BAB III ELECTROSTATIC PRECIPITATOR

BAB III
ELECTROSTATIC PRECIPITATOR
3.1
Gambaran Umum
Elektrostatik merupakan salah satu cabang ilmu fisika yang mempelajari
tentang medan listrik statik. Elektrostatik diaplikasikan dalam dunia industri,
salah satunya yaitu PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap), dengan
menggunakan alat yang sering disebut Electrostatic Precipitator (ESP/EP).
Gambar 3.1 Bentuk umum Electrostatic Precipitator/ESP
3.2
Fungsi dan Efisiensi Electrostatic Precipitator
Electrostatic Precipitator (ESP) berfungsi untuk menangkap abu yang
terdapat pada gas buang hasil pembakaran bahan bakar (batubara) pada sebuah
industri. ESP didesain memiliki empat ruang sehingga proses penangkapan debu
sebanyak empat kali dengan tingkat efisiensi masing–masing penangkapan
sebesar 80%. Hal ini bertujuan supaya tingkat efisiensi ESP mencapai 99.84%.
17
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Sehingga limbah debu yang keluar dari cerobong hanya sekitar 0.16%. Efisiensi
penangkapan abu oleh ESP tidak hanya bergantung pada desain tetapi juga
dipengaruhi oleh kecepatan aliran/debit gas buang, suhu gas buang dan jumlah
partikel abu pada gas buang.
Gambar 3.2 Efisiensi ESP
3.3
Komponen Eletrosatic Precipitator
3.3.1 Discharge Electrode/Electrode Wire
Di dalam Electrostatic Precipitator terdapat dua jenis elektroda, yaitu
discharge electrode yang bermuatan negatif (-) dan collector plate electrode yang
bermuatan positif (+). Discharge Electrode berfungsi untuk mengionisasi partikel
debu sehingga partikel debu bermuatan negatif.
18
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 3.3 Discharge Electrode / Electrode Wire
3.3.2
Collecting Plate
Colecting plate berfungsi untuk menangkap partikel abu yang bermuatan
negatif. Colecting plate terbuat dari pelat baja dan dipasang sejajar.
Gambar 3.4 Collecting Plate
19
http://digilib.mercubuana.ac.id/
3.3.3 Rapper
Rapper
berfungsi
menjatuhkan debu yang sudah menempel pada
Collecting plate dengan cara memberikan getaran atau dipukul/diketuk. Rapper
diagi menjadi dua bagian yaitu :
1.
Collecting Rapper
Collecting Rapper
berfungsi untuk memukul Collecting Plate secara
periodik agar abu yang sudah menempel pada Collecting Plate jatuh ke
Hopper.
2.
Discharge Rapper
Discharge Rapper berfungsi untuk memukul Electroda Wire secara periodik
agar abu yang menempel pada Electroda Wire jatuh ke Hopper.
Apabila Collecting Plate dan Electroda Wire
bersih maka proses
penangkapan abu di dalam ESP akan lebih baik. Supaya bisa bekerja masing–
masing Rapper digerakkan oleh motor.
Gambar 3.5 Rapper
20
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 3.6 Motor Rapper
3.3.4 Hopper
Hopper berfungsi sebagai penampung abu yang jatuh dari Collecting Plate
dan Emiting Wire. Masing-masing unit ESP mempunyai 16 ruang Hopper.
Ukuran serta kemiringan Hopper dirancang secara khusus dan disesuaikan dengan
debit gas buang yang masuk ke dalam ESP.
Gambar 3.7 Hopper
21
http://digilib.mercubuana.ac.id/
3.3.5 Transformer Rectifier
Transformer Rectifier merupakan peralatan utama ESP yang berfungsi
untuk memasok daya sehinga ESP bisa bekerja. Tegangan input 0 – 380 volt dan
tegangan output 0 – 70 kV. Transformer dan Rectifier diletakan dalam satu tanki
dan direndam di dalam minyak pendingin trafo, sehingga dinamakan Transformer
Rectifier. Satu unit ESP mempunyai 16 buah transformator rectifier, masingmasing transformator rectifier bekerja untuk satu field. Sistem pasokan daya
memiliki empat komponen dasar yaitu :
1.
Sistem kontrol tegangan otomatis
Fungsi utama dari sistem kontrol tegangan adalah untuk mengatur dan
memberikan tenaga listrik sesuai sesuai dengan kebutuhan electrostatic
precipitator. Sistem kontrol akan memonitor tegangan primer dan sekunder
serta arus sirkuit. Sistem kontrol juga berfungsi untuk melindungi komponenkomponen pada sistem. Transformer Rectifier dapat rusak oleh arus dan
tegangan yang berlebihan.
2.
Transformator Step-up
Transformator Step-up berfungsi untuk menaikkan tegangan dari 380 V
menjadi 70 kV.
3.
Penyearah tegangan tinggi
Penyearah tegangan tinggi berfungsi untuk merubah masukan AC menjadi
output DC.
4.
Perangkat Sensor
Perangkat sensor berfungsi untuk mendeteksi gangguan dan memberikan
sinyal supaya sistem kontrol memutus pasokan daya bila terjadi gangguan.
22
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 3.8 Transformer Rectifier
3.3.6 Sistem Distribusi Gas
Untuk mendapatkan effsiensi EP yang optimal Gas Distribution System
mempunyai peranan yang sangat penting yaitu untuk mendistribusikan gas buang
ke seluruh area elektroda ESP. Gas distribution system terdiri dari plat-plat baja
yang tersusun sedemikian rupa searah dengan aliran gas buang, sehingga gas
buang dapat tersebar ke seluruh field area secara merata.
Ga
mbar 3.9 Sistem Distribusi Gas
23
http://digilib.mercubuana.ac.id/
3.4
Alat Bantu Electrostatic Precipitator
Supaya ESP bisa beroperasi dengan baik, ESP bekerja sama dengan
beberapa alat bantu yang disebut fly ash system.
3.4.1 Transporter / Transmitter
Transporter/Transmitter berfungsi sebagai pemindah abu hasil tangkapan
ESP. Abu yang sudah terkumpul di dalam Hopper akan dipindah oleh Transmitter
ke Silo. Prinsip kerja Transporter adalah menampung dan memindahkan abu yang
berasal dari ESP Hopper ke Silo setelah Tabung penuh.
Pada saat kondisi pengisian, maka : Vent Valve terbuka, Ash Inlet Valve
terbuka, Air Inlet Valve dan Ash Outlet Valve tetap posisi tertutup. Setelah Tabung
terisi abu maka Ash Inlet Valve dan Vent Valve akan tertutup.
Sedangkan pada saat kondisi transporting, maka : Ash Outlet Valve dan
Air inlet Valve akan terbuka. Tekanan di Tabung transporter akan naik sampai +/2,5 kg/cm2 dan akan turun mendekati tekanan 0 kg/cm2 dalam rentang waktu +/- 6
menit. Setelah tekanan Tabung Transporter mendekati 0 (0,5 kg/cm2), Air Inlet
Valve dan Ash Outlet Valve akan tertutup. Kondisi ini akan terus berulang secara
periodik. Bagian-bagian utama dari Transporter/Transmitter adalah :
1.
Tabung Transporter
Tabung transporter berada tepat di bawah ESP Hopper yang berfungsi sebagai
penampung abu yang berasal dari ESP Hopper yang selanjutnya akan
dipindahkan ke Silo. Di dalam Tabung Transporter terdapat membran
sebagai pemisah antara abu dan udara transporting. Tabung Transporter yang
berada pada barisan depan biasanya berukuran lebih besar dari pada tabung
yang berada pada barisan belakang, karena abu hasil tangkapan EP pada
bagian depan lebih banyak dari bagian belakang. Tabung Transporter juga
dilengkapi dengan Main Hole dan Safety Valve.
24
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 3.10 Tabung Transporter
2.
Ash Inlet Valve
Ash inlet valve adalah katup yang berfungsi untuk membuka dan menutup
aliran abu yang datang dari ESP Hopper.
Gambar 3.11a Ash Inlet Valve bagian luar
25
http://digilib.mercubuana.ac.id/
EP Hopper
Aliran abu
Gerakan ash inlet
valve
tabung
Gambar 3.11b Ash Inlet Valve bagian dalam
3.
Ash Outlet Valve
Ash outlet valve adalah katup yang berfungsi untuk membuka dan menutup
aliran abu yang keluar dari tabung. Tipe valve yang digunakan adalah ball
valve.
Gambar 3.12 Ash Outlet Valve
26
http://digilib.mercubuana.ac.id/
4.
Vent Valve
Vent valve adalah katup yang berfungsi untuk membuka dan menutup pipa
(line venting) agar abu dari ESP Hopper mudah mengalir/turun ke tabung
Transporter. Line Venting diarahkan ke bagian atas ESP Hopper yang
mempunyai tekanan negative.
Gambar 3.13 Vent Valve
5.
Air Inlet Valve
Air Inlet valve adalah katup yang berfungsi untuk membuka dan menutup aliran
udara yang berfungsi sebagai media pendorong abu.
6.
Membran / Aramid
Membran berada di dalam tabung transporter berfungsi sebagai pemisah
antara abu dan udara transporting.
7.
Line Ash Outlet
Line ash outlet berfungsi sebagai jalur mengalirnya abu keluar dari
Transporter menuju Silo.
8.
Line Ash Inlet (Down Comer)
27
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Line ash inlet merupakan pipa yang berfungsi sebagai jalur mengalirnya abu
masuk ke Tabung Transporter dari EP Hopper.
Gambar 3.14 Line Ash Inlet dan Line Ash Outlet
9.
Emergency Valve
Emergency valve adalah katup yang berfungsi untuk membuka dan menutup
aliran abu yang akan dikeluarkan melalui line emergency, jika transporter
mengalami gangguan sehingga tidak bisa beroperasi. Abu dialirkan melalui
saluran emergency dan diarahkan ke vacuum truck.
10. Main Valve (Isolating Valve)
Main valve adalah katup yang berfungsi untuk membuka dan menutup aliran
abu yang keluar dari EP Hopper. Pada keadaan normal operasi valve ini
selalu dalam keadaan terbuka. Penutupan valve dilakukan bila akan ada
perbaikan pada Tabung transporter.
28
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 3.15 Line Emergency dan Valve / Main Valve
11. Silo
Silo adalah penampung abu yang berasal dari transporter/transmitter. Dari
Silo abu akan dipindahkan/dibuang ke pembuangan akhir
melalui
conveyor/truck capsul yang tertutup ke ash valley. Silo dilengkapi bag filter,
blower/fan, dust conditioning dan juga dilengkapi perlengkapan untuk
melayani dry unloading system.
Gambar 3.16 Fly Ash Silo
29
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Hopper
level
L
L
EP HOPPER
EP HOPPER
Hopper
level
EMERGENCY
VALVE
MANUAL VALVE
DOWN COMER
KE
TRANSFER
BIN
ASH
OUTLET
VALVE
ASH INLET
VALVE
L
L
VENT
VALVE
TABUNG
TRANSPORTER
MEMBRAN
PI
PI
P
AIR INLET VALVE
P
DARI
COMPRESSOR
Gambar 3.17 Bagian-bagian Transporter
3.4.2 Dust Conditioning / Mixer dan Conveyor
Dust conditioning/mixer dan conveyor adalah peralatan fly ash system
yang berfungsi untuk memindahkan dan menyalurkan abu dari dalam Silo ke
pembuangan akhir. Abu dalam Silo ditiup oleh blower atau fan sehingga mudah
turun/mengalir ke dust conditioning/mixer. Sebelum dialirkan ke conveyor, abu
disemprot dengan air sehingga tidak menimbulkan polusi pada saat transmisi ke
ash valley.
Level kelembapan air untuk spray dikontrol agar abu yang sudah
bercampur air tidak lengket karena abu yang lengket akan menimbulkan masalah
di conveyor system, terutama pada bagian-bagian chute/diverter gate.
3.4.3 Compressor dan Dryer
Bagian dari fly ash system yang berfungsi sebagai pensupply udara
transporting adalah compressor dan dryer. Untuk menjaga kecukupan udara
bertekanan pada masing-masing unit biasanya dipasang beberapa compressor
yang dilengkapi dryer dan receiver tank.
Udara yang akan digunakan sebagai media transporting abu dari
transporter/transmitter
dikeringkan
oleh
dryer,
sehingga
tidak
terjadi
30
http://digilib.mercubuana.ac.id/
penggumpalan dalam line transporter/transmitter. Ada 3 jenis kompresor yang
paling umum digunakan dalam industri, yaitu :
1. Centrifugal
2. Reciprocating
3. Rotary screw
gas flow
econo
mizer
Superheater
reheater
Coal
bunker
EP
Boiler
Coal
ash
EP
hopper
Air
heater
furnace
AIR HEATER
DDCC
Transporter
ash
SDCC
PULVERIZER
ID Fan
dryer
Transfer 250 m3
udara Compressor Bin
masuk
AIR HEATER
mill reject
screen
Truck
capsole
crusher
Jumbo
Transporter
DUM TRUCK
CONVEYOR
CO
FD Fan
ASH VALLEY
UNIT BISNIS SURALAYA
Silo
2x2500m3
DUST
CONDITIONING 1
PA Fan
NV E
Y OR
STACK
DRY
UNLOADING
TRUCK CAPSULE
DUST
CONDITIONING 2
ASH VALLEY
SURALAYA STEAM POWER PLANT #567
ASH AND DUST HANDLING PLANT #567
FLOW GAS AND ASH HANDLING PLANT
SUDIRMAN
MARET 2007
Gambar 3.18 Siklus Gas Buang
3.5
Cara Kerja Eletrosatic Precipitator
Prinsip dasar Eletrosatic Precipitator yaitu listrik statis. Gas buang yang
mengandung butiran debu pada awalnya bermuatan netral akan terionisasi pada
saat melewati medan listrik, sehingga partikel debu tersebut menjadi bermuatan
negatif. Medan listrik terbentuk di antara discharge electrode dengan collector
plate.
Partikel debu yang bermuatan negatif akan menempel pada collector plate.
Rapper akan memberikan getaran sehingga debu yang dikumpulkan di collector
plate akan jatuh secara periodik ke bak penampung (ash hopper), selanjutnya
akan dipindahkan ke fly ash silo dengan cara dihembuskan.
31
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 3.18 Cara Kerja ESP
3.6
Proses Pembentukan Medan Listrik
Di dalam Eletrosatic Precipitator terdapat dua jenis electroda yang
berbeda muatan, yaitu discharge electrode yang bermuatan negatif dan collector
plate electrode bermuatan positif. discharge electrode diberi listrik arus searah
(DC) dengan muatan minus pada level tegangan antara 55 – 75 kV DC, sedangkan
collector plate ditanahkan agar bermuatan positif. Medan listrik akan terbentuk
pada saat discharge electrode diberi arus DC.
Gambar 3.19 Proses Pembentukan Medan Listrik
32
http://digilib.mercubuana.ac.id/