Unit Suspension Preheater (Cement Plant)

Unit Suspension Preheater

  •   Sistem Pembakaran – Unit Suspension preheater

Industri semen merupakan industri padat energi, baik berupa energi listrik maupun panas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar. Pada proses penggilingan bahan mentah dan penggilingan clinker untuk menjadi produk akhir berupa semen, diperlukan sejumlah energi listrik yang besar (porsi penggunaan energi listrik terbesar dalam proses semen) dan ada proses pembakaran (proses utama) yang terjadi di kiln diperlukan sejumlah energi panas yang besar. Sejumlah energi tersebut berpengaruh langsung terhadap biaya produksi secara keseluruhan.

Klinker adalah bahan baku utama pembuatan semen yang memiliki kandungan utama C3S  yang apabila ditambahkan air menjadi  kaku dan kemudian pasta akan mengeras dalam beberapa jam, kandugan  C3S inilah yang memberikan kuat tekan pada semen. Klinker diperoleh dari hasil pembakaran raw meal didalam Kiln. Dalam proses pembuatan klinker terdapat 3 tahap, yaitu :

  1. Penyiapan bahan baku
  2. Pembakaran (Pembentukan Klinker)
  3. Pendinginan Klinker

Tahapan penyiapan bahan yang termasuk didalamnya adalah homogenisasi di blending silo menggunakan udara bertekanan dengan tujuan menghomogenkan campuran bahan baku yang sudah dihaluskan seperti tepung (raw meal) diharapkan agar tidak  terjadi :

  1. Coating
  2. Kualitas klinker yang tidak seragam
  3. Umur bata tahan api rendah
  4. Pemakain bahan bakar yang fluktuatif

Pada tahapan pembakaran terbagi menjadi unit suspension preheater dan kiln, dimana pada unit suspension preheater bahan akan dipanaskan terlebih dahulu sampai terjadi proses kalsinasi sehingga mempermudah proses pembakaran atau pembentukan kilnker didalam Kiln. Setelah kilnker terbentuk pada suhu ± 1450 oC, klinker akan memasuki zona pendinginan dan dinginkan secara mendadak didalam cooler untuk menghindari reaksi balik dari C3S.

Reksi yang terjadi saat pembakaran rawmeal menjadi klinker C3S

Gambar 1. Reaksi Pembakaran Raw Meal Menjadi Klinker

Unit Suspension preheater

Suspension Preheater Pada Pabrik Semen

Pada masa awal perkembangan industri semen, proses pembakaran hanya berlangsung di kiln, hal ini menyebabkan beban panas kiln sangat besar yang memberi efek buruk pada mechanical, refractory, biaya produksi, dan optimasi proses, untuk mengurangi dampak buruk akibat  beban panas kiln yang tinggi dibuatlah unit suspension preheater.

Pada awalnya proses pemanasan bahan baku terjadi dengan mengalirkan gas hasil sisa proses pembakaran di kiln melalui suspension preheater. Namun dengan berkembangnya teknologi, di dalam suspension preheater proses pemanasan ini dapat dilanjutkan dengan proses kalsinasi sebagian dari bahan baku dengan cara pada suspension preheater ditambah dengan kalsiner yang memungkinkan ditambahkannya bahan bakar (dan udara) untuk memenuhi kebutuhan energi yang diperlukan untuk proses kalsinasi tersebut. Peralatan terakhir ini sudah banyak ditemui untuk pabrik baru dengan kapasitas produksi yang cukup besar, dan disebut dengan suspension preheater dengan kalsiner.

Suspension preheater merupakan salah satu peralatan produksi untuk memanaskan raw meal sebelum masuk ke dalam rotary kiln.  Suspension preheater terdiri dari siklon untuk memisahkan bahan baku dari gas pembawanya, riser duct yang lebih berfungsi sebagai tempat terjadinya pemanasan raw meal (karena hampir 80% -90% pemanasan raw meal berlangsung di riser duct), dan kalsiner untuk sistem-sistem dengan proses prekalsinasi yang diawali di suspension preheater sebelum bahan umpan masuk  kedalam kiln.

 Cyclone Suspension Preheater

Gambar 2 Cyclone Suspension preheater

Pada suspension preheater tanpa kalsiner, persentase proses kalsinasi lebih kecil dibandingkan dengan yang terjadi di dalam preheater dengan kalsiner. Pada suspension preheater dengan kalsiner ini derajat kalsinasi raw mix (persentase bahan baku yang telah mengalami proses kalsinasi) pada saat masuk ke kiln dapat mencapai 90 – 95 %. Sedangkan pada suspension preheater tanpa kalsiner,  menurut hasil penelitian selama ini, tidak akan melebihi 40%. Dengan demikian system suspension preheater dilengkapi kalsiner akan sangat membantu performance dari kiln karena didalam kiln tidak memerlukan proses kalsinasi yang banyak dan dapat fokus pada reaksi pembentukan klinker.

2.2.1 Prinsip Operasi Suspension Preheater dengan Calciner

Precalciner atau NSP adalah pengembangan dari Suspension preheater yang dilengkapi dengan “Calciner” atau pembakaran diriser duct. Pada proses kalsinasi, energi yang dibutuhkan merupakan energi laten reaksi sehingga tidak untuk meningkatkan temperatur bahan baku dan sebagian atau seluruh udara pembakaran diambil dari udara pendinginan klinker di cooler yang telah merekuperasi panas pendinginan klinker. Udara pembakaran dari cooler ini disebut dengan udara tertier. Oleh karena itu di dalam kalsiner ini beda temperatur antara gas dan material paling rendah. Dengan penggunaan kalsiner ini pembakaran klinker (klinkerisasi dan sintering) dapat dilakukan pada rotary kiln yang lebih kecil dengan waktu tinggal yang tepat. Dasar pemikiran penggunaan kalsiner ini adalah bahwa rotary kiln, sebagai alat penukar panas, perpindahan panas yang efektif terjadi pada zona pembakaran (burning zone) di mana perpindahan panasnya hampir seluruhnya secara radiasi. Sedang pada tempat yang bertemperatur lebih rendah seperti zona kalsinasi perpindahan panas yang terjadi lebih didominasi oleh mekanisme konveksi tidak cukup ekonomis dilakukan di dalam kiln karena kecepatan aliran gas cukup rendah. Berdasarkan konsep pemikiran inilah, akan diperoleh penghematan energi pembakaran klinker bila proses kalsinasi dilakukan sebagian besar di luar kiln.

Pada unit suspension preheater perpindahan panas berlangsung efektif tergantung pada retention time dan turbulensi. Metode perpindahan panas dapat dibagi menjadi dua cara yaitu:

  1. 1.    Transfer panas aliran searah (Co-current)

Kontak panas antara media yang dipanaskan dan media yang memanaskan berlangsung searah.

  1. Transfer panas aliran berlawanan arah (Counter current)

kontak panas antara media yang dipanaskan dan media yang memanaskan berlawanan arah.

Aliran Co Current dalam SP

Gambar 3  Perpindahan Panas Secara Co-current & Counter Current

2.2.2     Keuntungaan dan Kerugian Suspension Preheater dilengkapi Calciner

Penggunaan kalsiner mempunyai keuntungan sebagai berikut :

  1. Diameter kiln dan thermal load-nya lebih rendah terutama untuk kiln dengan kapasitas besar. Pada sistem suspension preheater tanpa kalsiner, 100% bahan bakar dibakar di kiln. Dengan kalsiner ini, dibandingkan dengan kiln yang hanya menggunakan SP saja, maka suplai panas yang dibutuhkan di kiln hanya 35% – 50%. Biasanya sekitar 40 % bahan bakar yang dibakar di dalam kiln, sementara sisanya dibakar di dalam kalsiner.  Sebagai konsekuensinya untuk suatu ukuran kiln tertentu, dengan adanya kalsiner ini, kapasitas produksinya dapat mencapai hampir dua kali atau dua setengah kali lipat dibanding apabila kiln tersebut dipergunakan pada sistem suspension preheater tanpa kalsiner.
  2. Di dalam kalsiner dapat digunakan bahan bakar dengan kualitas rendah karena temperatur yang diinginkan di kalsiner relatif rendah (850 – 900 oC), sehingga peluang pemanfaatan bahan bakar dengan harga yang lebih murah, yang berarti dalam pengurangan ongkos produksi, dapat diperoleh.
  3. Dapat mengurangi konsumsi refraktori kiln khususnya di zona pembakaran karena thermal load-nya relatif rendah dan beban pembakaran sebagian dialihkan ke kalsiner.
  4. Emisi NOx-nya rendah karena pembakaran bahan bakarnya terjadi pada temperatur yang relatif rendah.
  5. Operasi kiln lebih stabil sehingga bisa memperpanjang umur refraktori.
  6. Masalah senyawa yang menjalani sirkulasi (seperti alkali misalnya) relatif lebih mudah diatasi.

Selain beberapa keuntungan di atas, penggunaan kalsiner ini juga memiliki beberapa hal yang kurang meguntungkan,  di antaranya adalah:

  1. Temperatur gas buang keluar dari top cyclone relatif lebih tinggi. Untuk mengatasi hal ini dirancang siklon dengan penurunan tekanan yang rendah sehingga dapat ditambah dengan siklon ke-lima sehingga secara keseluruhan suspension preheater memiliki lima tingkat siklon.
  2. Temperatur klinker yang keluar dari kiln relatif lebih tinggi karena berkurangnya jumlah udara sekunder yang diperlukan di kiln. Untuk mengatasi hal ini biasanya digunakan pendingin klinker yang efektif yaitu grate cooler.
  3. Penurunan tekanan total di suspension preheater lebih tinggi dibanding sistem tanpa kalsiner sehingga dapat mengakibatkan meningkatnya konsumsi daya listrik pada motor ID fan. Namun hal ini biasanya dikompensasi dengan desain siklon yang hemat energi.
  4. Lokasi kalsiner, ducting, tambahan alat pembakaran, duct udara tersier akan menambah kompleksnya konstruksi peralatan.

2.2.3     Jenis Sistem Precalciner

Dilihat berdasarkan supply udara untuk proses pembakaran di Precalciner, maka Precalciner bisa dibedakan menjadi 2 macam diantaranya  :

  1. Precalciner System AT ( Air Through )

Sistem dengan udara pembakaran untuk precalciner hanya didapat dari dalam Kiln.

Sistem AT tidak banyak dikembangkan karena proses pembakaran di preheater tidak optimal. Pada  system ini udara pembakaran dicalciner adalah sisa udara  pembakaran dari dalam Kiln (O2% Kiln Inlet) dan tidak dilengkapi Tertiary Air Duct. Kelemahannya jenis ini adalah :

  • Proses pembakaran di Precalciner tidak optimal hanya 30%-35% dari bahan bakar yang digunakan.  Heat Cons. >800 kcal/kg clinker.
  • Pemakaian bahan bakar didalam Kiln lebih banyak 65-70% dari total bahan bakar yang digunakan. Thermal load didalam Kiln tinggi mengakibatkan bata tahan api tidak tahan lama.
  1. Precalciner System AS ( Air Separate )

Sistem dengan udara pembakaran untuk precalciner didapat dari Cooler melalui Teriary Air Duct yang disebut Tersiery air. Precalciner System AS lebih banyak dikembangkan oleh semua perusahaan pembuat pabrik semen, karena terbukti bisa meningkatkan derajad calsinasi yang tinggi dan konsumsi panasnya rendah serta kapasitas produksi lebih tinggi.

 

  •  False air

Reaksi pembakaran adalah reaksi antara bahan bakar dengan oksigen/ udara. Oksigen yang dibutuhkan dalam proses pembakaran didalam Kiln diambil dari udara primer (yang ikut bersama-sama dengan mengalirnya bahan bakar ke ruang bakar) dan udara sekunder (diambil dari udara pendinginan clinker di cooler). Udara yang diperlukan untuk pembakaran pasti mengandung udara berlebih (excess air). Excess air merupakan parameter yang sangat penting dalam penentuan supply bahan bakar dan kebutuhan udara pembakaran. Jika supply udara kurang maka akan mengakibatkan pembakaran tidak sempurna sehingga kadar CO naik dan panas yang dihasilkan berkurang / tidak maksimal. Namun jika excess air terlalu banyak maka berdampak buruk pula pada proses pembakaran karena udara akan mendinginkan panas yang ada didalam sistem. False air adalah salah satu penyebab excess air atau persentase oksigen pada top SP tinggi.

False air merupakan udara luar yang menyusup masuk kedalam peralatan proses yang beroperasi didalam keadaan vakum melalui pembukaan ataupun kebocoran. Banyak peralatan proses pada industri semen yang bekerja dengan system vakum seperti raw mill, suspension preheater, kiln, dan finish mill. False air yang masuk kedalam system dapat mengakibatkan konsumsi energi dan mengurangi panas dalam sistem.

False Air Kebocoran Pada SP

Gambar 4.  Kebocaran Pada Unit Suspension Preheater

Tinggalkan komentar

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

Blog di WordPress.com.

%d blogger menyukai ini: