PEMBAKARAN BATU BARA

PEMBAKARAN BATU BARA

BAB I

PENDAHULUAN

1.1         Latar Belakang

Batubara adalah salah satu bahan bakar fosil. Pengertian umumnya adalah batuan sedimen yang dapat terbakar, terbentuk dari endapan organik, batuan organik yang terutama terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen.

Batubara memiliki berbagai penggunaan yang penting di seluruh dunia. Penggunan yang paling penting adalah untuk membangkitkan tenaga listrik, produksi baja, pembuatan semen dan proses industri lainnya serta sebagai bahan bakar cair. Pada masa sekarang ini telah banyak terdapat industri penambangan batubara dan industri pemanfaatan batubara, seperti yang telah dijelaskan diatas bahwa salah satu pemanfaatan batubara adalah untuk membangkit tenaga listrik. Pembangkit ini dilakukan dengan cara pembakaran batubara dengan berbagai teknologi pembakaran batubara. Karena pentingnya teknologi pembakaran batubara dengan cara-cara pembakarannya oleh karena itu penulis membuat makalah yang berjudul “Teknologi Pembakaran Batubara”. Dengan adanya makalah ini penulis mengharapkan agar makalah ini dapat menjadi acuan referensi yang dapat bermanfaat bagi pembaca.

1.2         Rumusan Masalah

1.        Bagaimana cara-cara pembakaran batubara?

2.        Bagaimana cara memanfaatkan batubara sebagai sumber energi?

1.3         Tujuan

Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah:

1.      Mahasiswa dapat mengklasifikasikan cara- cara pembakaran batubara

2.      Mahasiswa dapat menjelaskan klasifikasi dari cara-cara pembakaran barubara

3.      Mahasiswa mengetahui pemanfaatan batubara sebagai sumber energi

BAB II

PEMBAHASAN

2.1         Pengertian Batu Bara

Batubara merupakan bahan bakar fosil yang memiliki kegunaan dalam dunia modern. Batubara diyakini terbentuk selama era carboniferous (sekitar 298-358,9 tahun yang lalu) dari tanaman mati dan bahan organic yang terakumulasi dibagian bawah badan air. Diyakini selama periode itu banyak permukaan bumi tertutup oleh rawa dan laguna, dimana banyak spesies tanaman raksasa tumbuh. Karena proses alam seperti banjir, tanaman dan bahan organic lainnya lantas mengendap dibagian bawah badan air tersebut.

Setelah mengendap seiring waktu semakin banyak tanah dan sedimen yang melapisi endapan. Akibatnya tanaman mati dan bahan organic mengalami tekanan dan perlahan lahan membentuk rawa gambut. Gambut lantas terkompresi dan secara bertahap bermetamorfosis menjadi batubara dibawah pengaruh panas dan tekanan tinggi.

2.1.1        Jenis-jenis batu bara

Batubara pada dasarnya merupakan batuan sedimen yang terutama terdiri dari karbon, meskipun beberapa elemen lainnya seperti oksigen, nitrogen, hydrogen, dan sulfur juga terdapat dalam jumlah kecil.

Secara umum terdapat empat jenis batubara dengan penjelasan sebagai berikut :

1.        Lignit

Lignit merupakan batubara paling lunak dengan kadar air tinggi dan sering disebut sebagai brown coal. Lignit merupakan batubara peringkat terendah yang terutama digunakan sebagai bahan bakar untuk pembangkit listrik tenaga uap.

2.        Sub-bituminus

Sub-bituminus lebih lunak dari batubara bituminous tetapi lebih relative keras daripada lignit. Kadar batubara jenis ini lebih rendah dari lignit.

3.        Bituminous

Batubara bituminous mengandung kelembaban rendah dan lebih keras dibandingkan batubara sub-bituminus dan lignit.

4.        Antrasit

Ini adalah batubara paling keras dengan kandungan karbon tertinggi serta dengan kelembaban dan kandungan abu terendah. Kuatlitas antrasit jauh lebih tinggi daripada bituminous, sub-bituminus, dan lignit.

2.2         Teknologi Pembakaran Batubara

              Proses pembakaran batubara akan berlangsung dengan baik jika tersedia udara dalam jumlah yang cukup. Proses pembakaran dimulai dari terjadinya oksidasi pada fase uap dan penyalaan volatile matter (zat terbang) yang terlepas dari batubara yang selanjutnya menyebabkan menyalanya residu bahan padat (residual char). Tahap penyalaan volatile matter menyebabkan kestabilan flame (nyala) dan temperatur sehingga residu padat bisa menyala, sementara pada penyalaan residu padat terjadi mekanisme reaksi-reaksi yang kompleks yang selanjutnya menghasilkan panas pembakaran.

Pembakaran batubara dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu:

1.      Pembakaran dalam Unggun Tetap

2.      Pulverized Coal Combustion

2.2.1     Pembakaran dalam Unggun Tetap

Ada tiga pola dasar pengumpanan batubara dan udara yang telah dikembangkan:

-       Overfeed

Pada pola pengumpanan overfeed, aliran batubara dan udara saling berlawanan (countercurrent). Bahan bakar diumpankan dari atas unggun (bed) dan mengalir ke bawah sambil dikonsumsi, sementara udara mengalir dari atas melewati lapisan abu, kokas dan batubara baru. Batubara baru yang telah diumpankan dipanaskan lewat kontak dengan batubara yang sudah terbakar yang ada dibawahnya dan juga oleh gas-gas pembakaran yang mengalir berlawanan arah. Produk-produk sisa pembakaran yang dihasilkan selanjutnya turun ke bawah sampai berbatasan dengan grate dan secara periodik produk sisa pembakaran ini dikeluarkan dengan cara dumping, shaking dan vibrating dari grate atau pada beberapa stoker dengan cara grate berjalan secara kontinyu.

-       Underfeed

Pada pola pengumpanan underfeed, aliran batubara dan udara terjadi secara paralel dan biasanya mengalir ke atas. Volatille matter, air, dan udara pembakaran mengalir melalui lapisan bahan bakar yang terbakar. Tipe ini menghasilkan lebih sedikit asap selama pengumpanan dan pengoperasian beban yang rendah.

-       Crossfeed

Pola pengumpanan crossfeed merupakan pola pengumpanan udara dan bahan bakar yang banyak diterapkan. Dalam hal ini batubara sebagai bahan bakar bergerak secara horizontal, sementara udara bergerak dari bawah ke atas dengan sudut yang tepat. Pola pembakaran ini terdiri dari stoker uang dilengkapi dengan hopper untuk tempat pengumpanan, chain grate, travelling grate dan vibrating, reciprocating atau oscilating grate.

2.2.2        Pulverized Coal Combustion

  Secara praktis, batubara diumpankan bersama sebagian udara pembakaran. Udara yang dimasukkan di bagi dua yaitu udara primer dan udara sekunder. Udara primer dimasukkan bersama-sama dengan batubara sementara udara sekunder dimasukkan secara terpisah dari udara primer melewati dua pipa konsentrik ke dalam boiler atau tanur. Pada umunya udara primer bersama batubara dimasukkan lewat pipa ditengah, sementara udara sekunder dimasukkan lewat annulus.

Metode pembakaran pulverized coal hampir tidak tergantung pada karakteristik batubara. Secara umum hampir semua batubara dapat digunakan dengan sistem ini dengan sistem yang tepat.

-                 Dry Bottom Firing

Operasi unit abu kering lebih sederhana dan lebih fleksibel terhadap perubahan jumlah dan sifat-sifat batubara dibandingkan dengan unit wet bottom firing. Kerugian utama unit dry bottom firing ini adalah karena ukuranya lebih besar (sehingga lebih mahal) dan sekitar 80-90% abu.

Gambar 1. Susunan Burner dan Cara Pemasukan Udara Primer pada Pembakaran Batubara Pulverized

a.    Vertikel firing

b.    Tangential firing

c.     Opposed inclined firing

d.   Horizontal firing

Harus dikeluarkan dari boiler dan presipitaor  hopper dalam bentuk debu yang sangat halus

-                 Wet Bottom Firing

Unit wet bottom firing ini dikembangkan untuk mengatasi masalah penanganan debu dengan cara membuat abu lebih berat, berbentuk granular dan tinggal dalam tanur lebih banyak dibandingkan dalam unit abu kering. Dalam unit web bottom ini aliran leburan abu yang mengalir dari tanur disemprot dengan air pendingin sehingga terbentuk produk dengan ukuran yang diinginkan. Sekitar 80%  abu bisa tinggal dalam tanur untuk beberapa unit desain tertentu.

Dibandingkan dengan dry bottom firing, unit wet bottom firing mempunyai kerugian-kerugian seperti kurang fleksibel terhadap pemilihan batubara, lebih banyak terjadi fouling dan korosi eksternal, pembentukan NO_x yang lebih tinggi dan uap yang diperoleh lebih sedikit.

-                 Slurry Firing

Pembakaran dalam bentuk slurry bertujuan agar bahan bakar lebih mudah ditransportasikan, disimpan dan digunakan dibandingkan dalam bentuk padat. Bahan bakar dalam bentuk slurry ini diantaranya coal-water mixtures(CWM) dan coal-oil Mixtures (COM).

a.       Coal- Water Mixture(CWM)

CWM merupakan campuran antara batubara berukuran halus dan air dengan perbandingan tertentu serta dengan penambahan aditif tertentu untuk menjaga kestabilan fluida agar batubara tidak dapat mengendap. Tujuan utama CWM adalah agar dapat ditransportasikan dengan pipa-pipa sehingga lebih murah biaya transportasinya dibandingkan biaya transportasi batubara dalam keadaan padat. Yang perlu diperhatikan dalam CWM ini adalah dalam masalah penyimpanan yang membutuhkan tempat khusus, kestabilan fluida dalam waktu tertentu, masalah dewatering baik secara termal maupun mekanik, dan masalah keberhasilan dalam pembakaran.

b.      Coal-Oil Mixtures(COM)

COM merupakan campuranantara batubarahalus dan minyak dengan perbandingan tertentu. COM tidak terlalu menimbulkan masalah menyangkut keberhasilan dalam pembakaran, dibandingkan CWM.

-                 Tanur Cyclone

Pengembangan metoda pembakaran pulverized coal diantaranya adalah dengan menginjeksikan udara dan batubara secara tangensial dan dengan kecepatan tinggi kedalam tanur cyclone horizontal silindris, kemudian membakar batubara tersebut bergerak mengikuti bentuk spiral. Dibawah kondisi aerodinamis yang tepat, tanur ini bisa menghasilkan panas mencapai 500.000 Btu/jam ft³ ruang pembakaran (bandingkan dengan sistem dry bottom yang hanya menghasilkan panas paling tinggi 150.000 dan sistem slag-tap yang menghasilkan panas 400.000 Btu). Karena temperatur nyala api yang tinggi (3000^oF) maka dihasilkan sekitar 90% abu sebagai abu lebur (molten slag) yang cenderung menempel pada dinding tanur dengan lengket sehingga masih menyisahkan partikel-partikel batubara yang terbakar.

2.2.3        Fluidized-Bed Combustion

Dalam pembakaran fluidized-bed, ukuran partikel cukup kecil sehingga bisa diapungkan oleh aliran udara pembakaran yang bergerak dari baah keatas. Partikel selanjutnya bergerak keatas dan kebawah secara mengelompok. Gerakan vertikal yang bolak-balik ini menghasilkan pencampuran yang baik dan distribusi partikel yang merata sehingga partikel-partikel tersebut ‘teraduk’ dengan baik.

Temperatur beg dikendalikan dengan mengatur kedalaman bed, dengan menambah atau tidak penukar panas(heat exchanger), clan dengan penggunaan ballast (bahan inert) dalam bed.

Fluidized bed mempunyai banyak alternatif dalam memecahkan masalah-masalah diatas, sebagai contoh, apakah sistem dijalankan dengan bed agak panas atau agak dingin.

Pressurized Fluidized-bed Combustion. Pada pembakaran jenis ini tekanan pembakaran dinaikkan dan ukuran ruang pembakaran jenis ini tekanan pembakaran bisa lebih diperkecil sehingga menurunkan biaya investasi. Juga, pada tekanan pembakaran di atas 4-6 atm, turbin gas dapat dijalankan oleh gas pembakaran untuk menekan udara pembakaran dan menghailkan daya listrik hasilnya dapat meningkatkan efisiensi dalam menghasilkan listrik.

-                 Pengendalian Polusi

Pada umumnya polutan yang ada di udara berasal dari sumber pembakaran dalam sekitar 90% dan polutan ini berasal dari hanya lima jenis emisi yaitu gas karbon monoksida, hidrokarbon, partikulat, nitric oxida dan sulfur oksida. Emisi yang berasal dari batubara disebabkan oleh abu, nitrogen clan sulfur.

Abu yang dihasilkan oleh pembakaran batubara akan mencemari atmosfir jika terlepas bersama gas pembakaran dan dapat mencemari air tanah atau sumber-sumber air jika dikeluarkan dari gas dan dibuang di tempat pembuangan. Lagipula, meskipun terdapat tekni-teknik penangkapan abu yang sangat efektif, masih ada sebagian kecil abu yang terlepas. Abu yang terlepas ini umumnya berupa partikel-partikel halus yang sulit dilepaskan dari gas-gas pebakaran sehingga sangat berpengaruh pada kesehatan.

Batubara juga mengandung sulfur yang terkonversikan menjadi sulfur oksida SO₂ selama pembakaran. Sulfur dalam batubara dapat sebagai ikatan organik dan anorganik. Sulfur anorgaik lebih mudah dihilangkan (dengan proses pencucian dsb). Oksida nitrogen NO dan NO₂ (NO₂ merupakan sumber pencemaran nomer  tiga yang terdapat dalam pembakaran batubara. NO terbentuk dari senyawa nitrogen dalam batubara dan dari nitrogen dalam udara pembakaran.

Emisi dapat dikendalikan dengan salah satu atau lebih dari ke tiga cara berikut ini:

-       Penghilangan substansi yang menyebabkan pencemaran dari bahan bakar (contoh : de-ashing dan gasifikasi).

-       Modifikasi variabel-variabel yang mengendalikan proses pembakaran itu sendiri.

-       Penghilangan substansi yang tidak diinginkan dari effluent.

2.3         Pemanfaatan Batubara

Klasifikasi batubara berdasarkan tingkat pembatubaraan biasanya menjadi indikator umum untuk menentukan tujuan pengggunaannya. Misalnya, batubara ketel uap atau batubara termal (steam coal) banyak digunakan untuk bahan bakar pembangkit listrik, pembakaran umum seperti pada industri bata atau genteng, dan industri semen, sedangkan batubara metalurgi (metallurgical coal atau coking coal) digunakan untuk keperluan industri besi dan baja serta industri kimia. Kedua jenis batubara tadi termasuk dalam batubara bituminus. Adapun batubara antrasit digunakan untuk proses sintering bijih mineral, proses pembuatan elektroda listrik, pembakaran batu gamping, dan untuk pembuatan briket tanpa asap.

Gambar 2. Jenis – jenis Batubara dan Pemanfaatannya

(Sumber: The Coal Resource, 2004)

  

Adapun kegunaan batubara sebagai sumber energi adalah :

1.      Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)

Batubara merupakan salah satu sumber energi terpenting dalam Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Pada PLTU, batubara berperan sebagai sumber energi untuk mendidihkan air sehingga dihasilkan uap air untuk menggerakan turbin. Misalnya pada PLTU Suralaya ( Banten ) yang menyupalai listrik untuk wilayah Jawa – Bali.

2.       Sumber Energi Industri

Beberapa industri – industri menggunakan batubara sebagai sumber energi baik untuk tenaga penggerak mesin maupun sebagaisumber energi panas untuk pengolahan bahan baku, seperti pada industri semen.

3.      Bahan bakar rumah tangga

Batubara yang digunakan sebagai bahan bakar rumah tangga disebut briket. Di negara-negara Korea, Cina dan Eropa, briket batubara sebagai bahan bakar untuk rumah tangga sudah sangat populer, baik untuk keperluan masak maupun untuk pemanas ruangan. Batubara umumnya apabila dibakar secara langsung akan berasap dan berbau. Ini berasal dari zat terbang atau volatile matter dan belerang yang tidak terbakar secara sempurna. Untuk menghindari masalah tersebut sebelum di briket, batubara dikarbonisasi atau di arangkan dahulu dengan proses sebagai berikut : batubara dipanaskan tanpa oksigen, zat terbang yang berupa ter, minyak dan gas akan diuapkan sehingga tersisa arang batubara (semilokas). Proses karbonisasi ini hanya sebagaian saja, dan masih disisakan sedikit

4.      zat terbang untuk memudahkan proses pembakarannya. Arang batubara yang dihasilkan bersifat rapuh dan ukurannya tidak seragam, sehingga diperlukan proses penggerusan dan pem-briketan dengan pemampatan agar diperoleh bentuk yang seragam, kompak dan sifat fisiknya kuat.

BAB III

KESIMPULAN

              Proses pembakaran batubara akan berlangsung dengan baik jika tersedia udara dalam jumlah yang cukup. Proses pembakaran dimulai dari terjadinya oksidasi pada fase uap dan penyalaan volatile matter (zat terbang) yang terlepas dari batubara yang selanjutnya menyebabkan menyalanya residu bahan padat (residual char). Pembakaran batubara dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu pembakaran dalam unggun tetap dan pulverized coal combustion.

Adapun kegunaan batubara sebagai sumber energi adalah :

-                 Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)

Pada PLTU, batubara berperan sebagai sumber energi untuk mendidihkan air sehingga dihasilkan uap air untuk menggerakan turbin. Misalnya pada PLTU Suralaya ( Banten ) yang menyupalai listrik untuk wilayah Jawa – Bali.

-                  Sumber Energi Industri

Beberapa industri – industri menggunakan batubara sebagai sumber energi baik untuk tenaga penggerak mesin maupun sebagaisumber energi panas untuk pengolahan bahan baku, seperti pada industri semen.

-                 Bahan bakar rumah tangga

Batubara yang digunakan sebagai bahan bakar rumah tangga disebut briket. Batubara umumnya apabila dibakar secara langsung akan berasap dan berbau. Ini berasal dari zat terbang atau volatile matter dan belerang yang tidak terbakar secara sempurna. Untuk menghindari masalah tersebut sebelum di briket, batubara dikarbonisasi atau di arangkan dahulu dengan beberapa proses.

DAFTAR PUSTAKA

Baardson, John A., Coal to Liquids: Shell Coal Gasification with Fischer-Tropsch Synthesis, Baardson Energy LLC, 2003.

Bukin Daulay, Dr.,MSc., Geologi dan Eksplorasi Batubara, Puslitbang  Teknologi Mineral dan Batubara, Bandung, 2001.

Elliott, M.A., 1981. Chemistry of Coal Utilization. John Wiley & Sons, Inc. New York

Widagdo, S. 2010. Batu Bara, Produk Strategis yang Harus Jadi Prioritas untuk Industri Nasional.

Tirasonjaya, F. 2006. Kualitas Batubara.