Saat ini, hampir semua PLTU di Indonesia menggunakan Bahan Bakar batubara.  Alasan utama tentunya karena biaya produksi listrik PLTU batubara dibandingkan dengan menggunakan Bahan bakar Minyak (BBM) jauh lebih murah, setidaknya biaya bahan bakar  BBM 6 kali lebih tinggi dari batubara atau bahkan lebih.

Untuk dapat mengenal lebih dalam batubara, mari kita perhatikan salah satu contoh analisa batubara sebagai berikut

Tabel-1 Coal Analisis Report

(silahkan di klik gambarnya untuk mendapatkan tampilan yang lebih jelas)

1. NILAI KALOR (CALORIFIC VALUE)

Parameter ini merepresentasikan nilai kalor yang terkandung pada batubara, dalam satuan kcal/kg. Terdapat dua tipe nilai kalor pada setiap bahan bakar,  Gross Calorific Value (GCV) dan Nett Calorific Value (NCV) atau kadang disebut juga High Heating Value (HHV) dan Low Heating Value (LHV).

• HHV, heat yang dihasilkan dari pembakaran sempurna batubara pada volume konstant sehingga semua air (H2O) terkondensasi dalam bentuk cairan. Dari tabel diatas dapat dilihat nilai GCV batu bara tersebut adalah sebesar 4134 kcal/kg (pada Kondisi As received)

•  LHV, heat yang dihasilkan dari pembakaran sempurna batubara pada volume konstant dengan semua air (H2O) terbentuk dalam bentuk uap. Pada data diatas, kebetulan nilai NCV tidak ditampilkan

setiap bahan bakar Hidrokarbon, baik berbentuk padat, cair maupun gas pasti memiliki nilai HHV dan LHV karena setiap reaksi oksidasi yang melibatkan atom C dan H pasti menghasilkan H2O dan CO2. Pada kenyataanya, pembakaran batubara yang terjadi termasuk menguapkan H2O yang terbentuk sehingga nilai LHV lah yang dihasilkan.  pada batubara dimana kandungan air (moisture) yang relatif lebih besar dibandingkan dengan Bahan Bakar Minyak atau gas, sehingga rentang nilai antara HHV dan LHV nya cukup signifikan dibanding  nilai Kalor pada BBM atau BBG

2. PROXIMATE ANALISIS DAN ULTIMATE ANALISIS

Ciri khas umum pada batubara biasanya memiliki 2 tipe analisis yang digunakan, yaitu proximate analysis dan Ultimate analysis

PROXIMATE ANALISIS

Suatu analisis untuk menentukan kandungan utama baatubara yaitu: Moisture, Volatile Matter, Fixed Carbon, dan Ash.

• Moisture, adalah kadar air yang terkandung di dalam batubara, nilai ini didapatkan ketika sample batubara dialirkan udara panas pada temperature 104-110°C. Bobot yang hilang itulah kadar moisture pada batubara. Prosedure lengkap pengetesaannya dapat dibaca pada ASTM D3173. pada report diatas dapat dilihat total moisture content di dalam batubara tersebut 34.83% artinya dari 100 kg batubara 34.83 kg adalah air, cukup besar kan.. dapat dibayangkan sebagian nilai kalor batubara hilang hanya untuk menguapkan kandungan air tersebut.

dari 34.83% total moisture tersebut, 14.18% nya adalah Inherent Moisture (IM) dan sisanya adalah Surface Moisture (SM). surface Moisture adalah kandungan air yang berada di permukaan  butir batu bara sedangkan IM adalah kandungan air yang terdapat pada rongga-rongga kapiler batubara yang sangat kecil

• Volatile Matter, adalah kandungan batubara yang mudah menguap jika dipanaskan selain moisture. Metode pengetesan dapat dibaca ASTM D3175
• Fixed carbon, adalah material padat selain ash pada batubara. Metode penentuannya tidak ada standar khusus, tetapi merupakan selisih bobot batubara dikurangi bobot moisture, volatile matter, dan ash (sesuai prosedure di ASTM D3172)
• Ash, adalah  kandungan abu pada batubara. Metode pengetesannya  dapat dilihat di ASTM D3174

ULTIMATE ANALISIS

Suatu analisis untuk menentukan nilai kandungan Carbon (C), Hidrogen (H), Nitrogen (N), Oxigen (O), dan Sulfur (S). Dari gambar tabel diatas dapat dilihat bahwa kandungan terbesar batubara adalah Carbon,moisture, kemudian Oxigen dan seterusnya. Kandungan ini cenderung konstan kecuali moisture, jika dikurangi atau ditambah maka akan sangat berpengaruh terhadap nilai kalor suatu batubara. Oleh karena itu, semakin banyak dikembangkan teknologi pengeringan batubara untuk meningkatkan kualitas batubara.

Data pada Ultimate Analisis dan Moisture inilah menjadi dasar perhitungan Combustion calculation dalam desain boiler yang nanti terkait dengan kebutuhan udara pembakaran dan estimasi flue gas yang dihasilkan serta batasan emisi yang dijinkan oleh peraturan Kemetrian Lingkungan Hidup. detail perhitungan cumbustion calculation akan kita bahas dilain kesempatan

BASIS PENGUKURAN

Tentunya dapat dilihat pada hasil analisis report di atas, bahwa pada proximate analysis dan Ultimate Analisis terdapat beberapa basis yaitu, As received (AR) basis, Air Dried basis (ADB), Dry Basis (DB), dan Dry ash free (DAF) basis.

• As Recieved basis, kondisi sample batubara yang datang ke laboratorium sebelum adanya pemprosesan atau pengkondisian atau kondisi batubara apa adanya.
• Air Dried basis, , kondisi dimana batubara sudah tidak terdapat surface moisture
• Dry basis, kondisi batubara dimana tidak terkandung moisture secara teoritic pada sample batubara yang di tes
• Dry Ash Free Basis, kondisi batubara dimana tidak terkandung moisture dan Ash sehingga hanya terdapat volatile matter dan Fixed Carbon

Pada contoh report analisis batubara diatas dapat dilihat bahwa pada masing-masing terdapat nilai kalor yang berbeda dan semakin membesar dari AR hingga DAF.  Tentunya hal ini harus menjadi perhatian, bahwa nilai kalor batubara harus dikaitkan dengan basisnya. Sehingga pada dunia pertambangan sering digunakan istilah kombinasi seperti Gross As Received (GAR) artinya nilai kalor gross calorivic value pada kondisi As received basis, contoh batubara diatas bisa disebut sebagai GAR 4134 kcal/kg

pada boiler PLTU tentunya bahan bakar yang masuk adalah pada kondisi As-Received basis sehingga dalam desain maupun operasional boiler kondisi inilah yang digunakan, sedangkan basis yang lain hanyalah basis pada tahap pengukuran sample batubara saja.

3. HARDGROVE GRINDABILITY INDEX (HGI)

HGI merepresentasikan nilai kekerasan suatu batubara, semakin rendah nilai HGI berarti batubara tersebut semakin keras. Semakin tinggi kualitas/nilai kalor batubara maka batubara semakin keras atau HGI rendah. Batubara paling keras adalah antrasit dengan nilai HGI  mendekati 30 atau 40, sedangkan sample batubara diatas dengan HGI 63 artinya tidak terlalu keras. pada Pulverized Coal (PC) Boiler, HGI sangat berpengaruh terhadap pemilihan dan desain Pulverizer

4. SIZE DISTRIBUTION

Distribusi ukuran batubara pada sample batubara yang dites berdasarkan data diatas berukuran dibawah 70 mm dan diatas 2.38 mm

5. ASH COMPOSITION ANALYSIS

Ash analisis adalah analisis terhadap kandungan didalam ash. Dari report diatas dapat dilihat bahwa ash batubara tersebut mengandung beberapa senyawa, 5 senyawa terbesar kandungannya diantaranya SiO2,Al2O3,Fe2O3, SO3, dan CaO

6. SLAGGING FACTOR DAN FOULING FACTOR

Slagging factor dan fouling factor merepresentasikan potensi deposit yang akan terjadi pada boiler. Slagging, merupakan deposit yang terjadi pada daerah furnace yang terexpose langsung oleh radiasi api pembakaran sedangkan fouling, deposit yang terjadi pada bagian yang tidak terekspose langsung radiasi api pembakaran misalnya pada area superheater.

Pada report diatas didapatkan slagging factor dan fouling factor  adalah low.

Formula berikut dapat digunakan untuk menentukan nilai slagging factor dan fouling factor:

• Slagging Factor (SF) = Base/Acid * sulfur in coal
• Fouling Factor (FF)= Base/Acid * Na2O in ash

Dimana :

Base/Acid = (Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O)/ (SiO2+Al2O3+TiO2)

nilai masing-masing kandungan didapatkan dari Ash Analisi diatas, Kemudian nilai SF dan FF yang dihasilkan dibandingkan terhadap tabel dibawah ini.

7. ASH FUSION TEMPERATUR

Ash Fusion Temperature Adalah suatu parameter pengetesan ash batubara dimana ash tersebut dibentuk  menjadi kerucut (cone)  kemudian di panaskan sampai beberapa tahap perubahan bentuk.  Terdapat  4 tahap perubahan bentuk sesuai dengan ASTM D1857, lihat gambar dibawah:

• Initial Deformation Temperature (IT), temperatur dimana ujung kerucut mulai membentuk bulat atau tumpul
• Spherical Temperature (ST), temperatur dimana kerucut berubah menjadi gundukan tumpul dimana tinggi sama dengan lebar gundukan.
• Hemisphere Temperatura (HT), temperatur dimana kerucut meluruh menjadi bentuk hemisphere atau setengah bola.
• Flow Temperature (FT),  temperatur dimana ash sudah meleleh menyebar mendekati rata dengan ketinggian maksimum 1.6 mm

pada pengetesan ash fusibility terdapat 2 kondisi yang digunakan yaitu kondisi reducing dan oxidizing dan sebagian besar combustor adalah pada kondisi oxidizing termasuk boiler

dari hasil report diatas dapat dilihat bahwa ash fusion temperatur dimulai pada 1150 C (reducing) atau  1250 C (oxodizing) dan hal ini dikaitkan dengan temperature operasi Boiler pada PLTU. berikut beberapa tipe Boiler dan temperatur operasinya pada PLTU:

• Stoker Boiler : 800 -900 ° C
• Circulating Fluidized Bed (CFB) Boiler : 850 -900° C
• Pulverized Coal (PC) Boiler : 1300 – 1400° C

sehingga dari nilai ash fusion temperatur jika dibandingkan dengan temperatur operasi boiler pada contoh report batubara diatas akan berpengaruh jika digunakan pada PC Boiler, kemudian dihubungkan dengan slagging dan fouling factor ternyata masih kategori LOW sehingga penggunaan PC Boiler masih bisa ditolerir

Abdul Manan

Mechanical Engineer in EPC Power Plant Company