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 tenaga 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 dikalsifikasikan sebagai :

a. Boiler pipa air (water tube boiler)

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 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 sisi

tabung oleh konduksi termal , pemanas air dan akhirnya menciptakan uap .

boiler pipa api dikembangkan 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 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 kandang empat persegi panjang atau 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 serangkaian tabung

kebakaran, atau flues, yang menembus boiler dan memanaskan air sehingga

menghasilkan uap jenuh ("basah"). Uap naik ke titik tertinggi boiler, kubah uap, di

mana dikumpulkandalam kubah adalah 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 lokomotif uap, sejak Stephenson's 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 lain dalam Rocket adalah jumlah besar-diameter firetubes kecil (a multi-

tubular 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 tabung api adalah tekanan tinggi 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 jerami" ketel yang Newcomen's 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 volume 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 mudah. [2]

Fire-Tube boiler Vertikal

Sebuah boiler tabung api vertikal (VFT), bahasa sehari-hari dikenal sebagai vertikal

boiler,memiliki silinder vertikal, mengandung beberapa cerobong 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 Keamanan

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.

katup pengaman uap 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. 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 injector, katup keselamatan dan 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 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 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 tube), boiler diklasifikasikan sebagai :

a. Boiler dengan lorong 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 boiler.

Multi fire tube boiler misalnya boiler scotch dan multi water tube boiler misalnya boiler

B dan W dan lain-lain.

5. Berdasarkan pada poros 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 diklasifikasikan sebagai berikut :

a. Boiler dengan peredaran 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.

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

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 mengubah energi kimia menjad energi 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 , 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 Air Fan dan dibawa

ke pembakar batubara dengan cara di injeksikan ke ruang bakar boiler ( furnace ). Di sini tepung

batubara yang keluar dari 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 diminta PLN . Lihat gambar sistem pada lampiran .

BOILER MASTER SYSTEM

Coal fired power 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 turbine 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 Circulating 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) Boiler merupakan .suatu komponen besar yang terdiri dari komponen-

komponen 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 Continous 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.

Control 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 titik 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 :

Tekanan kerja tiap bagian dari boiler,hal ini penting untuk distribusi dan pemenuhan

kebutuhan sistem dalam proses pengubahan air menjadi uap.

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

Ukuran yang tepat dan pengaturan permukaan perpindahan panas untuk penyerapan

panas saat proses pembakaran.

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 melebihi dari kondisi operasional boiler.

4. Mengurangi suhu gas buang untuk meminimalkan rugi-rugi panas , mengendalikan

korosi dan menghasilkan emisi yang tidak 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 pada control load conditions.Untuk membandingkan performance

boiler pada kondisi sekarang dengan kondisi desain awal nya ada tiga parameter yang

bisa diperiksa.

Fuel analysis

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

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.

Excess Air

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 up dan apabila telah memenuhi temperatur yang

dikehendaki maka diganti dengan batubara.Udara pembakaran diberikan oleh FD Fan setelah

sebelumnya dipanaskan di Air Heater.Sedangkan ID Fan digunakan untuk menghisap dan

mensirkulasikan gas buang dari furnace hingga ke stack sehingga tekanan dalam boiler adalah

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 tersebut menerima panas secara radiasi.

Boiler ini dilengkapi dengan Steam Drum yang ditempatkan di luar furnace.Air pengisi

pipa – pipa dalam furnace diperoleh dengan cara dipompa oleh Feed Water Pump (BWCP)

dimana sebelumnya telah dipanaskan oleh High pressure heater dan Economizer . Kemudian

Boiler Water Circulating Pump (BWCP) memompa air dari Steam Drum menuju Evaporator

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 ada di bawah tungku yang akan membagi air masuk ke pipa – pipa penguap (riser) yang

tersusun di sekeliling dinding furnace.Pipa – pipa penguap yang ada pada dinding di bawah

drum akan langsung bermuara pada Steam Drum, sementara yang ada pada dinding lainnya akan

bermuara pada Steam Header (Tabung Pengumpulan Uap).

Dari Steam Header ini, uap basah yang terbentuk akan masuk ke Superheater, sedangkan

yang masih berupa air akan disalurkan kembali melalui Down Comer dengan bantuan pipa.Uap

yang dihasilkan setelah Superheater adalah uap kering yang disebut juga dengan Main Steam.

Main Steam inilah merupakan uap yang siap digunakan untuk menggerakkan HP Turbine(High

Pressure Turbine).Karena pada turbin ini mengalami ekspansi, maka temperatur dan tekanannya

menurun sehingga pada keluaran HP Turbine terbentuk uap jenuh yang disebut Cold Steam.Uap

jenuh ini tidak langsung disalurkan ke IP Turbine(Intermediate Pressure Turbine)., melainkan

dipanaskan kembali di Reheater baru kemudian digunakan untuk menggerakkan IP Turbine.Uap

keluaran dari IP Turbine dialirkan ke LP Turbine (Low Pressure Turbine)1 dan 2.Lebih jelas

tentang siklus yang dijelaskan diatas pada gambar 1 water steam cycle lampiran .

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 adalah sebagai berikut :

1. Economizer

Berfungsi untuk memanaskan air setelah melewati High Pressure

Heater.Pemanasan dilakukan dengan memanfaatkan panas dari flue gas yang

merupakan sisa dari pembakaran dalam furnace.

Temperatur air yang keluar dari Economizer harus dibawah temperatur jenuhnya

untuk mencegah terjadinya boiling dalam Economizer.Karena perpindahan panas

yang terjadi dalam Economizer merupakan konveksi, maka menaikkan luas

permukaan akan mempermudah perpindahan panas ke air.Inilah sebabnya mengapa

desain pipa Economizer dibuat bertingkat .

Keuntungan:

Meningkatkan efisiensi unit karena dengan memanfaatkan kalor flue gas untuk

memanaskan air, dapat mengurangi kebutuhan kalor yang besar untuk

pemanasan air sampai terbentuk uap kering pada Superheater.

Biaya Operasi lebih ekonomis karena jumlah bahan bakar untuk pemanasan

pada Superheater menjadi lebih sedikit.

Maintenance Cost dapat dihemat karena dengan adanya Economizer, thermal

shock pada pipa boiler dapat dihindari.

Kerugian :

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).Main steam digunakan untuk melakukan kerja dengan ekspansi dalam

turbin.

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 Boiler . Reheater kemudian memasuki Front Reheater

dan keluar melalui Reheater Vertical Spaced Front Outlet Header menuju IP Turbine.

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 Evaporator

dengan cara dipompa oleh BWCP.

Uap dan air dalam steam drum dipisahkan dengan tiga tahap,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 Comer

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 Down Comer bagian

bawah terdapat suatu pompa yang disebut dengan Boiler Water Circulating Pump

(BWCP) 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 furnace. Alat ini akan bekerja

secara otomatis saat sensor menunjukkan kandungan silika dalam air melebihi

standar.Ia akan membuang sebagian kecil air dari drum ( 1 % sampai 2 % dari tingkat

penguapannya)

Metode langsung dalam menentukan efisiensi boiler

Metodologi

Dikenal juga sebagai ‘metode input-output’ karena kenyataan bahwa metode ini hanya

memerlukan keluaran/output (steam) dan panas masuk/input (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 dihasilkan per jam (Q) dalam kg/jam

§ Jumlah bahan bakar yang digunakan per jam (q) dalam kg/jam

§ Tekanan kerja (dalam kg/cm2(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 kkal/kg steam

§ hf –Entalpi air umpan dalam kkal/kg air

Contoh

Cari efisiensi boiler dengan metode langsung dengan data yang diberikan dibawah ini:

§ Jenis boiler Berbahan bakar batubara

§ Jumlah steam (kering) yang dihasilkan: 10 TPJ

§ Tekanan steam (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 persen

Keuntungan 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 Energi Panas: Boiler & Pemanas Fluida Termis

Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 12

§ Mudah membandingkan rasio penguapan dengan data benchmark

Kerugian metode langsung

§ Tidak memberikan petunjuk kepada operator tentang penyebab dari efisiensi 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 USA Standard ASME PTC-4-1 Power Test Code

Steam Generating 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) = 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 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 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 Energi Panas: Boiler & Pemanas Fluida Termis

Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 13

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 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 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 Energi Panas: Boiler & Pemanas Fluida Termis

Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 14

Dimana, Cp = panas jenis steam lewat jenuh/superheated steam (0,45 kkal/kg)

v. Persen kehilangan panas karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu

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 sulit dikaji 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 secara tepat tergantung pada kondisi permukaan.

Tahap 5: Menghitung efisiensi boiler dan rasio penguapan boiler

Efisiensi 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 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.

Contoh

§ Jenis boiler: Berbahan bakar minyak

§ Analisis ultimate minyak bakar

C: 84 persen

H2: 12,0 persen

S: 3,0 persen

O2: 1 persen

Peralatan Energi Panas: Boiler & Pemanas Fluida Termis

Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 15

§ 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 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 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 (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 = ----------- + ---------- + ----------- (0,07 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 Energi Panas: Boiler & Pemanas Fluida Termis

Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 16

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 Energi Panas: Boiler & Pemanas Fluida Termis

Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 17

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)

Keuntungan metode tidak langsung

§ Dapat diketahui neraca bahan dan energi yang lengkap untuk setiap aliran, yang dapat

memudahkan dalam mengidentifikasi opsi-opsi untuk meningkatkan efisiensi boiler.

Kerugian metode tidak langsung

§ Perlu waktu lama

§ Memerlukan fasilitas laboratorium untuk analisis