PENGEMBANGAN GASIFIKASI BATUBARA UNTUK PLTD DUAL FUEL

Kebutuhan energi listrik dari tahun ke tahun terus meningkat, untuk memenuhi kebutuhan listrik tersebut, PT. PLN sebagai produsen listrik telah membangun pusat pembangkit tenaga listrik, di antaranya PLTD yang tercatat sebanyak 4.165 unit, tersebar di beberapa daerah di Indonesia dengan kapasitas tiap unit dari ratusan kW sampai 12 MW.

Konsumsi solar untuk PLTD tersebut mencapai 1.490.110 kL per tahun, dengan meningkatnya harga bahan bakar minyak, maka PLTD menghadapi kendala berupa kenaikan biaya produksi yang selanjutnya akan meningkatkan harga jual listrik persatuan kWh.

Untuk mengurangi pemakaian dan mempertahankan pasokan listrik, PT PLN telah memodifikasi PLTD dengan menggunakan kombinasi solar dan gas alam pada diesel kapasitas 5 MW di Tarakan, Kalimantan Timur.

Dalam upaya mengatasi ketergantungan terhadap BBM dan mengatasi kebutuhan listrik yang dibangkitkan dari PLTD, Puslitbang tekMIRA telah bekerja sama dengan PT. PLN (Persero) dan PT. Coal Gas Indonesia untuk memanfaatkan gas hasil gasifikasi batubara sebagai bahan bakar PLTD dengan sistem dual-fuel, melalui operasional pilot plant dengan kapasitas gasifikasi batubara 2,88 MMBtu atau 150-200 kg batubara/jam dan mesin diesel kapasitas 250 KVA, dengan sistem manual dan non-turbo. Percobaan ini menunjukkan PLTD dengan sistem dual fuel dapat beroperasi dengan baik menggunakan 70% gas hasil gasifikasi batubara dan 30% solar.


Peralatan uji coba PLTD dual fuel

Hasil percobaan tersebut dilanjutkan dengan menggunakan mesin diesel kapasitas 450 kVA dengan sistem yang sama yaitu otomatis dan turbo dan diperoleh hasil pengurangan penggunaan BBM (solar) hanya mencapai 20-30%. Hal ini disebabkan oleh pengaturan komposisi solar dan gas tidak dapat dilakukan secara manual. Oleh karena itu, dibutuhkan convertion kit untuk sistem dual fuel yang dapat mengatur kedua komposisi tersebut pada mesin diesel 450 kVA dan juga berfungsi sebagai pengaman apabila terjadi masalah dalam pasokan gas dari gasifier, yang merubah mesin diesel kepada sistem 100% menggunakan BBM (solar).

Berdasarkan kondisi tersebut, pada tahun 2012, PLTD sistem dual fuel akan beroperasi dengan menggunakan gasifier yang berkapasitas 800-900 ton batubara per jam untuk memasok gas bakar pada mesin diesel kecepatan tinggi sistem otomatis dan turbo kapasitas 450 kVA. Parameter uji coba dengan berbagai variasi gas batubara dan solar melalui conversion kit.

Hasil kegiatan akan digunakan untuk mengetahui dan menghitung keeokonomian biaya produksi listrik sistim dual fuel dan pengembangan kemampuan desain dan rancang bangun gasifier batubara.
Pelaksanaan kegiatan sesuai dengan standar operasional yang meliputi persiapan peralatan, bahan baku, peralatan dan material pendukung, serta pemanasan gasifier dengan menggunakan kokas, yang dapat menghilangkan pembentukan tar yang keluar dari pembakar produsen gas pada flare. Namun kelemahan penggunaan kokas adalah terjadinya kemacetan pada hopper pengumpanan.

Pengumpanan batubara dilakukan setelah pemanasan gasifier, dengan laju alir rata-rata sebesar 42.120 kg batubara/7 hari atau sekitar 250 kg/jam batubara. Laju umpan ini di bawah kapasitas maksimum (800-900 kg/jam). Penetapan laju alir 250 kg/jam berdasarkan pertimbangan kebutuhan produsen gas untuk bahan bakar genset sudah terpenuhi.

Prinsip percobaan adalah mengoperasikan gasifier. Di dalam proses gasifikasi, dibutuhkan se-jumlah udara, steam, temperatur tertentu pada gas producer, dan temperatur di dalam gasifier.

Kenaikan laju alir udara berpengaruh terhadap reaksi oksidasi dalam zona oksidasi, sehingga meningkatkan produk produsen gas, dan temperatur gasifier. Akibatnya, terjadi reaksi oksidasi berlebih.
Untuk mengatasi hal tersebut, diatur dengan penambahan steam yang dicampur dengan umpan udara. Laju alir steam yang kurang akan menyebabkan kenaikan temperatur di dalam unggun batubara. Jika temperatur fire layer melebihi titik leleh abu, akan menyebabkan terjadinya slagging. Sebaliknya, jika laju alir steam terlalu besar, fire layer akan padam dan reaksi gasifikasi terhenti. Warna fire layer yang normal adalah merah ceri (MC) – merah kekuningan (MK) yang setara dengan temperatur 800 – 1.000OC. Warna merah kekuningan dan terkelupas (MKK) menunjukkan temperatur >1.200OC dan perlu penanganan segera karena dikhawatirkan terjadinya pembentukan slagging. Slagging mengakibatkan proses gasifikasi terganggu dan transfer gas producer ke unit pemurnian dihentikan.

Monitoring steam dilakukan pada water jacket dan box cooler, yang terkoneksi satu sama lain, sehingga dapat digunakan untuk utilitas dan umpan reaksi.

Kekurangan steam mengakibatkan temperatur untuk mengoperasikan EP (Electrostatic Precipitator) tidak tercapai. EP adalah alat vital yang berfungsi untuk pemurnian gas producer. EP dioperasikan apabila tercapai temperatur >110OC, di mana pada temperatur tersebut air menguap.

Temperatur <110OC mengakibatkan air masih di dalam insulator, akibatnya EP tidak beroperasi dan produksi gas bersih terhenti. Hasil percobaan yang dilakukan, EP1 dan EP 2 berfungsi dengan baik, dengan diperolehnya gas bersih. Kondisi tersebut tercapai selain kebutuhan steam terpenuhi, juga tidak terjadi slagging. Tidak terjadinya slagging, selain temperatur fire layer stabil pada 800 – 900OC, juga karena ukuran umpan batubara yang digunakan homogen.

Selama gasifikasi berlangsung, dilakukan analisis gas dan diperoleh hasil : konsentrasi H2 10 – 15 %, CO 20 – 30 % dan CO2 5 – 10 %, dengan nilai kalori rata-rata gas 1,096 -1,588 Kkal/Nm3. Hal ini menunjukkan produsen gas telah mencapai spesifikasi yang di-butuhkan. Sedangkan analisis tar dan partikulat dilakukan secara manual dan visual dengan meng-gunakan kertas saring.
Pada saat EP belum aktif, tar dan partikulat menempel pada kertas saring, setelah EP aktif tidak terlihat adanya tar dan partikulat.

Bersamaan dengan percobaan transfer produsen gas ke unit pemurnian, dilakukan juga per-siapan dan start up genset menggunakan bahan bakar solar. Kapasitas genset adalah 450 kVA. Genset ini menggunakan sistem turbo, yaitu memanfaatkan gas buang untuk mengompresi umpan udara pem-bakaran.

Conversion kit berfungsi mengatur peng-umpanan produsen gas ke genset secara otomatis. Setelah genset beroperasi, beban listrik yang dihasilkan dialirkan ke panel induk jaringan listrik dan beban listrik ini diuji coba untuk menggerakkan peralatan pilot plant bio briket dan unit gasifier.

Pemanfaatan produsen gas untuk bahan bakar genset dual fuel sistem turbo dan otomatis diawali dengan menggunakan 100% solar. Setelah gas batubara stabil dan memenuhi persyaratan, gas tersebut diumpankan ke mesin genset secara bersamaan dengan solar. Mesin genset yang digunakan berkapasitas maksimum 450 kVa (360 kW) dengan menggunakan conversion kit.

Percobaan dilakukan selama 5 hari x 24 jam secara kontinu pada berbagai variasi beban listrik 50-80 % kapasitas mesin genset dengan umpan batubara 250 -300 kg/jam atau 30% dari kapasitas umpan.
Hasil uji coba memperlihatkan bahwa gas batubara dapat menggantikan solar dengan rasio gas/diesel sebesar 60 % pada beban listrik 58%. Rasio gas/diesel optimum 60% tercapai pada saat beban 180-210 kW atau sekitar 50 – 58% dari nominal beban genset. Pada saat diupayakan untuk menaikkan beban rasio gas/diesel menurun menjadi 33%. Hal ini disebabkan oleh kecilnya diameter gastrains sehingga suplai gas batubara tidak mencukupi.

Kapasitas gastrain terpasang untuk mengalirkan gas batubara pada saat engine beroperasi menggunakan bifuel beban 80% dari nominal beban genset 360 kW atau sebesar 288 kW memerlukan gas batubara sebesar 340 Nm3/jam, jika asumsi nilai kalor gas batubara 1300 kkal BTU/scf dan asumsi pemakaian solar 0.27 liter/kWh dan ratio antara solar dan gas batubara 40:60. Untuk gastrains terpasang saat ini setelah dilakukan penggantian gas regulator yang disesuaikan dengan gas pressure yang dihasilkan oleh gasifier sebesar 8 kPa atau setara 80 mBar gas volume maksimal yang dapat disuplai oleh gastrains dengan diameter DN40 atau 1,5”, maksimal 200 Nm3/h, sehingga diameter gastrain perlu dirubah menjadi maksimal 4” agar dapat memasok sesuai dengan kebutuhan genset.

Meskipun ada beberapa kekurangan dan ke-lemahan, sistem peralatan pada pilot plant gasifikasi untuk bahan bakar mesin diesel sistem turbo dan otomatis (unit gasifier, unit pemurnian gas, genset, conversion kit dan jaringan listrik penyaluran beban listrik yang dihasilkan genset) telah berfungsi baik.
Ke depan, peralatan pendukung seperti flowmeter gas dan solar, temperatur sensor, knocking sensor, record parameter engine system, perlu diupayakan untuk melengkapi peralatan utama PLTD, sehingga data yang diperoleh akurat dan representatif. Dengan demikian, seluruh hasil uji coba dan operasional PLTD Sistem Dual-Fuel dapat membangkitkan listrik dan digunakan minimal pada operasional internal di Pilot Plant Pemanfaatan Batubara di Palimanan. ***

 

Sumber : http://www.tekmira.esdm.go.id/

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s