1

SISTEM UTILITAS“BOILER”

OLEH RESTIKA RAHAYU

1107114282KELAS C

TEKNIK KIMIAUNIVERSITAS RIAU

SISTEM UTILITAS“BOILER”

OLEH RESTIKA RAHAYU

1107114282KELAS C

TEKNIK KIMIAUNIVERSITAS RIAU

STEAM SYSTEM (SISTEM STEAM SYSTEM (SISTEM KUKUS/UAP)KUKUS/UAP)

• Sebagai bagian dari sistem utilitas pabrik, Steam System terdiri dari:sistem pembangkitan uap (steam

generation)sistem distribusi uap (steam distribution)

• Sistem penunjang:penyediaan & perlakuan air umpan boiler

(BFW = boiler feedwater)sistem kontrol & keselamatan

2

Fungsi sistem uap

sebagai sumber panas untuk menyelenggarakan proses (misalnya reboiler pada kolom distilasi, steam jacket pada reaktor hidrogenasi CPO, dll.)

sebagai penghasil tekanan vakum (steam jet ejector)

sebagai fluida kerja untuk penggerak mula (turbin uap)

sebagai fluida kerja untuk pembangkitan energi listrik

3

Sistem Pembangkitan Sistem Pembangkitan Uap Uap

• Pembangkitan uap umum dilaksanakan dengan KETEL / BOILER

• BOILER adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam.

• Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses.

• Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan sistem steam sistem bahan bakar.

4

• Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan.

• Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan.

• Sistem bahan bakar

adalah semua peralatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem. 5

Air yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi steam disebut air umpan.

Dua sumber air umpan adalah: (1)Kondensat atau steam yang

mengembun yang kembali dari proses(2)Air makeup (air baku yang sudah

diolah) yang harus diumpankan dari luar ruang boiler dan plant proses.

6

7

Sirkulasi internal air umpan

a. Sirkulasi alamiah (natural circulation):

– bekerja atas dasar pemuaian air-uap karena pemanasan

– uap lebih ringan daripada air: uap cenderung bergerak ke atas, air bergerak ke bawah

8

9

b. Sirkulasi paksa (forced circulation):

sirkulasi air dibantu dg pompa

cocok utk uap tekanan sangat tinggi

kapasitas 130-3000 ton/j,

tekanan uap 115-165 bar

c. Tanpa sirkulasi /Tanpa sirkulasi /

sekali lewat (once sekali lewat (once through):through):– seluruh air diuapkan;

tanpa sirkulasi internal– dapat beroperasi pada

tekanan relatif tinggi – kapasitas 130-4500

ton/j, tekanan hingga 240 bar

– memerlukan air umpan yang sangat murni (kadar zat-zat pengotor pada tingkat ppb)

10

Rancangan boiler• Rancangan dasar :

secara konsep mirip dengan penukar panas cangkang & buluh (shell & tube)

• Konfigurasi aliran fluida:– fire tube: gas panas dialirkan melalui

tube, air umpan dipanaskan di dalam shell

– rancangan dini; sudah tidak digunakan karena kurang aman

– water tube: air umpan dialirkan melalui tube, gas panas di dalam shell

11

12

KOMPONEN KOMPONEN BOILER•Economizer: air umpan dipanaskan oleh gas bakar hingga mendekati titik didih

•Steam drum: memisahkan uap dari air•Mud drum: menampung air dari steam drum & menyalurkan air ke evaporator

•Evaporator: rangkaian buluh yg berfungsi menguapkan sebagian air pada titik jenuhnya

•Superheater: uap kering dari steam drum dipanaskan lebih lanjut di atas titik jenuhnya

•Reheater: rangkaian buluh untuk memanaskan ulang uap dari pabrik

KOMPONEN KOMPONEN BOILER•Economizer: air umpan dipanaskan oleh gas bakar hingga mendekati titik didih

•Steam drum: memisahkan uap dari air•Mud drum: menampung air dari steam drum & menyalurkan air ke evaporator

•Evaporator: rangkaian buluh yg berfungsi menguapkan sebagian air pada titik jenuhnya

•Superheater: uap kering dari steam drum dipanaskan lebih lanjut di atas titik jenuhnya

•Reheater: rangkaian buluh untuk memanaskan ulang uap dari pabrik

JENIS BOILER1. Water tube boiler,2. Paket boiler, 3. Fluidized bed combustion boiler,4. Atmospheric fluidized bed combustion boiler,5. Pressurized fluidized bed combustion boiler,6. Circulating fluidized bed combustion boiler,7. Stoker fired boiler,8. Pulverized fuel boiler,9. Boiler pemanas limbah (Waste heat boiler)

dan10.Pemanas fluida termis.

13

Fire Tube Boiler• Gas panas melewati pipa-

pipa dan air umpan ada didalam shell untuk dirubah menjadi steam.

• Kapasitas steam relative kecil dengan tekanan steam rendah sampai sedang.

• Kecepatan steam sampai 12.000 kg/jam dengan tekanan sampai 18 kg/cm2.

• Bahan bakar : minyak bakar, gas atau bahan bakar padat.

• Sebagian besar fire tube boilers dikonstruksi sebagai “paket” boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua bahan bakar.

14

Water Tube Boiler• Air umpan mengalir

melalui pipa-pipa masuk ke dalam drum.

• Air yang tersirkulasi dipanaskan membentuk steam pada daerah uap dalam drum.

• Boiler ini dipilih jika kebutuhan steam dan tekanan steam sangat tinggi seperti boiler untuk pembangkit tenaga.

• Water tube boiler yang sangat modern dirancang dengan kapasitas steam antara 4.500 – 12.000 kg/jam, dengan tekanan sangat tinggi

Packaged Boiler• Disebut boiler paket

sebab sudah tersedia sebagai paket yang lengkap.

• Pabrik,hanya memerlukan pipa steam, pipa air, suplai bahan bakar dan sambungan listrik untuk dapat beroperasi.

• Paket boiler biasanya merupakan tipe shell and tube dengan rancangan fire tube

• Transfer panas baik radiasi maupun konveksi yang tinggi.

Boiler Pembakaran dengan Fluidized Bed (FBC)

• Pembakaran dengan fluidized bed (FBC) muncul sebagai alternatif yang memiliki kelebihan yang cukup berarti, dibanding sistim pembakaran yang konvensional. Sistim ini memberikan banyak keuntungan– rancangan boiler yang kompak,– fleksibel terhadap bahan bakar,– efisiensi pembakaran yang tinggi– berkurangnya emisi polutan yang merugikan

seperti SOx dan NOx. • Bahan bakar yang dapat dibakar dalam boiler ini

adalah batubara,barang tolakan dari tempat pencucian pakaian, sekam padi, bagas & limbah pertanian lainnya.

• Boiler fluidized bed memiliki kisaran kapasitas yang luas yaitu antara 0.5 T/jam sampai lebih dari 100 T/jam.

17

Beberapa type fluidized bed boiler :

♣Atmospheric Fluidized Bed Combustion (AFBC) Boiler

♣Pressurized Fluidized Bed Combustion (PFBC) Boiler

♣Atmospheric Circulating Fluidized Bed Combustion (CFBC) Boiler

AFBC Boiler

• Berupa shell boiler konvensional biasa yang ditambah dengan sebuah fluidized bed combustor. Sistim yang telah dipasang digabungkan dengan water tube boiler/ boiler pipa air konvensional.

• Batubara dihancurkan , tergantung pada tingkatan batubara dan jenis pengumpan udara, diumpankan ke ruang pembakaran.

19

• Udara atmosfir, yang bertindak sebagai udara fluidisasi dan pembakaran, dimasukkan dengan tekanan, setelah diberi pemanasan awal oleh gas buang bahan bakar.

• Pipa dalam bed yang membawa air pada umumnya bertindak sebagai evaporator.

• Produk gas hasil pembakaran melewati bagian super heater dari boiler lalu mengalir ke economizer, ke pengumpul debu dan pemanas awal udara sebelum dibuang ke atmosfir.

• Alat PFBC, dilengkapi sebuah kompresor pemasok udara, Forced Draft (FD), dan pembakarnya merupakan tangki bertekanan.

• Laju panas yang dilepas dalam bed sebanding dengan tekanan bed. Hal ini akan meningkatkan efisiensi pembakaran dan penyerapan sulfur dioksida dalam bed.

• Sistim PFBC dapat digunakan untuk pembangkitan kogenerasi (steam dan listrik) atau pembangkit tenaga dengan siklus gabungan/ combined cycle.

• Operasi combined cycle (turbin gas & turbin uap) meningkatkan efisiensi konversi keseluruhan sebesar 5 hingga 8 persen.

21

PFBC Boiler

• Boiler CFBC umumnya lebih ekonomis daripada boiler AFBC, untuk penerapannya di industri menghasilkan lebih dari 75 – 100 T/jam steam.

• Dalam sistim sirkulasi, parameter bed dijaga untuk membentuk padatan melayang dari bed.

• Tidak terdapat pipa pembangkit steam dalam bed. Pembangkitan dan pemanasan berlebih terhadap steam berlangsung di bagian konveksi, dinding air, dan pada keluaran pengangkat/ riser.

22

CFBC Boiler

Gambar . CFBC Boiler (Thermax Babcock & Wilcox Ltd, 2001)

Pulverized Fuel Boiler

• Kebanyakan boiler stasiun pembangkit tenaga yang berbahan bakar batubara menggunakan batubara halus

• boiler pipa air di industri yang lebih besar juga menggunakan batubara yang halus.

• Di dunia terdapat ribuan unit boiler ini • Untuk batubara jenis bituminous, batubara

digiling sampai menjadi bubuk halus, yang berukuran +300 (μm) kurang dari 2 persen, dan yang berukuran dibawah 75 μm sebesar 70-75 persen.

24

Pemanas Fluida Termis

• Menggunakan fluida petroleum sebagai media perpindahan panas

• Pemanas ini memberikan suhu yang konstan.

• Terdiri dari sebuah kumparan ganda,

• Konstruksi tiga pass • Dan dipasang dengan

sistim jet tekanan.• Fluida termis, yang

bertindak sebagai pembawa panas, dipanaskan dalam pemanas dan disirkulasikan melalui peralatan pengguna.

• Aliran fluida termis pada ujung pemakai dikendalikan oleh katup pengendali yang dioperasikan secara pneumatis, berdasarkan suhu operasi.

• Dimanapun tersedia limbah panas pada suhu sedang atau tinggi, boiler limbah panas dapat dipasang secara ekonomis.

• Hal ini banyak digunakan dalam pemanfaatan kembali panas dari gas buang dari turbin gas dan mesin diesel.

Boiler Limbah Panas