suatu grate yang men-transport clinker dengan gerakan reciprocating dan fan dengan ducting system yang mendistribusikan udara melewati lapisan clinker dg maksud untuk mendinginkan clinker

Basic Concept

Grate Cooler / Terminology

Primary air

Cooling air

Secondary air

Tertiary air

Cooledclinker

Hot clinker

Waste air

Middle air

Recuperation zone

Cooling zone

Apa fungsi GRATE COOLER ?

– Pendinginan clinker– Recuperation panas untuk

dimanfaatkan dalam Kiln system–Transport clinker setelah Kiln system

Heat Recuperation Terminology

• Apakah Recuperation itu ?Adalah suatu proses dimana udara dari fan cooler melewati lapisan clinker panas untuk kemudian panas dari clinker dipisahkan dan diuapkan menjadi gas panas.

• Gas panas tersebut dimanfaatkan sebagai : Dimana :

KI = Aliran clinker dari kiln

O = Aliran clinker keluar

Cooler

SA = Udara sekunder ke kiln

TA = Udara tersier ke SP

VA = Udara buang ke EP

CA = Udara Pendingin

  

Mengapa klinker perlu didinginkan?

Klinker panas sangat sulit untuk ditransportasikan.

Klinker panas berpengaruh tidak baik terhadap proses penggilingan selanjutnya.

Agar diperoleh klinker yang bersifat amorf sehingga mudah digilin

Recovery panas yang terkandung pada klinker panas diperlukan untuk mengurangi biaya produksi.

Pendinginan klinker yang baik dapat meningkatkan kualitas danproduksi semen.

Agar C3S tidak terdekomposisi kembali menjadi C2S dan C.

Laju Pendinginan Klinker

• Laju kecepatan pendinginan klinker menentukan komposisi akhir klinker.

• Jika klinker yang terbentuk selama pembakaran didinginkan perlahan maka beberapa reaksi yang telah terjadi di kiln akan berbalik (reverse), sehingga C3S yang telah terbentuk di kiln akan berkurang dan terlarut pada klinker cair yang belum sempat memadat selama proses pendinginan.

• Dengan pendinginan cepat fasa cair akan memadat dengan cepat sehingga mencegah berkurangnya C3S.

• Fasa cair yang kandungan SiO2-nya tinggi dan cair alumino-ferric yang kaya lime akan terkristalisasi sempurna pada pendinginan cepat. Laju pendinginan juga mempengaruhi keadaan kristal, reaktivitas fasa klinker dan tekstur klinker.

• Pendinginan klinker yang cepat berpengaruh pada perilaku dari oksida magnesium dan juga terhadap soundness dari semen yang dihasilkan.

• Makin cepat proses pendinginannya maka kristal periclase yang terbentuk semakin kecil yang timbul pada saat kristalisasi fasa cair.

• Klinker dengan pendinginan cepat menunjukkan daya spesifik yang lebih rendah. Hal ini disebabkan proporsi fasa cair yang lebih besar dan sekaligus ukuran kristalnya lebih kecil.

COOLERSecara garis besar pengaruh laju pendinginan klinker terhadap kualitas klinkerdapat terlihat berikut ini :

Material/Parameter Pendinginan lambat Pendinginan cepat( 4-5 oC/menit ) ( 18 – 20

oC/menit )

MgO Kristal periclase Kristal glassyC3A dan C4AF Kristaline GlassyC2S dan C3S Kurang aktif Aktif

Stabil Tidak stabilUkuran partikel Lebih besar Relatif lebih kecilKuat tekan awal Tinggi RendahKuat tekan akhir Rendah TinggiKeaktifan hidrolis Kurang Lebih baikSoundness Kurang BaikKetahanan terhadap sulfur Kurang Baik

COOLERb. Efisiensi konversi energi dalam proses pendinginan klinker.• Efisiensi pendinginan klinker diukur berdasarkan jumlah energi yang

dapat dipindahkan ke udara pendingin dibanding energi total yang terkandung di dalam klinker saat keluar dari kiln.

• Semakin tinggi energi yang terserap oleh udara, proses pendinginan klinker semakin efisien.

• Akan lebih bagus lagi bila jumlah udara yang dibutuhkan untuk pendinginan semakin sedikit (mendekati kebutuhan udara untuk pembakaran bahan bakar), karena biasanya udara sisa yang tidak dipergunakan untuk pembakaran akan dibuang kembali ke lingkungan yang dapat pula berarti merupakan tambahan kerugian energi secara keseluruhan.

COOLERGrate Cooler• Pada awal pengembangannya pemakaian grate cooler dimaksudkan untuk

mendapatkan laju pendinginan yang cepat untuk mengurangi pengaruh kristal periclase sehingga diperoleh kualitas klinker yang baik. Tetapi pada kenyataannya diperoleh juga perpindahan panas yang sangat baik sekali sehingga cooler jenis ini bisa menerima klinker dengan temperatur sampai dengan 1360 - 1400 oC.

• Dengan penggunaan udara berlebih klinker yang keluar bisa mencapai temperatur sampai dengan 65oC di atas temperatur udara sekitar sehingga bisa langsung digiling dan efisiensi perpindahan panas dari klinker ke udara dapat berkisar 72 - 75 %.

• Perpindahan panas terjadi pada kondisi kombinasi cross current dengan counter current antara klinker dengan udara pendinginnya. Partikel-partikel halus akan jatuh ke dalam chamber udara yang ada di bawah grate plate dan dikeluarkan menggunakan air sluice dan ditarik oleh drag chain conveyor, sementara klinker yang berukuran besar dihancurkan oleh clinker breaker, berupa hammer crusher, yang ada di ujung grate cooler.

• Penggunaan udaranya berkisar 1,8 - 2,4 Nm3/kg klinker dengan temperatur klinker dingin bisa mencapai 120 - 150 oC.

• Penggunaan udara sirkulasi dapat dilakukan pada sistem ini sehingga mengurangi udara yang terbuang keluar.

Air Distribution

Air Distribution Velocity

• C1 (Cooler Throat) : 5-6 m/sec• C2 (Above Grate) : 10-12 m/sec• C3 (TAD w/o Settle. Ch) : 5-6 m/sec• C3 (TAD w Settling. Ch) : 8-10 m/sec• C4 (Hot Air Take Off) : 8-10 m/sec• C5 (Exhaust Air) : 8-10 m/sec

Air Distribution Simple Calculation

Following step below : Measuring static and dynamics pressure

- Tertiary Air Duct- Hot Air Take Off- Exhaust Air

Measuring temperature Measuring cooling fans velocity Measuring cooling fans horn diameter Establish Nm3/kcal combustion air

minimum

Bagian-Bagian Utama Cooler

• 1. Casing • Lining casing luar cooler terbuat dari

konstruksi baja/plate dan rip langit-langit diperkuat dengan beam. Plate untuk dinding dilapisi dengan isolasi dan batu tahan api castable, untuk mengurangi kehilangan radiasi panas. Keadaan bagian dalam cooler dapat dilihat melalaui inspection hole yang tersedia pada bagian atas dan samping cooler.

• Cooling Grate • Cooling Grate terdiri dari beberapa baris grate plate yang

disusun sejajar dengan kemiringan 100. Grate plate terdiri dari dari movable grate dan stationary grate yang disusun secara longitudinal terhadap arah cooler. Stationary grate dipasang pada support bracket plate dan center support dihubungkan ke center beam. Movable grate dipasang pada support frame dan dihubungkan ke moving frame. Grate plate memiliki lubang pendingin. Stationary grate plate tidak sama bentuknya dengan movable grate plate, sehingga tidak dapat ditukar pemasangannya

• Hydraulic Drive Movable frame digerakkan oleh Cylinder Hydraulic Pump yang dihubungkan ke movable grate. Bukaan pada dinding Cooler bagian bawah untuk pergerakan. Hydraulic Drive dilengkapi dengan partition plate sebagai sealing.

• Carrying Axle • Carrying axle/running axle disupport oleh 2

buah internal roller dan satu buah guide roller yang mempunyai flange/guide untuk mengarahkan gerakan movable frame.

• 5. Hammer Breaker • Cooler dilengkapi dengan 2 unit hammer breaker yang

terdiri dari dari breaker rotor dan casing spesial wear lining yang ditumpu oleh 2 buah bearing hausing. Pelumasan pada bearing diberikan secara otomatis central lubricantion lube dengan grease pump. Breaker rotor, digerakkan oleh motor listrik yang dihubungkan dengan V-belt. Hammer dipasang pada rotor disc, sedangkan casing rotor dapat diangkat dengan hoist untuk mempermudah perbaikan.

• Hopper • Untuk menampung debu yang lolos dari

lubang grate plate, sedangkan pengeluaran dari hopper diatur oleh double tiping valve.

• Drag Chain Conveyor• Drag chain biasanya untuk membawa butir

debu material yang lolos melewati lubang-lubang grate cooler.

• Cara Kerja Clinker Cooler Bahan mentah yang telah digiring di raw mill selanjutnya masuk ke homogenizing silo dan selanjutnya diberikan proses pemanasan awal sehingga suhunya menjadi 8000C sebelum masuk ke rotary kiln yang bersuhu sekitar 14000C ini kemudian masuk ke unit cooler untuk pendinginan sehingga suhu klinker menjadi sekitar 1000C.

• Clinker (terak) dengan suhu tinggi akan jatuh pada cooler dan didistribusikan secara seragam ke area kompartemen sesuai dengan lebar gratenya. Dikarenakan suhu material akan berubah menurut jarak, maka pendingin klinker dibagi menjadi beberapa kompartemen dimana semakin dekat dengan kiln maka panjang kompartemen semakin panjang. Udara yang telah melewati material bersuhu sekitar 2000C akan dihisap untuk kemudian digunakan sebagai sumber panas di preheater dan kiln yang bertujuan untuk meminimalkan energi yang hilang ke

• lingkungan sekitar serta yang berarti pula menghemat biaya. Volume jatuhan klinker ini akan selalu dimonitor oleh sebuah transmitter tekanan yang dipasang di undergrate. Jika volume curahan terak dari kiln melebihi atau kurang dari nilai yang telah disetkan maka transmitter tekanan akan mengirim sinyal ke pengontrol tekanan sehingga akan segera mengolah data tersebut yang selanjutnya data tersebut akan dikirim ke pengontrol kecepetan motor penggerak grate. Jika volume jatuhan klinker lebih besar dari yang disetkan maka motor akan bergerak lebih cepat dengan tujuan untuk mengecilkan bed depth dan sebaliknya.

• Data dari pengontrol tekanan juga akan dikirim ke pengontrol katup fan kompartemen pertama. Nilai bed depth yang besar akan menyebabkan laju kecepatan aliran udara yang kecil tidak cukup kuat untuk menembus klinker yang akan didinginkan. Hubungan antara beda tekanan (P), laju alir udara (v) dan percepatan gravitasi (g) ditentukan oleh hubungan:

• P = v2. ξ /2g dimana : ξ = densitas udara Pertambahan nilai P akan berusaha disetkan kembali dengan menambah laju aliran udara.

• Suatu nilai laju keepatan udara normal dengan open area 100% adalah sekitar 2meter/detik. Clinker dari kompartemen pertama dengan memanfaatkan gaya gravitasi dengan memanfaatkan Hukum Newton I bahwa suatu benda akan selalu mempertahankan gerak asalnya. Dengan didinginkan oleh udara yang bersumber dari fan di undergrate tiap kompartemennya clinker bergerak ke ujung cooler dengan suhu turun menjadi sekitar 1000oC. clinker yang telah didinginkan selanjutnya diperkecil ukurannya dengan clinker breaker dengan maksud untuk memperluas area clinker yang terkena udara, sehingga mempercepat pendinginan secara alami dalam perjalanan dengan mekanisme ban berjalan ke klinker silo untuk disimpan. Debu dari pemecahan klinker dan debu selama proses pendinginan akan dihisap melalui fan dan direduksi oleh EP untuk mengurangi partikel yang akan menyebabkan pencemaran udara sebelum dilepas ke atmosfer.

Grate Cooler / Terminology

Primary air

Cooling air

Secondary air

Tertiary air

Cooledclinker

Hot clinker

Waste air

Middle air

Recuperation zone

Cooling zone

Undergrate Pressure (Bed Resistance)

• Pressure undergrate dipengaruhi oleh :– Ketebalan clinker bed diatas cooler – clinker bed yang tebal lebih

susah ditembus udara fan cooler.– Rata-rata partikel size clinker – clinker bed yang kasar mempunyai

resistance yang lebih rendah daripada clinker bed yang halus.– Temperature clinker (naik) – naiknya temperatur clinker akan

menambah volume udara pendingin yg berakibat naiknya bed resistance.

• Optimum clinker bed depth memberi kesempatan udara pendingin melewati clinker di atas grate.

Undergrate Pressure (Bed Resistance)

High ResistanceLow Resistance

clinker

Ilustrasi Volume udara terhadap fungsi dari Clinker Size

Undergrate Pressure (Bed Resistance)Bed depth Granulometry

Grate Cooler Control Parameters• Control parameters adalah indikator yang membantu mengontrol

dan monitoring clinker cooler.

• Main control parameters grate cooler yaitu:– Pressure under grate– Pressure Kiln hood– Flow udara– Temperatur udara sekunder dan tersier

• Secondary control parameters grate cooler yaitu:– Temperature Grate plate– Temperature Clinker discharge

Grate Cooler Control Parameters and Variables

Clinker Discharge Temperature

Kiln Hood Pressure

To ILC & SLC

Undergrate Pressure

Cooling Air Flowrate

Grate Plate Temperatures

Control Parameters

Exhaust Fan Speed

Grate Speed

Air Flowrate

Control Variables

To Raw Mill

Cooler Control Variables• Control variables adalah actuators/penggerak-penggerak yang

digunakan untuk menjaga parameter-parameter control cooler agar tetap mendekati set point-nya.

• Variable-variable grate clinker cooler yaitu :– Airflow rates

• Menyediakan udara pendingin yang dibutuhkan untuk mendinginkan clinker maupun udara pembakaran untuk kiln system.

– Exhaust fan speed

• Mengontrol pressure kiln hood.– Grate speed

• Mempengaruhi pressure undergrate cooler (bed resistance).

Grate Speed Control • Control speed grate mencegah resistansi clinker bed dari

berlebihnya pressure cooling fans dengan memastikan dijaga konstan.

• Dua pilihan untuk kontrol speed grate yaitu:– Menggunakan pressure undergrate compartment pertama

untuk mengontrol speed grate #1 dan untuk speed grate berikutnya menggunakan ratio berdasarkan speed grate #1.

– Mengontrol setiap drive dengan pressure undergrate compartment pertama dan kedua dari setiap seksi grate yang akan mempengaruhi speed setiap drive.

Cooler Upset Conditions• Kondisi upset adalah suatu kondisi proses abnormal yang

mengganggu operasi dan dapat mengakibatkan kehilangan produksi.

• Tipikal kondisi-kondisi cooler upset yaitu :– Red river– Geyser effect– Snowman formation– Temperatur grate plate tinggi

Red River• A red river adalah lapisan tipis

clinker yang sangat panas diatas lapisan clinker normal yang berjalan/mengalir lebih cepat ke cooler discharge end.

• Tindakan yang dilakukan– Naikkan

uniformity/distribusi clinker bed dengan menaikkan ketebalan clinker bed dalam cooler (dalam batas normal).

– Optimalkan distribusi udara dalam cooler untuk memastikan aerasi yang cukup diatas area yang terjadi red river.

– Pastikan clinker chemistry dari hasil pembakaran normal, misalnya Lsf Cl’ dlsb.

Red River

Geyser Effect• Geyser effect terjadi ketika terlalu banyak udara diatas grate cooler dan

udara secara kuat/langsung menembus clinker bed.

• Tindakan yang dilakukan– Naikkan pressure undergrate dengan menurunkan speed grate cooler,

ini akan menaikkan ketebalan clinker bed.– Turunkan airflow sampai clinker “dances” diatas clinker bed.

Blow through

Snowman Formation

Snowman Formation• Snowman formation adalah sebuah tumpukan/timbunan material melting

didalam inlet cooler yang mengganggu aliran udara ke kiln sebagai akibat dari kondisi kiln yang tidak stabil.

• Snowman terdeteksi dalam cooler yaitu dengan adanya kenaikan pressure undergrate secara tajam yang diikuti dengan kenaikan speed grate.

• Tindakan yang dilakukan– Kurangi panas pembakaran– Kurangi Kiln speed– Naikkan cooler airflow

Grate Cooler Control Loops• Otomatisasi operasi Cooler terdiri dari control loops yang digunakan untuk

membuat stabil operasi Cooler.

FN1 FN3FN2 FN4 FN5 FN6 FN7

Cooler High-level Control• Cooler high-level control adalah sebuah system supervisor dan

optimizing yang mengontrol operasi cooler secara otomatis.

• Keuntungan-keuntungan control high-level cooler yaitu:– Membuat stabil operasi cooler sehingga akan diperoleh kondisi

Kiln yang stabil– Heat consumption lebih rendah– Temperature udara secondary dan tertiary stabil dan tinggi – Temperature Clinker discharge lebih rendah

LINKman

orExpert O

ptimizer

Cooler High-level Control• Sinyal-sinyal input LINKman (Expert Optimizer) untuk cooler control

yaitu:– Temperature udara secondary – Jumlah cooling air flow – Pressure undergrate– Pressure Kiln hood– Temperature clinker discharge– Speed grate– Temperature grate

• Sinyal-sinyal output LINKman (Expert Optimizer) yaitu:– Set points masing-masing cooling fan – Set point ratio speed grate #1

Chamber aeration systemA B

Profile pressure untuk aerasi chamber

Critical Variables• Temperature udara exit cooler seharusnya serendah mungkin untuk

memastikan bahwa kuantitas udara panas yang dibuang ke atmosphere sedikit (minim).

• Pressure Kiln hood seharusnya selalu sedikit negatif.• Temperature udara secondary seharusnya tinggi dan stabil.

1. Kiln operation stability2. Efisiensi fuel maksimum

Note :• Salah satu aktivitas utama selama commissioning adalah untuk

menentukan ketinggian bed clinker yang optimal

Factors Influencing Under grate Pressure

• Rata-rata particle size clinker di dalam cooler• Ketebalan clinker bed• Temperature clinker dalam cooler• Banyaknya udara pendingin yang dimasukkan ke dalam cooler