Aplikasi desain berbantuan komputer untuk boiler steam tempurung kelapa sawit (steam bolier

Aplikasi desain berbantuan komputer untuk boiler steam tempurung
kelapa sawit
Kamoru Olufemi OLADOSU 1,3 * , Buliaminu KAREEM 2 , Basil Olufemi AKINNULI 2 dan
Tesleem Babatunde ASAFA 1,3
1 Departemen Teknik Mesin, Universitas Teknologi Ladoke Akintola
Ogbomoso, Oyo State, Nigeria
2 Departemen Teknik Mesin, Universitas Federal Akure Teknologi, Ondo
Negara bagian, Nigeria
3 Kelompok Penelitian Sains dan Teknik (PENCARIAN) LAUTECH, Oyo State, Nigeria
E-mail: [email protected] , [email protected], [email protected] dan
[email protected]
* Penulis Berkorespondensi: +234 803 595 9872
Diterima: 21 Desember 2016 / Diterima: 13 Juni 2017 / Diterbitkan: 30 Juni 2017
Abstrak
Ketel uap adalah komponen integral dan penting dari turbin uap yang digunakan
pembangkit listrik. Namun desainnya rumit, memakan waktu, dan rawan
kesalahan jika dilakukan secara manual. Penelitian ini bertujuan menggunakan pendekatan
berbasis komputer untuk merancang
tungku pembakaran kulit inti sawit untuk menghasilkan jumlah listrik yang diinginkan.
Dengan cara pendekatan perhitungan mundur, persamaan desain standar digunakan untuk ukuran
tungku dan komponennya. Persamaan diberi kode dan diselesaikan menggunakan C-Sharp
bahasa pemrograman. Hasil penelitian menunjukkan bahwa untuk menghasilkan 5 kW listrik
dari
cangkang sawit; Turbin 5,5 kW, pemanas super 3,1 m, riser 3,8 m, tungku 1,432 m
ketinggian dan 0,45 m 3 volume diperlukan setelah mempertimbangkan kehilangan daya karena
gesekan
dan lain-lain. Meskipun hasil ini sesuai dengan yang dihitung secara manual,
kesalahan manusia secara virtual dihilangkan. Selain itu, perhitungan dan waktu penyusunan
adalah
berkurang dari 5 jam. 47 menit bila dilakukan secara manual hingga sekitar 4 menit saat
kode yang dikembangkan digunakan. Kode ini dapat digunakan untuk mengukur ketel untuk
daya yang diinginkan
keluaran.
Kata kunci
Ketel uap; Cangkang Sawit; Desain; Dibantu komputer; Output daya
pengantar
Dalam industri pengolahan minyak kelapa sawit, residu biomassa dapat dikonversi dari
keberadaannya
potensi polutan lingkungan untuk bahan bakar yang bermanfaat untuk pembangkit listrik tenaga
uap dan listrik yang
sebagian besar dibutuhkan untuk keperluan industri [1]. Nigeria, sebagai produsen minyak
kelapa sawit terbesar kelima,
menyumbang sekitar 1,5% (930.000 metrik ton) dari output global. Namun, besar sekali jumlah
residu kelapa sawit yang seharusnya dapat digunakan untuk pembangkit energi sedang
terbuang [2]. Dalam [3] dilaporkan bahwa sekitar 30 ton tandan buah segar / jam. menghasilkan
dari beberapa pabrik kelapa sawit dapat digunakan untuk menghasilkan listrik hingga 20 - 35
MW. Ini bisasecara signifikan mengurangi gas rumah kaca dan meningkatkan lapangan kerja
bagi penduduk lokal [1].Ada beberapa teknologi yang memungkinkan pabrik kelapa sawit
menghasilkan energi yang cukup untuk
konsumsi dan kadang-kadang untuk ekspor. Diantaranya adalah tetap (1 kW-50 MW),
difluidisasi (5 MW- 100 MW) dan teknologi debu (10 MW- 500 MW). Efisiensi ini
teknologi tergantung pada sifat bahan bakar dan kualitas pencampuran antara gas buang dan
udara pembakaran [4]. Pitchet dan Vladmir [5] mencatat efisiensi pembakaran tinggi dan rendah
kinerja emisi dalam pembakaran unggun terfluidisasi menggunakan inti sawit menggunakan
optimal ukuran partikel, meskipun biaya pengoperasian dan pengoperasian terkait dengan teknik
ini membuatnya sulit dioperasikan oleh bisnis skala kecil. Peningkatan luar biasa juga
telah direkam pada desain tungku perapian skala besar (tempat tidur tetap), namun pekerjaan
tambahan perlu dilakukan dalam bisnis skala kecil dalam hal pencampuran yang buruk terutama
ketika co-firing berbeda bahan bakar dan kadar bahan bakar kelembaban tinggi untuk
meningkatkan pembakaran dan pengurangan endapan abu pada komponen tungku perapian [6].
Fitur unik dari perapian perapian adalah toleransi jenis bahan bakar; gerakan positif
grat bahan bakar mengurangi penyumbatan dan distribusi udara yang terkendali dengan baik
menjadi tinggi efisiensi pembakaran [7]. Selain itu, penggunaan aditif bisa dicampur dengan
limbah padat secara signifikan mengurangi deposisi logam alkali pada permukaan tabung riser
[8] dan [9]. Ini akan meningkatkan proses pembakaran dan mengurangi endapan abu. Desain
boiler adalah kompleks dan prosedur yang memakan waktu. Itu juga rentan terhadap kesalahan
jika dilakukan secara manual. Sebelumnya, penekanan diletakkan pada proses desain primitif
dan probabilistik yang mengakibatkan biaya tinggi produksi. Dimensi boiler untuk pembangkit
listrik sering bergantung pada bahan bakar dan penguapan
efisiensi; keseimbangan massa, keseimbangan panas dan perpindahan panas yang harus
ditentukan melalui hasil dan pengalaman empiris. Tujuan dari penelitian ini adalah menggunakan
pendekatan berbasis komputer untuk
desain tungku pembakaran inti sawit untuk menghasilkan jumlah listrik yang diinginkan,
dengan demikian memberikan penghematan besar dalam hal waktu dan biaya produksi.
Tata nama
SEBUAH
Luas (m 2 )
H
Tinggi (m)
V
Volume (m 3 )
m
Massa (kg)
h
Koefisien perpindahan panas (kJ / kg)
k
Konduktivitas termal (W / m 0 C)
d
Diameter (m)
L.
Panas laten spesifik penguapan (2256kJ / kg)
C
Kapasitas panas spesifik (kJ / kgK)
q
Diperlukan tugas panas (J / s)
T
Suhu ( 0 c)
M.
Massa molekul gas buang (kg / kMol)
U
Koefisien perpindahan panas keseluruhan
t
ketebalan dinding
R
Konstanta gas karakteristik (J / kg 0 C)
P
Kekuatan (w)
Ps
Tekanan pada drum uap (N / m 2 )
C pm
Kapasitas panas spesifik uap (kJ / mol 0 C)
mS
Laju aliran massa uap (kg / s)
c
Ukuran tungku pembakaran bawah PKS (m)
Simbol Yunani
η
Efisiensi generator
γ
Nomor indeks
g
x
Fraksi kekeringan campuran uap / air
k
μ
Viskositas dinamis dari gas buang (kg / ms)
α
Sudut eksterior kerucut terpotong (Derajat)
Subskrip
di
Masuk
di luar
Toko
hal
Tekanan konstan
v
Volume konstan
sp
Superheater
b
Terbangun
f
Bahan bakar
s
Kejenuhan
g
Buang gas
w
Besi tahan karat
1
b
Air mendidih
1
sp
Sangat panas
k
Pecahan
turbo
Turbin
Halaman 4
Aplikasi desain berbantuan komputer untuk boiler steam tempurung kelapa sawit
Kamoru Olufemi OLADOSU, Buliaminu KAREEM, Basil Olufemi AKINNULI, Tesleem Babatunde ASAFA
88
Bahan dan metode
Cangkang Inti Sawit (PKS) dikumpulkan dari pabrik pengolahan kelapa sawit lokal di
Kalimantan
Ogbomoso, Nigeria Barat Daya. Kerang dihancurkan menjadi potongan-potongan kecil dengan
menggunakan a
granulator (Seri SG-16) dan selanjutnya dikurangi dengan blender. Mereka kemudian disaring
hingga ukuran partikel 5,0 mm menurut [5]. Analisis langsung dan akhir dari PKS
dilakukan setelah [10]. Nilai Pemanasan Tinggi (HHV) dari campuran ditentukan
menggunakan GallenKamp Bomb Calorimeter sesuai dengan [11].
Pengembangan Grate Furnace dan Komponennya
Tungku yang sedang dipertimbangkan didasarkan pada prinsip alami tabung air
sirkulasi. Komponen utama tungku ini adalah steam drum, down comer, riser tubes
yang mewakili loop aliran fluida lengkap. Air mengalir ke drum uap melalui turun
comer riser loop.
Tabung riser terletak di dalam tungku di mana panas gas buang menguap
air menjadi uap dan kembali ke drum uap melalui pengumpulan header uap (Gbr. 1).
Karena campuran air uap di dalam tabung riser kurang padat daripada air jenuh di saluran masuk
tabung, cairan mengalir ke atas dalam tabung riser dan kembali ke drum. Perbedaan kepadatan
antara air di tabung saluran masuk dan campuran uap-air menghasilkan kekuatan yang cukup
untuk diatasi
gesekan dan ketahanan gravitasi untuk mengalir, oleh karena itu pertahankan sistem aliran uap
[12]. Itu
drum uap dipartisi menjadi dua zona.
Bagian bawah memungkinkan asupan air ke drum sementara bagian atas menghasilkan
uap yang mengalir dari atas drum ke tabung pemanas super. Uap super panas
diharapkan mengubah turbin untuk menghasilkan listrik.
Analisis desain mengikuti pendekatan perhitungan mundur dari ukuran pembangkit listrik
komponen untuk menghasilkan uap untuk 5 kW listrik (Generator-Turbine-Super heater -Riser
tabung- dimensi Tungku). Pendekatan desain untuk setiap komponen dijelaskan dalam
bagian berikut.
Halaman 5
Leonardo Electronic Journal of Praktik dan Teknologi
ISSN 1583-1078
Edisi 30, Januari-Juni 2017
hal. 87-104
89
Gambar 1. Diagram skematik yang menggambarkan loop sirkulasi air ke uap
Turbin
Turbin adalah mesin putar yang mengubah energi dari uap, air atau gas menjadi
energi mekanik. Energi mekanik kemudian ditransfer melalui poros yang digerakkan ke daya
generator listrik. Daya input dari turbin TURB
P (kW) dapat dikaitkan dengan output daya
generator keluar
P (kW) oleh Persamaan. (1)
kerugian
di luar
turbo
P
P
P
+
=
(1)
Efisiensi generator ƞ dihitung dari Persamaan. (2)
kerugian
di luar
di luar
P
P
P
+
=
η
(2)
Dimana:
Rloss
saya
mekanis
kerugian
P
P
P
2
+
=
Laju aliran massa uap m s (kg / s) dari pemanas yang super memasuki turbin diperkirakan
menggunakan persamaan energi untuk ekspansi adiabatik yang menghubungkan output daya ke
energi uap
menurun dengan melewati turbin [13], Persamaan. (3):
)
(
di luar
di
t
sore
turbo
s
TT
C
P
m
=
η
(3)
Halaman 6
Aplikasi desain berbantuan komputer untuk boiler steam tempurung kelapa sawit
Kamoru Olufemi OLADOSU, Buliaminu KAREEM, Basil Olufemi AKINNULI, Tesleem Babatunde ASAFA
90
Untuk uap,
kgK
kJ
Cand
kgK
kJ
C
v
hal
/
4108.1
/
8723.1
=
=
[14]
Tapi,
v
hal
C
C
=
γ
, oleh karena itu:
γ
γ1
-
│
│
⎠
⎞
│
│
⎝
⎛
=
di
di luar
di
di luar
P
P
T
T
(4)
Dimana: T di - suhu uap inlet ( 0 C), T keluar - suhu uap stopkontak ( 0 C), Υ - Indeks
nomor, C p - kapasitas panas spesifik uap pada tekanan konstan (kJ / KGK) dan C v - spesifik
kapasitas panas uap pada volume konstan, C pm - berarti kapasitas panas spesifik uap
(kJ / mol 0 C), η t - efisiensi turbin uap; Untuk peringkat daya 5 kW, T in , P in , P out, dan η t are
400 0 C, 0,1 MPa, 0,45 MPa, dan 80% masing-masing. Ini adalah properti negara bagian
uap super panas yang diperoleh dari [15].
Coulson dan Richardson [16] mendefinisikan kapasitas panas spesifik rata-rata Cpm di atas
kisaran suhu T 1 hingga T 2 sebagai berikut, Persamaan. (5):
∫
∫
=
2
1
2
1
T
T
hal
T
T
hal
sore
dTC
dTC
C
(5)
Kapasitas panas spesifik ( Cp ), sebagai fungsi suhu, diberikan oleh Persamaan. (6):
3
2
dT
cT
bT
Sebuah
Cp
+
+
+
=
(6)
Pemanas super
Super heater adalah penukar panas yang mentransfer energi panas dari media pemanas ke a
media dipanaskan. Media pemanas biasanya gas buang sedangkan medium yang dipanaskan
adalah uap.
Persamaan keseimbangan energi super heater adalah:
(
)
sT
1spTpmCsm
spq
=
(7)
Di mana: q sp - tugas panas yang diperlukan oleh pemanas super (J / s), T sp1 ( 0 C) dan Ts ( 0 C)
adalah
suhu uap super panas dan jenuh dari super pemanas dan ketel masing-masing.
Persamaan keseimbangan energi tabung riser diberikan oleh Persamaan. (8):
(
)
LsmsxdTsTpCsmbq
+
=
(8)
Dengan asumsi air dari bawah comer jenuh d
T = 100 0 C, dan s
T = 100 0 C; uap
berada dalam kesetimbangan dengan air di riser. s
T=d
T = 100 0 C, Karenanya Persamaan. (9):
Lmx
q
s
s
=
(9)
b
Halaman 7
Leonardo Electronic Journal of Praktik dan Teknologi
ISSN 1583-1078
Edisi 30, Januari-Juni 2017
hal. 87-104
91
Dimana: q b - tugas panas diperlukan oleh riser tube (J / s), panas laten spesifik L untuk
penguapan
(2256 kJ / kg), x g - fraksi kekeringan campuran uap / air.
LHV
bahan bakar
m
fq
×
=
(10)
Di mana: m bahan bakar - massa bahan bakar (kg / jam), q f - panas dibebaskan oleh bahan bakar (J /
s).
bahan bakar
udara
m
perbandingan
bahan bakar
Udara
m
×
=
(11)
Volume tungku
Chungen [17] didokumentasikan nilai khas volumetrik laju pelepasan panas q v , untuk biomassa
sebagai 0,176 MW / m 3 . Demikian pula, Sebastian (2002) melaporkan tingkat regangan tungku
sangat tergantung pada
bahan bakar yang berbeda dan jika daya listrik pabrik diketahui, tingkat regangan untuk volume
bisa
terpilih. Sejumlah besar paket boiler memiliki tungku silinder dengan kerucut terpotong sebagai
ditunjukkan pada Gambar 2. Sudut luar kerucut terpotong berada dalam 50 hingga 55 0 C.
Tungku
volume V (m 3 ) area parut dan tinggi tungku h (m) dapat diperoleh dari Persamaan. (12-14),
masing-masing.
v
f
q
q
V=
(12)
4
2
d
SEBUAH
π
=
(13)
SEBUAH
v
h=
(14)
Ukuran riser dan super heater
Tugas panas yang diperlukan dalam riser diberikan oleh Persamaan. (15):
LM
b
TUA
q
∆
=
(15)
Dan transfer panas keseluruhan (U) berdasarkan area luar (A) dari riser tube bisa
diperkirakan sebagai;
│
⌋
⌉
│
⌊
⌈
+
+
=
saya
Hai
b
w
r
g
d
d
h
k
t
h
U
1
1
1
1
(16)
Dimana: h g - koefisien perpindahan panas dari gas buang (kJ / kg), t r - ketebalan dinding tabung
riser
,
k w - konduktivitas termal baja tahan karat (304), (W / m 0 C), d 0 (m) dan d i (m) adalah internal
dan diameter pipa eksternal, h b1 - koefisien perpindahan panas air mendidih (W / m 0 C).
Halaman 8
Aplikasi desain berbantuan komputer untuk boiler steam tempurung kelapa sawit
Kamoru Olufemi OLADOSU, Buliaminu KAREEM, Basil Olufemi AKINNULI, Tesleem Babatunde ASAFA
92
Analisis perpindahan panas yang terkait dengan aliran melewati permukaan luar suatu padatan
adalah
situasi yang rumit karena pemisahan lapisan batas [21]. Nomor nusset juga bisa
digunakan untuk menghitung koefisien perpindahan panas gas buang (h g ).
Kapasitas panas spesifik, viskositas dinamis dan konduktivitas termal dari gas buang
Verbanck [18] menentukan kapasitas panas spesifik gas buang (C pg ) sebagai penjumlahan
produk dari fraksi massa masing-masing komponen gas buang m k (kg) masing-masing
panas spesifik pada suhu yang relevan c k (kJ / kg 0 C) sebagai:
∑
=
kk
hal
cm
C
(17)
2
CT
BT
SEBUAH
ck
+
+
=
(18)
Hassan dan Ibrahim [19] menyatakan bahwa kehilangan panas melalui selubung harus
diperhitungkan
jika perhitungan suhu nyala api yang akurat harus dilakukan. Ini dilakukan dengan mengatur
panas
persamaan keseimbangan untuk bahan bakar gas sebagai berikut, Persamaan. (19-21):
(
)
∑
×
×
=
udara
g
hal
kalah
pembakaran
TT
m
C
Q
Q
(19)
Dimana:
LHV
m
Q
bahan bakar
pembakaran
×
=
(20)
Menurut [19],
pembakaran
kalah
Q
Q
×
=% 5
(21)
Viskositas dinamis μ g (kg / ms) gas buang diperoleh dari Persamaan. (22) oleh [18]:
∑
∑
÷
=
k
k
k
k
k
g
M.
m
M.
m
μ
μ
(22)
Konduktivitas termal dari gas buang kg (W / m 0 C) ditentukan dari Persamaan. (23) oleh [20]:
v
g
vg
g
c
R
c
k
77.1
32.1+
=
μ
(23)
g
hal
v
R
C
C
=
(24)
Dari Persamaan. (23) dan Persamaan. (24), kita miliki;
(
)
│
│
⌋
⌉
│
│
⌊
⌈
+
=
g
hal
g
g
hal
g
R
c
R
R
C
k
77.1
32.1
μ
(25)
Di mana: Rg - konstanta gas karakteristik dari gas buang;
, 188
2
=
BERSAMA
R
, 260
2
=
HAI
R
, 462
2
=
OH
R
130
, 297
2
2
=
=
BEGITU
N
R
R
,
Halaman 9
Leonardo Electronic Journal of Praktik dan Teknologi
ISSN 1583-1078
Edisi 30, Januari-Juni 2017
hal. 87-104
93
Cv - kapasitas panas spesifik pada volume konstan (kJ / kgK)
Nomor Prandtl dan Reynolds dari gas buang
Nomor Prandtl P r dan Reynolds number R eD dari gas buang diberikan oleh Persamaan. (26) dan
Eq. (27), masing-masing.
g
hal
g
r
k
C
P
μ
=
(26)
cr
g
b
g
D
SEBUAH
dm
μ
=
Kembali
(27)
Dimana: Area penampang cr - cross aliran gas buang; D b - diameter tabung riser (m). Untuk
sebuah
lintas aliran eksternal untuk pipa silinder, Reynolds jumlah kisaran 40-4000 dan P r ≥ 0,7, yang
rata-rata jumlah Nusselt yang sesuai menurut [21] diberikan oleh:
31
466.0
Kembali
683.0
r
D
D
P
NU =
(28)
g
b
g
D
k
Dh
NU =
(29)
Persamaan empiris diusulkan oleh [22] untuk perhitungan koefisien perpindahan panas
()
air mendidih
g
h adalah sebagai berikut:
7.0
176.0
8.2
q
P
hg=
(30)
Berlaku pada 0,2 bar ≤ P ≤ 98 bar.
Dimana:
,
2
s
b
SEBUAH
q
m
w
aliran
panas
q
=
=
P: tekanan jenuh (kP a ), A s - area permukaan riser (m 2 )
Evaluasi suhu rata-rata logaritmik (
)
T
∆
LM
Panas yang diperoleh riser adalah panas yang dihasilkan oleh gas buang
(
)
asam urat
gin
hal
g
b
T
TCmq =
(31)
Untuk penukar panas aliran silang, [23] memberikan Temperatur Rata-rata Logaritmik
Perbedaannya sebagai berikut
(
)(
)
│
│
⌋
⌉
│
│
⌊
⌈
=
dosa
dosa
T
T
T
T
T
T
T
T
L.
encok
begitu
gin
encok
begitu
gin
MTD
(32)
Halaman 10
Aplikasi desain berbantuan komputer untuk boiler steam tempurung kelapa sawit
Kamoru Olufemi OLADOSU, Buliaminu KAREEM, Basil Olufemi AKINNULI, Tesleem Babatunde ASAFA
94
Di mana: T gin - suhu gas buang di ( 0 C); T gout - suhu gas buang keluar ( 0 C); Tso suhu uap jenuh keluar ( 0 C), T sin - suhu uap jenuh dalam ( 0 C). Dari
persamaan (15) total luas permukaan perpindahan panas A (m 2 ), diameter luar d 0 (m) dan
panjang tabung; L (m) diberikan oleh;
Ld
SEBUAH
Hai
π
=
(33)
Langkah-langkah / algoritma prosedural berikut diadopsi untuk merancang PKS
tungku pembakaran menggunakan pendekatan perhitungan mundur.
1. Hitung input daya turbin dari turbin,
kerugian
di luar
turbo
P
P
P
+
=
2. laju aliran massa sistem dari super heater,
)
(
di luar
di
t
sore
turbo
s
TT
C
P
m
=
η
3. Hitung tugas panas yang dibutuhkan oleh pemanas super,
(
)
sp
sore
s
sp
s
T
TCm
q
=
1
4. Hitung tugas panas yang dibutuhkan oleh riser tube,
(
)
Lmx
TTCm
q
s
s
d
s
hal
s
b
+
=
Gambar 2. Gambar skematik tungku
5. Hitung total tugas panas yang dibutuhkan oleh ruang bakar,
)
(
b
sp
q
q
Q
+
=
6. Hitung panas yang dibebaskan dari bahan bakar,
LHV
m
q
bahan bakar
f
×
=
Drum
Berdiri
Ruang pembakaran
c
α
Bangkit
Pemanas super
Halaman 11
Leonardo Electronic Journal of Praktik dan Teknologi
ISSN 1583-1078
Edisi 30, Januari-Juni 2017
hal. 87-104
95
7. Penentuan kehilangan panas melalui dinding tungku untuk suhu api yang akurat.
(
)
∑
×
×
=
udara
g
hal
kalah
pembakaran
TT
m
C
Q
Q
,
pembakaran
kalah
Q
Q
×
=% 5
.
8. Hitung laju aliran volumetrik,
udara
dari
massa jenis
M.
V
udara
udara
=
9. Tentukan volume tungku,
v
f
q
q
V=
, area,
4
2
d
SEBUAH
π
=
dan tinggi tungku,
SEBUAH
v
h=
10. Hitung transfer panas keseluruhan U, berdasarkan area luar riser dan super
pemanas,
│
⌋
⌉
│
⌊
⌈
+
+
=
saya
Hai
b
w
r
g
d
d
h
k
t
h
U
1
1
1
1
11. Hitung angka Prandtl dan Reynolds dari gas buang.
g
hal
g
r
k
C
P
μ
=
, dan
cr
g
bg
D
SEBUAH
dm
μ
=
Kembali
12. Hitung perbedaan suhu rata-rata logaritmik untuk pertukaran panas lintas aliran,
(
)(
)
│
│
⌋
⌉
│
│
⌊
⌈
=
dosa
dosa
T
T
T
T
T
T
T
T
L.
encok
begitu
gin
encok
begitu
gin
MTD
13. Hitung area perpindahan panas riser dan ke tugas panas dan panas keseluruhan
koefisien transfer,
[
]
LM
b
s
televisi
q
SEBUAH
∆
=
14. Hitung panjang riser dan super heater yang dibutuhkan untuk bertukar keinginan
panas.
d
SEBUAH
L.
s
π
=
Pengembangan perangkat lunak
Berdasarkan persamaan (1-33) suatu algoritma disiapkan dan kemudian diterjemahkan ke
kode komputer menggunakan bahasa pemrograman C # dan framework .Net.
Diagram alir yang menjadi dasar algoritma ditunjukkan pada Gambar 3.
Kode menerima parameter input untuk komponen ukuran untuk 5 kW
listrik dan memberikan dimensi tungku, riser dan tabung pemanas super sebagai output. Di
Selain itu, perancangan 2D tungku pembakaran dilakukan di AutoCAD dan secara dinamis
dimuat ke ruang kerja Visual Studio aplikasi. Perlu dicatat bahwa. Net frame
Halaman 12
Aplikasi desain berbantuan komputer untuk boiler steam tempurung kelapa sawit
Kamoru Olufemi OLADOSU, Buliaminu KAREEM, Basil Olufemi AKINNULI, Tesleem Babatunde ASAFA
96
pekerjaan dipilih karena kemudahan penyebaran, interoperabilitas, manajemen otomatis
sumber daya dan dukungan lintas platform.
Gambar 3. Diagram alir yang menunjukkan ukuran tungku pembakaran PKS
Berikut adalah algoritma untuk pengembangan perangkat lunak:
(Sebuah)
Masukkan daya output listrik dalam kW dan efisiensi generator sinkron
(%) dari persyaratan desain;
(b)
Sifat-sifat PKS berdasarkan analisis utamanya (yaitu karbon, hidrogen,
oksigen nitrogen dan sulfur) dipasok;
(c)
Fraksi rata-rata dari komponen gas buang mk dan panas spesifik rata-rata dari
komponen gas buang ck yang tersedia disimpan dalam database perangkat lunak;
(d)
Kirim untuk menghitung parameter turbin;
Memasukkan parameter input
Disediakan
nilai ok?
Berhenti
IYA
Hitung P r dan Re number
Hitung koefisien perpindahan panas dari flue
campuran gas dan air uap
Hitung parameter turbin
IS Pr ≥ 0.7 dan Re
(40-40.000)?
TIDAK
TIDAK
mulai
Hitung panjang riser
dan superheater
Halaman 13
Leonardo Electronic Journal of Praktik dan Teknologi
ISSN 1583-1078
Edisi 30, Januari-Juni 2017
hal. 87-104
97
(e)
Klik pada perhitungan lebih lanjut pada tungku, koefisien perpindahan panas dari gas buang dan
panas
dipindahkan pada super heater dan riser tube;
(f)
Kirim untuk menghitung parameter tungku, koefisien konveksi dan panjang super
tabung pemanas dan riser; Ketika semua kondisi diperlukan untuk komponen ukuran tungku
telah cukup puas sehubungan dengan perhitungan ke enam langkah di atas,
parameter desain kemudian digunakan untuk menyusun 2D tungku. Ini dilakukan
melalui modul penyusunan dimana geometri telah secara matematis
terwakili dalam perangkat lunak yang dikembangkan.
Fabrikasi dan perakitan ketel uap
Komponen boiler yang dikembangkan adalah super heater, riser, tangki air, drum, dan
ruang tungku. Gambar 4 dan Tabel 1 menunjukkan pandangan meledak dari unit pembakaran
PKS
dan daftar bagian mereka. Setiap proses pembuatan komponen, pemilihan bahan dan biaya
analisis tidak dilaporkan dalam tulisan ini.
Gambar 4. Tampilan meledak dari tungku pembakaran PKS
Hasil dan Diskusi
Analisis langsung dan akhir
Analisis langsung sampel PKS yang dikumpulkan dari sebuah pabrik kelapa sawit lokal di
Jakarta
Iresapa Ogbomoso Southwestern, Nigeria (Tabel 2) menunjukkan kadar air, zat mudah menguap,
karbon tetap, dan abu masing-masing 2,70%, 44,20%, 52,79% dan 0,31%.
Item Qty
Daftar bagian
1
1 port keluar superheater
2
3 Riser
3
1 Hopper
4
1 saluran masuk udara primer
5
2 bantalan bola
6
1 Auger
7
1 Pemanas Super
8
1 penutup tungku
9
1 Batu Bata
10
1 tungku berdiri
11
1 dudukan tangki air
12
1 katup kontrol air
13
1 tangki air
14
1 Drum
Tabel 1. Bagian daftar tungku PKS
Halaman 14
Aplikasi desain berbantuan komputer untuk boiler steam tempurung kelapa sawit
Kamoru Olufemi OLADOSU, Buliaminu KAREEM, Basil Olufemi AKINNULI, Tesleem Babatunde ASAFA
98
Tabel 2. Analisis Proksimat (% berdasarkan berat kering)
Properti
Penelitian ini [25] *
Kelembaban
2.70
5.40
Materi yang mudah menguap
44.20
71.10
Karbon Tetap
52.79
18.80
Abu
0,31
4.70
Tabel 3. Analisis Utama (% berat kering)
Properti
Penelitian ini [25] *
Karbon
45.12
48.06
Hidrogen
10.67
6.38
Nitrogen
0,27
1.27
Oksigen
40.11
34.10
Belerang
0,62
0,09
LHV (MJ / kg) 17.12
16.30
Hasil ini sangat berbeda dari [25]. Dapat dilihat bahwa biomassa ini
mengandung kadar air dan kadar abu yang rendah yang menghasilkan nilai pemanasan lebih
tinggi sebesar
shell sementara dibandingkan dengan [25]. Demikian pula, analisis akhir (Tabel 3) menunjukkan
hal itu
persentase berat konten oksigen dan hidrogen dalam penelitian ini lebih tinggi sementara karbon,
kandungan sulfur dan nitrogen lebih rendah dibandingkan dengan [25]. Ini mungkin disebabkan
oleh
variasi dalam spesies, lokasi, jenis tanah, kondisi iklim cangkang inti sawit
bersumber. Antarmuka pengguna grafis untuk parameter turbin ukuran ditunjukkan pada Gambar
5.
Gambar 5. Templat untuk Parameter Turbin
Halaman 15
Leonardo Electronic Journal of Praktik dan Teknologi
ISSN 1583-1078
Edisi 30, Januari-Juni 2017
hal. 87-104
99
Parameter input, yang merupakan daya output, efisiensi generator dan
lokasi PKS yang digunakan, disediakan.
Untuk mendapatkan parameter tungku, panjang riser dan tabung pemanas super, 'lanjutnya
bawah perhitungan 'diklik. Misalnya, untuk ukuran komponen turbin untuk 5 kW
pembangkit listrik, efisiensi generator sinkron (90%) disediakan dan
Ogbomoso dipilih sebagai lokasi PKS yang digunakan.
Dimensi komponen berdasarkan pada perangkat lunak yang dikembangkan
Dengan mengklik tombol 'kirim', kami memperoleh turbin 5,56 kW, uap 0,0275 kg / s
memasuki turbin, 276.090C suhu keluaran outlet dan rata-rata 0,03571 kJ / mol0C
kapasitas spesifik uap (Gambar 6).
Gambar 6. Layar Output untuk Parameter Turbin
Nilai-nilai ini diperlukan untuk menghasilkan listrik 5 kW. Dengan mengklik lebih lanjut
perhitungan pada koefisien perpindahan panas tungku gas buang dan panas yang ditransfer pada
super
tabung pemanas dan riser, tungku dapat berukuran tepat.
Halaman 16
Aplikasi desain berbantuan komputer untuk boiler steam tempurung kelapa sawit
Kamoru Olufemi OLADOSU, Buliaminu KAREEM, Basil Olufemi AKINNULI, Tesleem Babatunde ASAFA
100
Gambar 7. Layar Output untuk parameter Tungku dan Panjang riser dan tabung pemanas super
Untuk 5 kW; 17,36 kg / jam bahan bakar, volume 0,405 m3, tinggi 1,432 m dan 0,0376m3
Diperlukan laju aliran udara volumetrik (Gambar 7).
Tungku pembakaran PKS yang dirancang setara ditunjukkan pada Gambar 8. Perangkat lunak
dapat digunakan untuk ukuran tungku untuk menghasilkan daya yang ditentukan.
Halaman 17
Leonardo Electronic Journal of Praktik dan Teknologi
ISSN 1583-1078
Edisi 30, Januari-Juni 2017
hal. 87-104
101
Gambar 8. Gambar Skema Layar Output dan Nilai Perkiraan (5 kW) PKS
Ruang bakar
Tabel 4. Perbandingan Parameter Berdasarkan Algoritma yang Dihasilkan dan Tradisional
Perhitungan
Parameter
Tradisional
Perhitungan
Berdasarkan Algoritma
Dihasilkan
Kekuatan turbin (kW)
5.510
5.500
Laju aliran massa dari steam yang memasuki turbin (kg / s)
0,028
0,028
Suhu uap outlet ( 0 C)
276.10
276.05
Berarti kapasitas panas spesifik uap (kJ / mol 0 C)
0,0362
0,0357
Massa bahan bakar (kg / jam)
17.300
17.301
Volume tungku (m 3 )
0,414
0,405
Area Parut (m 2 )
0,283
0,287
Ketinggian tungku (m)
1.4325
1.4325
Laju aliran udara volumetrik (m 3 / dt)
0,035
0,035
Diameter drum (m)
0,500
0,500
Ketebalan tabung riser (m)
1.6
1.6
Tugas panas riser tube (kJ / s)
31,01
31.02
Heatduty diperlukan tabung superheater (kJ / s)
16.461
16.368
Total panas yang dibutuhkan di ruang bakar (kJ / s)
47.349
47.388
Panjang riser tube (m)
3.782
3.891
Panjang superheater (m)
3.135
3.135
Untuk memvalidasi keakuratan perangkat lunak yang dikembangkan, kami membandingkan
hasil yang diperoleh
berdasarkan algoritma yang dihasilkan dan perhitungan tradisional. Hasilnya ternyata sangat
serupa (Tabel 4). Dalam hal penghematan waktu, perhitungan tradisional dan penyusunan tungku
Halaman 18
Aplikasi desain berbantuan komputer untuk boiler steam tempurung kelapa sawit
Kamoru Olufemi OLADOSU, Buliaminu KAREEM, Basil Olufemi AKINNULI, Tesleem Babatunde ASAFA
102
Rincian komponen memakan waktu sekitar 5 jam. 47 menit sementara proses yang sama selesai
dalam 4
menit ketika algoritma yang dihasilkan digunakan. Selain itu, ketidakakuratan disebabkan oleh
manusia
kesalahan secara virtual dihilangkan.
Kesimpulan
Perhitungan tradisional dan penyusunan rincian komponen tungku memakan waktu sekitar 5
jam.
47 menit sementara proses yang sama selesai dalam 4 menit ketika perangkat lunak digunakan.
Untuk tingkat umpan bahan bakar 17,3 kg / jam. dan laju aliran udara volumetrik 0,035 m 3 /
dtk; kekuatan
turbin, volume tungku, panjang pemanas super, dan tabung penambah yang dibutuhkan untuk
daya 5 kW
peringkat masing-masing 5,5 kW, 0,405 m 3 , 3,89 m dan 3,13 m.
Referensi
1. Sulaiman N., Abdullah H., Gerhauser AS, Pandangan energi Malaysia, minyak
industri kelapa sawit dan pemanfaatannya sebagai sumber daya bermanfaat , Biomassa dan
Bioenergy, 2011, 35, hal. 3775-3786.
2. Izah S., Ohimain E., Angaye T., Potensi Energi Termal dari Pemrosesan Minyak Sawit
Limbah Padat di Nigeria : Konsumsi Mills dan Kuantitas Surplus, Inggris
Jurnal Energi Terbarukan, 2016, 1, hlm. 39-45.
3. Muhammad A., Tjahjono H., Meta R., Analisis Biomassa Sawit sebagai Listrik dari
Pabrik Kelapa Sawit di Sumatera Utara, Energy Procedia, 2014, 47, hlm. 166–172.
4. Sjaak V., Jaap K., Handbook of biomass combustion and co-firing , 2008, ISBN13: 978-1849711043.
5. Pichet N., Vladimir I., Pembakaran cangkang kelapa sawit dalam unggun terfluidisasi:
Optimalisasi ukuran partikel biomassa dan kondisi operasi, Konversi energi
dan manajemen, 2014, 54 (01), hal. 1–9.
6. Najmi WM, Rosil AN, Izat MS, Karakteristik Pembakaran Palm Kernel
Kerang Menggunakan Incate Grate Combustor, Jurnal Fakultas Teknik
Rekayasa UiTM Malaysia, 2007, hal. 15–28.
7. Thomas R., Jabouille F., Torero JL, Pengaruh udara berlebih pada pembakaran parut
padatan
limbah dan produk gas , International Journal of Thermal Sciences, 2009, 48,
hal.165–173.
Halaman 19
Leonardo Electronic Journal of Praktik dan Teknologi
ISSN 1583-1078
Edisi 30, Januari-Juni 2017
hal. 87-104
103
8. Liang W., Lovås T., Houshfar E., Pengaruh Penambahan Lumpur Limbah terhadap Kalium
Rilis dan Transformasi Abu selama Pembakaran Jerami Gandum . tersedia dari
http://www.aidic.it/cet.(Akses 10 Maret 2013) 2014,37, hlm. 7–12.
9. Kamoru OO, Buliaminu K., Basil O., dan Abass OA, Optimalisasi Ash Yield
dari Pembakaran Cangkang Inti Sawit dan Aditif Pilihan (Al 2 O 3 , CaO, MgO)
Menggunakan D-Optimal Design , Leonardo Electronic Journal of Practices dan
Tecchnologies, 2016, 28, hlm. 9-8.
10. ASTM 3174-76 Metode standar analisis proksi batubara dan kokas, dalam bentuk gas
bahan bakar; batubara dan kokas bagian 5 , Buku Tahunan Standar ASTM, 2001, 5, hal. 299.
11. ASTM E711-87 Metode pengujian standar untuk nilai kalor bruto batubara dan kokas
menggunakan kalorimeter bom GallenKamp, dalam bahan bakar gas; batubara dan kokas,
bagian 5 ,
Buku Tahunan Standar ASTM 2001, 5, hal. 25.
12. Astrom K., J. Bell RD, Dinamik drum-boiler, Automatica 2000, 36 hal. 363-378.
13. Chaibakhsh A., Ghaffari A Praktek Pemodelan Simulasi dan Turbin Uap Teori
Model, Simulasi Modeling Praktek dan Teori, 2008, 16 hal.1145-1162.
14. Kyle BG, Kimia dan Proses Termodinamika 3IE Diadaptasi dengan Izin dari
Pearson Education , Inc., Upper Saddle River, www.cen84959_ch18_ap01.qxd
(Diakses 15 April, 2013), 2000.
15. Steam Turbine V-FLO Pompa dan Sistem tersedia dari www.VfLO.Com (Diakses
18 Juni, 2013), hlm. 5-8.
16. Coulson R., Desain Teknik Kimia edisi keempat , 2005, 6, hlm. 634-693.
17. Chungen Y., Rosen-dahl L., Kær SK, Grate-firing biomassa untuk panas dan tenaga
produksi, Kemajuan dalam Ilmu Energi dan Pembakaran, 2008, 34, hal. 725–754.
18. Verbanck, Pengembangan model matematika untuk transfer panas boiler tabung air
perhitungan, Proc S Afr Sug Technol Ass, 1997 p. 166-167.
19. Hassan A., Ibrahim A., Perhitungan Temperatur Bagian Radiant dalam Proses Fired
Heaters , Riset Ilmiah untuk Pengetahuan, 2013, (5) 1 p. 1–6.
20. Eucken M., Model persamaan maxwell-Eucken untuk menghitung termal
konduktivitas dua komponen solusi atau campuran , Journal of Refrigeration, 2005,
4, hal. 223-225.
21. Institut Teknologi Illinois (IIT), Lokakarya Konveksi , Sumber Daya Akademik
Center, Tersedia dari http: // www.iit.edu. (Diakses 10 Januari 2014), 2013.
Aplikasi desain berbantuan komputer untuk boiler steam tempurung kelapa sawit
Kamoru Olufemi OLADOSU, Buliaminu KAREEM, Basil Olufemi AKINNULI, Tesleem Babatunde ASAFA
104
22. Kandlikar, Penniger K., Korelasi Umum untuk Aliran Dua Fase Jenuh
Perpindahan panas mendidih di dalam tabung horizontal dan vertikal , perpindahan panas,
2006,112,
hal. 219–228.
23. Sebastian T., Desain Termal Penukar Panas , Teknik Energi dan
Perlindungan Lingkungan, 2002, hal. 4–9.
24. Rajkumar T., Ramaa VM, Gobi K., kontrol level drum Boiler dengan menggunakan terbuka
lebar
kontrol dengan tiga elemen sistem kontrol , Jurnal Penelitian dalam Manajemen dan
Teknologi, 2013, 11, hlm. 85-96.
25. Ninduangdee P., dan Kupranov VI, Pembakaran Biomassa dengan Fludised-Bed
Konten Alkali yang Ditinggikan: Studi Banding antara Dua Kasur Alternatif
Bahan, Jurnal Internasional Kimia, Nuklir, Metalurgi dan Bahan
Rekayasa, 2014, 8, hal. 267-274.