Mengurangi Emisi NOx dengan Flue Gas Recirculation (FGR)

Emisi nitrogen oksida (NOx) dari proses pembakaran merupakan polutan yang berbahaya bagi kesehatan dan lingkungan. Flue Gas Recirculation (FGR) adalah teknik yang terbukti efektif untuk menekan pembentukan NOx dengan mensirkulasikan sebagian gas buang kembali ke ruang bakar. Artikel ini membahas mekanisme, parameter operasional, dan hasil studi penerapan FGR pada boiler dan mesin diesel.

Mekanisme Penurunan NOx dengan FGR

FGR menurunkan emisi NOx melalui dua mekanisme utama:

Mekanisme Termal

Gas buang yang disirkulasikan mengandung CO₂ dan H₂O yang memiliki kapasitas panas tinggi. Kedua gas inert ini menyerap sebagian panas pembakaran sehingga menurunkan temperatur puncak api. Penurunan temperatur ini menghambat pembentukan thermal NOx melalui mekanisme Zeldovich.

Mekanisme Kimia

FGR mendilusi konsentrasi oksigen di zona pembakaran primer, menciptakan lingkungan kaya bahan bakar (fuel-rich). Kondisi ini memperlambat oksidasi nitrogen menjadi NO dan mendorong konversi spesies nitrogen antara kembali menjadi N₂. Selain itu, NO yang tersirkulasi bertemu dengan radikal NH₃ dan mengalami reaksi reduksi mirip SNCR (Selective Non-Catalytic Reduction) di dalam furnace.

Parameter Operasional dan Efektivitas FGR

Rasio FGR

Rasio FGR didefinisikan sebagai perbandingan laju alir massa gas buang yang disirkulasikan terhadap total gas buang di outlet economizer:

FGR ratio = (m recirc / m total flue gas) × 100%

Rasio FGR yang umum diterapkan adalah 0–20%. Semakin tinggi rasio FGR, semakin besar penurunan NOx, namun harus diimbangi dengan menjaga efisiensi pembakaran (burnout) tetap tinggi.

Pengaruh terhadap Temperatur

Peningkatan rasio FGR dari 0% ke 20% menurunkan temperatur puncak furnace sekitar 100°C. Penurunan ini terkonsentrasi di bagian bawah furnace, sedangkan Furnace Exit Gas Temperature (FEGT) relatif konstan (Juangsa et al., 2026).

Pada boiler batubara dengan co-firing 20% NH₃, penerapan FGR hingga 20% menurunkan konsentrasi NO di outlet economizer hingga 31%, dari 589 mg/Nm³ menjadi 406 mg/Nm³. Rasio FGR hanya 5% sudah cukup untuk memenuhi baku mutu emisi NO Indonesia sebesar 550 mg/Nm³.

Pada CFB boiler superkritis, FGR menghasilkan profil temperatur vertikal yang quasi-linear dan menurunkan gradien temperatur, menciptakan kondisi optimal untuk reduksi NOx termal dan proses desulfurisasi.

Pada mesin diesel, EGR (Exhaust Gas Recirculation) yang merupakan bentuk FGR juga diterapkan untuk mengurangi emisi. Filter EGR berbahan serat kedelai edamame mampu menurunkan opasitas gas buang dari 40% menjadi 27%, yang mengindikasikan berkurangnya partikulat dan asap akibat pembakaran yang lebih terkontrol.

Studi Kasus dan Hasil

CFB Boiler Superkritis (966 MWth)

Blaszczuk et al. (2013) melakukan pengujian pada boiler CFB superkritis 1296 t/h. Dengan FGR sebesar 44,3% (20,5 m³/s), profil temperatur furnace menjadi lebih seragam dengan gradien temperatur rendah (1,49–2,16 °C/m di zona dilute). FGR tidak mempengaruhi gradien tekanan, namun meningkatkan densitas suspensi di zona dense hingga 1202 kg/m³, yang memperpanjang waktu tinggal partikel sorbent dan mendukung reduksi NOx.

Co-firing Batubara-Ammonia (350 MWe)

Juangsa et al. (2026) menggunakan CFD untuk menganalisis FGR pada boiler tangensial 350 MWe dengan 20% NH₃. Tanpa FGR, co-firing NH₃ meningkatkan NOx hingga 65%. Dengan FGR 5–20%, NOx turun 31% tanpa mengorbankan burnout (tetap >96%). FGR berperan ganda: menurunkan temperatur api dan mendilusi O₂ lokal, sehingga menekan konversi fuel-N menjadi NO.

Mesin Diesel

Pratama & Tyagita (2017) memodifikasi filter EGR dengan komposit serat kedelai edamame. Hasil pengujian pada 5000 rpm menunjukkan penurunan opasitas dari 40% (k-value 2,58 1/m) menjadi 27% (k-value 1,6 1/m). Penurunan ini membuktikan bahwa EGR filter mampu menyerap partikulat dan oli sisa blow-by, yang berkontribusi pada pembakaran lebih bersih dan reduksi emisi.

Flue Gas Recirculation (FGR) menurunkan emisi NOx melalui mekanisme termal (penurunan temperatur puncak) dan kimia (dilusi O₂ dan reaksi reduksi NO). Rasio FGR 5–20% terbukti efektif menurunkan NOx hingga 31% pada boiler batubara-NH₃, dengan 5% sudah cukup memenuhi baku mutu. Pada CFB boiler, FGR menyeragamkan profil temperatur dan mendukung reduksi NOx. Pada mesin diesel, EGR filter mengurangi opasitas gas buang. FGR merupakan strategi retrofit yang menjanjikan untuk mengurangi NOx pada infrastruktur pembangkit yang ada.

Boilermart meyediakan sparepart dan jasa servicing boiler di Indonesia. Silahkan hubungi kami di support@boilermart.co.id atau 0888-5591-188 untuk segala kebutuhan Anda.

Daftar Pustaka

Blaszczuk, A., Nowak, W., & Jagodzik, S. (2013). Impact of flue gas recirculation on distributions of temperature and solids concentration inside a large-scale supercritical CFB boiler. The 14th International Conference on Fluidization – From Fundamentals to Products, ECI Symposium Series.

Juangsa, F. B., Ristian, A. R., Prismantoko, A., Darmawan, A., & Aziz, M. (2026). Numerical analysis of ammonia co-firing and NOx emission management with flue gas recirculation in a tangentially fired coal boiler. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 92, 105163.

Pratama, A. W., & Tyagita, D. A. (2017). Pengujian filter EGR (Exhaust Gas Recirculation) terhadap efek blow by gas berbahan serat kedelai edamame sebagai upaya untuk mengurangi emisi gas buang mesin diesel. Jurnal Politeknik Negeri Jember.