Burning Training

TEKNOLOGI PEMBAKARAN

MANAGEMENT TRANEE

PT INDOCEMENT TUNGGAL PRAKARSA

13 Agustus 2007,

Ir Yulius Pamungkas MSi

BAHAN BAKU SEMEN

• Semen merupakan perekat hidraulik yang memiliki unsur-unsur utama klinker (campuran antara C3S, C2S, C4AF, dan C3A) dan gypsum (CaSO4. 2H2O)

• Klinker dibuat dengan bahan baku utama batu kapur (limestone) sekitar 70% - 90%, tanah liat (clay) sekitar 10% - 30 %, dan sisanya adalah bahan koreksi (0 – 10%), yang termasuk bahan koreksi adalah apabila diperlukan tambahan SiO2 dan Fe2O3.

BAHAN BAKU SEMEN

• Semua bahan baku tersebut dibakar pada sistem pembakaran awal di Suspension Preheater dan dilanjutkan ke rotary kiln melalui beberapa perubahan fisik dan kimia sebagai berikut :

100o C pelepasan air bebas• 100 – 400oC pelepasan air terikat• 400 – 750oC dekomposisi tanah liat

Al4(OH)8Si4O10 2 (Al2O3.2SiO2) + 4H2O

BAHAN BAKU SEMEN• 600 – 900oC dekomposisi metakaolin membentuk

campuran oksida yang reaktifAl2O3.2SiO2 Al2O3 + 2SiO2

• 600 – 1000oC dekomposisi limestone dan pembentukan CS dan CACaCO3 CaO + CO2

3 CaO + 2SiO2 + Al2O3 2CS + CA

• 800 – 1300oC reaksi lime dengan CS dan CA serta

pembentukan C4AF

CS + C C2S

2C + S C2S

CA + 2C C3A

CA + 3C + F C4AF

BAHAN BAKU SEMEN

• 1250 –1450oC reaksi lanjut lime dengan C2S

C2S + C C3S

• 1450 – 100oC pendinginan klinker di cooler

BURNING SYSTEM

BURNING SYSTEM

Combustion gas

1

2

3

4

Notation: 1. Top Cyclone 2. Second Cyclone 3. Third Cyclone 4. The lowest cyclone

Kiln

Rawmix

Gas & dust

Gas & Non-separated Rawmix

Fresh Feed

Rawmix inside of the kiln

Fresh Feed

Notation: 1. Top Cyclone 2. Second Cyclone 3. Third Cyclone 4. The lowest cyclone 5. Calciner

Rawmix

1

2

3

4

1Kiln

Hot Air from Cooler

Rawmix inside of the kiln

Combustion gasKiln

5

SUSPENSION PREHEATER

SUSPENSION PREHEATERa. Ukuran Partikel dan Separasi• Ukuran partikel bahan baku berkaitan erat dengan luas permukaan

partikel bahan baku dan massa masing-masing partikel bahan baku. • Luas permukaan partikel bahan baku merupakan salah satu faktor

penting dalam proses perpindahan panas dari gas ke bahan baku. • Massa per partikel bahan baku sangat menentukan proses

pemisahan partikel dari gas pemanasnya di dalam siklon. • Raw mix yang permukaannya luas, dalam keadaan tersuspensi, laju

proses perpindahan panas yang terjadi menjadi lebih tinggi dibanding yang permukaannya lebih kecil.

• Partikel dengan ukuran yang lebih besar akan lebih mudah dipisahkan di dalam siklon selain masih tergantung pula pada densitas (specific gravity) dari partikel.

• Pada umumnya untuk partikel dengan ukuran yang sama akan lebih mudah dipisahkan di dalam siklon bila memiliki densitas yang lebih tinggi.

• Dalam sistem kering distribusi partikel rawmix umumnya dibuat sedemikian rupa agar residu di atas 90 mikron antara 12 – 15% dan di atas 200 mikron tidak lebih dari 2 – 3%.

SUSPENSION PREHEATER

b. Proses Separasi di dalam Siklon• Proses separasi bahan baku dari aliran

tersuspensi di dalam gas panas terjadi sebagai akibat adanya gaya sentrifugal yang dialami oleh bahan baku sehingga partikel bahan baku akan cenderung terlempar ke dinding siklon.

• Proses separasi sangat dipengaruhi oleh ukuran partikel, densitas partikel, kecepatan aliran dan bentuk serta demensi siklon.

SUSPENSION PREHEATERc. Perpindahan Panas di Siklon Preheater • Perpindahan panas antara gas dengan partikel bahan baku terjadi

pada masing-masing saluran gas (gas duct) dan siklon di suspension preheater (SP).

• Pada saat perpindahan panas ini terjadi di dalam duct, aliran gas dengan aliran bahan baku mempunyai arah yang sama berlangsung secara paralel karena partikel terbawa oleh aliran gas.

• Tetapi jika dilihat sistem secara keseluruhan maka pada sistem SP terjadi perpindahan panas secara berlawanan (counter-current) karena arah aliran gas ke atas sedang arah aliran bahan baku ke bawah.

• Perpindahan panas antara gas dan material terjadi pada kondisi material yang tersuspensi. Sebagian besar perpindahan panas terjadi di gas duct, menurut literatur yaitu sekitar 80 % sedang sisanya terjadi di siklon.

• Namun demikian proses ini masih tergantung pada ukuran partikel. Semakin kecil ukuran partikel, perpindahan panas akan terjadi dalam waktu yang lebih singkat, sehingga tidak menutup kemungkinan seluruh proses perpindahan panas partikel berukuran kecil terjadi di dalam duct.

ROTARY KILN• Kiln berputar (rotary kiln) merupakan peralatan utama di

seluruh unit pabrik semen, karena di dalam kiln akan terjadi semua proses kimia pembentukan klinker dari bahan bakunya (raw mix).

• Secara garis besar, di dalam kiln terbagi menjadi 3 zone yaitu zone kalsinasi, zone transisi, dan zone sintering (klinkerisasi). Perkembangan teknologi mengakibatkan sebagian zone kalsinasi dipindahkan ke suspension preheater dan kalsiner, sehingga proses yang terjadi di dalam kiln lebih efektif ditinjau dari segi konsumsi panasnya.

• Proses perpindahan panas di dalam kiln sebagian besar ditentukan oleh proses radiasi sehingga diperlukan isolator yang baik untuk mencegah panas terbuang keluar.

• Isolator tersebut adalah batu tahan api dan coating yang terbentuk selama proses.

• Karena fungsi batu tahan api di tiap bagian proses berbeda maka jenis batu tahan api disesuaikan dengan fungsinya.

ROTARY KILN

• Faktor-faktor yang mempengaruhi pembentukan coating antara lain :– komposisi kimia raw mix– konduktivitas termal dari batu tahan api dan coating– temperatur umpan ketika kontak dengan coating– temperatur permukaan coating ketika kontak dengan umpan– bentuk dan temperatur flame

• Pada zone sintering fase cair sangat diperlukan, karena reaksi klinkerisasi lebih mudah berlangsung pada fase cair.

• Tetapi jumlah fase cair dibatasi (20-30)% untuk memudahkan terbentuknya coating yang berfungsi sebagai isolator kiln.

ROTARY KILNPada kiln tanpa udara tertier hampir seluruh gas hasil pembakaran maupununtuk pembakaran sebagian bahan bakar di calciner melalui kiln. • Karena di dalam kiln diperlukan temperatur tinggi untuk melaksanakan

proses klinkerisasi, maka kelebihan udara pembakaran bahan bakar di kiln dibatasi maksimum sekitar(20 – 30)%, tergantung dari bagaimana sifat rawmeal mudah tidaknya dibakar (burnability of the rawmix).

• Dengan demikian maksimum bahan bakar yang dibakar di in-line calciner adalah sekitar (20 – 25)%. Pada umumnya calciner jenis ini bekerja dengan pembakaran bahan bakar berkisar antara 10% hingga 20% dari seluruh kebutuhan bahan bakar, karena pembakaran di calciner juga akan menghasilkan temperatur gas keluar dari top cyclone yang lebih tinggi yang berarti pemborosan energi pula.

• Sisa bahan bakar yang berkisar antara 80% hingga 90% dibakar di kiln. Untuk menaksir seberapa kelebihan udara pembakaran di kiln dalam rangka memperoleh operasi kiln yang baik akan dilakukan perhitungan tersendiri.

• Kiln tanpa udara tertier dapat beroperasi dengan cooler jenis planetary sehingga instalasi menjadi lebih sederhana dan konsumsi daya listrik lebih kecil dibanding dengan sistem kiln yang memakai cooler jenis grate.

ROTARY KILNPada kiln dengan udara tertier, bahan bakar yang dibakar di kiln dapatdikurangi hingga sekitar 40% saja (bahkan dapat sampai sekitar 35%),sedangkan sisanya yang 60% dibakar di calciner. • Dengan demikian beban panas yang diderita di kiln berkurang hingga

tinggal sekitar 300 kkal/kg klinker. • Karena dimensi kiln sangat bergantung pada jumlah bahan bakar

yang dibakar, maka secara teoritis kapasitas produksi kiln dengan ukuran tertentu menjadi sekitar 2,5 kali untuk sistem kiln dengan udara tertier dibanding dengan kiln tanpa udara tertier.

• Sebagai contoh untuk kapasitas 4000 ton per hari (TPD), kiln tanpa udara tertier membutuhkan diameter sekitar 5,5 m. Sedangkan untuk kiln dengan ukuran yang sama pada sistem dengan udara tertier misalnya sistem SLC dapat beroperasi maksimum pada kapasites sekitar 10.000 TPD.

• Namun kiln dengan udara tertier harus bekerja dengan cooler jenis grate cooler sehingga diperlukan daya listrik tambahan sekitar 5 kWh/ton klinker dibanding kiln dengan planetary cooler.

• Remarks TPD = Ton / Day.

ROTARY KILNa. Burner• Di dalam rotary kiln selain jumlah panas yang dibutuhkan untuk pembakaran raw mix

harus terpenuhi, perlu juga diperhatikan bentuk nyala saat pembakaran bahan bakar pada burner.

• Bentuk nyala ini mempengaruhi kualitas klinker yang dihasilkan. Kedua parameter ini dipengaruhi oleh proses pembakaran saat bahan bakar mulai keluar dari ujung burner hingga habis terbakar.

• Secara umum, pembakaran terjadi melalui 4 tahapan proses, yaitu : – Pencampuran - Penyalaan - Reaksi Kimia - Penyebaran Panas/Produk

Pembakaran.• Untuk mendapatkan bentuk nyala yang diinginkan merupakan pekerjaan yang cukup

kompleks sebab selain dengan mengatur aliran di burner tip, bentuk nyala juga dipengaruhi oleh kondisi di dalam kiln itu sendiri.

• Ada dua kemungkinan pengaturan bentuk nyala, yaitu :– Bentuk nyala cone flame, di mana bentuk ini dihasilkan dengan komponen

kecepatan aliran aksial diletakkan di bagian dalam sedang komponen radial di bagian luar.

– Bentuk nyala hollow cone flame, di mana bentuk ini diperoleh dengan meletakkan komponen aksial di bagian luar sedang komponen radialnya di bagian dalam.

ROTARY KILNDari bentuk nyala ada beberapa hal penting yang berpengaruh terhadap kualitas klinkeryang dihasilkan, yaitu :

– Laju Pembakaran (burning rate)• Laju pembakaran ini sangat berpengaruh terhadap ukuran komponen alite (C3S)

yang terbentuk. Komponen alite yang berukuran kecil akan mengakibatkan klinker yang dihasilkan tidak dusty, sehingga mempunyai potensi kuat tekan yang tinggi dan proses penggilingannya mudah.– Temperatur tertinggi (maksimum temperature)

• Pada temperatur tertinggi yang sesuai akan dihasilkan klinker dengan litre weight yang baik, sehingga mempunyai potensi kuat tekan yang tinggi dan akan mudah digiling. Tetapi pada temperatur tertinggi yang terlalu tinggi akan dihasilkan klinker yang sifatnya berlawanan dengan sifat – sifat tersebut.– Waktu pembakaran (burning time)

• Kondisi ini sangat berpengaruh pada ukuran belite (C2S), yaitu kenaikan waktu pembakaran akan memperbesar ukuran belite sehingga potensi kuat tekannya akan tinggi serta akan mudah digiling. Selain itu kenaikan waktu pembakaran akan menurunkan kandungan CaO bebas.– Laju pendinginan (cooling rate)

• Kondisi ini sangat berpengaruh pada warna belite yang mengindikasikan struktur kristalnya. Pendinginan yang lambat akan menghasilkan klinker dengan kuat tekan yang rendah.

ROTARY KILNb. Refractory Lining• Refraktori (bata tahan api) adalah material non metal yang dapat dipakai

untuk konstruksi atau melapisi tungku yang beroperasi pada temperatur tinggi dan juga mampu untuk mempertahankan bentuk dan komposisi kimianya pada temperatur tinggi.

• Fungsi refraktori pada industri semen adalah untuk melindungi bagian metal agar tidak langsung kontak dengan nyala api atau gas/padatan yang sangat panas. Sebagai contoh shell kiln akan sangat turun kekuatannya pada temperatur di atas 400oC sementara itu temperatur klinker berkisar 1350 - 1550oC, serta nyala api di kiln bisa mencapai 1900oC.

• Refraktori juga berfungsi untuk mencegah kehilangan panas sehingga berada pada kondisi yang masih bisa ditoleransi (12 - 22 % dari panas pembakaran). Hal ini penting untuk mempertahankan temperatur nyala sehingga proses yang terjadi di dalam kiln akan terjamin kualitasnya.

• Konsumsi refraktori berkisar 0,05 - 0,15 kg/ton klinker. Jadi secara ringkas fungsi refraktori adalah sebagai proteksi (pengaman operasi) kiln shell terhadap temperatur tinggi, sebagai bahan untuk memperpanjang umur teknis shell kiln , dan sebagai isolator panas.

COOLERPendinginan klinker diperlukan karena berpengaruh pada struktur,Komposisi mineralogi dan grindability klinker yang dihasilkan sehinggaakan berpengaruh pada produk semen.

Proses pendinginan klinker diperlukan dengan alasan-alasan sebagai berikut :

a. Klinker panas sangat sulit untuk ditransportasikan.

b. Klinker panas berpengaruh tidak baik terhadap proses penggilingan selanjutnya.

c. Recovery panas yang terkandung pada klinker panas diperlukan untuk mengurangi biaya produksi.

d. Pendinginan klinker yang baik dapat meningkatkan kualitas dan produksi semen.

COOLERa. Laju Pendinginan Klinker• Laju kecepatan pendinginan klinker menentukan komposisi akhir klinker.

Jika klinker yang terbentuk selama pembakaran didinginkan perlahan maka beberapa reaksi yang telah terjadi di kiln akan berbalik (reverse), sehingga C3S yang telah terbentuk di kiln akan berkurang dan terlarut pada klinker cair yang belum sempat memadat selama proses pendinginan.

• Dengan pendinginan cepat fasa cair akan memadat dengan cepat sehingga mencegah berkurangnya C3S.

• Fasa cair yang kandungan SiO2-nya tinggi dan cair alumino-ferric yang kaya lime akan terkristalisasi sempurna pada pendinginan cepat. Laju pendinginan juga mempengaruhi keadaan kristal, reaktivitas fasa klinker dan tekstur klinker.

• Pendinginan klinker yang cepat berpengaruh pada perilaku dari oksida magnesium dan juga terhadap soundness dari semen yang dihasilkan.

• Makin cepat proses pendinginannya maka kristal periclase yang terbentuk semakin kecil yang timbul pada saat kristalisasi fasa cair.

• Klinker dengan pendinginan cepat menunjukkan daya spesifik yang lebih rendah. Hal ini disebabkan proporsi fasa cair yang lebih besar dan sekaligus ukuran kristalnya lebih kecil.

COOLER

Secara garis besar pengaruh laju pendinginan klinker terhadap kualitas klinkerdapat terlihat berikut ini :

Material/Parameter Pendinginan lambat Pendinginan cepat( 4-5oC/menit ) ( 18 – 20oC/menit

)

MgO Kristal periclase Kristal glassy

C3A dan C4AF Kristaline Glassy

C2S dan C3S Kurang aktif AktifStabil Tidak stabil

Ukuran partikel Lebih besar Relatif lebih kecilKuat tekan awal Tinggi RendahKuat tekan akhir Rendah TinggiKeaktifan hidrolis Kurang Lebih baikSoundness Kurang BaikKetahanan terhadap sulfur Kurang Baik

COOLER

b. Efisiensi konversi energi dalam proses pendinginan klinker.

• Efisiensi pendinginan klinker diukur berdasarkan jumlah energi yang dapat dipindahkan ke udara pendingin dibanding energi total yang terkandung di dalam klinker saat keluar dari kiln.

• Semakin tinggi energi yang terserap oleh udara, proses pendinginan klinker semakin efisien.

• Akan lebih bagus lagi bila jumlah udara yang dibutuhkan untuk pendinginan semakin sedikit (mendekati kebutuhan udara untuk pembakaran bahan bakar), karena biasanya udara sisa yang tidak dipergunakan untuk pembakaran akan dibuang kembali ke lingkungan yang dapat pula berarti merupakan tambahan kerugian energi secara keseluruhan.

COOLERa. Planetary Cooler• Planetary cooler terdiri atas beberapa tabung silindrik, biasanya 10 -

11 buah, silinder yang disusun di sekeliling ujung akhir rotary kiln sehingga menjadi bagian utuh dari rotary kiln tersebut.

• Planetary cooler berputar bersama-sama dengan rotary kiln tanpa penggerak yang terpisah. Klinker dari kiln keluar melalui lubang yang ada pada shell di ujung akhir kiln dan langsung masuk ke planetary cooler.

• Gerakan klinker di dalam planetary cooler paralel dengan gerakan klinker dalam kiln. Untuk mendapatkan perpindahan panas yang efektif planetary cooler dilengkapi dengan rantai metal, lifter dan sejenisnya yang berfungsi untuk menebarkan klinker dalam aliran udara yang melalui silinder cooler ini sehingga kontak antara klinker dengan udara berlangsung lebih efektif.

• Kondisi tekanan negatif pada kiln akibat sedotan dari ID fan akan menarik udara dari ujung planetary cooler yang terbuka sehingga terjadi aliran counter current antara klinker dengan udara pendingin.

COOLER• Seluruh udara pendingin klinker pada jenis planetary cooler ini akan

digunakan untuk udara pembakaran di dalam kiln. Jika klinker masuk ke dalam cooler bertemperatur 1100 - 1350oC maka klinker dingin yang keluar bisa mencapai 120 - 270oC.

• Jumlah udara pendinginnya sama dengan jumlah udara sekunder untuk pembakaran, yaitu untuk proses basah sekitar 1,3 - 1,5 Nm3/kg klinker dengan konsumsi energi spesifik 1400 kcal/kg klinker; dan proses kering sekitar 0,8 - 1,0 Nm3/kg klinker dengan konsumsi energi spesifik 750 kcal/kg klinker.

• Temperatur udara sekundernya bisa mencapai 840 - 850oC pada proses kering dan mencapai 600 - 650oC pada proses basah. Temperatur klinker bisa turun dari 1350oC menjadi 1000oC dalam waktu sekitar 10 menit, di mana kondisi ini hampir sama dengan pendinginan di grate cooler.

COOLERb. Grate Cooler• Pada awal pengembangannya pemakaian grate cooler dimaksudkan untuk

mendapatkan laju pendinginan yang cepat untuk mengurangi pengaruh kristal periclase sehingga diperoleh kualitas klinker yang baik. Tetapi pada kenyataannya diperoleh juga perpindahan panas yang sangat baik sekali sehingga cooler jenis ini bisa menerima klinker dengan temperatur sampai dengan (1360 – 1400 )oC.

• Dengan penggunaan udara berlebih klinker yang keluar bisa mencapai temperatur sampai dengan 65oC di atas temperatur udara sekitar sehingga bisa langsung digiling dan efisiensi perpindahan panas dari klinker ke udara dapat berkisar (72 – 75 )%.

• Perpindahan panas terjadi pada kondisi kombinasi cross current dengan counter current antara klinker dengan udara pendinginnya. Partikel-partikel halus akan jatuh ke dalam chamber udara yang ada di bawah grate plate dan dikeluarkan menggunakan air sluice dan ditarik oleh drag chain conveyor, sementara klinker yang berukuran besar dihancurkan oleh clinker breaker, berupa hammer crusher, yang ada di ujung grate cooler.

• Penggunaan udaranya berkisar 1,8 - 2,4 Nm3/kg klinker dengan temperatur klinker dingin bisa mencapai (120 – 150 )oC.

• Penggunaan udara sirkulasi dapat dilakukan pada sistem ini sehingga mengurangi udara yang terbuang keluar.

PENGENDALIAN OPERASI

• Dalam pengendalian operasi peralatan dikenal dua jenis parameter, yaitu parameter kontrol parameter variabel.

• Yang dimaksud dengan parameter kontrol adalah besaran yang nilainya dapat langsung diubah oleh operator pada alat kontrol sehingga dapat langsung mengubah kondisi operasi.

Speed kiln (rpm) Jumlah feeding (ton/jam) Jumlah bahan bakar, coal (ton/jam) Bukaan damper inlet ID fan (%) atau putaran ID fan (rpm) Jumlah udara pendingin pada grate cooler (m3/jam) dan lain-lain.

PENGENDALIAN OPERASI• Parameter variabel merupakan besaran yang nilainya

mengindikasikan kondisi suatu sistem Parameter ini tidak bisa langsung diubah oleh operator pada alat kontrol, dan untuk mengubahnya harus mengubah parameter kontrol .

Torsi kiln (%) Temperatur zone pembakaran Kadar O2 pada inlet dan top cyclone (%) Kadar CO pada inlet dan top cyclone (%) Temperatur top cyclone (oC) Temperatur bottom cyclone (oC) Draft top cyclone (mBar) Draft inlet kiln (mBar) dan lain-lain.

PENGENDALIAN OPERASIa. Temperatur Zona Pembakaran (Burning Zone)• Temperatur zona pembakaran merupakan hal yang menentukan proses

pembakaran di dalam kiln. Pada temperatur tinggi proses perpindahan panas secara radiasi akan semakin efektif.

• Ada beberapa hal yang harus dikendalikan untuk mendapat temperatur zona pembakaran yang tinggi, antara lain :- Perbandingan bahan bakar dan udara pembakaran yang cukup.- Momentum di burner tip cukup tinggi.- Temperatur udara sekunder dan primer yang tinggi.- Kualitas bahan bakar yang baik (nilai kalor bakar tinggi).

• Untuk menentukan temperatur zona pembakaran yang akurat relatif sulit, kalaupun tersedia alat ukurnya (pyrometer) biasanya hanya dipakai untuk mengindikasikan trend perubahannya. Oleh sebab itu dalam operasinya penentuan temperatur zona pembakaran ini selain menggunakan alat ukur yang ada juga menggunakan parameter lain untuk mengindikasikannya antara lain temperatur bottom cyclone, torsi kiln, litre weight klinker yang dihasilkan, temperatur shell kiln.

PENGENDALIAN OPERASIb. Kadar Oksigen• Oksigen dengan jumlah cukup diperlukan untuk pembakaran yang

sempurna. Untuk menentukan jumlah udara yang diperlukan pada pembakaran dapat dihitung setelah mengetahui jumlah komponen yang dapat dibakar di dalam bahan bakar.

• Dalam operasionalnya hal ini tentunya sulit untuk dilakukan sehingga untuk menentukan udara pembakaran digunakan parameter kadar oksigen dari gas hasil pembakaran sebagai parameter pengendali proses pembakaran.

• Pada operasi yang baik kadar oksigen dalam gas buang ini berkisar 0,7 - 3,5 % (udara berlebih berkisar 8 - 19 %), dengan kadar optimum (1-1,5 )%

• Jika kadar oksigen ini terlalu rendah maka pembakarannya tidak sempurna sehingga akan terbentuk CO (panas pembakaran yang dihasilkan baru sekitar 2400 kcal/kg C ; sedangkan bila terbakar sempurna akan terbentuk CO2 dengan panas pembakaran sekitar 8100 kcal/kg C).

• Oleh karena itu semakin tinggi kadar CO pada gas buang berarti kerugian energi pembakaran terjadi lebih banyak (di mana panas pembakarannya rendah) disamping CO ini berbahaya pada proses di electrostatic precipitator, yaitu dapat menyebabkan terjadinya ledakan.

PENGENDALIAN OPERASI• Pada kondisi reduksi (kekurangan oksigen), C4AF bisa terurai menjadi C3A

yang mempengaruhi kualitas semen, selain itu basic brick juga bisa mengalami reduksi sehingga magnesite akan kehilangan kuat tariknya dan coating akan lepas. Klinker yang dihasilkan pada kondisi reduksi mempunyai kuat tekan yang rendah.

• Kadar oksigen yang terlalu tinggi mengindikasikan udara pembakaran yang terlalu banyak sehingga panas yang terbuang (untuk memanaskan kelebihan udara yang tidak dipakai pada proses pembakaran) juga akan banyak dan tidak efisien.

• Alat analisis kadar oksigen ini biasanya paling sedikit ditempatkan di dua lokasi, yaitu di inlet kiln dan top cyclone.

• Posisi di inlet kiln untuk mendeteksi kondisi pembakaran di kiln secara langsung sedang yang di top cyclone selain mendeteksi kondisi pembakaran di kalsiner juga untuk mendeteksi adanya false air di sistem preheater dengan membandingkan kadar oksigen di inlet kiln dengan top cyclone.

• False air yang besar akan mengurangi jumlah panas yang seharusnya digunakan untuk memanaskan raw mix pada proses perpindahan panas yang terjadi di suspension preheater dan kalsiner.


c. Kadar Karbon Monoksida• Kadar CO mengindikasikan kondisi pembakaran tidak

sempurna. • Sebaiknya tidak ada sama sekali karena nilai kalor

yang dikeluarkan jauh lebih rendah dibandingkan dengan pembakaran sempurna (terbentuk CO2) dan jika bereaksi lanjut dengan oksigen akan menimbulkan panas (ledakan).

• Akan tetapi dalam proses normal biasanya berada pada tingkat 0,01 - 0,02 %.

• Jika sudah mencapai 1 % operasi EP akan distop untuk mencegah terjadinya ledakan di EP.

PENGENDALIAN OPERASId. Kadar N0x• Pada gas hasil pembakaran N0x yang ada merupakan hasil dari dua

proses, yaitu :a. N0x thermal, di mana pembentukannya berasal dari udara yang dipanaskan pada temperatur tinggi. Pada temperatur tinggi oksigen dan nitrogen mengalami dissosiasi sehingga bisa terbentuk N0x. Jumlah bergantung pada temperatur gas, waktu di mana gas mengalami temperatur tinggi dan laju pendinginan campuran gas tersebut. Normalnya pada temperatur dalam kiln 1600 - 1700oC secara teoritis kadar N0x pada gas hasil sekitar 50 ppm.b. N0x bahan bakar. Coal biasanya mengandung komponen organik nitrogen. Komponen ini terbakar dan membentuk N0x yang bergantung pada jumlah udara yang berlebih. Makin besar kandungan oksigennya makin banyak pula N0x yang terbentuk.

• Pengukuran N0x ini cukup cepat sehingga memberi gambaran yang segera terhadap kondisi pembakaran di dalam kiln. Dibandingkan dengan parameter free lime dan litre weight yang membutuhkan waktu maka parameter N0x sangat membantu dalam pengendalian operasi pembakaran.


e. Torsi Kiln• Parameter ini merupakan modifikasi dari nilai

parameter ampere motor dari main drive kiln dan mengindikasikan kondisi material yang ada di dalam kiln.

• Harganya pada kondisi normal berkisar 50 - 55 %. Harga yang cenderung naik mengindikasikan bertambahnya fasa cair, pembakaran yang makin keras dan kualitas produk yang baik.

• Bila harganya menunjukkan penurunan, hal ini mengindikasikan mulai turunnya temperatur zona pembakaran dan pembakaran yang lunak.


f. Temperatur Bottom cyclone• Temperatur gas pada siklon yang terbawah digunakan untuk

mengindikasikan derajat kalsinasi raw mix yang masuk ke dalam kiln. Pada temperatur 860 - 875oC pada kiln dengan SP-calciner mengindikasikan derajat kalsinasi sekitar 90 %.

• Jika derajat kalsinasi raw mix yang masuk ke kiln terlalu rendah menyebabkan beban pembakaran dalam kiln akan tinggi dan tidak cukup efektif. Tetapi pada derajat kalsinasi yang terlalu tinggi menyebabkan terjadinya fasa cair sebelum masuk kiln yang dapat mengakibatkan terjadi blok di jalur raw mix.

• Sifat-sifat aliran raw mix berdasarkan temperatur adalah sebagai berikut : T = 6000C – 9000C free flowingT = 9000C –12000C stickyT >12000C fasa cair dan free flowing


g. Temperatur Top cyclone• Parameter ini mengindikasikan kondisi gas buang dan

normalnya pada 330 - 340oC. • Temperatur yang terlalu tinggi mengindikasikan jumlah bahan

bakar yang terlalu banyak, tarikan udara yang terlalu banyak atau feeding yang kurang. Hal ini sangat merugikan karena gas yang keluar merupakan panas yang terbuang.

• Temperatur yang terlalu rendah bisa mengindikasikan temperatur pembakaran yang rendah atau tarikan udara yang cukup. Hal ini juga tidak baik karena biasanya gas ini sebagian dipergunakan untuk proses pengeringan bahan baku di raw mill.

• Dengan temperatur gas buang terlalu rendah energi pengeringan kurang sehingga diperlukan jumlah aliran gas yang banyak, yang berarti akan meningkatkan konsumsi motor listrik mill fan.


h. Temperatur Udara Sekunder dan Tersier• Parameter ini penting untuk mendapatkan kondisi pembakaran

yang baik. Selain itu mengindikasikan tingkat recovery panas yang dapat digunakan kembali sehingga menentukan jumlah bahan bakar yang diperlukan.

• Untuk mendapatkan temperatur yang tinggi maka proses pendinginan klinkernya harus dikendalikan dengan baik.

• Pada grate cooler hal ini dapat dilakukan dengan menjaga ketebalan material di atas grate juga dengan mengatur jumlah udara pendinginnya. Di samping itu kualitas klinker yang keluar dari kiln (ukuran dan distribusinya, porositas) sangat menentukan parameter ini.


i. Litre Weight Klinker• Parameter ini relatif cepat pengukurannya sehingga

bisa dipakai sebagai pedoman untuk pengendalian pembakaran di kiln dan mutu klinker yang dihasilkan.

• Pengukuran dilakukan dengan menimbang klinker yang lolos ayakan 10 mm dan residu di atas ayakan 5 mm sebanyak 1 liter.

• Nilai standar litre weight klinker tergantung dari performance tiap kiln. Litre weight yang tinggi mengindikasikan kondisi zona pembakaran yang tinggi dan pembakaran yang keras.


j. Free Lime (CaO bebas)• Parameter ini mengindikasikan kesempurnaan pembakaran

raw mix. • Parameter ini dipengaruhi oleh temperatur burning zone, yang

secara tidak langsung juga dipengaruhi oleh temperatur udara sekunder yang berasal dari grate cooler sehingga pengamatan langsung dapat dilakukan dengan mengontrol udara pendingin (parameter kontrol).

• Jika harganya tinggi menunjukkan bahwa ada sebagian CaO yang tidak bereaksi dengan SiO2 sehingga jumlah C2S dan C3S kecil, yang tentu saja akan menurunkan kuat tekan.

• Jika harganya makin rendah berarti pembakaran raw mix baik. Umumnya harganya berkisar 0,5 - 1,5 %.


k. Pressure Chamber Grate Cooler• Parameter ini menunjukkan beban klinker terhadap grate. • Bila tekanan pada chamber I naik, menunjukkan bahwa

material bed di lokasi tersebut bertambah. Dalam hal ini harus diperkirakan apakah terdapat coating jatuh atau klinker yang berlebihan.

• Pressure yang tinggi mengakibatkan beban fan cooler menjadi tinggi dan selanjutnya perpindahan panas kurang efektif, serta temperatur udara sekunder yang diharapkan tinggi akan menurun.

• Hal ini akan mengakibatkan proses di dalam kiln berlangsung kurang baik termasuk proses pembakaran bahan bakar di burner dan kualitas kilnker yang dihasilkan.


l. Karakteristik dari volatile matter• Dalam pengendalian operasi kiln ada satu hal yang perlu

diperhatikan yaitu masalah zat-zat yang terkandung di dalam raw meal dan bahan bakar yang akan menguap pada temperatur di zona pembakaran kiln dan akan terkondensasi lagi sewaktu berada di SP. Zat tersebut sering disebut dengan volatile matter yang terdiri antara lain zat alkali, belerang dan chlor.

• Proses penguapan dan kondensasi yang terus berulang hingga kondisi kesetimbangan tercapai ini kadang akan mengganggu kelancaran operasi kiln dan menimbulkan sirkulasi zat volatile, khususnya untuk sistem kiln yang cukup rapat dan efisien sehingga diperlukan perioda pengeluaran zat tersebut pada saat-saat tertentu. Namun untuk sistem kiln yang relatif terbuka, yang memungkinkan mengalir keluarnya zat-zat ini, gangguan menjadi tidak seberapa.


Ada tiga aspek penting yang berkaitan dengan sirkulasi zat volatile ini antara lain:• Karena zat-zat tersebut tidak dapat keluar dari material dan

lama-lama menumpuk di dalam klinker, maka agar kualitas klinker tetap baik perlu dibatasi kadar maksimum zat tersebut di dalam klinker.

• Jika zat-zat tersebut dapat menguap, perlu pula dibatasi kadar yang dibuang ke lingkungan untuk menjaga kualitas udara lingkungan agar tetap berada dalam ambang batas yang diijinkan.

• Dalam operasi bila sirkulasi zat ini terlalu banyak akan dapat mengganggu sehingga perlu dibuatkan alat khusus untuk mengurangi dengan cara bypass gas ke lingkungan secara periodik. Hal ini memerlukan fasilitas dalam sistem kiln kita.



• Dari hasil pengamatan FLS, – evaporasi zat volatile lebih rendah pada sistem kiln

yang menggunakan calciner dibanding dengan yang tidak memakai calciner. Hal ini akan meningkatkan kadar alkali dalam klinker. Pada kasus seperti ini biasanya rawmix desainnya diubah sedemikian rupa sehingga silika rasionya ditinggikan untuk meningkatkan burnability material dan temperatur di burning zone.

GANGGUAN OPERASIKiln Flushing• Flushing adalah akibat raw mix yang tidak terbakar sempurna menjadi

klinker, penyebabnya bermacam-macam, misalnya kiln feed berfluktuasi, batu bara shortage atau fluktuasi, atau jatuhnya ring coating yang terlalu besar.

• Indikator awal yang dapat dipakai adalah torque kiln turun secara drastis, misalnya bila disebabkan oleh shortage/fluktuasi bahan bakar maka temperatur di Calciner SLC atau burning zone akan turun, profil nyala menjadi gelap.

• Untuk mencegah terjadinya flushing, pertama-tama yang harus dilakukan atau turunkan secara drastis speed kiln, hal ini bertujuan untuk memperpanjang waktu tinggal material didalam kiln, sehingga diharapkan akan memperbaiki proses pembakaran raw mix menjadi klinker, jaga temperatur di SP agar tingkat dekarbonisasinya cukup sebelum masuk ke kiln, kemudian stabilkan flame yang dapat dijaga dengan menstabilkan fuel dan grate I agar dapat menghasilkan temperature udara sekunder yang cukup temperaturnya.

• Untuk Kiln yang menggunakan Swirlax burner tambahkan pemakaian udara swirling yang bertujuan memperbaiki performance pencampuran bahan bakar dengan udara sehingga diharapkan bahan bakar segera dapat terbakar, walaupun diganggu adanya abu dari raw mix/klinker.

GANGGUAN OPERASIRing coating• Ring coating adalah kondisi dimana ada coating dengan ketebalan tertentu

sehingga berakibat sangat mengganggu pada pengoperasian kiln karena:– Material akan tertahan dibelakang ring coating– Gas tidak lancar mengalir sehingga udara yang terhisap juga kurang dan

CO akan naik, kadang-kadang terpaksa mengurangi fuel beserta kiln feed.

• Untuk mengatasi ring ini sebaiknya dilakukan dengan merubah panjang pendeknya flame, dengan harapan ada perubahan temperatur ring coating dan akhirnya jatuh.

• Selain itu apabila di tempat ring coating itu diberi pendingin pada kiln shellnya maka cooling fan pada posisi tsb dimatikan.

• Karena pada umumnya ring coating terjadi pada daerah antara calcination zone dan transition zone, maka memperpendek dan memperkuat api di main burner akan dapat menolong.

• Perontokan ring coating sambil operasi yang tidak sampai mengganggu bisa berjalan 1 – 2 hari.

GANGGUAN OPERASIUkuran klinker• Klinker yang sangat lunak menyebabkan dusty. Idealnya ukuran rata-

rata klinker sekitar 1,6 cm, akan menghasilkan heat recovery yang sangat baik dan di cement mill mudah untuk digiling.

• Klinker yang terlalu halus, akan menyebabkan menurunkan flame temperature kerena sebagian tersirkulasi kembali ke kiln dan menyerap panas sehingga heat consumption dan productivity kiln menjadi kurang baik.

• Didalam cooler, klinker yang terlalu halus akan menyebabkan menghambat udara cooling, karena tertahan oleh tumpukan klinker yang “seolah-olah” kompak. Karena udara tertahan dibawah grate, maka akan terjadi back pressure di cooling fan dan klinker tidak sempat lagi mengalami cooling dengan baik dan klinker tetap panas, udara sekunder menjadi dingin dan makin menurunkan temperatur flame, sehingga pembakaran menjadi kurang baik dan akan membentuk klinker halus pula.

GANGGUAN OPERASI• Sebaliknya apabila klinker terlalu besar maka pendingin clinker

bagian dalam akan “lambat” sehingga pada waktu terpecahkan oleh klinker crusher akan timbul panas yang berlebih dan clinker product akan tinggi temperaturenya.

• Karena klinker besar maka klinker mengalami slow cooling yang akan berpengaruh terhadap mutu C2S yang makin tidak aktif dan pada akhirnya akan menurunkan “kuat tekan akhir” dari semen.

• Klinker yang sangat lambat mengalami cooling juga menyebabkan C3A bertambah besar ukuran kristalnya yang aktif terhadap air sehingga memperbesar streght awal tapi menurunkan streght akhir.

• Faktor yang mempengaruhi ukuran klinker antara lain :- jumlah dan komposisi liquid phase- temperature- ukuran dan distribusi kristal.

TEST :

1. Apa yang Anda ketahui tentang SP

2. Apa yang Anda ketahui tentang rotary kiln ?

3. Jelaskan secara singkat proses pembakaran raw meal menjadi clinker ?

4. Apa yang Anda ketahui tentang Cooler ?

5. Jelaskan secara singkat penyebab terjadinya coating di SP ?

TERIMA KASIH

Documents

Burning Training