Parameter Batubara yang Mempengaruhi Pembakaran

“Desain ketel uap bergantung pada banyaknya variabel, yang terpenting ialah sifat-sifat dari bahan bakar” (Muhjidin, 2006). Beberapa parameter batubara yang mempengaruhi pembakaran dalam ketel uap adalah nilai kalori, volatile matter, reaktivitas, fixed carbon, moisture, unsur-unsur hasil analisa ultimat, sulfur, ash dan HGI.

Nilai Kalori (Calorivic Value)

         Nilai kalori merupakan hal paling penting dari kualitas batubara untuk bahan bakar. Apabila batubara yang dipasok mempunyai nilai kalori rendah, maka diperlukan batubara yang lebih banyak untuk bahan bakar. Hal ini tentu saja, dapat menimbulkan permasalahan dalam alat pembakaran seperti keausan pelumat, erosi dinding ruang bakar, menyumbat pemindahan dan sebagainya. Penjelasan nilai kalori telah diuraikan dibagian sebelumnya.

Volatile Matter dan Fixed Carbon

         Volatile Matter (VM) merupakan kunci yang menentukan reaktivitas dan ignitability. Batubara dengan VM rendah memerlukan waktu penyalaan yang lama. Selama pembakaran, umumnya VM diubah menjadi oksida yang paling stabil dan membebaskan panas. Sedangkan Fixed Carbon (FC) ialah karbon padat yang tertinggal setelah hampir semua VM keluar dari batubara. FC terbakar dalam keadaan padat dan akan teroksidasi sempurna menjadi karbon dioksida.

         Apabila residence time (waktu pembakaran) sangat singkat atau bahan bakar tidak dapat tidak dilumatkan sampai ukuran butir yang merata, maka pembakaran tidak akan sempurna. Salah satu indikator pembakaran yang tidak sempurna adalah munculnya partikel karbon dalam ash serta debu yang meninggalkan ketel uap. Keadaan ini akan memerlukan biaya tambahan bagi pemilik PLTU untuk mengatasinya, karena itu harus dapat dikurangi dengan cara mendesain ketel uap yang benar. Saat karbon pada abu meningkat 2 %, maka karbon yang berpotensial mengalami pembakaran akan berkurang, yang berdampak pada biaya sebesar 0,55 x 106 $/yr (Folsom, B. A., et al, 1986).  Muhjidin, (2006) menyatakan bahwa “umumnya, jaminan yang diberikan oleh pembuat PLTU adalah jumlah C dalam ash tidak lebih dari 3%”, dan  sebesar 2 – 6% standar US (Robert Hurt, Eric Suuberg dan John Veranth, 2002). 

Reaktivitas

         Reaktivitas ialah suatu ukuran kecepatan penggabungan batubara dengan oksigen di atas suhu nyalanya. Reaktivitas identik dengan kecepatan titik bakar (ignition point).

         Reaktivitas batubara lebih sering dinyatakan dnegan indeks T_15, yakni suhu dimana suatu sampel batubara di dalam suatu aliran gas pengoksidasi mulai terbakar hingga mencapai suatu kecepatan kenaikan suhu 15^oC per menit. Makin rendah indeks T_15, maka batubara tersebut makin mudah dibakar.

         Fuel ratio juga biasanya digunakan untuk mendesain tungku pembakaran. Susunan pembakar yang digunakan oleh salah satu pabrik ketel uap besar di USA ditunjukkan pada tabel dibawah.

Reaktivitas Batubara dan Susunan Pembakar Batubara

	Volatile Matter	Reaktivitas Indeks T15oC	Fuel Ratio (FC/VM)
Horisontal Firing Vertical Firing (Downshot)	> 20%                   < 18%	< 250 > 300	< 3 > 3 – 4

Moisture

            Dalam batubara, moisture content paling sedikitnya terdiri atas satu senyawa kimia tunggal. Wujudnya dapat berbentuk air yang dapat mengalir dengan cepat dari dalam sampel batubara, senyawa ter-adsorpsi, atau sebagai senyawa yang terikat secara kimia. Sebagian moisture merupakan komponen zat mineral yang tidak terikat pada batubara.

   Dalam ilmu perbatuan, dikenal istilah moisture dan air. Moisture didefinisikan sebagai air yang dapat dihilangkan bila batubara dipanaskan sampai suhu 105°C. Sementara itu, air dalam batubara ialah air yang terikat secara kimia pada lempung.

         Semua batubara mempunyai pori-pori berupa pipa-pipa kapiler, dalam keadaan alami pori-pori ini dipenuhi oleh air. Didalam standar ASTM, air ini disebut moisture bawaan (inherent moisture). Ketika batubara ditambang dan diproses, air dapat ter-adsorpsi pada permukaan kepingan batubara, menurut standar ASTM air ini disebut moisture permukaan (surface moisture). Air yang terbentuk dari penguraian fraksi organik batubara atau zat mineral secara termis bukan merupakan bagian dari moisture dalam batubara.

         Moisture yang datang dari luar saat batubara itu ditambang dan diangkut atau terkena hujan selama penyimpanan disebut free moisture (standar ISO) atau air-dry loss (standar ASTM). Moisture jenis ini dapat dihilangkan dari batubara dengan cara di-anginkan atau dikering-udarakan. Moisture in air-dried sample (ISO) atau residual moisture (ASTM) ialah moisture yang hanya dapat dihilangkan bila sampel batubara kering-udara yang berukuran lebih kecil dari 3 mm (-3 mm) dipanaskan hingga 105°C. Penjumlahan antara free moisture dan residual moisture disebut total moisture. Data moisture dalam batubara kering-udara ini digunakan untuk menghitung besaran lainnya dari basis kering-udara (adb), bebas- ash (daf) dan basis kering, bebas-mineral matter (dmmf).

         Kandungan air total merupakan dasar penilaian yang sangat penting. Secara umum, tinggi rendahnya kandungan air berpengaruh pada beberapa aspek teknologi penggunaan batubara terutama dalam penggunaan untuk tenaga uap. Dalam penggerusan, kelebihan kandungan air akan berakibat pada komponen mesin penggerus karena abrasi. Parameter lain yang terpengaruh oleh kandungan air adalah nilai kalor Makin tinggi moisture maka makin rendah nilai kalori dari batubara.

Unsur-unsur dalam Analisa Ultimat

         Dalam analisa ultimat ditentukan unsur-unsur karbon, oksigen, dan nitrogen. Dari unsur-unsur ini dan stoikiometri pembakaran, dapat dihitung keperluan aliran udara ketel uap dan aliran gas. Untuk pembakaran sempurna, kelebihan udara dari perhitungan stoikiometri diperlukan.  

Ash

         Ash merupakan komponen non-combustible organic yang tersisa pada saat batubara dibakar. Ash mengandung oksida-oksida logam seperti SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, dan CaO, yang terdapat didalam batubara. Kandungan abu diukur dengan cara membakar dalam tungku pembakaran (furnace) pada suhu 815°C. Residu yang terbentuk merupakan abu dari batubara.

         Dalam pembakaran, semakin tinggi kandungan ash batubara, semakin rendah panas yang diperoleh dari batubara tersebut. Sebagai tambahan, masalah bertambah pula misalnya untuk penanganan dan pembuangan ash hasil pembakaran.