Analisis Numerik Pengaruh Rasio Oksigen – Recycled Flue Gas (O2/RFG) terhadap Karakteristik Pembakaran dan Emisi pada Circulating Fluidized Bed Boiler 60 MWe dengan Teknologi Oxy-Fuel Combustion

Perbawajaya, Fandy Aridha (2026) Analisis Numerik Pengaruh Rasio Oksigen – Recycled Flue Gas (O2/RFG) terhadap Karakteristik Pembakaran dan Emisi pada Circulating Fluidized Bed Boiler 60 MWe dengan Teknologi Oxy-Fuel Combustion. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 6007241022-Master_Thesis.pdf Restricted to Repository staff only Download (4MB) | Request a copy

Abstract

Indonesia bertujuan mencapai Net Zero Emission (NZE) pada tahun 2060, yang memerlukan dekarbonisasi besar-besaran di sektor energinya sambil menjaga stabilitas jaringan listrik nasional yang saat ini didominasi oleh pembangkit listrik tenaga batubara. Sebagai solusi transisi, teknologi Penangkapan, Pemanfaatan, dan Penyimpanan Karbon (CCUS), khususnya pembakaran oxy-fuel, menawarkan jalan untuk menyeimbangkan pengurangan emisi dengan keamanan energi. Penelitian ini mengevaluasi implementasi oxy-fuel pada boiler Circulating Fluidized Bed (CFB) 60 MWe di Pembangkit Listrik Tenaga Uap Pulang Pisau menggunakan simulasi numerik Ansys Fluent 2025 R1. Studi ini berfokus pada penentuan pengaruh rasio O2/RFG (21/79, 25/75 dan 30/70) untuk mempertahankan karakteristik pembakaran seperti distribusi suhu dan medan kecepatan di seluruh tungku yang sebanding dengan pembakaran udara konvensional. Di samping itu, profil emisi produk pembakaran dianalisis untuk mengevaluasi dampak penerapan oxy-fuel combustion terhadap pengurangan senyawa berbahaya seperti SO2 dan NOx, sekaligus memastikan kesesuaian sistem dalam memfasilitasi proses penangkapan karbon. Untuk memastikan konsistensi, laju aliran massa batubara dan laju superficial gas total dijaga konstan di semua kasus. Hasil menunjukkan bahwa pembakaran oxy-fuel pada rasio ini secara signifikan meningkatkan profil termal dan kualitas emisi. Suhu bed meningkat sebesar 7,45%; 27,91% dan 42,57%, sementara suhu outlet siklon naik antara 8,73%; 17,51% dan 18,33% berturut-turut. Parameter termal yang meningkat ini sejalan dengan lonjakan drastis konsentrasi CO2 mencapai 325,12% lebih tinggi dibandingkan pembakaran konvensional, sehingga meningkatkan kelayakan penangkapan karbon. Lebih lanjut, metode ini terbukti lebih ramah lingkungan dengan mencapai pengurangan SO2 yang substansial hingga 43,17% dan menurunkan emisi NOx hingga 56,58%. Penelitian ini menegaskan kelayakan teknis untuk memodifikasi unit CFB yang ada dengan teknologi oxy-fuel, memberikan wawasan penting tentang bagaimana pengayaan oksigen memengaruhi kinerja termal dan profil emisi selama transisi menuju produksi energi yang lebih bersih.
===============================================================================================================================
Indonesia aims to achieve Net Zero Emission (NZE) by 2060, necessitating a massive decarbonization of its energy sector while maintaining the stability of the national power grid currently dominated by coal-fired power plants. As a transitional solution, Carbon Capture, Utilization, and Storage (CCUS) technologies, specifically oxy-fuel combustion, offer a pathway to balance emission reduction with energy security. This research evaluates oxy-fuel implementation on a 60 MWe Circulating Fluidized Bed (CFB) boiler at the Pulang Pisau Power Plant using Ansys Fluent 2025 R1 numerical simulations. The study focuses on determining O2/RFG ratios (21/79, 25/75 and 30/70) effect to maintain combustion characteristics such as temperature distribution and velocity field across the furnace comparable to conventional air-firing. In addition, the combustion product emission profile was analyzed to evaluate the impact of implementing oxy-fuel combustion on reducing harmful compounds such as SO2 and NOx, while ensuring the system's suitability for facilitating the carbon capture process. To ensure consistency, coal mass flow and superficial gas velocity were kept constant across all cases. Results indicate that oxy-fuel combustion at these ratios significantly enhances thermal profiles and emission quality. Bed temperatures increased by 7.45%, 27.91% dan 42.57%, while cyclone outlet temperatures rose by 8.37% 17.51% and 18.34%, respectively. These elevated thermal parameters align with a drastic surge in CO2 concentration, reaching 325.12%, thereby improving carbon capture feasibility. Furthermore, the method proves environmentally superior, achieving a substantial SO2 reduction of up to 43.17% and lowering NOx emissions by 56.58%. This research confirms the technical feasibility of retrofitting existing CFB units with oxy-fuel technology, providing critical insights into how oxygen enrichment influences thermal performance and emission profiles during the transition toward cleaner energy production.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	Penangkapan karbon, Boiler CFB, Pengurangan emisi, Simulasi numerik, Pembakaran oxy-fuel, Carbon capture, CFB boiler, Emission reduction, Numerical simulation, Oxy-fuel combustion
Subjects:	T Technology > T Technology (General) > T57.62 Simulation T Technology > TD Environmental technology. Sanitary engineering > TD171.75 Climate change mitigation T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ263.5 Boilers (general)
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	Fandy Aridha Perbawajaya
Date Deposited:	28 Jul 2026 07:42
Last Modified:	28 Jul 2026 07:42
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/138661

Actions (login required)

View Item