Plant Operation - Complex Loop Incinerator

Incinerator biasa kita temui pada downstream Sulfur Recovery Unit (SRU) yang fungsinya adalah untuk membakar off-gas yang masih mengandung H2S dan komponen sulfur lainnya dari berbagai sumber sehingga didapatkan gas buang dengan spesifikasi sesuai dengan yang dijinkan oleh regulasi yang ditetapkan oleh pemerintah.

Mari kita lihat skematik incinerator dibawah ini :

Incinerator Loop

Tujuan desain incinerator adalah untuk mendapatkan konversi maksimum dari H2S dan 

komponen sulfur lainnya menjadi senyawa SO2 dengan jumlah konsumsi fuel gas seminimum mungkin. Selain itu, diharapkan pembakaran juga menghasilkan NOx pada flue gas yang serendah mungkin, yang bisa diraih dengan kombinasi yang tepat antara suplai primary air dan juga staged air. 

Sebagaimana kita tahu, dalam sebuah pembakaran, jika O2 >> fuel, maka akan menghasilkan NOx. Sebaliknya, jika fuel >> O2, maka pembakaran akan menghasilkan soot atau jelaga.

Berdasarkan uraian diatas, maka kontrol loop untuk incinerator dibagi menjadi tiga bagian : 

1. Kontrol terhadap Stokiometri

Fungsi dari kontrol sistem ini adalah untuk mengatur jumlah primary air pada kondisi spesifik rasio udara di banding fuel gas yakni 80% dari stokiometri (air-deficient) dan untuk meyakinkan bahwa peristiwa pembakaran terjadi pada kondisi super-stokiometrik melalui suplai dari staged air. Secara desain, nilai dari stokiometri udara total adalah 149%.

Untuk meminimalisir emisi NOx, burner membutuhkan suplai primary air sebesar 80% dari stokiometri reaksi pada zona pembakaran. Lebih rendah dari itu (<70%), maka akan dapat menyebabkan sooting (terbentuknya jelaga dari fuel gas yang tidak terbakar) atau pada kasus terburuk, bisa memadamkan api. Oleh karena itu, sangatlah penting untuk menjaga suplai dari primary air pada kondisi sub-stokiometrinya. Sedangkan, untuk suplai staged air harus dijaga sedemikian hingga jumlah O2 yang terdapat pada flue gas memiliki excess sebanyak 2.0% vol. Hal ini bertujuan untuk meyakinkan agar supaya semua fuel gas terbakar dan semua komponen sulfur terkonversi menjadi SO2. Untuk tujuan tersebut, maka sistem kontrol untuk suplai primary air dan staged air akan disediakan melalui dua factor stokiometri yang tetap : HIC-609 dan HIC-610, yang mengatur masing-masing laju udara sesuai dengan stokiometrinya.

2.Kontrol terhadap Konten O2 pada flue gas

Fungsi dari kontrol ini adalah untuk menjaga kondisi O2 dalam keadaan berlebih untuk mencegah pembakaran tidak sempurna, sehingga bisa mengakibatkan meningkatnya emisi H2S. Lebih jauh lagi, kebanyakan O2 juga harus dihindari karena akibatnya dibutuhkan lebih banyak fuel gas untuk dapat menjaga suhu luaran.

Konten O2 pada flue gas dikontrol dengan cara mengatur laju staged air ke dalam incinerator. Pengaturan laju staged air sendiri oleh FV-601 diperoleh dari output analyzer O2 AIC-601. Hal ini bisa dilihat dari blok FY-601B yang menghitung kebutuhan teoritis dari staged air dan nilai yang didapat harus dikoreksi dalam blok FY-611 berdasarkan output yang didapatkan oleh analyzer O2.

3. Kontrol terhadap Suhu Incinerator

Fungsi dari kontrol ini adalah untuk mencegah trip dikarenakan suhu tinggi ataupun rendah pada incinerator. Sebagaimana kita tahu, reaksi pembakaran H2S harus dilakukan pada suhu yang tinggi. Maka, adanya suhu yang terlalu rendah, akan menyebabkan reaksi oksidasi H2S menjadi tidak sempurna, yang turut menyebabkan naiknya emisi H2S.

Normalnya, suhu pada incinerator dikontrol oleh TIC-601. Ia akan memberikan input ke blok TY-601A dan TY-601B dengan menggunakan fungsi split-range.

Split-Range Control

Sesuai dengan skema diatas, jika output TC-601 0-20%, maka blok fungsi yang berjalan adalah TY-601A yang mengatur set point untuk controller fuel gas. Selanjutnya, FY-606 – pressure/temperature compensation fuel gas, akan memberikan nilai actual jumlah fuel gas yang terkonsumsi. Nilai ini akan digunakan untuk mengkalkulasi primary air flow dan secara simultan staged air flow melalui hubungan stokiometri yang diinput melalui blok HIC-601, total air stoichuometry. Total air flow demand teoritis, FY-609B dikurangi oleh FY-609A – primary air demand teoritis, maka akan kita dapatkan staged air demand teoritis, FY-601B.

Berdasarkan skematik diatas, jika misalkan control valve fuel gas sudah berada pada kondisi stop bukaan minimum dan suhu masih terlalu tinggi. Hal ini menyebabkan kita tidak bisa mengontrol control valve fuel gas karena blok yang berjalan adalah TY-601B.  Apabila hal ini terjadi, TIC-601 akan menaikkan set-point dari air flow controller FIC-604 menggunakan rasio controller TY-601B sehingga selector UY-601 akan memilih controller tersebut dan meng-override perhitungan kebutuhan staged air dari FY-611.

START-UP

Pada saat awal sebelum ignition, controller FIC-601, FIC-604 dan juga FC-605 akan berada pada posisi MANUAL. Hal ini menandakan bahwa semua output berada pada posisi start-up flow. Meskipun berada pada kondisi terbuka, namun fuel gas tidak akan masuk ke dalam incinerator. Hal ini dikarenakan jalur fuel gas memiliki safety valve (on/off valve) yang akan terbuka pada saat ignition berlangsung. TIC-601 berada pada posisi MANUAL dengan nilai output inisial yang tergantung dari implementasi actual kontrol split range yang diatur oleh operator. AIC-601 berada pada posisi MANUAL dengan output 50%.

Start-up dari burner terjadi secara otomatis secara sekuensial. Satu menit setelah tercapai api yang stabil, maka operator bisa mengubah mode, set-point dan output dari FIC-601, FIC-604, FC-605, TIC-601 dan AIC-601. Untuk mengubah control loop menjadi posisi operasi normal, maka operator bisa melakukan beberapa hal sesuai dengan urutan yang dijelaskan dibawah:

FI-601 (primary air) dirubah menjadi CASCADE

FIC-604 (staged air) dirubah menjadi CASCADE

TIC-601 (suhu incinerator) dirubah menjadi AUTO

FC-605 (fuel gas) dirubah menjadi CASCADE

Ketika incinerator sudah dalam kondisi operasi, maka start-up dari SRU main burner bisa dilanjutkan dengan intake gas asam.