Boiler

BOILER  I.PENDAHULUAN

Uap air yaitu gas yang timbul akibat perubahan fase air menjadi uap dengan cara   pendidihan (boiling). Untuk melakukan proses pendidihan diperlukan energi panas yang diperoleh dari sumber panas, mislnya dari pembakaran bahan bakar (padat, cair, gas), tenaga listrik dan gas panas sebagai sisa proses kimia serta t enaga nuklir. Sudah beribu-ribu tahun tahun manusia melakukan proses perebusan (boiling) air  menjadi uap air, tetapi baru dua abad ini mereka baru menemui bagaimana untuk  mempergunakan uap untuk kepentingan mereka yaitu dengan diciptakannya boiler. Boiler  menghasilkan uap dan uap yang dihasilkan ini dapat dugunakan untuk membangkitkn listrik, menggerkkan turbin dan sebagianya. II.KLASIFIKASI BOILER 

Boiler pada dasarnya terdiri dari lumbung (drum) yan tertutup pada ujung pangkalnya dan dalam perkembangannya dilengkapi dengan pipa api maupun pipa air. Banyak orang mengklsifikasikan boiler tergantung pada sudut pandang masing-masing. Pada makalah ini  boiler diklasifikasikan dalam kelas yaitu : 1. Berdasarkan fluida yang mengalir dalam pipa, maka boiler bo iler dikalsifikasikan dikalsifikasikan sebagai : a. Boiler pipa air (water tube bo iler)  b. Boiler pipa api (fire tube boiler) c. boiler pipa ± pipa api

Pada boiler pipa api, fluida yang mengalir dalam adalah gas nyala (hasil pembakaran) yang membawa energi panas, yang segera mentransfernya ke air ketel melalui bidang  pemanas. Tujuan pipa-pipa api ini adalah untuk memudahkan distribusi panas kepada air  ketel. Sedang untuk boiler pipa air fluida yang mengalir dalam pipa adalah air, energi  panas yang ditransfer d itransfer dari luar pipa (yaitu berasal dari ruang dapur/furnace) ke air ketel. a. boiler pipa api adalah jenis boiler di mana gas panas dari api melewati satu atau lebih

tabung berjalan melalui wadah tertutup air. The energi panas dari gas lewat melalui melalui sisi tabung oleh konduksi termal , pemanas air dan akhirnya menciptakan uap .

boiler pipa apidikembangkan sebagai yang ketiga dari empat jenis utama sejarah boiler:-

tekanan tangki rendah, boiler flued dengan satu atau dua flues besar,-tabung boiler api dengan tabung kecil banyak, dan tekanan tinggi air-tabung boiler . keuntungan mereka dari boiler flued dengan pipa besar tunggal adalah bahwa tabung kecil yang menawarkan area pemanasan permukaan jauh lebih besar untuk volume boiler yang sama secara keseluruhan. Pembangunan secara secara umum adalah sebagai tangki air berlubang dengan tabung yang membawa gas buang panas dari api. tangki biasanya silinder untuk sebagian   besar - menjadi bentuk praktis kuat untuk wadah bertekanan - dan ini mungkin tangki silinder horizontal atau vertikal. Jenis boiler yang digunakan di hampir semua lokomotif uap di lokomotif "" bentuk  horizontal. Ini memiliki barel silinder tabung berisi api, tetapi juga memiliki ekstensi di salah satu ujung ke rumah tungku "". tungku ini memiliki basis yang terbuka untuk  menyediakan area perapian besar dan seringkali melampaui laras silinder untuk  membentuk sebuah sebuah kandang empat empat persegi panjang atau runcing. runcing.

Boiler tabung api

horizontal juga khas aplikasi laut, menggunakan boiler Scotch . Vertikal boiler juga telah dibangun dari jenis api-tabung ganda, meskipun ini jarang: boiler vertikal kebanyakan flued baik, atau dengan air lintas tabung.

Skema diagram dari sebuah "lokomotif" tipe boiler tabung api Dalam tipe boiler lokomotif, bahan bakar dibakar dalam tungku pembakaran untuk  menghasilkan gas panas.tungku ini dikelilingi oleh air pendingin jaket terhubung ke shell,   boiler panjang silinder. Gas panas diarahkan sepanjang serangkaiantabung serangkaiantabung kebakaran, atau flues, atau flues, yang menembus boiler dan memanaskan air sehingga menghasilkan uapjenuh ("basah"). Uap naik ke titik tertinggi boiler, kubah uap, di mana dikumpulkandalam kubah adalah regulator yang regulator yang mengontrol keluar uap dari boiler. Dalam boiler lokomotif, uap jenuh sangat sering melewati ke  superheater  , kembali melalui flues lebih besar di bagian atas boiler, kering dan panas uap ke uap superheated. Uap superheated diarahkan untuk mesin uap's silinder atau sangat jarang ke turbin untuk  menghasilkan kerja mekanik. gas buang adalah makan keluar melalui cerobong asap , dan dapat digunakan untuk pra-panas air pakan untuk meningkatkan efisiensi boiler. Draught untuk boiler firetube, terutama dalam aplikasi laut, biasanya disediakan oleh tinggi cerobong asap .

Dalam semua semua loko lokomotif motif uap, sejak sejak Stephenson's Rocket   Rocket  ,

rancangan tambahan disuplai dengan mengarahkan pembuangan uap dari silinder ke

cerobong melalui blastpipe, untuk menyediakan sebagian vakum . boiler industri modern menggunakan kipas untuk memberikan dipaksa atau terpaksa draughting dari boiler. Kemajuan besar laindalam Rocket  laindalam Rocket adalah adalah jumlah besar-diameter firetubes kecil (a multitubular boiler) bukannya pipa tunggal yang besar. Hal ini sangat meningkatkan luas  permukaan untuk perpindahan panas, sehingga uap yang dihasilkan di tingkat yang lebih tinggi. Tanpa ini, lokomotif uap tidak akan pernah berkembang kuat secara efektif  sebagai penggerak utama . Bentuk paling awal dari boiler boiler tabung api adalah tekanan tinggi boiler boiler Cornish. Ini adalah silinder horisontal panjang dengan buang besar yang berisi api. Api itu sendiri   pada jeruji besi ditempatkan di buang ini, dengan ashpan dangkal di bawah untuk  mengumpulkan residu non-mudah terbakar. Meskipun dianggap sebagai tekanan rendah (mungkin 25 psi) hari ini, penggunaan boiler shell silindris diizinkan tekanan lebih tinggi dari sebelumnya "tumpukan "tumpukan jerami" ketel yang Newcomen's hari. hari.

Sebagai tungku

mengandalkan alam draft aliran udara (), sebuah tinggi cerobong asap yang dibutuhkan di ujung buang untuk mendorong penawaran yang baik dari udara (oksigen) ke api. Untuk efisiensi, boiler itu umumnya di bawah terbungkus oleh batu bata yang dibangun ruang-. Buang gas yang disalurkan melalui ini, di luar shell boiler besi, setelah melewati tabung-api dan begitu ke cerobong asap yang sekarang ditempatkan di bagian depan  boiler.

Boiler Lancashire mirip dengan Cornish, tetapi memiliki dua flues besar berisi kebakaran. Itu adalah penemuan William Fairbairn tahun 1844, dari pertimbangan teoritis dari termodinamika boiler yang lebih efisien yang membuatnya meningkatkan tungku  perapian daerah relatif terhadap vo lume air. Kemudian ditambahkan tabung  perkembangan Galloway (setelah penemu mereka, dipatenkan pada 1848),

[1]

selang air melintang di buang, sehingga meningkatkan luas

 permukaan panas.Seperti ini tabung pendek diameter besar dan boiler terus menggunakan tekanan yang relatif rendah, ini masih tidak dianggap sebagai boiler tabung air.Tabung yang meruncing, cukup untuk membuat instalasi mereka melalui buang semakin [2]

mudah.

Fire-Tube boiler Vertikal

Sebuah boiler tabung api vertikal (VFT), bahasa sehari-hari dikenal sebagai vertikal  boiler,memiliki silinder vertikal, mengandung beberapa cero bong vertikal tabung.

Horisontal Tubular boiler

Horizontal Kembali Tubular boiler dari Staatsbad Buruk Steben GmbH Horizontal Kembali Tubular boiler (HRT) memiliki silinder horisontal, yang mengandung  beberapa cerobong tabung horisontal, dengan api yang terletak tepat di bawah shell. Paket boiler

Paket "Istilah" boiler berkembang di awal abad ke-20 ke pertengahan dari praktek  memberikan boiler unit ke situs sudah dilengkapi dengan isolasi, panel listrik, katup dan alat pengukur.Ini berbeda dengan sebelumnya praktek di mana lebih sedikit daripada  bejana disampaikan dan komponen pendukung yang dipasang di tempat. Pertimbangan K eamanan eamanan

Karena-saluran boiler api itu sendiri adalah berhubungan dengan tekanan, itu memerlukan sejumlah fitur keamanan untuk mencegah kegagalan mekanik. ledakan ledakan Boiler , yang merupakan jenis BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion), bisa membahayakan. y

katup pengamanuap sebelum tekanan berbahaya dapat dipasang.

Pemeliharaan

Jadwal pemeliharaan intensif diperlukan untuk mencegah boiler dalam kondisi aman. Sebuah rezim khas akan melibatkan pemeriksaan luar biasa (termasuk bagian dalam tungku

tersebut), washouts (dengan pemeriksaan internal), pemeriksaan berkala dan rinci  pemeriksaan umum. inspeksi harian

Pelat tabung fusible plug dan kepala-kepala tungku tetap harus diperiksa untuk menemukan kebocoran. Operasi yang benar dari perlengkapan boiler, khususnya alat pengukur air dan  pakan mekanisme air , harus dikonfirmasi. dikonfirmasi. Tekanan uap harus ditingkatkan ke tingkat di mana katup keselamatan lift dan dibandingkan dengan indikasi pengukur tekanan. pemeriksaan berkala

Biasanya inspeksi tahunan, ini akan membutuhkan penghapusan dan memeriksa fiting eksternal, seperti seperti injector, katup keselamatan keselamatan dan pengukur pengukur tekanan. Bertekanan tinggi  pipa tembaga bisa menderita pengerasan kerja digunakan dan menjadi berbahaya rapuh: mungkin perlu untuk mengobati ini oleh anil sebelum refitting. Tes tekanan hidrolik pada  boiler dan pipa juga dapat disebut untuk.

2. Berdasarkan pemakaiannya boiler dapat diklasifikasikan sebagai :

a. Ketel stasioner (stationer boiler) atau boiler tetap.  b. Boiler mobile atau disebut juga boiler portable. Yang termasuk stasioner ialah boiler-boiler yang didudukan pada pondasi tetap seperti  boiler untuk pembankit tenaga listrik, untuk industri dan sebagainya. Yang termasuk boiler mobile ialah boiler yang dipasang pada pondasi yang dapat  berpindah-pindah, seperti boiler lokomotif, boiler panjang dan sebagainya termasuk juga  boiler pada kapal. 3. Berdasarkan letak dapur (furnace position), boiler diklasifikasikan sebagai :

a. Boiler dengan pembakaran pembakara n di dalam (internal fired steam bolier) dalam hal ini dapur   barada (pembakaran terjadi) di bagian dalam boiler. Kebanyakan boiler pipa api memakai sistem ini.  b. Boiler dengan pembakaran pe mbakaran di luar (outernallyfired steam boiler), dalam hal ini dapur   berada (pembakaran terjadi) di bagian luar boiler, kebanyakan boiler pipa air  memakai sistem ini. 4. Menurut jumlah lorong (boiler (bo iler tube), boiler diklasifikasikan diklasifikasikan sebagai : a. Boiler dengan lorong loro ng tunggal (single tube steam boiler).  b. Boiler dengan loron ganda (multi tubuler steam boiler). Pada single tube steam boiler, hanya terdapat satu lorong saja, apakah itu lorong api atau saluran air saja. Cornish boiler adalah single fire tube boiler dan simple vertical boiler  adalah single water tube bo iler. Multi fire tube boiler misalnya boiler scotch dan multi water tube boiler misalnya boiler  B dan W dan lain-lain. 5. Berdasarkan pada poros po ros tutup drum (shell), boiler diklasifikasikan sebagi : a. Boiler tegak (vertikal steam boiler), seperti boiler Cochran, boiler Clarkson dan sebagainya.   b. Boiler mendatar (horizontal steam boiler), seperti boiler Cornish, Lancashire, Scotch dan sebagainya. 6. Menurut bentuk dan letak pipa, boiler diklasifikasikan sebagai : a. Boiler dengan pipa lurus, bengkok dan berlekak-lekuk (straight, bent and sinous tubuler heating surface)  b. Boiler dengan pipa miring-datar dan miring tegak.

7.

Menurut sistem peredaran air boiler bo iler diklasifikasikan diklasifikasikan sebagai berikut : a. Boiler dengan peredaran peredara n secara natural.  b. Boiler dengan peredaran paksa. Pada boiler dengan peredaran secara natural air dalam boiler beredar/bersirkulasi secara alami, yaitu air yang ringan naik sedang air yang berat turun, sehingga terjadilah aliran konveksi alami. Umumnya Boiler beroperasi secara alami seperti boiler Lancarshire, Babcock & Wilcox dan lain-lain. lain-lain. Pada boiler dengan sirkulasi paksa, aliran paksa diperoleh dari sebuah pompa centrifugal yang digerakkan dengan elektrik motor. Sistem aliran paksa biasanya dipakai pada boiler   bertekanan tinggi.

8. Berdasarkan pada sumber panasnya untuk pembuatan uap, boiler diklasifikasikan a. Boiler dengan bahn bakar alami  b. Boiler dengan bahan bakar buatan c. Boiler dengan dapur listrik  listrik  d. Boiler dengan energi nuklir. III.FUNGSI BOILER 

Boiler berfungsi sebagai pesawat konversi energi yang mengkonversikan energi kimia (potensial) dari bahan bakar menjadi energi panas. Boiler terdiri dari dua komponen utama yaitu : 1. Dapur (furnace), sebagai alat untuk u ntuk mengubah energi kimia menjad energ i panas. 2. Alat penguap (eveporator) yang mengubah energi pembakaran (energi panas) menjadi energi potensial uap. Kedua komponen tersebut di atas telah dapat untuk memungkinkan sebuah boiler untuk   berfungsi. Sedangkan komponen lainnya adalah :

1. Corong asap dengan sistem tarikan gas asapnya, memungkinkan dapur berfungsi secara efektif. 2. Sistem perpipaan, seperti pipa api pada boiler pipa api, pipa air pad boiler pipa air  memungkinkan sistem penghantaran kalor yang efektif antara nyala api atau gas panas dengan air boiler. 3. Sistem pemanas uap lanjut, sistem pemanas udara pembakaran serta sistem pemanas air   pengisi boiler berfungsi sebagai alat untuk menaikan efisiensi boiler. Agar sebuah boiler dapat beropersi dengan aman, maka perlu adanya sistem pengamanan yang disebut apendasi. IV. APLIKASI BOILER PADA INDUSTRI PEMBANGKIT LISTRIK 

Setelah kita mengetahui jenis dan tipe boiler serta fungsi boiler dan komponennya dari uraian di atas, maka akan menjadi lebih jelas lagi bagaimana cara kerja boiler dalam suatu sistem   pembangkit listrik. Dalam makalah ini sistem yang kita ambil sebagai aplikasi contoh adalah sistem pada PLTU Paiton khususnya pada PT. YTL Jawa Timur 

PROSES DASAR PRODUKSI LISTRIK 

Di dalam PLTU batubara atau coal fired power plant , plant  , energi panas batubara dikonversikan ke dalam energi listrik dengan bantuan boiler , turbin dan generator. Batubara dari tempat  penyimpanannya di bawa ke tempat penampungan batubara di area boiler setelah terlebih dahulu dihancurkan di ruangan penghancur batubara. Batubara tersebut kemudian disalurkan ke  pengumpan batubara ( coal feeder ) yang dilengkapi alat pengatur aliran untuk dihaluskan pada mesin penghalus ( pulveriser atau coal mill ) sehingga dihasilkan tepung batubara yang halus. Batubara halus di dorong dengan udara panas yang dihasilkan dari Primary dari Primary Air Fan dan dibawa ke pembakar batubara dengan cara di injeksikan ke ruang bakar boiler ( boiler ( furnace ). Di sini tepung   batubara yang keluar dari corner ( corner  ( sudut ± sudut boiler ) dibakar bersama- sama dengan udara  panas dan api yang di injeksikan ke ruang bakar secara bersamaan. Udara panas yang masuk ke

 furnace dihasilkan dari fan yang disebut   Forced Draft Fan , sedangkan api di hasilkan dari  pemantik api atau ignitor . Panas yang di hasilkan dari proses pembakaran ini melalui proses perpindahan panas secara konveksi akan mengubah air yang mengalir dalam pipa ± pipa yang ada di dalam boiler  menjadi uap jenuh ( saturated steam ) . Uap panas ini kemudian di panaskan lebih lanjut oleh super heater sampai menjadi uap panas kering ( dry super heated steam ) sehingga efisiensi  boiler makin tinggi. Uap panas kering kemudian disalurkan ke turbin bertekanan tinggi dengan  bantuan pipa ± pipa tebal bertekanan tinggi dimana steam itu dikeluarkan lewat nozzle ± nozzle mengenai baling ±baling turbin. Saat mengenai baling ± baling, energi kalor yang dimiliki steam akan berubah menjadi energi kinetik dan menggerakkan baling ± baling turbin dan shaft turbin yang disambungkan dengan generator ikut berputar. Shaft yang disambungkan dengan generator berupa silinder elektromagnetik besar  sehingga ketika turbin berputar generator ikut berputar ,yaitu bagian rotor.Rotor generator  tergabung dengan stator.Stator adalah bagian generator yang tidak ikut berputar , berupa gulungan yang menggunakan batang tembaga sebagai pendingin internal.Listrik dihasilkan dalam batang ± batang tembaga stator dengan elektostatik di dalam rotor melalui putaran magnet. Listrik yang dihasilkan bertegangan 21 kV dan dengan trafo step up dinaikkan menjadi 500 kV , sesuai tegangan yang dimin d iminta ta PLN . Lihat gambar sistem pada lampiran .  BOILER MASTER SYSTEM 

oal C oal

fired power plant atau plant atau pembangkit listrik tenaga uap merupakan pembangkit listrik 

dengan menggunakan uap sebagai tenaga pembangkitnya.Untuk fungsi ini powerplant ini dapat dibagi menjadi dua bagian penting yaitu boiler master dan master dan turbine master .Uap master .Uap yang digunakan untuk pembangkit listrik ini dihasilkan dari proses perubahan wujud dari air ke uap yang dilakukan oleh boiler yang merupakan bagian dari boiler master .Sehingga boiler merupakan suatu komponen dalam power plant yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap melalui serangkaian proses yang kompleks dimana didalamnya terjadi perpindahan panas dan konversi energi dari kimia ke panas

Jenis boiler yang digunakan pada unit 5 dan 6 adalah tipe menggantung dengan  pengontrol sirkulasi (controlled circulation) yaitu sirkulasi air dan uap pada boiler tidak terjadi secara natural  tapi dipaksa dengan pompa BWCP ( Boiler water  C irculating irculating Pump) , hal ini memudahkan dalam pengoperasian boiler untuk menyesuaikan dengan kebutuhan air dan uap agar sesuai dengan beban yang diinginkan.Boiler ini didesain dengan satu kali proses pemanasan kembali (reheat  (reheat ) Boiler merupakan .suatu komponen besar yang terdiri dari komponenkomponen utama dan komponen pembantu agar dalam proses kerjanya mencapai efisiensi optimum. Dalam pengoperasian boiler,ada beberapa parameter yang harus diperhatikan yaitu : 

Aliran uap (Steam Flow ) Yaitu banyaknya uap yang harus dihasilkan boiler pada tingkat pengoperasian tertentu

.Pengoperasian pada MCR  (Maximum

ontinous C ontinous

Rating) merupakan pengoperasian boiler 

  pada tingkat aliran uap maksimum yang bisa dijalankan secara berkelanjutan.Jika melebihi tingkat ini bisa merusak peralatan ataupun meningkatkan biaya perawatan. ontrol C ontrol

Load untuk Load untuk beban penuh aliran uap sekitar 48% dan sekitar 47 % untuk aliran uap

  pada tingkat MCR. Control load merupakan titik dimana suhu uap utama maupun uap  pemanasan ulang telah mencapai t itik itik desain kerjanya ( kondisi stabil ) 

Tekanan Boiler  Untuk mendapatkan energi yang sesuai dengan kebutuhan turbin agar dapt menggerakkan generator,maka tekanan uap panas kering yang dihasilkan pun harus sesuai dengan kebutuhan beban.Dalam hal ini ,tekanan uap dapat diatur melalui reheater dan superheater.



Temperatur Uap Dalam proses konversi wujud dari cair menjadi uap,air perlu dipanaskan dalam furnace.Panas yang dihasilkan dari proses pembakaran dalam furnace tersebut juga harus diperhatikan agar suhu uap yang dihasilkan memenuhi standar yang ditentukan.Karena jika

suhu uap kurang maka efisiensi akan turun tapi jika terlalu tinggi akan berpengaruh pada gas buangnya. 

Efisiensi Boiler  Untuk melihat apakah desain suatu boiler telah tepat ditentukan oleh beberapa faktor  yang mempengaruhi,diantaranya kegunaan unit boiler itu sendiri yaitu apakah uap yang harus dihasilkan konstan atau bervariasi sesuai kebutuhan generator pembangkit listrik. Selanjutnya yang menentukan juga adalah jenis dan kualitas bahan bakar yang akan dibakar : apakah padat,cair atau gas.Seberapa banyak uap harus dihasilkan tiap jamnya apakah ratusan atau bahkan jutaan pon tiap jamnya juga perlu dipertimbangkan dalam desain. Pembentukan uap yang dipengaruhi penyerapan panas harus memenuhi setidaknya komponen berikut ini : y

Tekanan kerja tiap bagian dari boiler,hal ini penting untuk distribusi dan pemenuhan kebutuhan sistem dalam proses pengubahan air menjadi uap.

y

Struktur power plant yang tepat untuk tipe proses pembakaran yang dipilih.

y

Ukuran yang tepat dan pengaturan permukaan perpindahan panas untuk penyerapan  panas saat proses pembakaran.

y

Perlengkapan yang dibutuhkan selama proses .Alat untuk memasukkan udara, bahan  bakar dan mengalirkan air.Piranti untuk memindahkan hasil pembakaran dan sistem  pengendalian proses.

Permukaan penyerapam panas boiler dirancang untuk efisiensi dan biaya yang optimum agar empat tujuan dasar boiler tercapai yaitu : 1. Uap kering yang dihasilkan memilki tingkat kemurnian yang tinggi dalam keadaan apapun.

2. Pemanasan super terhadap uap kering sementara menjaga suhu tidak melebihi dari kondisi operasional boiler. 3. Pemanasan ulang terhadap uap yang tekanannya turun untuk digunakan kembali oleh turbin sementara menjaga suhu tidak t idak melebihi dari kondisi operasional boiler. 4. Mengurangi suhu gas buang untuk meminimalkan rugi-rugi panas , mengendalikan korosi dan menghasilkan emisi yang t idak melebihi ketentuan. Efisiensi termal adalah indikator seberapa baik kemampuan input panas boiler untuk  menghasilkan uap pada suhu dan tekanan yang diminta. Adanya prinsip ekonomi dan  biaya bahan bakar membuat powerplant harus beroperasi seefisien mungkin. Unit 5 dan 6 didesain dengan efisiensi 92,5 ± 93,5 % tergantung kondisi operasional boiler ,pada MCR  ,normal full load atau load  atau pada control load conditions.Untuk conditions.Untuk membandingkan performance   boiler pada kondisi sekarang dengan kondisi desain awal nya ada tiga parameter yang  bisa diperiksa.  Fuel analysis

p

Analisa ini dilakukan untuk mengatuhi kandungan oksigen ,hidrogen dan karbon yang terdapat dalam bahan bakar yang digunakan.Karena kualitas bahan bakar dulu dengan sekarang bisa sangat berbeda.Perbedaan ini berpengaruh terhadap kebutuhan udara dan  panas yang dilepaskan di ruang bakar ,begitu juga dengan massa aliran gas buang yang meninggalkan ruang bakar.  Feedwater temperature

p

Perubahan suhu air yang masuk ke boiler menentukan tingkat pembakaran yang diperlukan di furnace ,lebih lanjut akan mempengaruhi panas yang dihasilkan dan  banyaknya massa aliran.  xcess Air 

p E 

Banyaknya udara yang masuk ruang bakar berpengaruh terhadap jumlah panas yang dibawa dari furnace ( dry gas loss ) , banyaknya udara yang keluar merupakan faktor   penting untuk menghitung efisiensi boiler. Komponen Utama Boiler   Boiler  dapat dikategorikan menjadi 2 macam berdasarkan segi konstruksinya, yakni boiler  pipa api dan boiler  pipa air.Jenis boiler  yang digunakan di unit 5 dan 6 PLTU Paiton adalah boiler  pipa air dimana fluida airnya berada dalam pipa sedangkan api atau gas hasil   pembakaran berada di luar pipa.Tinggi bolier ini mencapai lebih kurang 60 meter yang dibagi menjadi tiga elevasi,dengan masing ± masing corner pada tiap elevasinya terdapat 2 mill , 4 oil gun , 4 windbox dan ignitor. Bahan bakar utama yang digunakan boiler  adalah batubara, sedangkan solar hanya digunakan untuk pembakaran awal ketika start ketika start up dan apabila telah memenuhi temperatur yang dikehendaki maka diganti dengan batubara.Udara pembakaran diberikan oleh  oleh  FD Fan setelah sebelumnya dipanaskan di   Air Heater  .Sedangkan   ID Fan digunakan untuk menghisap dan mensirkulasikan gas buang dari dari furnace ke  stack sehingga sehingga tekanan dalam boiler adalah  furnace hingga ke stack  nol. Pipa ± pipa penguap air dalam boiler dipasang sedemikan rupa sehingga tersusun seperti dinding furnace.Pipa ± pipa ini merupakan pipa panjang dengan ketebalan bervariasi pada sepanjang pipa.Pipa ± pipa p ipa tersebut menerima panas secara radiasi. Boiler ini dilengkapi dengan Steam Drum yang ditempatkan di luar  furnace.Air  furnace.Air pengisi   pipa ± pipa dalam furnace dalam furnace diperoleh dengan cara dipompa oleh   Feed Water Pump ( BW C  C P    ) dimana sebelumnya telah dipanaskan oleh High  High   pressure heater dan heater dan  E conomizer  conomizer  . Kemudian   Boiler Water C irculating irculating Pump ( BW   BW C  vaporator  C P    ) memompa air dari Steam Drum menuju  E vaporator  sehingga menjadi uap dan masuk ke dalam Steam Drum kembali.Dalam Steam Drum air  dipisahkan dari uapnya, air yang telah dipisahkan akan disalurkan melalui Lowering Header yang Header yang ada di bawah tungku yang akan membagi air masuk ke pipa ± pipa penguap (riser ) yang tersusun di sekeliling dinding  furnace.Pipa  furnace.Pipa ± pipa penguap yang ada pada dinding di bawah drum akan

langsung bermuara pada Steam Drum, Drum, sementara yang ada pada dinding lainnya akan bermuara  pada Steam Header (Tabung Header (Tabung Pengumpulan Uap). Dari Steam Header ini, Header ini, uap basah yang terbentuk akan masuk ke Superheater , sedangkan yang masih berupa air akan disalurkan kembali melalui Down melalui Down

omer  dengan C omer dengan

bantuan pipa.Uap

yang dihasilkan setelah Superheater  adalah uap kering yang disebut juga dengan  dengan  Main Steam. Steam.  Main Steam inilah merupakan uap yang siap digunakan untuk menggerakkan HP menggerakkan HP Turbine(High  Pressure Turbine).Karena Turbine).Karena pada turbin ini mengalami ekspansi, maka temperatur dan tekanannya menurun sehingga pada keluaran HP keluaran HP Turbine terbentuk uap jenuh yang disebut

old C old

Steam.Uap Steam.Uap

  jenuh ini tidak langsung disalurkan ke  ke  IP Turbine(Intermediate Pressure Turbine)., Turbine)., melainkan dipanaskan kembali di Reheater  di Reheater baru baru kemudian digunakan untuk menggerakkan IP menggerakkan IP Turbine.Uap Turbine.Uap keluaran dari  dari   IP Turbine dialirkan ke   LP Turbine (Low Pressure Turbine)1 Turbine)1 dan 2.Lebih jelas tentang siklus yang dijelaskan diatas pada gambar 1 water steam cyclelampiran . Dalam kejadian dilapangan beban operasional boiler tidak selalu konstan tapi bervariasi sesuai permintaan konsumen.Untuk mengatasi hal ini maka saat boiler mengalami perubahan  beban, ada beberapa komponen yang harus disesuaikan agar uap yang dihasilkan seimbang. Saat ada perintah untuk mengubah beban,maka secara otomatis perintah penyesuaian itu disampaikan ke boiler master agar komponen yang termasuk didalamnya bisa menyesuaikan sehingga rasio udara dan bahan bakar stabil . Diantaranya jika beban boiler berubah maka kapasitas bahan bakar berubah yaitu dengan mematikan atau menghidupkan mill pada elevasi tertinggi secara bertahap. Selain itu,perubahan juga diikuti oleh serangkaian alat pendukungnya ,misalnya pengaturan udara pembakaran oleh FD fan,pengaturan posisi naik turun windbox untuk mendapat bola api yang diinginkan dan lain sebagainya. Adapun bagian utama yang menyusun Boiler  menyusun Boiler adalah adalah sebagai berikut : 1. E conomizer  conomizer  Berfungsi

untuk

memanaskan

air

setelah

melewati

 High

 PressureHeater .Pemanasan .Pemanasan dilakukan dengan memanfaatkan panas dari flue dari flue gas gas yang merupakan sisa dari pembakaran dalam furnace dalam furnace..

Temperatur air yang keluar dari  E conomizer  conomizer  harus dibawah temperatur jenuhnya untuk mencegah terjadinya boiling  dalam yang terjadi dalam

conomizer   E conomizer 

conomizer .Karena .Karena  E conomizer 

perpindahan panas

merupakan konveksi, maka menaikkan luas

  permukaan akan mempermudah perpindahan panas ke air.Inilah sebabnya mengapa desain pipa  E conomizer dibuat conomizer dibuat bertingkat . Keuntungan: y

Meningkatkan efisiensi unit karena dengan memanfaatkan kalor  flue   flue gas untuk  memanaskan air, dapat mengurangi kebutuhan kalor yang besar untuk   pemanasan air sampai terbentuk uap kering pada Superheater .

y

Biaya Operasi lebih ekonomis karena jumlah bahan bakar untuk pemanasan  pada Superheater menjadi Superheater menjadi lebih sedikit.

 Maintenance

y

ost  dapat C ost 

dihemat karena dengan adanya  E conomizer  conomizer , thermal 

 shock pada  shock pada pipa boiler bo iler dapat dihindari. Kerugian : y

Desain pipa yang bertingkat akan menimbulkan masalah abu, terutama bila  batubara yang digunakan kadar abunya tinggi.

2. Superheater  Berfungsi untuk memanaskan uap dari Steam Drum menjadi uap panas lanjut (main steam). steam).  Main steam digunakan untuk melakukan kerja dengan ekspansi dalam turbin. Superheater memiliki Superheater memiliki lima bagian utama, yaitu : 1.Superheater (SH) Vertical Platens 2.SH Division Panel 

3.Low

Temperature SH Pendant 

4.Low Temperature SH Horizontal  5.Back Pass and Roof  3.Reheater 

Berfungsi untuk memanaskan kembali uap yang telah mengalami ekspansi dalam turbin.Uap keluaran turbin berupa cold steam sehingga perlu dipanaskan kembali dan dimasukkan kembali ke dalam dalam Boiler.Reheater  kemudian memasuki  memasuki   Front Reheater   Boiler.Reheater kemudian dan keluar melalui Reheater melalui Reheater Vertical Spaced Front Outlet Header menuju Header menuju IPTurbine  IPTurbine.. 4.Main Steam Drum Fungsi utamanya adalah untuk memisahkan uap dari campuran air dan uap yang masuk ke steam drum .Selain itu juga berfungsi untuk mendistribusikan feedwater,membuang kontaminan dari air boiler , menambahkan bahan kimia, dan mengeringkan uap setelah dipisahkan dari air. Uap berada pada bagian atas bejana dan air berada pada bagian bawah.Air dari Steam Drum disalurkan ke  E vaporator  vaporator  dengan cara dipompa oleh BW  oleh BW C  C P    . Uap dan air dalam steam drum dipisahkan dengan tiga tahap, primary   primary , secondary dan drying . Tahap primary dan secondary dilakukan oleh turbo separator dan plat yang berombak ± ombak  melakukan tahap drying.Fungsi utama dari alat pemisah ini adalah untuk memindahkan uap dari air boiler dan untuk mengurangi campuran yang terdapat dalam uap sebelum meninggalkan steam drum. 5.Down C omer  omer  Merupakan saluran air dari Steam Drum ke  Header  (Pengaman) yang berada di   bawah ruang bakar dimana dari header  butir ± butir air panas akan dipanaskan melalui pipa ± pipa yang tersusun di dinding  furnace.Pada  furnace.Pada  Down

omer  bagian C omer  bagian

  bawah terdapat suatu pompa yang disebut dengan  dengan  Boiler Water C irculating irculating Pump

( BW C  C P    ) yang digunakan untuk mengatur sirkulasi air yang akan dipanaskan atau diuapkan.Ada enam downcomer dengan O.D.16´ ( 406.4 mm). 6.Furnace Merupakan ruang bakar yang pada dindingnya tersusun pipa ± pipa. 7.Blow Down Untuk mengontrol kualitas air serta mengurangi kandungan zat padat (Silika) dalam air sehingga tidak terbentuk kerak hangus pada pada furnace  furnace.. Alat ini akan bekerja secara otomatis saat sensor menunjukkan kandungan silika dalam air melebihi standar.Ia akan membuangsebagian kecil air dari drum ( 1 % sampai 2 % dari tingkat  penguapannya) Metode langsung dalam menentukan efisiensi boiler

 Metodologi 

Dikenal juga sebagai µmetode input-output¶ karena input-output¶ karena kenyataan bahwa metode ini hanya memerlukan keluaran/output  keluaran/output (steam) (steam) dan panas masuk/input  masuk/input (bahan (bahan bakar) untuk evaluasi efisiensi. Efisiensi ini dapat dievaluasi dengan menggunakan rumus: Efisiensi Boiler (h) = x 100 Efisiensi Boiler (h) = x 100 Parameter yang dipantau untuk perhitungan efisiensi boiler dengan metode langsung adalah: § Jumlah steam yang dihasil d ihasilkan kan per jam (Q) dalam kg/jam § Jumlah bahan bakar yang digunakan per jam (q) dalam kg/jam § Tekanan kerja (dalam kg/cm2(g)) kg/c m2(g)) dan suhu lewat panas (oC), jika ada

§ Suhu air umpan (oC) § Jenis bahan bakar dan nilai panas kotor bahan bakar (GCV) dalam kkal/kg bahan  bakar  Dimana § hg ±Entalpi steam jenuh dalam da lam kkal/kg steam kkal/kg steam § hf ±Entalpi air umpan dalam da lam kkal/kg air  ontoh C ontoh

Cari efisiensi boiler dengan metode langsung dengan dat a yang diberikan dibawah ini: § Jenis boiler Berbahan bakar batubara § Jumlah steam (kering) yang dihasilkan: 10 TPJ § Tekanan steam ( gauge)  gauge) / suhu: 10 kg/cm 2 (g)/ 180 0 C § Jumlah pemakaian batubara: 2,25 TPJ § Suhu air umpan : 85 0 C

§ GCV batubara: 3200 kkal/kg § Entalpi steam pada tekanan 10 kg/cm 2 : 665 kkal/kg (jenuh) § Entalp of air umpan: 85 kkal/kg Efisiensi Boiler (h) = x 100 = 80,56 80 ,56 persen euntungan  K euntungan

metode langsung 

§ Pekerja pabrik dapat dengan cepat mengevaluasi efisiensi boiler  § Memerlukan sedikit parameter untuk perhitungan § Memerlukan sedikit instrumen untuk pemantauan Panas Keluar  Panas Masuk  10 x (665 ± 85) x 1000 2,25 x 3200 x 1000 Q x (hg ± hf) q x GCV  Peralatan  E nergi nergi Panas: Boiler & Pemanas Fluida Termis  Pedoman  E  fisiensi  E nergi nergi untuk Industri di Asia A sia ± www.energyefficiencyasia.org ©UN   P 12  P 12  E  § Mudah membandingkan rasio penguapan dengan databenchmark  data benchmark 

erugian  K erugian

metode langsung 

§ Tidak memberikan petunjuk kepada operator tentang penyebab dar i efisiensi sistim sistim yang lebih rendah § Tidak menghitung berbagai kehilangan yang berpengaruh pada berbagai tingkat efisiensi 3.1.4

Metode tidak  langsung dalam menentukan efisiensi boiler

 Metodologi 

Standar acuan untuk Uji Boiler di Tempat dengan menggunakan metode tidak langsung adalah British Standard, BS 845:1987 dan 845:1987 dan USA Standard ASM  E  PT C  -  4-1 Power Test C ode ode C-4-1 Steam Generating Units. Units. Metode tidak langsung juga dikenal dengan metode kehilangan panas. Efisiensi dapat dihitung dengan mengurangkan bagian kehilangan panas dari 100 sebagai berikut: Efisiensi boiler (n) boiler (n) = 100 - (i + ii + iii + iv + v + vi + vii) Dimana kehilangan yang terjadi dalam boiler adalah kehilangan panas yang diakibatkan oleh: i. Gas cerobong yang kering ii. Penguapan air yang terbentuk karena H2 dalam bahan bakar  iii. Penguapan kadar air dalam bahan bakar  iv. Adanya kadar air dalam udara pembakaran v. Bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu terbang/ fly terbang/ fly ash vi. Bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu bawah/ bottom ash

vii. Radiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung Kehilangan yang diakibatkan oleh kadar air dalam bahan bakar dan yang disebabkan oleh  pembakaran hidrogen tergantung pada bahan bakar, dan tidak dapat dikendalikan oleh  perancangan. Data yang diperlukan untuk perhitungan efisiensi boiler dengan menggunakan metode tidak  langsung adalah: § Analisis ultimate bahan ultimate bahan bakar (H2, O2, S, C, kadar air, kadar abu) § Persentase oksigen atau CO2 dalam gas buang § Suhu gas buang dalam oC (Tf) § Suhu ambien dalam oC (Ta) dan kelembaban udara dalam kg/kg udara kering § GCV bahan bakar dalam kkal/kg § Persentase bahan yang dapat terbakar dalam abu (untuk bahan bakar padat) § GCV abu dalam kkal/kg (untuk bahan bakar padat) Prosedur rinci untuk perhitungan efisiensi boiler menggunakan metode tidak langsung diberikan dibawah. Biasanya, manager energi di industri lebih menyukai prosedur   perhitungan yang lebih sederhana.  Peralatan  E nergi nergi Panas: Boiler & Pemanas Fluida Termis  Pedoman  E  fisiensi  E nergi nergi untuk Industri di Asia A sia ± www.energyefficiencyasia.org ©UN   P 13  P 13  E  Tahap 1: Menghitung kebutuhan udara teoritis

= [(11,43 x C) + {34,5 x (H2 ± O2/8)} + (4,32 x S)]/100 kg/kg bahan bakar  Tahap 2: Menghitung persen kelebihan udara yang dipasok (EA)  persen O2 x 100 = -----------------(21 ±persen O2) Tahap 3: Menghitung massa udara sebenarnya yang dipasok/ kg bahan bakar (AAS) = {1 + EA/100} x udara teoritis Tahap 4: Memperkirakan seluruh kehilangan panas i. Persentase kehilangan panas yang diakibatkan oeh gas buang yang kering = m x Cp x (Tf-Ta) x 100 ---------------------------GCV bahan bakar  Dimana, m = massa gas buang kering dalam kg/kg bahan bakar  m = (massa hasil pembakaran kering / kg bahan bakar) + (massa N2 dalam bahan bakar pada basis 1 kg) + (massa N2 dalam massa udara  pasokan yang sebenarnya). Cp = Panas jenis gas buang (0,23 kkal/kg ) ii. Persen kehilangan panas karena penguapan air yang terbentuk karena adanya H2 dalam bahan bakar 

9 x H2 {584+Cp (Tf-Ta)} x 100 = -------------------------------------GCV bahan bakar  Dimana,H2 = persen H2 dalam 1 kg bahan bakar  Cp = panas jenis steam lewat jenuh/ superheated  superheated steam (0,45 kkal/kg) iii. Persen kehilangan panas karena penguapan kadar air dalam bahan bakar  = M{584+ Cp (Tf-Ta)} x 100 --------------------------------GCV bahan bakar  Dimana, M ±persen kadar air dalam 1 kg bahan bakar  Cp = panas jenis steam lewat jenuh/ superheated  superheated steam (0,45 kkal/kg) iv. Persen kehilangan panas karena kadar air dalam udara = AAS x faktor kelembaban x Cp (Tf-Ta)} x 100 GCV bahan bakar   Peralatan  E nergi nergi Panas: Boiler & Pemanas Fluida Termis  Pedoman  E  fisiensi  E nergi nergi untuk Industri di Asia A sia ± www.energyefficiencyasia.org ©UN   P 14  P 14  E  Dimana, Cp = panas jenis steam lewat jenuh/ superheated  superheated steam (0,45kkal/kg) v. Persen kehilangan panas karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu terbang/ fly terbang/ fly ash

= Total abu terkumpul/kg bahan bakar yg terbakar x GCV abu terbang x 100 ----------------------------------------------------------------------------------------GCV bahan bakar  vi. Persen kehilangan panas karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu  bawah/ bottom ash = Total abu terkumpul per Kg bahan bakar terbakar x GCV abu bawah x 100 ----------------------------------------------------------------------------------------GCV bahan bakar  vii. Persen kehilangan panas karena radiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung Kehilangan radiasi dan konveksi aktual aktu al sulit sulit dikaji d ikaji sebab daya emisifitas permukaan yang  beraneka ragam, kemiringan, pola aliran udara, dll. Pada boiler yang relatif kecil, dengan kapasitas 10 MW, kehilangan radiasi dan yang tidak terhitung dapat mencapai 1 hingga 2  persen nilai kalor kotor bahan bakar, sementara pada boiler 500 MW nilainya 0,2 hingga 1  persen. Kehilangan dapat diasumsikan d iasumsikan secara tepat tergantung pada kondisi ko ndisi permukaan. Tahap 5: Menghitung efisiensi boiler dan rasio penguapan boiler  Efisiensi boiler (n) boiler (n) = 100 - (i + ii + iii + iv + v + vi + vii) Rasio Penguapan = Panas yang digunakan untuk pembangkitan steam/ panas yang ditambahkan ke steam Rasio penguapan yaitu kilogram k ilogram steam yang dihasilkan per kilogram bahan bakar yang

digunakan. Contohnya adalah: § Boiler berbahan bakar batubara: 6 (yaitu 1 kg batubara dapat menghasilkan 6 kg steam) § Boiler berbahan bakar minyak: 13 (yaitu 1 kg batubara dapat menghasilkan 13 kg steam) Walau demikian, rasio penguapan akan tergantung pada jenis boiler, nilai kalor bahan bakar  dan efisiensi. ontoh C ontoh

§ Jenis boiler : Berbahan bakar minyak  § Analisis ultimate minyak bakar  C: 84 persen H2: 12,0 persen S: 3,0 persen O2: 1 persen  Peralatan  E nergi nergi Panas: Boiler & Pemanas Fluida Termis  Pedoman  E  fisiensi  E nergi nergi untuk Industri di Asia A sia ± www.energyefficiencyasia.org ©UN   P 15  P 15  E  § GCV Minyak bakar: 10200 kkal/kg § Persentase Oksigen: 7 persen § Persentase CO2: 11 persen

§ Suhu gas buang (Tf): 220 0C § Suhu ambien (Ta): 27 0C § Kelembaban udara: 0,018 kg/kg udara kering Tahap-1: Mengitung kebutuhan udara teoritis = [(11,43 x C) + [{34,5 [{34, 5 x (H2 ± O2/8)} + (4,32 x S)]/100 kg/kg minyak bakar  = [(11,43 x 84) + [{34,5 x (12 ± 1/8)} + (4,32 (4, 32 x 3)]/100 kg/kg minyak bakar  = 13,82 kg udara/kg minyak bakar  Tahap-2: Menghitung persen udara berlebih yang dipasok (EA) Udara berlebih yang dipasok (EA) = (O2 x 100)/(21-O2) = (7 x 100)/(21-7) = 50 % Tahap 3: Menghitung massa udara sebenarnya yang dipasok / kg bahan bakar (AAS) AAS/kg bahan bakar = [1 + EA/100] x Udara Teoritis Teoritis (AAS) = [1 + 50/100] x 13,82 = 1,5 x 13,82 = 20,74 kg udara/kg minyak bakar  Tahap 4: Memperkirakan seluruh kehilangan panas i. Persentase kehilangan panas karena gas kering cerobong

m x Cp x (Tf ± Ta ) x 100 = ----------------------------GCV bahan bakar  m = massa CO2 + massa SO2 + massa N2 + massa O2 0,84 x 44 0,03 x 64 20,74 x 77 m = ----------- + ---------- + ----------- (0,0 7 x 32) 12 32 100 m = 21,35 kg / kg minyak bakar  21,35 x 0,23 x (220 ± 27) = ------------------------------- x 100 10200 =

9,29 %

 Peralatan  E nergi nergi Panas: Boiler & Pemanas Fluida Termis  Pedoman  E  fisiensi  E nergi nergi untuk Industri di Asia A sia ± www.energyefficiencyasia.org ©UN   P 16  P 16  E   Dapat juga digunakan sebuah metode yang lebih sederhana: Persentase kehilangan  panas yang disebabkan oleh gas kering cerobong m x Cp x (Tf ± Ta ) x 100 = ----------------------------GCV bahan bakar 

m (total massa gas buang) = massa udara sebenarnya yang dipasok + massa bahan bakar yang dipasok  = 20,19 + 1 = 21,19 = 21,19 x 0,23 x (220-27) ------------------------------------------------------------ x 100 10200 = 9,22 % ii. Kehilangan panas karena penguapan kadar air karena adanya H2 dalam bahan  bakar  9 x H2 {584+0,45 (Tf ± Ta )} = --------------------------------GCV bahan bakar dimana H2 = persen H2 dalam bahan  bakar  9 x 12 {584+0,45(220-27)} = -------------------------------10200 = 7,10 % iii. Kehilangan panas karena kadar air dalam udara

AAS x kelembaban x 0,45 x ((Tf ± Ta ) x 100 = ------------------------------------------------GCV bahan bakar  = [20,74 x 0,018 x 0,45 x (220-27) x 100]/10200 = 0,317 % iv. Kehilangan panas karena radiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung Untuk boiler kecil diperkirakan kehilangan mencapai 2 % Tahap 5: Menghitung efisiensi boiler dan rasio penguapan boiler   Peralatan  E nergi nergi Panas: Boiler & Pemanas Fluida Termis  Pedoman  E  fisiensi  E nergi nergi untuk Industri di Asia A sia ± www.energyefficiencyasia.org ©UN   P 1  P 17  E  Efisiensi boiler (n) = 100 - (i + ii + iii + iv + v + vi + vii) i. Kehilangan panas karena gas buang kering : 9,29 % ii. Kehilangan panas karena penguapan air yang terbentuk karena adanya H2 dalam  bahan bakar : 7,10 % iii. Kehilangan panas karena kadar air dalam udara : 0,317 % iv. Kehilangan panas karena radiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung :2% = 100- [9,29+7,10+0,317+2] =

100 ± 17,024 = 83 % (perkiraan)

Rasio penguapan = Panas yang digunakan untuk pembangkitan steam/ Panas yang ditambahkan ke steam = 10200 x 0,83 / (660-60) = 14,11 (bandingkan dengan rasio penguapan untuk boiler yang berbahan  bakar minyak = 13) euntungan  K euntungan

metode tidak langsung 

§ Dapat diketahui neraca bahan dan energi yang lengkap untuk setiap aliran, yang dapat memudahkan dalam mengidentifikasi opsi-opsi untuk meningkatk an efisiensi boiler. erugian  K erugian

metode tidak langsung 

§ Perlu waktu lama § Memerlukan fasilitas laboratorium untuk analisis