Gas Conditioning Tower

Dalam operasi normal gas panas dari Suspension Preheater (SP) digunakan sebagai gas untuk drying dan transporting di Raw Mill dan Coal Mill sebelum dibuang ke lingkungan melalui stack. Namun terkadang Raw Mill stop operasi entah itu untuk preventive maintenance atau breakdown sedangkan kiln tetap beroperasi sehingga gas panas dari SP harus melalui suatu alat pendingin karena akan sangat berbahaya bagi lingkungan jika gas panas langsung dibuang melalui stack sebab selain suhunya masih terlalu tinggi juga masih mengandung dust yang dapat ditangkap kembali oleh Dedusting System. Alat pendingin yang hanya beroperasi saat Raw Mill stop disebut dengan Gas Conditioning Tower (GCT) karena gas memang dikondisikan temperaturnya sedemikian rupa agar dust terbawa oleh gas dapat ditangkap oleh dedusting system yang biasanya digunakan Electrostatic Precipitator (ESP). Sebagai informasi di Indonesia melalui Bapedal menetapkan standard konsentrasi debu maksimal keluar lingkungan pada pabrik semen adalah 80 mg/m3 atau 80 ppm.
Gas Conditioning Tower (GCT) merupakan auxiliary equipment di pabrik semen yang digunakan untuk menurunkan temperatur gas panas dari preheater yang akan menuju Electrostatic Precipitator. Pengkondisian ini dilakukan untuk meningkatkan dew point gas yang menjadi parameter penting bagi performance ESP. Selain itu penurunan temperatur akan meningkatkan humidity/moisture dan resistivitas gas sehingga meningkatkan efisiensi penangkapan dust particle yang terbawa oleh gas. Suhu gas yang ideal di EP berkisar antara 110-140oC. Dew point akan naik dari 35oC menjadi 52-55oC .
Gas panas dari top preheater yang bersuhu 280-350oC akan menuju GCT (ketika raw mill stop) diturunkan suhunya sampai 120-140oC. Pendinginan lebih rendah dari itu dapat menyebabkan kondisi material lembab di bagian bawah GCT. Gas masuk dari top GCT akan dispray dengan air melalui sejumlah nozzle sehingga terjadi proses direct cooling secara co-current. Proses perpindahan panas secara co-current ini dipilih karena waktu kontak antara gas dan air lebih lama. Pendinginan gas denganwater spray akan menurunkan volum gas sehingga dapat menurunkan power consumption EP raw mill fan karena beban fan menjadi berkurang. Gas akan keluar dari bawah GCT sedangkan dust yang terpisah secara gravitasi akan dikumpulkan di hopper dan ditransport melalui screw conveyor (diinstal dibawah GCT dengan reversible drive (dapat bergerak dalam 2 arah bloak-balik)). Debu yang tertangkap akan ditransport ke blending silo dan dicampur dengan produk raw mill sebagai kiln feed. Di kedua ujung screw conveyor diinstal pendulum flap valve untuk mencegah air leakage (kebocoran udara).

Dalam design sistem gas di GCT diambil safety factor 10% untuk air leakage sehingga gas keluar GCT ada 3 sumber:

1. Volum gas awal masuk GCT
2. Penambahan volum uap air yang menguap dari water spray
3. Air leakage (10%)

Neraca panas pada GCT

 Water consumption di GCT

Dengan asumsi gas masuk GCT bersuhu 300oC dan keluar bersuhu 140oC maka water required untuk berbagai kapasitas plant adalah sebagai berikut:

Kriteria design GCT

• Kecepatan rata-rata gas di dalam GCT ≈2 m/s
• Waktu tinggal (retention time) gas di dalam GCT 10-12 detik
• L/D biasanya 3:1 sampai 3,5:1

Contoh:
Volum gas dari kiln 250000 m3/jam dengan ducting berdiameter 3 m, jika diambil laju gas di GCT 2 m/s maka ukuran GCT sebagai berikut:

Luas penampang GCT = 250000/3600 (m3/s)/2 m/s = 34,72 m2

Diameter GCT = 6,6 m

Ambil L/D =3,5:1

Panjang kolom GCT = 23,1 m

Cek retention time = 23,1/2 = 11,55 detik (cocok)

Air dispray menggunakan sejumlah nozzle sehingga akan terbentuk kabut (atomisasi). Nozzle adalah alat yang berfungsi mengubah energi tekanan menjadi energi kinetik (kecepatan) sehingga diperlukanhigh pressure pump untuk dapat mensuplai air bertekanan tinggi, umumnya pressure pompa 35-40 bar. Air bertekanan dengan volume tertentu akan memasuki ruang nozzle yang sempit (orifice) sehingga akan pecah menjadi sejumlah butiran kecil air (droplet). Tujuan atomisasi adalah untuk meningkatkan luas permukaan total air yang akan meningkatkan kecepatan perpindahan panas dari gas ke permukaan droplet sehingga terjadi penguapan air dan pendinginan gas (evaporative cooling). Oleh sebab itu ukuran droplet yang halus sangat dibutuhkan untuk meningkatkan efisiensi proses pendinginan gas. Ukuran droplet merupakan salah satu kriteria kritis yang harus ditentukan, ini disebabkan oleh waktu evaporasi pada droplet merupakan fungsi eksponensial pada perubahan temperatur yang menjadi driving force antara gas panas dan air.

Nozzle Arrangement

Inlet GCT

Gas Distributor

Swirl atau grate yang ada di dalam grate distributor berfungsi untuk memisahkan debu dari gas akibat efek tumbukan, pemisahan debu  juga diakibatkan penurunan laju gas karena perbedaan diameter dari ducting inlet dengan kolom GCT.