Electrostatic Precipitator (EP)

Abu dari hasil pembakaran yang terbawa oleh gas asap melalui Gas Dust to Precipitator

dan dilewatkan pada elemen negatif (Wire Frame) yang terdapat pada EP, sehingga mendapat

supply arus listrik searah dari transformator rectifier, yang berfungsi untuk mengubah arus

listrik AC menjadi DC tegangan tinggi.

Abu akan menempel pada elemen positif sedangkan abu yang tidak tertangkap pada

elemen positif dihisap melalui ID Fan untuk dibuang lewat cerobong asap(chimney). Abu yang

menempel pada collecting electrode digetarkan oleh rapper sehingga jatuh menuju hopper.

Pada hopper abu batu bara dipanaskan oleh hopper heater untuk mencegah

penggumpalan. Level abu batu bara di dalam hopper dimonitor oleh Nuclear Monitor. Pada

hopper terdapat vibrator yang berfungsi mencegah agar abu batu bara tidak menempel pada

dinding hopper. Abu dari hopper dihisap keluar oleh Vacuum Blower melalui instalasi pipa abu

(Fly Ash Silo). Untuk menjaga temperatur minimum dari EP digunakan Blower Heater yang

mengambil udara luar untuk dipanaskan guna dimasukkan ke dalam Penthouse.

Prinsip Kerja Electrostatic Precipitator

Electrostatic Precipitator merupakan sistem yang bertujuan untuk menangkap partikel

yang ada pada gas asap (flue gas). Material yang dikumpulkan oleh Electrostatic Precipitator

adalah abu terbang (fly ash) yang jumlahnya cukup besar.

Gas asap ini berasal dari sisa pembakaran batu bara di boiler yang akan dibuang keudara

bebas melalui stack (cerobong asap). Electrostatic Precipitator mempunyai kemampuan

menangkap abu lebih tinggi dibandingkan dengan pengumpul abu lainnya, dan partikel dengan

diameter sub-micron (kurang dari 1 m) dapat ditangkap juga, sehingga alat tersebut merupakan

salah satu yang lebih sering digunakan untuk perlindungan lingkungan dalam beberapa

lingkungan industri.

Prinsip kerja dari Electrostatic Precipitator adalah memberi muatan secara elektris pada

partikel-partikel fly ash agar dapat diikat dari flue gas. Mula-mula gas sisa pembakaran dari

boiler tidak bermuatan atau netral, namun setelah diberikan emisi maka gas ini akan bermuatan

negatif. Proses yang terjadi dalam sistem Electrostatic Precipitator ada tiga, yaitu :

1. Particle Charging (Pemberian muatan pada partikel)

Di dalam Electrostatic Precipitator, muatan listrik ditempatkan pada sebuah perangkat

kawat yang dinamakan discharge electrode. Partikel-partikel pada fly ash diberi muatan pada

suatu medan listrik yang letaknya sangat dekat dengan discharge electrode. Medan listrik ini

biasanya ditunjukkan dengan corona discharge. Corona discharge merupakan tempat

penyediaan sumber ion uni-polar, yang bergerak ke arah collecting electrode. Diantara collecting

dan discharge electrode terdapat ruang kosong yang kemudian diisi dengan sebuah space charge

uni-polar. Partikel-partikel abu yang ada pada fly ash melewati ruangan ini dan akan menyerap

ion-ion yang ada sehingga akan bermuatan tinggi.

Gambar 3.8 Proses Pemberian Muatan Pada Partikel

2. Particle Collecting (Pengumpulan partikel)

Medan listrik yang disebabkan oleh space charge menyebabkan partikelpartikel yang

bermuatan negatif bergerak ke arah collecting electrode, sedangkan partikel-partikel abunya

diserap oleh discharge electrode.

Gambar 3.9 Proses Pengumpulan Partikel

3. Transporting of Collected Materials (Pengangkutan material yang terkumpul)

Collecting dan discharge electrode akan dipenuhi dengan partikel-partikel setelah

beberapa waktu tertentu. Untuk menghilangkan partikel-partikel tersebut digunakan alat

pengetuk abu yang dinamakan rapper. Pada saat beroperasi, rapper akan menggetarkan kedua

elektroda ini sehingga partikel yang melekat pada kedua elektroda akan jatuh pada bagian bawah

Electrostatic Precipitator atau disebut dengan hopper. Dari hopper, abu tersebut akan dihisap

dengan vacuum blower menuju ke silo abu. Rapper tidak melakukan pemukulan partikel secara

bersamaan tetapi bergantian sesuai dengan timing yang telah diatur. Gas asap yang berasal dari

pembakaran di boiler yang kemudian masuk ke Electrostatic Precipitator akan keluar dalam

kondisi bebas dari abu tetapi tidak bebas dari sulfur.

Gambar 3.10 Proses Penangkapan Abu di Electrostatic Precipitator

3.15.2 Konstruksi Electrostatic Precipitator

Kebanyakan Electrostatic Precipitator dari pembakaran batu bara disebut juga

Electrostatic Precipitator tipe kering. Electrostatic Precipitator (ESP) yang digunakan pada Unit

Pembangkitan Paiton memiliki spesifikasi sebagai berikut :

Tipe EP : Rigit Frame Single Stage

Cell : 32 buah

Kapasitas Hopper : 30000 kg/jam

Kapasitas Bottom Ash : 10000 kg/jam

Efisiensi : 99,5 %

Total luas collecting electrode tiap EP : 60870 m2

Total luas discharge electrode tiap EP : 54569 m2

Kecepatan aliran gas maksimal : 1,35 m/s

Suhu gas pada beban penuh : 162 C

Komponen-komponen utama yang menyusun Electrostatic Precipitator adalah :

1. Discharge dan Collecting Electrodes

Discharge electrode merupakan bagian dari EP yang berbentuk elemenelemen yang

diluruskan dan digantung pada sebuah frame, sedangkan collecting electrode di ground-kan pada

sebuah baja karbon yang terdapat pada Electrostatic Precipitator. Discharge electrode harus

dijaga agar tetap bersih, karena tujuan rapping adalah untuk memindahkan abu bermuatan

negatif yang melekat pada discharge dan collecting electrodes.

Collecting electrode membentuk medan pengumpul bersama dengan discharge electrode,

abu yang termuati dikumpulkan dan menempel pada collecting electrode karena gaya Coulomb.

Oleh karena itu, collecting electrode membutuhkan bentuk medan listrik yang seragam pada

permukaannya, untuk mencegah masuknyakembali abu dengan pemukulan elektroda atau aliran

gas dan mencegah perubahan yang diberikan pada ekspansi suhu. Sehingga, plat yang dibentuk

dengan tekanan khusus biasanya digunakan untuk collecting electrode pada ESP tipe kering.

Abu yang bermuatan listrik menempel pada collecting electrode, oleh karena itu collecting

electrode membutuhkan peralatan rapping untuk memindahkan abu selama periode operasi,

untuk menjaga efisiensi pengumpulan tetap konstan setiap waktu. Sistem rapping yang

memindahkan abu dari collecting electrode ke hopper dan interval rapping pada pemukulan

collecting electrode harus diatur untuk mencapai kemampuan pengumpulan tertinggi ESP

berdasarkan pada jumlah dan karakteristik dari abu.

2. Precipitator Ash Hopper

Komponen ini terletak di bagian bawah tiap-tiap Electrostatic Precipitator. Hopper

merupakan tempat bagi partikel yang dibuang dari collecting dan discharge electrode setelah

digetarkan oleh rapper. Hopper berbentuk piramid yang memiliki kemiringan 50 sampai 70

yang bertujuan untuk mencegah abu menggumpal dan untuk melewatkan abu agar terlepas

dengan mudah. Beberapa sudut lembah hopper dan peralatan pembantu ditentukan berdasarkan

pada karakteristik abu seperti timbunan dan kandungan air.

3.Hopper Heater System

Dinding pemanas hopper dirancang untuk menjaga temperatur permukaan pada saat nilai

jumlah embun aliran gas bertambah, sehingga terlindungi dari korosi dan mencegah timbulnya

penimbunan fly ash di dalam hopper. Ada tiga puluh dua pemanas hopper dalam sebuah sistem.

Tiap hopper dipanasi oleh sekelompok panels pemanas yang ditahan untuk sisi-sisi luar hopper.

Kabel pemanas itu disambungkan pada kotak yang sudah ditentukan secara diagonal, bertolak

belakang dengan pojok hopper. Setiap hopper memiliki pengatur temperatur. Selama

dioperasikan secara normal, pemanas menghasilkan energi dengan pengatur temperatur.

4. Heater / Blower System

Sistem ini dirancang untuk mencegah terkumpulnya air di sekeliling insulator dan

sebagai tempat terkumpulnya abu. Heater atau blower pada tiap-tiap electrostatic precipitator

hanya satu buah. Sistem ini terdiri atas electric blower, inline heater, dampers penghubung dan

kontrol yang sesuai. Keseluruhan sistem ini diisolasi pada bagian atas precipitator. Daya

nominal masing-masing heater adalah 50 kW, sedangkan motor blower sebesar 5 HP.

5. Transformer / Rectifier Sets (T/R Sets)

Energi untuk membangkitkan medan yang ada pada Electrostatic Precipitator adalah

tegangan tinggi satu fasa yang dihasilkan oleh transformator yang dirangkai dengan solid-state

rectifiers. Rectifier (penyearah) yang digunakan pada sistem ini adalah full wave brigde, pada

beban penuh tegangan dan arusnya adalah 65 kV dan500 mA. Sedangkan transformator yang

dimiliki oleh PT. PJB UP Paiton memiliki spesifikasi :

Input : LV 380 V dan arus 122 A

Output : HV 72150 V dan arus 0,60 A

Kapasitas : 43,2 kVA

6. Rappers

Sistem rapper dipasang dengan maksud untuk memberi getaran pada discharge dan

collecting electrodes, sehingga fly ash yang terakumulasi akan jatuh ke hopper. Bagian-bagian

dari rapper yaitu :

a) Discharge Electrode Rappers

Rapper tersusun atas kumparan solenoida, hammer atau pluger dan rapper shaft yang

berhubungan dengan batang pada discharge electrode. Rapper ini terletak pada bagian atas

penthouse. Ketika kumparan solenoida dialiri arus pulsa DC dalam waktu yang singkat akan

timbul gaya magnet yang mampu mengangkat hammer ke atas. Pada akhir pulsa, hammer

terlepas dari pengaruh magnet dan jatuh akibat pengaruh gravitasi bumi serta karena pengaruh

gaya pegas. Pengaruh dari tumbukan ini menggetarkan batang penyangga dan discharge

electrode frame, sehingga menjatuhkan fly ash ke hopper.

b) Collecting Electrode Rappers

Sistem yang digunakan dalam rapper ini adalah mechanical hammer dan didesain dengan

tipe landasan. Hammer pada rapper ini diangkat ke atas oleh rotating rapper shaft. Ketika

hammer mencapai titik hubung yang tinggi, hammer akan jatuh disebabkan oleh gaya gravitasi.

Pengaruh gravitasi tersebut akan menggetarkan permukaan landasan dan menyebabkan

collecting electrode plates bergetar.

Gambar 3.11 Konstruksi Electrostatic Precipitator

3.15.3 Faktor Yang Mempengaruhi Efisiensi

A. Debu Dalam Electrostatic Precipitator

Di dalam electrostatic precipitator, partikel yang terkungkung dalam gas secara elektrik

akan dipandu ke collecting electrode dengan sebuah medan listrik, elektroda yang diketuk akan

menyebabkan partikel jatuh ke hopper. Proses ini berbeda secara mekanis atau proses

penyaringan dimana gaya digunakan secara langsung di atas partikel daripada pada gas secara

keseluruhan. Pemisahan partikel secara efektif dapat dicapai dengan tenaga yang rendah, dengan

sedikit kerugian dan dengan sedikit atau tanpa mempengaruhi komposisi gas.

Pada mulanya electrostatic precipitator digunakan untuk :

1. Mengembalikan nilai produk seperti timah hitam, tembaga atau saltcake.

2. Menghilangkan gangguan baik yang tampak atau yang dapat merusak tanaman.

3. Melindungi peralatan.

4. Seperti aplikasi awalnya, precipitator dirancang dengan adanya suatu plat yang biayanya

murah, dirancang dengan cara menyambung atau mengumpulkan plat dengan

menggantungkan besi-besi sebagai discharge electrode. Roof-mounted digunakan sebagai

penggetar partikel dari plat pengumpul.

B. Teknik Pengumpul Elektrostatic

Prinsip sederhana dari electrostatic precipitator adalah proses pemberian muatan

elektrostatic pada partikel abu dengan suatu discharge corona dan melewatkannya melalui

medan listrik yang bertujuan agar partikel tertarik kepermukaan collecting. Unsur-unsur dasar

dari sebuah precipitator, termasuk sumber tegangan yang tidak terkontrol, corona atau discharge

electrodes, collecting electrodes dan semua yang berhubungan dengan collecting.

Precipitator merupakan kombinasi dari langkah ionisasi dan collecting. Abu yang berasal

dari sisa pembakaran di boiler mula-mula tidak bermuatan, setelah adanya proses emiting

(pemberian muatan negatif), abu kemudian bermuatan negatif dan akibatnya abu akan tertarik ke

collecting yang bermuatan positif.

C. Faktor yang Mempengaruhi Desain Precipitator

Dalam merancang precipitator perlu diperhatikan beberapa hal yaitu :

1. SCA (Specific Collection Area)

SCA menghubungkan suatu precipitator ke precipitator lain pada bagianbagian tertentu

area permukaan collecting electrode dalam square feet per seribu cfm (cubik ft/min) dari gas.

Daerah yang harus diperhatikan adalah permukaan kedua sisi dari collecting electrode, volume

gas adalah volume yang sebenarnya pada desain pengoperasian temperatur dan elevasi

pembangkit listrik.

2. Treatment Time

Treatment time mengacu pada panjang terhadap waktu partikel yang akan mengalir pada

daerah medan listrik. Penggunaan desain kecepatan, treatment time melintasi panjang

keseluruhan dari precipitator.

1. Kecepatan Gas

Kecepatan gas merupakan faktor penting dalam merancang precipitator. Desain untuk

kandungan sulfur dan sodium yang rendah pada batu bara kecepatannya dirancang antara 3 dan 4

kaki/detik. Sedangkan untuk kandungan sulfur dan sodium yang tinggi pada batu bara

kecepatannya adalah 5 kaki/detik.

2. Konfigurasi dan Jarak Elektroda

Jarak dan konfigurasi elektroda dapat menyebabkan efek yang sangat drastis pada jumlah

puncak tegangan dan arus yang dicapai dalam precipitator sebelum sparking terjadi. Jarak plat

positif dan negatif tidak terlalu dekat dan diletakkan secara bergantian.

3. Number of Fields

Dalam kenyataannya, precipitator dibagi menjadi beberapa medan, setiap susunan terdiri

dari satu atau lebih bagian elektrik bebas dalam aliran gas yang terkontrol. Penambahan lapisan

area per T/R sets tergantung pada arus puncak dan tegangan yang dicapai dalam bagian elektrik.

Sistem dengan jumlah medan yang banyak, tidak dirugikan dengan hilangnya sebuah medan.

4. Automatic Voltage Control (AVC)

Sistem AVC pada precipitator dioperasikan pada tegangan yang optimum. Sistem ini

akan dikontrol dengan analog atau digital. Sistem pengontrol digital dapat menerima beda

potensial precipitator yang lebih tinggi daripada sistem analog diantara discharge dan collecting

platnya. Mikroprosesor sebagai dasar sistem AVC dapat dirancang untuk mereduksi tenaga

electrostatic precipitator yang berlebih selama beban berubah.

5. Ukuran dan Kemiringan Hopper

Perancangan collecting hopper yang berbentuk piramid pada bagian bawah precipitator

adalah penting karena gangguan pada arus keluar hopper dapat menyebabkan kerusakan listrik

internal.