Dokumen tersebut membahas tentang grate cooler yang digunakan untuk mendinginkan clinker panas yang keluar dari kiln dengan menggunakan udara pendingin yang didistribusikan melalui sistem ducting, sehingga panas dari clinker dapat dipindahkan dan dimanfaatkan kembali untuk proses pembakaran di kiln."

3. suatu grate yang men-transport clinker dengan gerakan reciprocating
dan fan dengan ducting system yang mendistribusikan udara
melewati lapisan clinker dg maksud untuk mendinginkan clinker
Basic Concept

4. Grate Cooler / Terminology
Primary air
Cooling air
Secondary air
Tertiary air
Cooled
clinker
Hot clinker
Waste air
Middle air
Recuperation zone
Cooling zone

5. Apa fungsi GRATE COOLER ?
– Pendinginan clinker
– Recuperation panas untuk
dimanfaatkan dalam Kiln system
–Transport clinker setelah Kiln system

6. Heat Recuperation Terminology
• Apakah Recuperation itu ?
Adalah suatu proses dimana udara dari fan cooler melewati lapisan clinker
panas untuk kemudian panas dari clinker dipisahkan dan diuapkan
menjadi gas panas.
• Gas panas tersebut dimanfaatkan sebagai : Dimana :
KI = Aliran clinker dari kiln
O = Aliran clinker keluar
Cooler
SA = Udara sekunder ke kiln
TA = Udara tersier ke SP
VA = Udara buang ke EP
CA = Udara Pendingin

7. Mengapa klinker perlu didinginkan?
 Klinker panas sangat sulit untuk ditransportasikan.
 Klinker panas berpengaruh tidak baik terhadap proses
penggilingan selanjutnya.
 Agar diperoleh klinker yang bersifat amorf sehingga
mudah digilin
 Recovery panas yang terkandung pada klinker panas
diperlukan untuk mengurangi biaya produksi.
 Pendinginan klinker yang baik dapat meningkatkan
kualitas danproduksi semen.
 Agar C3S tidak terdekomposisi kembali menjadi C2S dan
C.

8. Laju Pendinginan Klinker
• Laju kecepatan pendinginan klinker menentukan komposisi
akhir klinker.
• Jika klinker yang terbentuk selama pembakaran didinginkan
perlahan maka beberapa reaksi yang telah terjadi di kiln
akan berbalik (reverse), sehingga C3S yang telah terbentuk
di kiln akan berkurang dan terlarut pada klinker cair yang
belum sempat memadat selama proses pendinginan.

9. • Dengan pendinginan cepat fasa cair akan
memadat dengan cepat sehingga mencegah
berkurangnya C3S.
• Fasa cair yang kandungan SiO2-nya tinggi dan
cair alumino-ferric yang kaya lime akan
terkristalisasi sempurna pada pendinginan
cepat. Laju pendinginan juga mempengaruhi
keadaan kristal, reaktivitas fasa klinker dan
tekstur klinker.

10. • Pendinginan klinker yang cepat berpengaruh
pada perilaku dari oksida magnesium dan juga
terhadap soundness dari semen yang
dihasilkan.

11. • Makin cepat proses pendinginannya maka
kristal periclase yang terbentuk semakin kecil
yang timbul pada saat kristalisasi fasa cair.

12. • Klinker dengan pendinginan cepat
menunjukkan daya spesifik yang lebih rendah.
Hal ini disebabkan proporsi fasa cair yang
lebih besar dan sekaligus ukuran kristalnya
lebih kecil.

13. COOLER
Secara garis besar pengaruh laju pendinginan klinker terhadap kualitas klinker
dapat terlihat berikut ini :
Material/Parameter Pendinginan lambat Pendinginan cepat
( 4-5 oC/menit ) ( 18 – 20 oC/menit )
MgO Kristal periclase Kristal glassy
C3A dan C4AF Kristaline Glassy
C2S dan C3S Kurang aktif Aktif
Stabil Tidak stabil
Ukuran partikel Lebih besar Relatif lebih kecil
Kuat tekan awal Tinggi Rendah
Kuat tekan akhir Rendah Tinggi
Keaktifan hidrolis Kurang Lebih baik
Soundness Kurang Baik
Ketahanan terhadap sulfur Kurang Baik

14. COOLER
b. Efisiensi konversi energi dalam proses pendinginan klinker.
• Efisiensi pendinginan klinker diukur berdasarkan jumlah energi yang
dapat dipindahkan ke udara pendingin dibanding energi total yang
terkandung di dalam klinker saat keluar dari kiln.
• Semakin tinggi energi yang terserap oleh udara, proses pendinginan
klinker semakin efisien.
• Akan lebih bagus lagi bila jumlah udara yang dibutuhkan untuk
pendinginan semakin sedikit (mendekati kebutuhan udara untuk
pembakaran bahan bakar), karena biasanya udara sisa yang tidak
dipergunakan untuk pembakaran akan dibuang kembali ke lingkungan
yang dapat pula berarti merupakan tambahan kerugian energi secara
keseluruhan.

15. COOLER
Grate Cooler
• Pada awal pengembangannya pemakaian grate cooler dimaksudkan untuk
mendapatkan laju pendinginan yang cepat untuk mengurangi pengaruh kristal
periclase sehingga diperoleh kualitas klinker yang baik. Tetapi pada kenyataannya
diperoleh juga perpindahan panas yang sangat baik sekali sehingga cooler jenis ini
bisa menerima klinker dengan temperatur sampai dengan 1360 - 1400 oC.
• Dengan penggunaan udara berlebih klinker yang keluar bisa mencapai temperatur
sampai dengan 65oC di atas temperatur udara sekitar sehingga bisa langsung
digiling dan efisiensi perpindahan panas dari klinker ke udara dapat berkisar 72 - 75
%.
• Perpindahan panas terjadi pada kondisi kombinasi cross current dengan counter
current antara klinker dengan udara pendinginnya. Partikel-partikel halus akan
jatuh ke dalam chamber udara yang ada di bawah grate plate dan dikeluarkan
menggunakan air sluice dan ditarik oleh drag chain conveyor, sementara klinker
yang berukuran besar dihancurkan oleh clinker breaker, berupa hammer crusher,
yang ada di ujung grate cooler.
• Penggunaan udaranya berkisar 1,8 - 2,4 Nm3/kg klinker dengan temperatur klinker
dingin bisa mencapai 120 - 150 oC.
• Penggunaan udara sirkulasi dapat dilakukan pada sistem ini sehingga mengurangi
udara yang terbuang keluar.

16. Air Distribution

17. Air Distribution Velocity
• C1 (Cooler Throat) : 5-6 m/sec
• C2 (Above Grate) : 10-12 m/sec
• C3 (TAD w/o Settle. Ch) : 5-6 m/sec
• C3 (TAD w Settling. Ch) : 8-10 m/sec
• C4 (Hot Air Take Off) : 8-10 m/sec
• C5 (Exhaust Air) : 8-10 m/sec

18. Air Distribution Simple Calculation
Following step below :
 Measuring static and dynamics pressure
- Tertiary Air Duct
- Hot Air Take Off
- Exhaust Air
 Measuring temperature
 Measuring cooling fans velocity
 Measuring cooling fans horn diameter
 Establish Nm3/kcal combustion air minimum

19. Bagian-Bagian Utama Cooler
• 1. Casing
• Lining casing luar cooler terbuat dari
konstruksi baja/plate dan rip langit-langit
diperkuat dengan beam. Plate untuk dinding
dilapisi dengan isolasi dan batu tahan api
castable, untuk mengurangi kehilangan
radiasi panas. Keadaan bagian dalam cooler
dapat dilihat melalaui inspection hole yang
tersedia pada bagian atas dan samping cooler.

20. • Cooling Grate
• Cooling Grate terdiri dari beberapa baris grate plate
yang disusun sejajar dengan kemiringan 100. Grate
plate terdiri dari dari movable grate dan stationary
grate yang disusun secara longitudinal terhadap arah
cooler. Stationary grate dipasang pada support bracket
plate dan center support dihubungkan ke center beam.
Movable grate dipasang pada support frame dan
dihubungkan ke moving frame. Grate plate memiliki
lubang pendingin. Stationary grate plate tidak sama
bentuknya dengan movable grate plate, sehingga tidak
dapat ditukar pemasangannya

21. • Hydraulic Drive Movable frame digerakkan
oleh Cylinder Hydraulic Pump yang
dihubungkan ke movable grate. Bukaan pada
dinding Cooler bagian bawah untuk
pergerakan. Hydraulic Drive dilengkapi
dengan partition plate sebagai sealing.

22. • Carrying Axle
• Carrying axle/running axle disupport oleh 2
buah internal roller dan satu buah guide
roller yang mempunyai flange/guide untuk
mengarahkan gerakan movable frame.

23. • 5. Hammer Breaker
• Cooler dilengkapi dengan 2 unit hammer
breaker yang terdiri dari dari breaker rotor dan
casing spesial wear lining yang ditumpu oleh 2
buah bearing hausing. Pelumasan pada bearing
diberikan secara otomatis central lubricantion
lube dengan grease pump. Breaker rotor,
digerakkan oleh motor listrik yang dihubungkan
dengan V-belt. Hammer dipasang pada rotor
disc, sedangkan casing rotor dapat diangkat
dengan hoist untuk mempermudah perbaikan.

24. • Hopper
• Untuk menampung debu yang lolos dari
lubang grate plate, sedangkan pengeluaran
dari hopper diatur oleh double tiping valve.

25. • Drag Chain Conveyor
• Drag chain biasanya untuk membawa butir
debu material yang lolos melewati lubang-
lubang grate cooler.

27. • Cara Kerja Clinker Cooler Bahan mentah yang telah digiring di raw
mill selanjutnya masuk ke homogenizing silo dan selanjutnya
diberikan proses pemanasan awal sehingga suhunya menjadi
8000C sebelum masuk ke rotary kiln yang bersuhu sekitar 14000C
ini kemudian masuk ke unit cooler untuk pendinginan sehingga
suhu klinker menjadi sekitar 1000C.
• Clinker (terak) dengan suhu tinggi akan jatuh pada cooler dan
didistribusikan secara seragam ke area kompartemen sesuai dengan
lebar gratenya. Dikarenakan suhu material akan berubah menurut
jarak, maka pendingin klinker dibagi menjadi beberapa
kompartemen dimana semakin dekat dengan kiln maka panjang
kompartemen semakin panjang. Udara yang telah melewati
material bersuhu sekitar 2000C akan dihisap untuk kemudian
digunakan sebagai sumber panas di preheater dan kiln yang
bertujuan untuk meminimalkan energi yang hilang ke

28. • lingkungan sekitar serta yang berarti pula menghemat
biaya. Volume jatuhan klinker ini akan selalu dimonitor
oleh sebuah transmitter tekanan yang dipasang di
undergrate. Jika volume curahan terak dari kiln
melebihi atau kurang dari nilai yang telah disetkan
maka transmitter tekanan akan mengirim sinyal ke
pengontrol tekanan sehingga akan segera mengolah
data tersebut yang selanjutnya data tersebut akan
dikirim ke pengontrol kecepetan motor penggerak
grate. Jika volume jatuhan klinker lebih besar dari yang
disetkan maka motor akan bergerak lebih cepat
dengan tujuan untuk mengecilkan bed depth dan
sebaliknya.

29. • Data dari pengontrol tekanan juga akan dikirim ke pengontrol katup fan
kompartemen pertama. Nilai bed depth yang besar akan menyebabkan laju
kecepatan aliran udara yang kecil tidak cukup kuat untuk menembus klinker yang
akan didinginkan. Hubungan antara beda tekanan (P), laju alir udara (v) dan
percepatan gravitasi (g) ditentukan oleh hubungan:
• P = v2. ξ /2g dimana : ξ = densitas udara Pertambahan nilai P akan berusaha
disetkan kembali dengan menambah laju aliran udara.
• Suatu nilai laju keepatan udara normal dengan open area 100% adalah sekitar
2meter/detik. Clinker dari kompartemen pertama dengan memanfaatkan gaya
gravitasi dengan memanfaatkan Hukum Newton I bahwa suatu benda akan selalu
mempertahankan gerak asalnya. Dengan didinginkan oleh udara yang bersumber
dari fan di undergrate tiap kompartemennya clinker bergerak ke ujung cooler
dengan suhu turun menjadi sekitar 1000oC. clinker yang telah didinginkan
selanjutnya diperkecil ukurannya dengan clinker breaker dengan maksud untuk
memperluas area clinker yang terkena udara, sehingga mempercepat pendinginan
secara alami dalam perjalanan dengan mekanisme ban berjalan ke klinker silo
untuk disimpan. Debu dari pemecahan klinker dan debu selama proses
pendinginan akan dihisap melalui fan dan direduksi oleh EP untuk mengurangi
partikel yang akan menyebabkan pencemaran udara sebelum dilepas ke atmosfer.

30. Grate Cooler / Terminology
Primary air
Cooling air
Secondary air
Tertiary air
Cooled
clinker
Hot clinker
Waste air
Middle air
Recuperation zone
Cooling zone

31. Undergrate Pressure (Bed Resistance)
• Pressure undergrate dipengaruhi oleh :
– Ketebalan clinker bed diatas cooler – clinker bed yang tebal lebih
susah ditembus udara fan cooler.
– Rata-rata partikel size clinker – clinker bed yang kasar mempunyai
resistance yang lebih rendah daripada clinker bed yang halus.
– Temperature clinker (naik) – naiknya temperatur clinker akan
menambah volume udara pendingin yg berakibat naiknya bed
resistance.
• Optimum clinker bed depth memberi kesempatan udara pendingin
melewati clinker di atas grate.

32. Undergrate Pressure (Bed Resistance)
High Resistance
Low Resistance
clinker
Ilustrasi Volume udara terhadap fungsi dari Clinker Size

33. Undergrate Pressure (Bed Resistance)
Bed depth Granulometry

34. Grate Cooler Control Parameters
• Control parameters adalah indikator yang membantu mengontrol
dan monitoring clinker cooler.
• Main control parameters grate cooler yaitu:
– Pressure under grate
– Pressure Kiln hood
– Flow udara
– Temperatur udara sekunder dan tersier
• Secondary control parameters grate cooler yaitu:
– Temperature Grate plate
– Temperature Clinker discharge

35. Grate Cooler Control Parameters and Variables
Clinker Discharge Temperature
Kiln Hood Pressure
To ILC & SLC
Undergrate Pressure
Cooling Air Flowrate
Grate Plate Temperatures
Control Parameters
Exhaust Fan Speed
Grate Speed
Air Flowrate
Control Variables
To Raw Mill

36. Cooler Control Variables
• Control variables adalah actuators/penggerak-penggerak yang
digunakan untuk menjaga parameter-parameter control cooler
agar tetap mendekati set point-nya.
• Variable-variable grate clinker cooler yaitu :
– Airflow rates
• Menyediakan udara pendingin yang dibutuhkan
untuk mendinginkan clinker maupun udara
pembakaran untuk kiln system.
– Exhaust fan speed
• Mengontrol pressure kiln hood.
– Grate speed
• Mempengaruhi pressure undergrate cooler (bed
resistance).

37. Grate Speed Control
• Control speed grate mencegah resistansi clinker bed dari
berlebihnya pressure cooling fans dengan memastikan dijaga
konstan.
• Dua pilihan untuk kontrol speed grate yaitu:
– Menggunakan pressure undergrate compartment pertama
untuk mengontrol speed grate #1 dan untuk speed grate
berikutnya menggunakan ratio berdasarkan speed grate #1.
– Mengontrol setiap drive dengan pressure undergrate
compartment pertama dan kedua dari setiap seksi grate yang
akan mempengaruhi speed setiap drive.

38. Cooler Upset Conditions
• Kondisi upset adalah suatu kondisi proses abnormal yang
mengganggu operasi dan dapat mengakibatkan kehilangan
produksi.
• Tipikal kondisi-kondisi cooler upset yaitu :
– Red river
– Geyser effect
– Snowman formation
– Temperatur grate plate tinggi

39. Red River
• A red river adalah lapisan tipis
clinker yang sangat panas diatas
lapisan clinker normal yang
berjalan/mengalir lebih cepat ke
cooler discharge end.
• Tindakan yang dilakukan
– Naikkan
uniformity/distribusi clinker
bed dengan menaikkan
ketebalan clinker bed dalam
cooler (dalam batas
normal).
– Optimalkan distribusi udara
dalam cooler untuk
memastikan aerasi yang
cukup diatas area yang
terjadi red river.
– Pastikan clinker chemistry
dari hasil pembakaran
normal, misalnya Lsf Cl’ dlsb.
Red River

40. Geyser Effect
• Geyser effect terjadi ketika terlalu banyak udara diatas grate cooler dan
udara secara kuat/langsung menembus clinker bed.
• Tindakan yang dilakukan
– Naikkan pressure undergrate dengan menurunkan speed grate cooler,
ini akan menaikkan ketebalan clinker bed.
– Turunkan airflow sampai clinker “dances” diatas clinker bed.
Blow through

41. Snowman Formation

42. Snowman Formation
• Snowman formation adalah sebuah tumpukan/timbunan material melting
didalam inlet cooler yang mengganggu aliran udara ke kiln sebagai akibat
dari kondisi kiln yang tidak stabil.
• Snowman terdeteksi dalam cooler yaitu dengan adanya kenaikan pressure
undergrate secara tajam yang diikuti dengan kenaikan speed grate.
• Tindakan yang dilakukan
– Kurangi panas pembakaran
– Kurangi Kiln speed
– Naikkan cooler airflow

43. Grate Cooler Control Loops
• Otomatisasi operasi Cooler terdiri dari control loops yang digunakan untuk
membuat stabil operasi Cooler.
FN1 FN3FN2 FN4 FN5 FN6 FN7

44. Cooler High-level Control
• Cooler high-level control adalah sebuah system supervisor dan
optimizing yang mengontrol operasi cooler secara otomatis.
• Keuntungan-keuntungan control high-level cooler yaitu:
– Membuat stabil operasi cooler sehingga akan diperoleh kondisi
Kiln yang stabil
– Heat consumption lebih rendah
– Temperature udara secondary dan tertiary stabil dan tinggi
– Temperature Clinker discharge lebih rendah

45. Cooler High-level Control
• Sinyal-sinyal input LINKman (Expert Optimizer) untuk cooler control
yaitu:
– Temperature udara secondary
– Jumlah cooling air flow
– Pressure undergrate
– Pressure Kiln hood
– Temperature clinker discharge
– Speed grate
– Temperature grate
• Sinyal-sinyal output LINKman (Expert Optimizer) yaitu:
– Set points masing-masing cooling fan
– Set point ratio speed grate #1

46. Chamber aeration systemA
Profile pressure untuk
aerasi chamber

47. Critical Variables
• Temperature udara exit cooler seharusnya serendah mungkin untuk
memastikan bahwa kuantitas udara panas yang dibuang ke atmosphere
sedikit (minim).
• Pressure Kiln hood seharusnya selalu sedikit negatif.
• Temperature udara secondary seharusnya tinggi dan stabil.
1. Kiln operation stability
2. Efisiensi fuel maksimum
Note :
• Salah satu aktivitas utama selama commissioning adalah untuk
menentukan ketinggian bed clinker yang optimal

48. Factors Influencing Under grate
Pressure
• Rata-rata particle size clinker di dalam cooler
• Ketebalan clinker bed
• Temperature clinker dalam cooler
• Banyaknya udara pendingin yang dimasukkan ke dalam cooler