Sistem Kontrol Pembakaran Batu Bara pada Boiler

Pada sebuah boiler dengan bahan bakar batubara, sistem kontrol pembakaran yang ada menjadi satu hal yang sangat krusial. Untuk memaksimalkan efisiensi operational, proses pembakaran harus diatur secara akurat, sehingga bahan bakar yang digunakan harus pada jumlah yang tepat sesuai dengan kebutuhan uap air. Selain itu, proses pembakaran harus dilakukan dengan aman, sehingga tidak membahayakan para pekerja, pabrik, serta lingkungan sekitar.

Jumlah batubara dengan udara sehingga didapatkan proses pembakaran yang sempurna di dalam furnaceboiler diatur sesuai dengan air-fuel ratio teoritis. Namun secara prakteknya, untuk mendapatkan pembakaran yang sempurna tersebut tidaklah mudah. Karena faktor kerugian dari proses pembakaran tidak mungkin dapat dihindari. Yang dapat dilakukan yaitu mengatur proses pembakaran dengan menekan serendah-rendahnya kerugian/losses yang mungkin terjadi.

Ada dua faktor kerugian yang muncul pada saat proses pembakaran batubara dilakukan. Jika jumlah udara (oksigen) kurang dari kebutuhan pembakaran, maka jumlah bahan bakar yang tidak terbakar akan semakin banyak sehingga terbuang sia-sia melalui cerobong (stack). Namun jika sebaliknya, jumlah oksigen semakin banyak yang ditandai dengan jumlah excess air juga semakin banyak, maka akan semakin banyak pula energi panas yang ikut terbuang keluar karena diserap olehexcess air tersebut. Kerugian yang kedua ini sering disebut dengan heat loss. Oleh karena adanya dua macam kerugian inilah maka dicari kerugian total yang paling rendah. Untuk lebih memahami kerugian-kerugian dari proses pembakaran batubara tersebut mari kita perhatikan grafik di bawah ini. Sesuai dengan grafik tersebut kerugian total yang paling rendah, didapatkan pada jumlah excess air “A”.

Heat Losses dan Unburned Losses Pada Furnace

Berikut adalah contoh sistem-sistem kontrol proses pembakaran batubara pada boiler mulai dari yang paling sederhana hingga yang kompleks:

1. Sistem Kontrol Paralel

Cara yang paling sederhana dalam mengontrol proses pembakaran batubara adalah dengan mengatur jumlah batubara dan udara yang masuk ke boiler secara paralel. Jumlah batubara yang masuk ke dalam boiler diatur oleh sebuah control valve sedangkan jumlah udara diatur oleh damper, keduanya dihubungkan secara mekanikal sehingga setiap perubahan jumlah batubara yang masuk akan selalu diikuti oleh jumlah udara yang masuk ke boiler.

Sistem Kontrol Paralel Pembakaran Batubara

Sistem kontrol ini cocok digunakan pada boiler-boiler berukuran kecil. Dan akan semakin tidak cocok jika digunakan pada boiler yang berukuran semakin besar. Kelemahan mendasar dari sistem kontrol ini adalah adanya asumsi bahwa jumlah dari batubara dan udara yang masuk ke boiler adalah konstan sesuai dengan yang diharapkan, jika posisi control valve dan damperpada posisi tertentu. Sehingga jumlah excess air serta jumlah aktual batubara yang masuk ke boiler tidak diketahui secara tepat.

2. Flow Ratio Control

Pada sistem kontrol yang kedua ini, digunakan sensor pembacaan debit aliran udara dan bahan bakar sebagai input untuk mengontrol jumlah udara yang masuk ke boiler. Sistem kontrol ini juga menggunakan persamaan teoritis untuk memproses sinyal input dari debit aliran batubara sehingga didapatkan kontrol udara yang lebih mendekati teoritis.

Flow Ratio Control

Sistem kontrol ini disebut dengan sistem kontrol fuel-lead, karena sistem ini menjadikan debit batubara sebagai nilai acuan untuk mengatur besar aliran udara yang akan masuk ke boiler. Pada sistem ini perintah utama kebutuhan pembakaran batubara yang diatur oleh master demand, dikirimkan hanya kepada control valve batubara. Kebalikan dari sistem ini adalah sistemair-lead, dimana debit aliran udara menjadi nilai acuan sistem kontrol.

3. Sistem Kontrol Bersilangan

Sistem kontrol ini mirip dengan sistem kontrol paralel, hanya saja sudah dipergunakannya sensor pembacaan debit aliran batubara dan udara sebagai sinyal feed-forward. Masing-masing sistem kontrol bahan bakar dan udara mendapatkan sinyal perintah utama darimaster demand, namun nilai kontrol-nya masih dipengaruhi juga oleh kondisi aktual debit aliran batubara dan udara. Hasil akhir dari sistem kontrol ini adalah diharapkan terjadi proses pembakaran yang lebih responsif untuk perubahan nilai beban boiler serta lebih akurat.

Sistem Kontrol Bersilangan

4. Penggunaan Sensor Excess Air

Satu parameter yang dapat digunakan untuk lebih mempresisikan sistem kontrol pembakaran batubara pada boiler adalah jumlah excess air pada gas buang hasil pembakaran. Pembacaan excess air pada gas buang menggunakan oxygen analyzer. Pembacaan excess airdigunakan sebagai sinyal feed forward pada sistem kontrol pembakaran batubara.

Pembacaan Excess Air Sebagai Sinyal Input Sistem Kontrol

5. Penggunaan Sensor Gas Buang Lainnya

Sistem kontrol pembakaran batubara pada boiler yang terakhir adalah dengan melibatkan parameter-parameter lain selain excess air. Salah satu parameter penting tersebut adalah gas karbon monoksida. Kandungan karbon monoksida dalam gas buang menunjukkan jumlah gas yang tidak terbakar di ruang bakar. Sehingga sistem kontrol ini secara nyata berusaha untuk meminimalisir kerugian terbuangnya bahan bakar yang tidak dapat dibakar, serta kerugian (heat loss) akibat excess air yang terlalu besar.

Pembacaan Gas CO dan O₂ Pada Sistem Kontrol Pembakaran Batubara