(Energy and Exergy Analysis of Eficiency Optimization of Integrated Integrated Pulp Mill- Co-Firing Power Plant)
Oleh : Mutiara Valentina Marito (22/509586/PTK/14912) – Magister Teknik Kimia
INTISARI
Saat ini, sumber listrik secara global sebagian besar berasal dari pembakaran bahan bakar fosil, dan salah satu sumber terbesarnya adalah batu bara. Menipisnya ketersediaan bahan bakar fosil memaksa kita untuk meminimalkan penggunaan bahan bakar fosil. Salah satu cara untuk meminimalkan konsumsi bahan bakar fosil adalah dengan mengoptimalkan penggunaan biomassa dalam sistem co-firing. Pembangkit listrik pabrik pulp dan kertas yang terintegrasi menggunakan power boiler Circulator Fluidized Bed (CFB), boiler ini dirancang menggunakan batu bara dan kulit kayu sebagai bahan bakarnya; Namun, seiring dengan waktu biomassa yang lain dibakar juga dibakar di boiler ini, biomassa tersebut adalah effluent sludge, brown fiber, tandan kosong kelapa sawit, dan cangkang sawit. Oleh karena itu, perlu ditentukan kondisi optimal yang baru. Penelitian ini memberikan model prediktif untuk menunjukkan dampak rasio karbon dan kadar air (C/M) bahan bakar terhadap kinerja pembangkit listrik. Model dikembangkan berdasarkan pengumpulan data operasional pembangkit listrik pabrik pulp dan kertas terintegrasi yang ada. Pengaruh rasio karbon dan kadar air (C/M) serta excess air terhadap efisiensi energi dan eksergi. Efisiensi energi adalah usaha yang dilakukan untuk memaksimalkan utilisasi energi yang masuk menjadi kerja yang bermanfaat, sedangkan efisiensi eksergi adalah ukuran seberapa efektif suatu sistem menggunakan energi tidak hanya ditinjau dari segi kuantitas tetapi kualitas dari energi tersebut. Optimasi multivariabel dilakukan berdasarkan nilai efisiensi energi, eksergi tertinggi serta pertimbangan biaya bahan bakar dan biaya pajak karbon yang dihasilkan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa rasio C/M bahan bakar berkorelasi eksponensial terhadap efisiensi eksergi dengan persamaan 15.1E0.4778(C/M). Nilai efisiensi energi & eksergi tertinggi adalah 67,26% dan 24,42%, diperoleh saat rasio CM 0.993 dengan rasio bahan bakar (batu bara 55% : EFB 10% : Kulit Kayu 15%: Brown FIber 10%: Effluent Sludge 10%). Efisiensi energi & eksergi adalah 64,94% dan 19,42%, diperoleh saat rasio CM 0,623 dengan rasio bahan bakar (batu bara 25% : EFB 10% : Kulit Kayu 25%: brown fiber 10%: effluent sludge 30%). Kondisi optimum dari segi biaya diperoleh pada rasio CM 0,799 dengan rasio bahan bakar (batubara 40% : EFB 10% : Kulit Kayu 20%: brown fiber 10%: effluent sludge 20%) dengan efisiensi energi dan eksergi masing-masing 66,79% dan 22,019%. Peningkatan 1% dari excess air tambahan akan berkontribusi terhadap penghancuran eksergi sekitar 2,3 kW. Adanya penerapan pajak karbon juga menjadi salah satu faktor yang perlu dipertimbangkan dalam menekan biaya tidak langsung yang ditimbulkan dari penggunaan bahan bakar fosil, Adapun emisi CO2 spesifik yang diperoleh berkisar antara 830 -1244 kg.CO2/MWh.
Kata kunci: Analisis Energi. Analisis Exergy. Multi Solid Fuel Boiler. Excess Air. Efisiensi
ABSTRACT
Currently, global electricity sources mainly come from burning fossil fuels, and one of the largest sources is coal. The dwindling availability of fossil fuels forces us to minimize the use of fossil fuels. One way to minimize fossil fuel consumption is to optimize the use of biomass in a co-firing system. The integrated pulp and paper mill power plant uses a Circulator Fluidized Bed (CFB) power boiler. This boiler is designed to use coal and tree bark as fuel. However, over time, other biomass is also burned in this boiler: effluent sludge, brown fiber, empty palm oil bunches, and palm shells. Therefore, it is necessary to determine new optimal conditions. This research provides a predictive model to show the impact of fuel carbon and water content (C/M) ratios on power plant performance. The model was developed based on operational data collection on existing integrated pulp and paper mill power plants. The influence of the ratio of carbon and water content (C/M) and excess water on energy efficiency and exergy. Energy efficiency is the work done to maximize the utilization of incoming energy in practical work, while exergy efficiency is a measure of how effectively a system uses energy in terms of quantity but also the quality of that energy. Multivariable optimization is carried out based on energy efficiency values, highest exergy, and consideration of fuel costs and resulting carbon tax costs.
The research results show that the fuel C/M ratio exponentially correlates with exergy efficiency with the equation 15.1E0.4778(C/M). The highest energy and exergy efficiency values are 67.26% and 24.42%, obtained when the CM ratio is 0.993 with the fuel ratio (55% coal: 10% EFB: 15% Wood Bark: 10% Brown Fiber: 10% Effluent Sludge ). Energy and exergy efficiency is 64.94% and 19.42%, obtained when the CM ratio is 0.623 to the fuel ratio (25% coal: 10% EFB: 25% wood bark: 10% brown fiber: 30% effluent sludge). The optimum condition in terms of cost is obtained at a CM ratio of 0.799 with a fuel ratio (40% coal: 10% EFB: 20% wood bark: 10% brown fiber: 20% effluent sludge) with energy and exergy efficiency of 66.79% respectively. And 22.019%. A 1% increase in additional excess water will contribute to an exergy loss of approximately 2.3 kW. Implementing a carbon tax is also a factor that needs to be considered in reducing indirect costs arising from the use of fossil fuels. The specific CO2 emissions obtained range from 830 -1244 kg.CO2/MWh.
Keywords: Energy Analysis. Exergy Analysis. Multi Solid Fuel Boiler. Excess Air. Efficiency