Optimalisai Kiln System & Case Study

Institut Semen dan Beton Indonesia Process Engineering 2010

Optimalisasi Kiln System & Case Study

Blending Silo

Institut Semen dan Beton Indonesia Process Engineering, 2010

Eliminasi bottleneck Operasi, Process

Mempertahankan critical process parameter (T, P, O2) pada normal range

Kiln optimalisasi (standard measurement)

Kondisi Plant, MaintenanceEliminasi false air

Pembersihan preheater secara rutin (mengurangi pressure drop)

Modifikasi kiln system

Hanya jika performance tidak dapat dicapai pada step 1 dan 2

Pyroprocess yang optimum:

Specific energy consumption yang rendah (MJ/t-cl dan kWh/t-cl)

Production rate yang tinggi (tpd)

Kualitas clinker yang memenuhi standard (FCaO, C3S, no reduction condition)

Umur refractory yang panjang (no patching)

Optimalisasi Pyroprocess


Item Check

Hal-hal penting dalam optimalisasi proses pembakaran:

Kiln Pengechekan burner (kestabilan flame) Pengechekan indikator combustion proses (efek circulating element) Moduli kiln feed (target kualitas, burnability dan kestabilan pembakaran) Granulometri clinker dan pembentukan coating (burnability)

Cooler Grate speed vs clinker bed (effisiensi cooler / recuperation) Pressure Fan (cooling curve – eff. cooler) ) Distribusi udara fan-fan cooler (cooling vurve – eff. cooler))


Burner

Pengecekan burner dilakukan dengan alasan:

"Health check" setelah annual / major shut down

Terjadi perubahan mendadak pada kondisi kiln:

Kiln tidak stabil, Reaction time berbeda, Sulit mempertahankan burning zone, …

Kenaikan sulfur cycle, coating atau ring formation

Sarana training bagi process engineers atau operator

Hal-hal yang penting untuk dicheck:

Total flow Primary Air (% PA =8 -14%) dan coal transport air

Pressure (200 - 300 mbar) dan temperatur udara axial - radial pada burner

Setting pada axis (0 - 4%) kiln dan posisi pada discharge kiln (in/outside)

Kehalusan fine coal dan fluktuasi tekanan udara transport fine coal


Specific Burner Momentum (7 ~ 10 N/MW, hi momentum 10 ~ 12):

Perhitungan cepat

dengan %PA = % Primary Air (basis Amin)

Velocity PA: (Bernoulli):

pTip: Pressure pada Inlet (Pa)

Tip: densitas udara pada burner Tip T = 50ºC, p= amb. Pressure

air: [1.29 kg/m3][Pa/1013 mbar ][273/(T+273 ]], kg/Nm3

Amin: Kebutuhan udara minimum untuk pembakaran sempurna tanpa excess oxygen (stoichiometric combustion).

Amin 0.26 Nm3/MJ

Burner Momentum

G = Velocity x Massflow / Thermal Power, N/MW

Pthermal = Wcoal (tph) x NCVcoal (MJ/t) / 3600

]/[3001% MWNvPAG PA

Tip

TipPA

pv

2


Combustion

Molar Alkali/Sulfur Ratio dan Volatilitas

Indikasi sebuah perbandingan antara alkali dan molekul sulfur dikoreksi oleh chlorine dalam total inputs (fuel dand raw materials) dari kiln feed system (Target: 0.8 sampai 1.2)

Persamaan:

(Total Input SO3 >1.25% akan menimbulkan built up)

Volatilitas: tingkat kemudahan atau kecepatan suatu bahan kimia akan menguap dalam kondisi suhu dan tekanan tertentu ( limit < 0.7)

80

7162940

3

22

3SO

ClONaK

SO

Alk % berat

dengan:Cclinker = konsentrasi bahan di clinkerChotmeal = konsentrasi bahan di hot meal

hotmeal

clinker

C

C1


Moduli kiln Feed

Burnability menyatakan kemudahan terbentuknya mineral-mineral clinker dari raw mix pada suatu kondisi tertentu dalam kiln system (tergantung moduli dan kehalusan)

Burnability (by: FLS)

FCaO (1400oC ) = + 0.33(LSF-(105.7-5.4SM)) + 0.56 (CaCO3 >125μ) + 0.93 (SiO2 > 45μ)

Liquid phase: menentukan granulometri clinker dalam kiln (dusty or balling)

% Liquid (1340 oC) = 6.10 (Fe2O3) + MgO + (Na2O + K2O) <----- AM > 1.38= 8.5(Al2O3) - 5.22(Fe2O3) + MgO + (K2O + Na2O) <----- AM < 1.38

% Liquid (1400 oC) = 2.95(Al2O3) + 2.2 (Fe2O3) + MgO + (Na2O + K2O) <----- MgO max 2%% Liquid (1450 oC) = 3.0(Al2O3) + 2.25(Fe2O3) + MgO + (Na2O + K2O) <----- MgO max 2%


AR SR Sifat Coating / clinker

< 1.6 < 2.5 Coating tipis, brick attack, liquid melt >>>

> 1.6 < 2.5 Coating tebal / ring, clinker ball, viscous melt >>>

< 1.6 > 2.5 Coating tipis, liquid melt <<<

> 1.6 > 2.5 Coating sangat tipis, viscous melt <<<

1.3 ~ 1.9 2.2 ~ 2.8 Normal coating - clinker

Granulasi Clinker dan pembentukan coating dipengaruhi kuantitas

(SR) dan viscositas (AR) liquid phase.

Granulasi clinker & pembentukan coating


Clinker Cooler

Layout Cooler (distribusi clinker distribution, sistem grate plate, inklinasi grate, drive, clinker crusher, clinker fall through handling)

Grate speed dan clinker bed (fluktuasi speed dan clinker bed, drive system)

Distribusi udara, cooling fan (limit kapasitas fan)

Gap management (grate alignment, compartment sealing, grate support, hopper discharge control)

Control loops and interlocks


Clinker Cooler

Grate speed:

Cooling Residence Time

Distribusi udara dan kapasitas cooling fan

SPM =L * H * Lst * ρ cl * η cl

PP = KapasitasL = Lebar grateH = Tinggi clinker bed

θ cooling =

P = KapasitasLgr = panjang grateL = Lebar grateH = Tinggi clinker bed

Lgr * L * H

P / ρ cl


Fan Pressure & Air Distribution

Pressure fan:

dPexp = f(T) p1 > p2 > p3> …..pn (recuperation zone)

untuk cooling zone pn > pn+1

Air distribution:

Recuperation zone = Cooling zone

(air beam + sealing) (air chamber/compartemen)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

T-cl

P-ug

dP Cl-bed

Ideal air distribution

air - clinker


STUDI KASUS - DISKUSI


BZT

1350 °C

BET1190 °C

Oxygen at KI = 1.5%CO=0.15%

Fuel rate Kiln speed Feed rateKiln draftand PC draft

Oxygen after PC1 - 1.5 %

Fuel rate PC

Studi Kasus Kiln System

T-cl 190oC1st, 2nd, 3rd=23 spm 1st chamb. = 35 mbar

2nd air 680oC

Hotmeal:2.85% SO3, 0.14% cl91% calc

: 326 tph

Speed 100% RPMDamper 100%

410oC, 65mbar, 4.0 %O2

: 60 %

5 mbar

Plant A data 2009 sbb:

Kapasitas terpasang: 5000 TPD (CF=1.65)

Specific heat consumption : 3400 MJ/t

Kiln: availabilty 85.1%, rate index 95%

Primary air :

Rad. 4600Nm3/h 130mbar

Ax. 5000Nm3/h 200mbar

Kiln ID: 4.7m L=75m

Cooler W: 3.3m L:27m


Analisis Material 2009 (data lab.)

Kiln Feed LOI = 35.9% SM = 2.35 LSF = 99 SiO2 >45μ = 0.35% CaCO3 > 125μ = 2.8%

Clinker SO3 = 0.35 FCaO = 0.55 % AM = 1.7 LSF = 96

Fuel (coal) NCV = 52100 kcal/kg Ash = 10% VM = 41% R90 = 25% S = 1.35%


Target Produksi 2010: Menaikkan produksi clinker 1.710.000 T/A (budget 2009: 1.660.000 T/A) Kiln availability 90% (Overhaul tahunan 15 hari) Menurunkan spesific thermal energy 5%

Lakukan analisis data operasi 2009 Botleneck proses, dampak masalah dan improvement apa yang dapat

saudara lakukan (optimalisai proses atau proposal CAPEX (modifikasi)…?). Isi tabel (p.16-17).

Langkah-langkah: Hitung OEE & Production rate 2009 dan evaluasi gap terhadap design

capacity

Task 2009


Solusi Tahun 20…

Bottlenecks 2009Analisa Indikator proses dan moduli

Bottleneck Impact terhadap proses

Deskripsi Improvement proposal

Benefit terhadap performance

(volume, cost, energy consumption)

CAPEX dan estimasi kiln downtime


BZT

1450 °C

BET1050 °C

Oxygen at KI = 0.9%CO=0.25%

Fuel rate Kiln speed Feed rateKiln draftand PC draft

Oxygen after PC1.5 – 2.0 %

Fuel rate PC

Kondisi Kiln System 2010

T-cl 90oC1st, 2nd, 3rd=15 spm 1st chamb. = 65 mbar

2nd air 910oC

Hotmeal:3.26% SO3, 0.31% cl94% calc

: 337 tph

Speed 100% RPMDamper 100%

410oC, 65mbar, 4.7 %O2

: 60 %

3 mbar

Kapasitas terpasang: 5000 TPD (CF=1.65)

Specific heat consumption : 3300 MJ/t

Kiln: availabilty 90%, rate index 98%

Primary air :

Rad. 4800Nm3/h 140mbar

Ax. 5000Nm3/h 200mbar

Kiln ID: 4.7m L=75m

Cooler W: 3.3m L:27m


Target Produksi 2010: Menaikkan produksi clinker 1.710.000 T/A (budget 2009: 1.660.000 T/A) Kiln availability 90%, Prod. Rate 98% Menurunkan spesific thermal energy 5%

Data down time 2010:

Task

Trouble data 2010

0

100

200

300

400

500

600

Ov

erh

au

l

Cy

clo

ne

blo

ckin

g

Gra

te p

late

lo

ss

Co

ole

r ja

mm

ed

ID f

an

tri

p

RM

lo

w s

tock

Co

al

mil

l st

op

Kil

n f

eed

sy

stem

Co

al

feed

er

Cli

nk

er t

ran

spo

rt

Po

wer

fa

ilu

re

Kil

n m

ain

dri

ve

Co

ntr

ol

syst

em

Pri

ma

ry a

ir f

an

Do

wn

tim

e (h

rs)

0

2

4

6

8

10

12

Fre

q.


Target Produksi 2011: Menaikkan produksi clinker 1.750.000 T/A (budget 2009: 1.710.000 T/A) Kiln availability 90% (Overhaul tahunan 15 hari) Menurunkan spesific thermal energy 5%

Lakukan analisis data operasi 2010 Botleneck proses, dampak masalah dan improvement apa yang dapat

saudara lakukan (optimalisai proses atau proposal CAPEX (modifikasi)…?). Isi tabel (p.16-17).

Langkah-langkah: Hitung OEE & Production rate 2010 dan evaluasi gap terhadap full

design capacity

Task 2010

Optimalisai Kiln System & Case Study

Documents

Transcript of Optimalisai Kiln System & Case Study