Electrostatic Precipitator (ESP)

Abu adalah bahan padat yang tersisa setelah proses pembakaran. Dalam jumlah banyak, abu menjadi salah satu polutan yang sangat berbahaya jika bercampur dengan atmosfer. Salah satu penghasil polusi abu yang cukup tinggi adalah ketel. Setiap boiler yang menggunakan bahan bakar fosil (kecuali gas alam) pasti menghasilkan emisi abu. Bahan bakar fosil yang paling banyak mengandung abu adalah batu bara. Kandungan abu di dalam batu bara berkisar antara 5-30% tergantung dari jenisnya serta proses penambangannya.

Ada dua jenis abu yang dihasilkan dari pembakaran batubara di dalam boiler, yaitu fly ashdan bottom ash . Terbang abu adalah abu yang cukup kecil, sehingga ia bercampur dengan gas-gas hasil pembakaran ( gas buang ) dan akan keluar melalui cerobong secepatnya boiler. Sebagian dari abu yang dihasilkan dari proses pembakaran akan menempel pada dinding-dinding pipa ketel, terakumulasi, memadat, dan suatu saat ia akan jatuh ke bagian bawah ketel. Abu yang jatuh ini dikenal dengan sebutan bottom ash . Kuantitas terbentuk jenis kedua abu ini tergantung dari jenis batubara yang digunakan, serta jenis boiler itu sendiri. Boiler yang menggunakan pulverizer batubara, 70-90% abu akan keluar bersamaan dengan gas buang dan sisanya terdiri dari abu dasar . Boiler kecil berjenis stoker-dipecat , 40% abu akan keluar sebagai fly ash . Pada boiler dengan tipe tangensial, akan menghasilkan fly ash hanya 15-40% dari keseluruhan abu. Sementara boiler yang menggunakan sistem fluidized-bed , keseluruhan abu akan ikut terbawa oleh gas buang tanpa terjadi pembentukan bottom ash . Jenis ketel yang digunakan juga menghasilkan bentuk serta ukuran dari abu yang dihasilkan ketel. Boiler dengan pulverizermenghasilkan abu yang halus dengan ukuran 7-12 mikron. Pada boiler dengan metode tangensial, akan dihasilkan bentuk abu yang bulat. Boiler tipe stoker-dipecat akan menghasilkan abu dengan ukuran yang paling besar jika dibandingkan dengan boiler tipe lain.

Berdasarkan penelitian, komponen abu boiler terdiri dari berbagai senyawa oksida, silikon oksida, titanium oksida, ferit oksida, aluminium oksida, kalsium oksida, magnesium oksida, natrium oksida, potasium oksida, sulfur trioksida, difosfor pentoksida, serta berbagai macam lainnya. Proporsi jumlah dari komposisi-komposisi penyusun abu dapat bervariasi tergantung dari jenis dan lokasi penambangan batubara yang digunakan.

Abu yang dihasilkan dari Boiler dengan Pulverized Fuel ; Pembesaran 1000x

Berdasarkan Peraturan Menteri Lingkungan Hidup No. 30 Tahun 2009, fly ash atau abu yang dihasilkan oleh proses pembangkitan dari boiler, dikategorikan sebagai Bahan Berbahaya dan Beracun (B3). Sesuai aturan abu ini harus sesuai dengan peraturan pemerintah agar tidak mencemari Lingkungan.

Ada beberapa teknologi yang dapat digunakan untuk mengatur emisi fly ash yang dihasilkan dari proses pembakaran boiler. Alat pengontrol emisi abu-abu ini mengharuskan untuk menghilangkan cadangan abu dari gas buang boiler, pengangkut abu agar tidak bercampur dengan udara pembakaran, serta mengatur proses pengangkutan agar sesuai dengan peraturan daerah yang berlaku. Ada beberapa jenis teknologi yang dapat digunakan untuk mengendalikan abu terbang , yang dimaksud adalah electrostatic precipitator , filter sistem, kolektor abu mekanik, dan scrubber venturi . Masing-masing jenis teknologi tersebut memiliki ciri khas dan fungsi sendiri-sendiri. Namun yang paling umum digunakan pada boiler di dunia industri adalahelectrostatic precipitator (ESP) tipe kering. Teknologi ini akan menjadi peluang diskusi pada kesempatan kali ini.

Electrostatic Precipitator (ESP) adalah sebuah teknologi untuk mendukung abu hasil proses pembakaran dengan jalan memberi muatan listrik perjuangan. Prinsip kerja ESP yaitu memberikan muatan negatif ke abu-abu melalui elektroda pelepasan . Jika abu tersebut dilewatkan lebih lanjut ke dalam kolom yang terbuat dari plat yang memiliki muatan lebih positif (biasa disebut elektroda pengumpul ), maka abu alami tersebut akan tertarik oleh plat-plat tersebut. Setelah abu terakumulasi pada plat tersebut, rapper sistem khusus akan membuat abu tersebut jatuh ke bawah dan keluar dari sistem ESP. Untuk lebih jelasnya, Harap Anda mengulas sistem ESP berikut ini.

Prinsip Kerja Electrostatic Precipitators

Proses-proses yang terjadi pada ESP sehingga abu ( fly ash ) dapat terkumpul seperti berikut:

1. Pengisian . ESP menggunakan listrik DC sebagai sumber dayanya, dimana Collecting Electrode (CE) terhubung dengan kutub positif dan ter- grounding , sedangkan untukDischarge Elektroda terhubung dengan kutub negatif yang bertegangan 55-85 kilovolt DC. Medan listrik terbentuk antara DE dan CE, pada kondisi ini timbul fenomena korona listrik yang berpendar pada sisi DE. Pada saat gas buang batubara melewati medan listrik ini, fly ashakan dikeluarkan memuat negatif yang diterbitkan oleh kutub negatif pada DE. Proses pemberian muatan negatif pada abu ini dapat dilakukan difusi atau induksi, tergantung pada ukuran abu tersebut. Beberapa partikel abu akan sulit dikenai muatan negatif sehingga membutuhkan medan listrik yang lebih besar. Ada pula partikel yang sangat mudah dikenai muatan negatif, namun muatan negatifnya juga mudah dilepaskan, sehingga diperlukan proses pengisian kembali.
2. Pengumpulan . Abu yang sudah bermuatan negatif, akan tertarik untuk menuju ke CE atau pindah menurut aliran gas yang ada. Kecepatan aliran gas mempercepat proses pengumpulan abu pada CE. Kecepatan aliran gas yang rendah akan membatasi gerakan abu untuk menuju CE. Biasanya diproduksi beberapa seri CE dan DE yang diatur jadi semua abu yang terkandung di dalam gas buang.
3. Rap . Lapisan abu yang terkumpul pada permukaan CE harus secara periodik dirontokan. Metode yang paling umum digunakan adalah dengan cara memindahkan bagian CE dengan sistem mekanis. Sistem rapper ini terdiri dari palu , penggerak motor, dan juga sistem gearbox sederhana yang dapat digunakan untuk pergerakan yang dilakukan secara periodik. Sistem rapper tidak hanya terpasang pada sisi CE, pada DE juga tersedia sistem rapper . Hal ini karena sebagian besar dari abu yang akan bermuatan positif karena ia ter- pengisian oleh CE yang bermuatan positif.
4. Abu yang rontok dari CE akan jatuh dan terkumpul di hopper yang terletak di bawah sistem CE dan DE. Hopper ini harus dirancang dengan baik agar abu yang sudah terkumpul tidak masuk kembali ke dalam kompartemen ESP. Selanjutnya dengan menggunakan udara bertekanan, kumpulan abu tersebut dipindahkan melewati pipa-pipa ke tempat penampungan yang lebih besar.

Gas buang yang keluar dari boiler mengandung banyak zat yang sangat korosif, jika ada campuran yang mengandung uap air yang terkandung di dalam gas buang itu pula. Pada suhu rendah, uap air hasil pembakaran hidrokarbon dapat terkondensasi dan disetujui dengan SO ₂ atau NOx dan menghasilkan asam yang sangat korosif. Larutan tersebut jika melewati ESP akan sangat mungkin merusak komponen-komponennya. Maka pada praktiknya, tantangan ESP pada berbagai sistem boiler, baru dinyalakan jika temperatur gas buang boiler sudah mencapai nilai tertentu. Hal ini dimaksudkan selain untuk menghindari bahaya korosi, juga untuk menghindari hubungan pendek akibat dari komposisi-komposisi asam tersebut.

Bagian-bagian Precipitators Elektrostatik

Secara umum bagian-bagian dari Electrostatic Precipitators (ESP) adalah sebagai berikut:

1. Casing . Casing dari ESP umumnya terbuat dari baja karbon berjenis ASTM A-36 atau yang mirip. Casing ini dirancang untuk kedap udara sehingga gas buang boiler yang ada di ESP tidak dapat bocor keluar. Selain itu ia dirancang memiliki ruang untuk pemuaian karena operasional normalnya ESP bekerja pada suhu cukup tinggi. Oleh karena itu pula sisi luar casing ini dipasang insulator tahan panas demi keselamatan kerja. Discharge elektroda Dan mengumpulkan elektroda didesain menggantung DENGAN Sisi dukungan (penyangga) berada PADA Sisi casing Bagian differences. Dan pada sisi samping casingDiperlukan akses masuk untuk keperluan perawatan sisi dalam ESP.
2. Pelompat . Hopper dibuat dari bahan yang sama dengan casing . Ia berbentuk seperti piramida yang terbalik dan terpasang pada sisi bawah ESP. Hopper digunakan sebagai tempat diskusinya abu terbang abu yang dijatuhkan dari mengumpulkan elektroda danelektroda pelepasan . Abu hanya sementara berada di dalam hopper , karena selanjutnya ia akan dipindahkan menggunakan sistem transportasi khusus ke tempat penampungan yang lebih besar. Namun, hopper ini dirancang untuk menyimpan abu yang lebih lama yang dibutuhkan terjadi pada sistem transportasi fly ash yang ada di bawahnya.
3. Mengumpulkan Elektroda . Seperti yang telah saya jelaskan sebelumnya, CE menjadi tempat terkumpulnya abu bermuatan negatif sebelum jatuh ke hopper . Jarak antar CE pada ESP dirancang cukup dekat yaitu 305-406 mm dengan sisi kedua plat (depan-belakang) yang sama-sama menggunakan untuk mendapatkan abu. CE dibuat dari plat yang didukung dengan baja penyangga untuk disetujui kekakuannya. Ia dipasang dengan suppot yang ada di atas dan dipasang pada casing bagian atas. Untuk mendapatkan medan listrik yang seragam pada CE, serta untuk meminimalkan loncatan bunga api elektron, maka CE harus diinstal dengan ketelitian yang sangat tinggi.
4. Elektroda Pelepasan . DE menjadi komponen paling penting di ESP. DE terhubung dengan sumber tegangan DC tinggi hingga terdidik membuat korona listrik. Ia bekerja untuk men- pengisian abu jadi abu menjadi bermuatan negatif. DE diinstal pada setiap tengah-tengah CE dengan jarak 152-203 mm tergantung jarak antar CE yang digunakan. Untuk mencegah korsleting , pemasangan DE harus dipasang juga insulasi yang dipasang DE dengan casing dan CE yang bermuatan netral.

   

   Elektroda Pelepasan

5. Sistem Kontrol Aliran Gas Buang . Efisiensi ESP sangat bergantung pada distribusi aliran gas buang boiler yang melintasinya. Semakin besar pendistribusian gas buang tersebut ke seluruh kolom CE dan DE, maka akan semakin tinggi angka efisiensi ESP. Oleh karena itu dipasang sebuah sistem baling-baling atau sudu pada sisi masuk gas buang ke ESP agar gas tersebut dapat lebih merata dialokasikan ke setiap kolom.
6. Rapper . Seperti yang sudah saya jelaskan di atas, sistem rapper bekerja untuk menjatuhkan abu yang terkumpul pada permukaan CE atau DE agar jatuh ke hopper . Biasanya motor penggerak rapper terletak di bagian atas ESP, dan pindah ke bagian pemukul dengan poros yang terinsulasi untuk menghindari korsleting .
7. Sumber Energi Listrik . Alat yang bekerja untuk mensuplai energi listrik ke sistem ESP disebut dengan Transformer Rectifier (TR). Sumber energi listrik berasal dari listrik AC bertegangan 480 Volt, yang ditingkatkan menjadi 55.000 hingga 75.000 Volt sebelum diubah menjadi tegangan DC negatif yang akan diperbaiki dengan pelepasan elektroda. Karena ESP merupakan beban kapasitif, maka sumber tegangannya dirancang untuk menahan beban kapasitif tersebut. Selain itu, sumber tegangan ini dirancang harus tahan terhadap gangguan arus yang terjadi akibat loncatan listrik ( percikan ) dari abu fly ash.