Di pabrik kraft modern, recovery boiler bukan sekadar tungku; ini adalah mesin uang. Unit single‑drum terkini menangani 1.000–4.500 ton dry solids/hari (≈100–300 MW uap) menurut IFRF dan Babcock & Wilcox. B&W bahkan melaporkan desain hingga 10.000.000 lb/day (≈4.500 tpd) dry solids dengan uap mencapai 12,6 MPa (1.850 psi) dan 510 °C (sumber).

Arsitekturnya khas: dinding furnace berpendingin air, bagian konvektif di atas, plus susunan superheater/boiler untuk meminimalkan fouling (B&W). Firing high solids—kini lazim di 80–85%—mendorong efisiensi termal, karena tiap kenaikan 1% solids mengurangi energi menguapkan air (IFRF). Multi‑tier liquor guns (2–16 gun, jarak ~3–5 m di atas hearth) memastikan sebaran injeksi merata (IFRF), dipadukan lantai bed miring dan sistem udara sekunder yang dioptimasi CFD (computational fluid dynamics) untuk pembakaran tuntas dan bed stabil (B&W; Valmet). Desain lanjutan seperti dual‑pressure untuk siklus reheat makin mengerek pembangkitan daya (B&W).

Kinerja operasionalnya jarang batch; ini maraton tahunan. Efisiensi fuel‑to‑steam (HHV) tipikal 60–70% (IFRF), dibatasi laten air dan panas dalam smelt. Di pabrik yang terkelola baik, chemical recovery—fraksi natrium/belerang yang kembali sebagai Na₂CO₃/Na₂S—mencapai ≈95–97% (ScienceDirect; Andritz), dengan syarat kondisi furnace dijaga ideal.

Fitur desain dan parameter kinerja

Boiler modern dirancang untuk menjaga reaksi utama di zona bawah agar bagian atas dan superheater tetap bersih (IFRF). Dalam siklus uap‑kondensat, pemolesan kondensat (condensate polishing) membantu menekan pengotor yang memicu fouling; banyak pabrik mengandalkan unit seperti condensate polisher untuk menjaga kualitas sirkulasi uap‑air tetap konsisten.

baca juga: 

Pengertian dan Pengaruh TDS dan TSS Terhadap Kualitas Air

Kondisi operasi yang menentukan hasil

Black liquor solids dan laju umpan: konsentrasi bakar typ. 68–80% solids (IFRF). Solids lebih tinggi mengurangi beban penguapan dan menaikkan temperatur furnace, memperbaiki recovery energi (IFRF), tetapi terlalu tinggi (>80%) meningkatkan viskositas dan risiko “rain”/carryover. Beban partikulat di gas buang berbanding lurus dengan throughput solids; uji EPA menunjukkan emisi partikulat ∝ black liquor solids yang dibakar (EPA). Pengoperasian stabil >70% MCR (maximum continuous rating) diutamakan; pada beban rendah (<70% MCR), CO dan TRS (total reduced sulfur) melonjak tajam (ResearchGate).

Udara pembakaran dan stoikiometri: target O₂ sisa kecil di flue gas, typ. ~1–2% O₂. Kekurangan udara memunculkan CO, VOC, dan TRS, serta carryover; kelebihan udara mengoksidasi Na₂S menjadi Na₂SO₄ dan menurunkan alkali aktif. Regresi EPA menunjukkan menaikkan excess O₂ secara kuat menurunkan TRS (EPA), tetapi O₂ tinggi berkorelasi dengan NOx lebih tinggi dan reduksi kimia lebih rendah. Praktiknya, setpoint ~1–1,5% O₂ dengan CO minim menjadi sasaran (Valmet; EPA). Distribusi udara primer/sekunder yang seragam—sering dioptimasi CFD—mengatasi “dead zones” dan memastikan droplet jatuh ke char bed stabil (Valmet).

Temperatur furnace: char bed yang panas dan seragam (~850–950 °C) diperlukan untuk burnout karbon dan peleburan garam anorganik menjadi smelt. Bed terlalu dingin/terlalu tipis memicu incomplete burnout; terlalu panas melaserasi ash atau mempercepat reaksi smelt‑air/air‑air. Operator memantau temperatur inlet superheater dan ΔT gas buang, lalu menyesuaikan liquor gun/air split agar bed stabil (IFRF).

Sulfidity dan neraca kimia: rasio Na₂S:NaOH dalam black liquor memengaruhi emisi dan recovery. Sulfidity tinggi menurunkan SO₂; EPA menegaskan SO₂ utamanya ditentukan sulfidity liquor (EPA). Sulfidity green liquor yang tinggi dan TTA (Total Titratable Alkali) yang terukur menandakan reduksi efisien; koreksi dilakukan lewat causticizing (proses mengubah Na₂CO₃ menjadi NaOH) dan make‑up.

Distribusi beban dan heat release: hearth heat release rate dibatasi agar firing tidak “terlalu rich” yang bisa membekukan smelt atau merusak furnace. Sebagian boiler mengatur tekanan uap drum atau sebaran firing untuk mengendalikan kecepatan gas/waktu tinggal. Keseimbangan beban mencegah slagging; K/Cl tinggi cenderung menempel jika aliran tidak seragam. Valmet memperingatkan carryover besar bisa memaksa outage tak terencana (Valmet).

Di sisi kimia air umpan, pengelolaan boiler water mendukung kestabilan operasi—dari pengendalian oksigen terlarut dengan oxygen scavengers, penyangga alkalinitas lewat alkalinity control, hingga proteksi pH kondensat memakai neutralizing amine.

Memaksimalkan chemical recovery

Pembakaran tuntas tanpa over‑oxidation: organik harus dikonversi menjadi CO₂/CO di dalam furnace, bukan di peralatan hilir. Incomplete burn (CO, soot, CH₃SH, dll.) mencuri energi dan membawa alkali sebagai aerosol. Valmet mencatat penurunan CO memungkinkan operasi dengan excess O₂ lebih rendah dan NOx lebih rendah (Valmet). Target CO sangat rendah—typ. <100 ppm—jadi proxy pembakaran lengkap.

Char bed stabil untuk anorganik: bed semi‑molten yang tercampur baik memberi waktu bagi sulfur membentuk H₂S (ditangkap sebagai Na₂S dalam smelt) dan karbon terbakar habis. Hindari fluidisasi (kecepatan udara berlebih) atau zona “mati” (penempatan udara buruk); jaga heat release seragam.

Kendali carryover: tiap 1 kg dry solids menghasilkan ≈0,4 kg smelt—kehilangan kecil pun berarti ton senyawa Na hilang per tahun (TheFornax). Minimalkan carryover lewat atomisasi gun, swirl udara, dan jadwal sootblowing; Valmet memperingatkan carryover memperparah fouling/korosi superheater hingga kebocoran pipa atau kasus ekstrem ledakan (Valmet).

Target metrik: operator memantau reduction efficiency (umumnya dari sulfida di green liquor) dan kekuatan white liquor. Praktik modern mencapai 90–97% recovery (ScienceDirect; Andritz). Menyimpang di bawah ~95% harus memicu investigasi (excess O₂, kebocoran air, spill back, performa burner/nozzle menurun). Mill maju menargetkan ~95%+ dengan analyzer in‑situ dan diagnostik CFD (Valmet; Valmet).

Baca juga: Pengolahan Limbah Secara Kimia

Sumber emisi dan pengendalian

Partikulat: debu fly‑ash dari burnout yang tidak sempurna ditangkap ESP (electrostatic precipitator) atau baghouse. Boiler modern tipikal 10–100 mg/Nm³ (gas kering, 3% O₂) (ResearchGate); ESP konvensional kini rutin 5–10 mg/Nm³, sedangkan baghouse bisa <5 mg/Nm³ (Andritz). BAT menargetkan <0,1 kg/ADt (air‑dry tonnes; ton udara‑kering) ≈5–50 mg/m³ (Andritz; ResearchGate).

TRS (Total Reduced Sulfur): senyawa berbau (H₂S, CH₃SH) dari oksidasi yang tidak tuntas. Pengukuran global menunjukkan modern boiler <10 mg/Nm³ (ResearchGate). EPA menunjukkan menaikkan O₂ menekan TRS (EPA); karenanya operasi menjaga minimal O₂ stabil ~1–1,5% (EPA). Batas regulasi ketat: di AS, Montana/EPA tetapkan 17,5 ppm (≈30 mg/Nm³) rata‑rata harian pada 1970‑an; retrofit kala itu menurunkan TRS ke <10 ppm (≈10 mg/Nm³) >90% waktu, dari 100–700 ppm (EPA).

SO₂: berasal dari pembakaran sulfat anorganik. Tipikal 100–800 mg/Nm³ (ResearchGate), namun operasi sulfidity tinggi dan bahkan smelt‑water wash menurunkannya. Benchmark BAT menunjukkan kiln terbaik <0,1 kg(S)/ADt—setara puluhan mg/m³ (ResearchGate). Pengendalian dilakukan dengan monitor in‑line (mis. pulse UV SO₂ analyzer) dan neraca sulfur.

NOx: terutama thermal/fuel NOx. Black liquor kering mengandung N rendah (~0,1%), sehingga NOx moderat; tanpa kontrol khusus tipikal 200–300 mg/Nm³ (6% O₂) (Valmet). Langkah primer—kontrol O₂ ketat dan air staging—sering cukup memenuhi ~200 mg/Nm³, namun target 100 mg/Nm³ (China/UE) memicu kebutuhan kontrol sekunder; pengembangan terbaru (mis. Lo‑NOx firing, SNCR) melaporkan reduksi 80–95% (Andritz). Operator sebaiknya menghindari flue gas recirculation yang merugikan reduksi dan menjaga temperatur nyala sedang.

CO dan VOC: indikator incomplete combustion. Praktik baik menjaga CO <100–200 ppm; konversi ke combustor terkontrol menurunkan opacity/meniadakan plume tampak (EPA); monitor CO kontinu direkomendasikan.

Benchmark operasi/regulasi (gas kering, 3% O₂): tipikal SO₂ 100–800 mg/Nm³; TRS <10 mg/Nm³; NOx 100–260 mg/Nm³; Partikulat 10–200 mg/Nm³; PM 0,1–0,5 kg/ADt (≈10–50 mg/Nm³) (ResearchGate). Andritz menyebut ESP mampu 5–10 mg/Nm³ partikulat, dan sistem maju membidik ~0 mg ke cerobong (Andritz), sementara beberapa mill menargetkan “zero emissions” (TRS <1 mg/Nm³).

Monitoring dan kontrol berbasis data

Kontrol pembakaran: jaga tekanan/draft furnace stabil. Pantau O₂/CO flue dan draft—setpoint typ. O₂=1–1,5% dan CO mendekati nol. Gunakan over‑fire air staging bila diperlukan untuk memangkas NOx tanpa mengurangi udara utama; seimbangkan aliran bahan bakar/udara per gun.

Instrumentasi recovery: pantau TTA (Total Titratable Alkali) green liquor dan sulfidity secara kontinu. TTA tinggi menandakan bahan aktif; penurunan mengindikasikan kehilangan. Banyak mill menghitung “reduction efficiency” dari analisis liquor; ≥95% menandakan operasi baik (ScienceDirect; Andritz). Pantau komposisi/temperatur smelt karena memengaruhi laju pembuangan.

Sootblowing/pembersihan: jadwal sootblowing (steam/udara) rutin membersihkan deposit garam/karbon. Thermocouple fouling di berbagai zona menandai penumpukan. Kinerja ESP dijaga—rapping, elektroda, resistivitas. Kasus EPA menunjukkan penurunan massa partikulat 83% (6.000 ➞ 1.000 lb/hari) setelah pemasangan ESP dan optimasi firing (EPA). Untuk mencegah scale termal, program bahan kimia seperti scale control sering diintegrasikan dengan strategi pembersihan.

Penanganan smelt: jaga spout dan sistem pelarutan pada kondisi desain; plugging memperhentikan operasi. Pemantauan ruang spout via kamera/alarm umum dilakukan. Praktik sederhana—perlakuan air pendingin spout yang tepat—krusial mencegah kegagalan (TheFornax); kontrol temperatur air (mis. batas sekitar 140 °F) juga relevan (TheFornax). Untuk kualitas air pendingin/make‑up, pretreatment membran seperti ultrafiltration diikuti RO air payau lazim diterapkan; polishing silika dapat ditopang resin campuran mixed‑bed.

Kontrol lingkungan: pastikan kontrol tambahan beroperasi saat perlu (mis. scrubber TRS pada vent tangki smelt, SNCR untuk NOx). Banyak yurisdiksi mensyaratkan kepatuhan baik dalam basis konsentrasi (mg/Nm³) maupun massa (kg/ADt). Dosis reagen kimia yang konsisten sangat bergantung pada akurasi peralatan seperti dosing pump.

baca juga: Media Filtrasi : Sand Filter, Carbon Filter dan Iron Filter

Contoh, tren, dan hasil terukur

Beban vs emisi: studi Vakkilainen dkk. (2010) pada data jam‑jam sebuah recovery boiler besar menunjukkan di bawah ~70% load, CO dan TRS naik tajam, sementara NOx meningkat pada beban sangat tinggi; di atas ~70% semua polutan stabil—argumen bisnis untuk beroperasi dekat kapasitas desain (ResearchGate).

Chemical recovery: tinjauan global menunjukkan furnace yang dikelola baik mencapai ~97% pemulihan kimia pulping (ScienceDirect). Perbaikan desain—spray gun lebih ketat, kedalaman bed—mendukung >95% reduksi Na/S; konsep “Lo‑alkali” baru menargetkan 95% reduction efficiency dalam satu lintasan (Andritz). Banyak mill mengaudit neraca natrium pabrik; total sodium in/out selayaknya cocok dalam beberapa persen sepanjang waktu.

Reduksi emisi: retrofit “Controlled Odor” EPA (1974)—konversi ke non‑contact evaporator dan optimasi udara—menurunkan TRS dari rata‑rata ~400 ppm (100–700) ke <10 ppm (0–25 ppm), dan partikulat dari 6.000 ke 1.000 lb/hari (turun 83%) (EPA). Kunci: pola udara furnace dan pemasangan ESP.

Kinerja modern: operasi “ultra‑clean” bisa menempatkan TRS mendekati 0 (ppm rendah) dan partikulat single‑digit mg/Nm³; Andritz melaporkan baghouse menjaga PM <5 mg/Nm³ (Andritz). Di sisi energi, upgrade yang menaikkan temperatur flue untuk SCR menghasilkan payback ~1,7 tahun dengan tambahan 13 MW pembangkitan (Valmet).

Konteks Indonesia: APRIL di Riau mengidentifikasi akumulasi klorida/kalium dalam ash black liquor yang mengkorosi boiler; solusinya, kristalisasi untuk mengeluarkan ~550 ton/hari electrolytic ash—mencegah clogging smelt‑line dan menjaga uptime (Sustainability Matters). Dari sisi lingkungan, APRIL melaporkan SO₂/TRS recovery boiler dalam batas regulasi Indonesia yang selaras BAT (mis. <0,1 kg S/ADt) (ResearchGate).

Praktik operasi terbaik

Optimasi kualitas black liquor: pastikan evaporator memasok solids setinggi mungkin (typ. ≥75–80%) (IFRF). Kendalikan impuritas (Cl⁻, K⁺) lewat purging/pretreatment karena memicu deposit/korosi (Sustainability Matters). Manfaatkan pengolahan air make‑up yang stabil—misalnya deionisasi via demineralizer—untuk konsistensi kimia sirkuit.

Menjaga kontrol pembakaran: gunakan sensor O₂ cepat dan monitor CO untuk setpoint excess air. Setel split udara primer/sekunder; hindari osilasi draft/beban (start/stop gun cepat) yang memicu spike TRS/carryover. Pertimbangkan staged combustion atau flue recirculation hanya jika target NOx mengikat karena dapat memengaruhi kimia bed.

Monitoring ketat: log kontinu O₂/CO flue, laju uap, TTA green/white liquor, dll. Alarm saat CO >300 ppm, O₂ <0,5% atau >2,5%, atau lonjakan debu. Analisis per jam penting; peringatan Vakkilainen, average panjang menyamarkan spike berbasis beban (ResearchGate).

Menjaga perpindahan panas: sootblowing terjadwal sebelum fouling menurunkan heat flux. B&W menekankan desain untuk meminimalkan titik deposit (B&W), namun carryover tetap memicu deposit; cleaning tepat waktu wajib. Peralatan pemanas udara/air umpan juga perlu terawat; preheating mengurangi rugi flue dan emisi (B&W). Untuk menjaga pH/alkalinitas, penggunaan bahan kimia terintegrasi seperti neutralizing amine membantu stabilitas sirkuit kondensat.

Perawatan spout smelt: ikuti kualitas/aliran air pendingin (kemurnian tinggi, temperatur tepat) agar spout tidak burnout (TheFornax; TheFornax). Seimbangkan beban spout; jaga kimia tangki pelarut agar komposisi smelt stabil. Jika ada kebocoran/kegagalan spout, isolasi segera; jangan memaksa operasi dengan spout bermasalah.

Sistem kontrol emisi: pastikan ESP/baghouse terpelihara (filter/elektroda). Jika regulasi NOx diperketat, siapkan SNCR (injeksi 800–900 °C) atau SCR; namun Valmet mengingatkan retrofit SCR butuh gas flue sangat bersih (debu <30 mg/Nm³, SO₂ <5 mg/Nm³ di ~250 °C) (Valmet). Modul kecil SNCR/SCR dapat memotong NOx ~50–80% saat dibutuhkan. Untuk menjaga feedwater ultra‑murni tanpa regen kimia, beberapa fasilitas memakai EDI sebagai tahapan akhir pemurnian.

Baca juga: 

Penerapan Sistem Biofilter dalam Pengolahan Limbah Air

Dampak bisnis dan keandalan

Penghematan bahan kimia: pada ~97% recovery (ScienceDirect), kebutuhan make‑up turun. Penurunan 1% (97% ➞ 96%) bisa berarti puluhan dolar/ton pulp dalam nilai kaustik; pembacaan sulfidity/reduksi perlu ditautkan ke biaya kehilangan vs penghematan energi.

Pembangkitan energi: mendorong solids dari 70% ke 80% meningkatkan output uap beberapa persen; heat surface bersih mencegah derating. Satu mill melaporkan kenaikan ~50 MW setelah upgrade feeding system dan nozzle. Untuk memastikan air make‑up konsisten, kombinasi membran RO/NF/UF sering dipilih sebagai tulang punggung utilitas.

Kepatuhan emisi: tinjauan BAT mencatat level SO₂ ~1–4 kg(S)/ADt dan TRS <0,05 kg(S)/ADt (ResearchGate; ResearchGate). Mencapai sisi bawah rentang—serta menghindari sanksi—bergantung pada disiplin operasi. CEMS (continuous emission monitors) pada cerobong menjadi tulang punggung pelaporan.

Reliabilitas dan keselamatan: upset di recovery boiler bisa memaksa outage berminggu‑minggu; spout membeku dapat menumpahkan smelt ke furnace. Sebaliknya, carryover rendah memperpanjang interval antar shutdown. Valmet mencatat minimnya carryover bukan hanya menekan emisi, tetapi memperpanjang waktu antar shutdown, menaikkan availability dan ROI (Valmet).

Intinya konsisten: kendali ketat atas lingkungan recovery boiler—solids liquor, udara, gas, dan penanganan padatan—menghasilkan dua manfaat serentak: chemical recovery mendekati penuh dan emisi sangat rendah. Patokan praktis yang teruji industri: partikulat <10 mg/Nm³, TRS ≈0–10 mg/Nm³, NOx ≈100–200 mg/Nm³—dan operasi di atas ~70% MCR untuk stabilitas (Andritz; ResearchGate). Dengan perangkat air umpan yang tepat—misalnya pretreatment RO berbasis membran Toray dan polishing akhir—serta program kimia boiler yang disiplin, operasi harian menjadi lebih tenang dan neraca bisnis menguat.