Pengendalian Pembakaran pada Tungku Gas Alam: Rasio Udara-Bahan Bakar, Kelebihan Udara, dan Analisis Pembakaran
Pengendalian pembakaran adalah area yang paling sering diabaikan dalam pengoperasian tungku gas. Sebagian besar tungku gas beroperasi dengan terlalu banyak udara berlebih, sehingga membuang bahan bakar dan mengurangi efisiensi. Pembakar yang disetel dengan baik dengan rasio udara-bahan bakar yang tepat menghasilkan penghematan bahan bakar 5 hingga 15 persen dan pengurangan emisi CO2 20 hingga 50 persen. Penyetelannya cukup mudah, tetapi membutuhkan perhatian terhadap detail dan verifikasi secara berkala. Berikut adalah kerangka kerja yang saya gunakan saat meninjau pengoperasian tungku gas.
Dasar-Dasar Kimia Pembakaran
Gas alam sebagian besar terdiri dari metana (CH4) dengan jumlah yang lebih kecil berupa etana, propana, dan gas inert. Reaksi pembakaran sempurna dengan oksigen murni adalah:
CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O
Dalam praktiknya, udara pembakaran merupakan campuran oksigen (21 persen) dan nitrogen (79 persen). Rasio udara-bahan bakar stoikiometrik untuk gas alam adalah 9,5 hingga 10,5 meter kubik udara per meter kubik gas, tergantung pada komposisi gas. Rasio udara-bahan bakar aktual dalam tungku selalu lebih tinggi daripada stoikiometrik, karena dibutuhkan kelebihan udara untuk memastikan pembakaran sempurna.
Udara berlebih adalah udara yang disuplai melebihi kebutuhan stoikiometrik. Jumlah ini dinyatakan sebagai persentase dari udara stoikiometrik. Misalnya, 10 persen udara berlebih berarti rasio udara-bahan bakar aktual adalah 1,10 kali rasio stoikiometrik.
Mengapa Kelebihan Udara Itu Penting
Sejumlah udara berlebih diperlukan untuk memastikan pembakaran sempurna. Dengan terlalu sedikit udara, pembakaran tidak sempurna, dan gas buang mengandung CO dan hidrokarbon yang tidak terbakar. CO dan hidrokarbon yang tidak terbakar tersebut merupakan bahan bakar yang terbuang dan masalah regulasi.
Dengan terlalu banyak udara, udara berlebih menyerap panas dari api dan membawanya keluar melalui knalpot. Suhu gas buang meningkat, dan efisiensi bahan bakar menurun. Kelebihan udara yang optimal adalah nilai terendah yang menghasilkan pembakaran sempurna dengan CO rendah.
Untuk pembakar gas alam, kelebihan udara optimal adalah 5 hingga 10 persen untuk pembakar berkecepatan tinggi dan 10 hingga 20 persen untuk pembakar atmosfer berkecepatan rendah. Emisi CO harus di bawah 50 ppm (dikoreksi menjadi 3 persen O2) pada kondisi optimal.
Bagaimana Kelebihan Udara Mempengaruhi Efisiensi
Hubungan antara kelebihan udara dan efisiensi sangat signifikan. Penurunan dari 20 persen kelebihan udara menjadi 10 persen meningkatkan efisiensi bahan bakar sebesar 3 hingga 5 persen. Penurunan dari 10 persen menjadi 5 persen meningkatkan efisiensi lagi sebesar 1 hingga 2 persen. Di bawah 5 persen kelebihan udara, emisi CO meningkat pesat, dan risiko pembakaran tidak sempurna menjadi masalah keamanan dan kualitas.
Pada tungku gas 5 MW yang beroperasi 6000 jam per tahun, peningkatan efisiensi sebesar 5 persen menghemat 250 kW input bahan bakar, yang setara dengan 1,5 juta kWh gas alam per tahun. Dengan harga 0,40 USD per meter kubik, penghematan biaya bahan bakar mencapai 150.000 hingga 200.000 USD per tahun.
Prosedur Analisis Pembakaran
Analisis pembakaran dilakukan dengan menggunakan alat analisis gas buang portabel. Alat analisis ini mengukur O2, CO, CO2, NO, NO2, dan suhu dalam gas buang. Analisis membutuhkan waktu 30 hingga 60 menit per pembakar, dan prosedurnya adalah:
Nyalakan tungku dan panaskan hingga mencapai suhu operasional.
2. Masukkan probe ke dalam aliran gas buang di dekat pembakar.
3. Catat komposisi gas buang pada laju pembakaran saat ini.
4. Sesuaikan rasio udara-bahan bakar untuk membawa O2 ke nilai target.
5. Pastikan kadar CO berada di bawah batas yang diizinkan (biasanya 50 ppm yang dikoreksi menjadi 3 persen O2).
6. Ulangi langkah ini untuk setiap laju tembakan dalam rentang operasi.
Target O2 untuk pembakar recuperatif berkecepatan tinggi adalah 3 hingga 5 persen (yang setara dengan 15 hingga 25 persen kelebihan udara). Untuk pembakar rendah NOx dengan FGR, target O2 adalah 5 hingga 8 persen. CO harus di bawah 50 ppm pada target O2.
Jika kadar CO di atas 50 ppm pada target O2, pembakar perlu diservis. Penyebab paling umum dari kadar CO tinggi adalah: lubang pembakar aus (ganti pembakar), lubang pembakar kotor (bersihkan pembakar), dan rasio udara-bahan bakar yang tidak tepat (kalibrasi ulang pengontrol rasio).
Masalah Pembakaran Umum
Masalah 1: Kelebihan udara terlalu tinggi. Gejalanya adalah kadar O2 yang tinggi pada gas buang (di atas 5 persen untuk pembakar berkecepatan tinggi), suhu gas buang yang tinggi, dan efisiensi bahan bakar yang rendah. Penyebabnya biasanya adalah rasio udara-bahan bakar yang tidak tepat, peredam udara yang bocor, atau pembakar yang tidak sejajar. Solusinya adalah menyesuaikan kembali rasio, memperbaiki peredam, atau menyelaraskan kembali pembakar.
Masalah 2: Kadar CO terlalu tinggi. Gejalanya adalah kadar CO di atas 50 ppm pada gas buang, asap pada gas buang, dan kemungkinan jelaga pada beban kerja. Penyebabnya biasanya rasio udara-bahan bakar yang rendah (udara terlalu sedikit), pembakar yang aus, atau saluran masuk udara yang tersumbat. Solusinya adalah meningkatkan jumlah udara, mengganti pembakar, atau membersihkan saluran masuk udara.
Masalah 3: NOx terlalu tinggi. Gejalanya adalah NO di atas 100 ppm pada gas buang. Penyebabnya biasanya adalah laju pembakaran yang tinggi dengan FGR yang tidak mencukupi, pembakar yang tidak sejajar, atau pengaturan udara berlebih yang tinggi. Solusinya adalah memasang atau menyesuaikan FGR, menyelaraskan kembali pembakar, atau mengurangi udara berlebih.
Masalah 4: Pembakaran tidak konsisten. Gejalanya adalah suhu tungku yang berfluktuasi, O2 yang berfluktuasi pada gas buang, dan pemanasan yang tidak merata. Penyebabnya biasanya adalah pengontrol rasio yang aus, peredam udara yang bocor, atau tekanan gas yang berfluktuasi. Solusinya adalah mengganti pengontrol, memperbaiki peredam, atau memasang regulator tekanan gas.
Sistem Kontrol Rasio Udara-Bahan Bakar
Sistem kontrol tungku gas modern menggunakan pengontrol rasio pembatas silang untuk mempertahankan rasio udara-bahan bakar pada nilai optimal di seluruh rentang pembakaran. Desain pembatas silang mengunci katup udara dan gas sehingga udara selalu sedikit lebih dulu daripada gas (atau sedikit lebih dulu, tergantung pada jenis pembakar). Hal ini mencegah pembakar menjadi terlalu kurus selama peningkatan pembakaran atau terlalu kaya selama penurunan pembakaran.
Pengontrol rasio menggunakan pengukur aliran bahan bakar (atau sinyal tekanan gas) dan pengukur aliran udara untuk menghitung rasio udara-bahan bakar aktual. Rasio yang dihitung dibandingkan dengan target, dan peredam udara dimodulasi untuk mempertahankan target. Pengontrol juga memiliki input penyesuaian dari penganalisis O2, yang mengoreksi penyimpangan jangka panjang pada rasio udara-bahan bakar.
Pengontrol rasio yang disetel dengan baik mempertahankan rasio udara-bahan bakar dalam batas 2 persen dari target di seluruh rentang penembakan. Pengontrol yang disetel dengan buruk dapat melenceng 10 hingga 20 persen, dengan kerugian yang sesuai dalam efisiensi dan emisi.
Perawatan Tahunan Sistem Pembakaran
MONTE INTELLIGENCE merekomendasikan penyetelan pembakaran tahunan pada semua instalasi tungku gas. Penyetelan dilakukan oleh teknisi servis dan meliputi: analisis pembakaran pada setiap pembakar pada tiga tingkat pembakaran (rendah, sedang, tinggi), kalibrasi pengontrol rasio, inspeksi penyala dan batang api, serta inspeksi peredam udara dan katup gas. Penyetelan membutuhkan waktu 1 hingga 2 hari per tungku, dan penghematan energi tipikal adalah 3 hingga 8 persen pada 12 bulan pengoperasian berikutnya.
Biaya perawatan rutin akan tertutupi dalam 1 hingga 3 bulan melalui pengurangan biaya bahan bakar. Perawatan rutin juga mengidentifikasi masalah pada pembakar dan kontrol yang dapat menyebabkan waktu henti yang tidak terjadwal jika dibiarkan tanpa perbaikan.
Hubungi MONTE INTELLIGENCE untuk Penyetelan Pembakaran
Bagi pembeli yang tertarik dengan penyetelan pembakaran pada tungku gas yang sudah ada, tim teknik MONTE INTELLIGENCE dapat menjadwalkan kunjungan servis dan memberikan laporan tertulis dengan hasil pengujian dan penyesuaian yang direkomendasikan. Kunjungiwww.cnlymonte.com/products-gas-furnace.html Untuk spesifikasi produk. Untuk permintaan kunjungan servis, kirim email ke helenxu@cnlymonte.com dengan subjek "penyetelan pembakaran" dan detail tentang jenis tungku Anda, model pembakar, dan biaya bahan bakar saat ini.
