stock (LSHS)

BAHAN BAKAR GASGas alam, liquified natural gas (LNG), liquified petroleum gas (LPG), blue gas, acetylene.

Bahan Bakar CAIR

Bahan bakar cair umumnya berupa bahan bakar minyak. Bahan bakar minyak berasal dari distilasi fraksional minyak mentah (campuran hidrokarbon dan turunan hidrokarbon)Klasifikasi Bahan bakar minyak :

1. Distillates2. Topped Crudes3.Residual Oils4. Blended Oils

Bahan bakar cair : campuran beberapa macam senyawa hidrokarbon.

Tersusun dari : senyawa-senyawa hidrokarbon cair, sedikit mengandung S, O dan N sebagai asosiasi dengan karbon dan hidrogen dari senyawa hidrokarbon tersebut, serta abu.

Minyak bumi : C5-C16, parafin, naftena, olefin, aromatik, membentuk senyawa ikatan dengan S,O,N.

SPESIFIKASI Bahan Bakar Cair (1)

DensitasPerbandingan massa bahan bakar terhadap volum bahan bakar pada suhu acuan 15°C. Berguna untuk penghitungan kuantitatif dan pengkajian kualitas penyalaan.

Spesific GravityPerbandingan berat dari sejumlah volum minyak bakar terhadap berat air untuk volum yang sama pada suhu tertentu.

Viskositasmempengaruhi derajat pemanasan awal yang diperlukan untuk handling, penyimpanan dan atomisasi .

SPESIFIKASI Bahan Bakar Cair (2)

Titik Nyala (Flash Point)suhu terendah dimana bahan bakar dapat dipanaskan

sehingga uap mengeluarkan nyala sebentar bila dilewatkan suatu nyala api.

Titik Tuang (Pour Point)suhu terendah dimana bahan bakar akan tertuang atau mengalir bila didinginkan dibawah kondisi yang sudah ditentukan. Dpt digunakan sebagai indikator suhu terendah dimana bahan bakar minyak siap untuk dipompakan.

SPESIFIKASI Bahan Bakar Cair (3)

Panas Jenis (Specific Heat)Jumlah kKal yang diperlukan untuk menaikan suhu 1 kg minyak sebesar 1oC . Satuan panas jenis adalah kkal/kg. Panas jenis tergantung dari spesific gravity. Panas jenis menentukan berapa banyak steam atau energi listrik yang digunakan untuk memanaskan minyak ke suhu yang dikehendaki. Minyak ringan memiliki panas jenis yang rendah, sedangkan minyak yang lebih berat memiliki panas jenis yang lebih tinggi.

Kadar Air, kadar abu, kadar sulfur

NILAI KALOR (Heating Value/Calorific Value)

Ukuran panas atau energi yang dihasilkan., dan diukur sebagai nilai kalor kotor/ gross calorific value atau nilai kalor netto (GHV)/ nett calorific value (NHV).

Higher heating value = HHV = gross heating value = GHV* semua air (yang terbentuk + yang sudah ada) berwujud cair, uap terembunkan

Lower Heating Value = LHV = net heating value = NHV* semua air berwujud uap

HHV – LHV = kalor untuk mencairkan (mengembunkan) uap air yang terbentuk dari pembakaran = Hv.

Contoh Spesifikasi BahanBakar Cair

LSHS = Low Sulphur Heavy Stock, LDO= Light Diesel Oil

Penyimpanan Bahan Bakar Cair

Tangki silinder Penyimpanan untuk

setidaknya 10 hari konsumsi normal

Di sekitar tangki penyimpanan dibuat dinding

Jenis : mild steel tegak Pembersihan tangki :

setiap tahun (bahan bakar berat), 2 tahun sekali (bahan bakar ringan)

Bahan Bakar Padat (Batubara)

Batuan sedimen yang dapat terbakar, terbentuk dari endapan organik, utamanya adalah sisa-sisa tumbuhan dan terbentuk melalui proses pembatubaraan

Klasifikasi berdasarkan tingkat pembentukannya: Antrasit, Bituminus, Lignit

Komposisi Bahan Bakar Padat

Bahan bakar padat tersusun dari : Komponen yang dapat terbakar, yaitu

komponen yang mengandung C, H, S unsur – unsur yang bila terbakar membentuk gas (bahan dapat terbakar yang membentuk gas : BTG atau VCM)

Komponen yang bila terbakar tidak membentuk gas, yaitu fixed carbon (FC) atau karbon tetap (KT)

Komponen yang tidak dapat terbakar (O, N, bahan mineral atau abu dan H2O).

Analisis Bahan Bakar Padat

Analisis fixed carbon, bahan yang mudah menguap, kadar air dan persen abu.

Fixed Carbon Volatile Matter. Kadar Abu Kadar Air Kadar Sulfur

Analisis seluruh elemen komponen (batubara)

Komposisi unsur-unsur C, H, O, N, S, abu dan air.

Digunakan untuk penentuan jumlah udara yang diperlukan untuk pembakaran serta komposisi gas pembakaran.

PROXIMATE ANALYSIS ULTIMATE ANALYSIS

Fixed Carbon (FC)

Bahan bakar padat yang tertinggal dalam tungku setelah bahan yang mudah menguap didistilasi.

Kandungan utamanya adalah karbon tetapi juga mengandung hidrogen, oksigen, sulfur dan nitrogen yang tidak terbawa gas.

Fixed carbon memberikan perkiraan kasar terhadap nilai panas batubara

Volatile Matter (VM)

VM : metan, hidrokarbon, hydrogen, karbon monoksida, dan gas-gas yang tidak mudah terbakar, seperti karbon dioksida dan nitrogen. Jumlah 20-35 %.

Bahan yang mudah menguap merupakan indeks dari kandungan bahan bakar bentuk gas di dalam batubara

Bahan yang mudah menguap: - Berbanding lurus dengan peningkatan panjang nyala api, dan membantu dalam memudahkan penyalaan batubara-- Mengatur batas minimum pada tinggi dan volum tungku -Mempengaruhi kebutuhan udara sekunder dan aspek-aspek distribusi-- Mempengaruhi kebutuhan minyak bakar sekunder

Kadar Abu

Abu merupakan kotoran yang tidak akan terbakar. Kadar 5% - 40%.

Kadar Abu: - Mengurangi kapasitas handling dan pembakaran - Meningkatkan biaya handling - Mempengaruhi efisiensi pembakaran dan efisiensi boiler - Menyebabkan penggumpalan dan penyumbatan

Kadar Air

Kadar air akan menurunkan kandungan panas per kg batubara

Kadar : 0,5 -10%. Kadar air:

- Meningkatkan kehilangan panas, karena penguapan dan pemanasan berlebih dari uap - Membantu pengikatan partikel halus pada tingkatan tertentu - Membantu radiasi transfer panas

Kadar Sulfur

Pada umumnya berkisar pada 0,5 hingga 0,8%.

Kadar Sulfur: - Mempengaruhi kecenderungan teradinya penggumpalan dan penyumbatan - Mengakibatkan korosi pada cerobong dan peralatan lain seperti pemanas udara dan economizers - Membatasi suhu gas buang yang keluar

Contoh Analisis Proximate dan Ultimate

Penyimpanan Batubara

Kesulitan yang ada pada penyimpanan batubara :- Diperlukannya bangunan gudang penyimpanan- Adanya hambatan masalah tempat- Penuruan kualitas dan potensi terjadinya kebakaran.

Kerugian lainnya : Oksidasi, angin. Oksidasi 1% batubara memiliki efek yang sama

dengan kandungan abu 1% dalam batubara. Kehilangan karena angin mencapai 0,5 – 1,0 % dari

kerugian total.

Penyiapan Batubara

Ukuran dan bentuk batubara harus diperhatikan Bongkahan batubara yang besar dan tidak

beraturan dapat menyebabkan permasalahan sebagai berikut: Kondisi pembakaran yang buruk dan suhu tungku

yang tidak mencukupi Udara berlebih yang terlalu banyak mengakibatkan

kerugian cerobong yang tinggi Meningkatnya bahan yang tidak terbakar dalam

abu Rendahnya efisiensi termal

Ukuran Batubara

Ukuran batubara harus sesuai dengan karakteristik sistim pembakaran

Pengurangan ukuran batubara dapat dilakukan dengan crushing dan pulverizing.

Ukuran crushing batubara : 6 atau 4 mm. Peralatan : rotary breaker, roll crusher,

hammer mill

Handling Batubara

http://www.ephf.ca/electricity/coal-handling/

Ukuran Batubara dan Sistim pembakaran

BAHAN BAKAR GAS

Bahan bakar yang secara alami didapatkan dari alam: Gas alam Metan dari penambangan batubara

Bahan bakar gas yang terbuat dari bahan bakar padat : Gas yang terbentuk dari batubara (

Gasifikasi Batubara) Gas yang terbentuk dari limbah dan biomasa Dari proses industri lainnya (gas blast furnace)

BAHAN BAKAR GAS

Gas yang terbuat dari minyak bumi Gas Petroleum cair (LPG) Gas hasil penyulingan Gas dari gasifikasi minyak

Gas-gas dari proses fermentasi Bahan bakar bentuk gas yang biasa digunakan adalah

gas petroleum cair (LPG), gas alam, gas hasil produksi, gas blast furnace, gas dari pembuatan kokas, dll.

Nilai panas bahan bakar gas dinyatakan dalam (kKal/Nm3) ditentukan pada suhu normal (20 0C) dan tekanan normal (760 mm Hg).

Nilai panas yang digunakan : NHV

Liquid Petroleum Gas (LPG)

LPG terdiri dari campuran utama propan dan Butan dengan sedikit persentase hidrokarbon tidak jenuh (propilen dan butilene) dan beberapa fraksi C 2 yang lebih ringan dan C 5 yang lebih berat.

Senyawa yang terdapat dalam LPG adalah propan (C3H8), Propilen (C), normal dan iso-butan (C4H10) dan Butilen (C4H8).

Gas Alam

Kandungan utamanya metan (95%) dari volume total.

Komponen lainnya :Etan, Propan, Pentan, Nitrogen, Karbon Dioksida, dan gas-gas lainnya dalam jumlah kecil.

Perbandingan Komposisi Kimia Berbagai Bahan Bakar

Keuntungan Penggunaan Bahan Bakar Minyak/ Gas dibandingkan Batubara

Pengurangan biaya handling bahan bakar Tidak diperlukan proses penghilangan debu atau

abu, proses lebih bersih. Pengurangan tempat penyimpanan Efisiensi dan kapasitas tinggi Tidak ada kehilangan nilai panas jika

penyimpanan dilakukan dengan baik.

Kerugian Penggunaan Bahan Bakar Minyak/ Gas dibandingkan Batubara

Umumnya diperlukan biaya lebih banyak dengan BTU yang sama. Gas > Minyak > Batubara. Jika tidak ditangani dengan benar, dapat memungkinkan terjadinya ledakan. Maintenance peratan mahal.

Gasifikasi Batubara

Proses konversi batubara padat menjadi gas-gas yang dapat dibakar, yang umumnya mengandung karbon monoksida dan hidrogen.

Peralatan utama : GASIFIER mengkonversi hidrokarbon menjadi gas2 menggunakan panas dan tekanan dengan adanya uap. Proses yang terjadi adalah partial combustion.

DIAGRAM PROSES GASIFIKASI BATUBARA