Pengaruh Rasio Udara-Bahan Bakar (AFR) terhadap Efisiensi Boiler

Dalam pengoperasian boiler, perbandingan antara jumlah udara dan bahan bakar yang masuk ke ruang bakar sangat menentukan efisiensi. Rasio ini disebut AFR (Air Fuel Ratio). Jika terlalu sedikit udara, bahan bakar tidak terbakar sempurna. Jika terlalu banyak udara, energi panas justru terbuang percuma bersama gas buang. Oleh karena itu, pengaturan AFR yang tepat merupakan kunci untuk menghemat bahan bakar dan menjaga kinerja turbin uap.

Mengapa Rasio Udara-Bahan Bakar Begitu Penting?

Proses pembakaran membutuhkan oksigen dari udara. Secara teori, ada jumlah udara ideal (stoikiometri) untuk membakar bahan bakar sempurna. Namun, di dunia nyata, kita perlu sedikit kelebihan udara (excess air) agar semua bahan bakar terbakar. Masalahnya, kelebihan udara yang terlalu banyak justru merugikan.

1. Udara berlebih akan menyerap panas dari ruang bakar.

2. Panas tersebut ikut keluar melalui cerobong bersama gas buang.

3. Akibatnya, boiler memerlukan lebih banyak bahan bakar untuk menghasilkan uap yang sama.

4. Inilah yang disebut stack loss atau kehilangan panas cerobong.

Dampak Kelebihan Udara (Excess Air) pada Efisiensi

Penelitian pada PLTU berbahan bakar batubara, menguji tiga tingkat kelebihan oksigen (excess O₂) yaitu 5,0%, 5,5%, dan 6,0%. Hasilnya menunjukkan:

1. Efisiensi boiler tertinggi dicapai pada excess O₂ 5,0% (nilai efisiensi 73,50%).

2. Ketika excess O₂ dinaikkan menjadi 6,0%, efisiensi boiler turun menjadi 72,78%.

3. Penyebabnya: semakin banyak udara berlebih, semakin banyak panas yang terbuang.

Sementara itu, efisiensi turbin uap relatif stabil di kisaran 74–76%. Artinya, kelebihan udara lebih berdampak pada boiler daripada turbin.

Nilai Optimal dan Pengendalian Rasio Udara–Bahan Bakar

Agar AFR selalu terjaga pada nilai optimal meskipun beban boiler berubah, diperlukan sistem kontrol otomatis. Distributed Control System (DCS) digunakan untuk mengatur rasio udara-bahan bakar secara real-time. Adapun prinsip kerjanya adalah sebagai berikut:

1. Sensor tekanan uap (PIC) mengukur tekanan boiler.

2. Jika tekanan turun, kontroler meningkatkan aliran bahan bakar.

3. Secara otomatis, aliran udara pun ikut naik sesuai rasio yang ditentukan (misal AFR 13,61).

4. Sebaliknya, jika tekanan naik, aliran bahan bakar dan udara turun bersama.

Dengan sistem ini, pembakaran selalu optimal, tekanan uap stabil, dan efisiensi termal siklus dapat mencapai maksimum. Dalam penelitian PLTU batubara, efisiensi termal siklus tertinggi adalah 45,60% pada AFR 13,61. 

Rasio udara dan bahan bakar (AFR) sangat menentukan efisiensi boiler PLTU berbahan bakar batubara. Efisiensi boiler tertinggi tercapai pada excess O₂ 5,0% (AFR 13,61) sebesar 73,50%. Kelebihan udara justru menurunkan efisiensi karena panas terbuang percuma. Efisiensi turbin relatif stabil, sedangkan efisiensi termal siklus juga optimal pada AFR yang sama. Oleh karena itu, pengendalian AFR secara otomatis menggunakan DCS diperlukan untuk menjaga pembakaran optimal, menghemat bahan bakar, dan menjaga keandalan peralatan.

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

Lestari, A., Situmorang, V. T., Tahdid, T., Ridwan, K., & Manggala, A. (2021). Analisa Efisiensi Termal Water Tube Boiler Berdasarkan Rasio Udara Bahan Bakar LPG Untuk Memproduksi Saturated dan Superheated Steam. Jurnal pendidikan Dan Teknologi Indonesia, 1(10), 415421.

Mubarak, H., Mahmuddin, M., Sungkono, S., & Arham, M. (2024). Efficiency of Boiler and Steam Turbine for Power Plant Unit 2 PT. XYZ. Jurnal Mesin Nusantara, 7(1), 49-62.

Nurpadmi, N. (2018). Pengontrolan Rasio Udara dan Bahan Bakar pada Boiler PPSDM Migas Menggunakan DCS. Swara Patra: Majalah Ilmiah PPSDM Migas, 8(4), 37-43.