Boiler Pipa Air (Water Tube Boiler)

download Boiler Pipa Air (Water Tube Boiler)

of 16

description

boiler

Transcript of Boiler Pipa Air (Water Tube Boiler)

MAKALAH BOILERKlasifikasi Boiler Berdasarkan Fluida yang Mengalir Dalam PipaBoiler Pipa Air (Water Tube Boiler)

Disusun Oleh:

Gan Dendi Jumhur [121724010]

KELAS 2 TPTL

TEKNOLOGI PEMBANGKIT TENAGA LISTRIKJURUSAN TEKNIK KONVERSI ENERGI

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG Jln. Gegerkalong Hilir Ds. Ciwaruga Kotak Pos 40012 Telpon : 022-20013789 Fax : 022-2013889 Website : http://www.polban.ac.idBAB IPENDAHULUANLatar BelakangUap air merupakan 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, misalnya dari pembakaran bahan bakar (padat, cair, gas), tenaga listrik dan gas panas sebagai sisa proses kimia serta tenaga nuklir.

Sudah beribu-ribu tahun manusia melakukan proses perebusan (boiling) air menjadi uap air, tetapi baru dua abad ini ditemukan bagaimana cara mempergunakan uap untuk kebutuhan yaitu dengan diciptakannya boiler.Boiler menghasilkan uap dan uap yang dihasilkan ini dapat dugunakan untuk membangkitkn listrik, menggerkkan turbin dan sebagianya.Pada dasarnya boiler adalah suatu wadah yang berfungsi sebagai pemanas air dalam suatu industri proses. Panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air didihkan sampai menjadi steam, volumenya akan meningkat sekitar 1600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dengan baik. Bahan bakar yang digunakan untuk memanaskan boiler bisa berupa gas, minyak dan batu bara. Di Indonesia bahan bakar yang umum digunakan adalah solar. Pemahaman lebih lanjut mengenai boiler akan dibahas pada makalah ini.Energi kalor yang dibangkitkan dalam sistem boiler memiliki nilai tekanan, temperatur, dan laju aliran yang menentukan pemanfaatan steam yang akan digunakan.Berdasarkan ketiga hal tersebut sistem boiler mengenal keadaan tekanan-temperatur rendah (low pressure/LP), dan tekanan-temperatur tinggi (high pressure/HP), dengan perbedaan itu pemanfaatan steam yang keluar dari sistem boiler dimanfaatkan dalam suatu proses untuk memanasakan cairan dan menjalankan suatu mesin (commercial and industrial boilers), atau membangkitkan energi listrik dengan merubah energi kalor menjadi energi mekanik kemudian memutar generator sehingga menghasilkan energi listrik (power boilers). Namun, ada juga yang menggabungkan kedua sistem boiler tersebut, yang memanfaatkan tekanan-temperatur tinggi untuk membangkitkan energi listrik, kemudian sisa steam dari turbin dengan keadaan tekanan-temperatur rendah dapat dimanfaatkan ke dalam proses industri dengan bantuan heat recovery boiler.

1.2. Rumusan MasalahAdapun rumusan masalah yang akan dibahas antara lain :a. Bagaimana sistem kerja boiler?b. Apa saja bagian-bagian utama penyusun boiler?c. Apa saja klasifikasi boiler?d. Parameter apa saja yang harus diperhatikan dalam pengoperasian boiler?e. Bagaimana aplikasi penggunaan boiler pada dunia industri, terutama industri pembangkit listrik?

1.3. Tujuan dan ManfaatTujuan penulisan makalah ini antara lain :a.Menjelaskan sistem kerja boiler.b.Menjelaskan bagian-bagian utama penyusun boiler.c. Menjelaskan klasifilasi boiler.d. Menjelaskan parameter yang harus diperhatikan dalam pengoperasian boiler?e. Menjelaskan aplikasi penggunaan boiler dalam dunia industri, terutama industri pembangkit listrik. f. Dapat dijadikan sebagai referensi mata kuliah utilitas subbab boiler.

Cara Memperoleh DataDalam penulisan makalah ini, penulis mendapat data-data dengan menggunakan metoda :

Literatur

Yaitu suatu cara memperoleh data melalui buku ilmiah atau makalah, internet, majalah dan yang lainnya.

BAB IILANDASAN TEORI

Pengertian BoilerBoiler adalah suatu kenyataan bahwa sampai saat ini masih banyak kapal-kapal yang menggunakan instalasi tenaga uap, baik itu instalasi induk maupun untuk penggunaan pesawat bantu. Di kapal tanker uap hasil dari boiler tersebut biasanya di gunakan sebagai pemanas, baik pemanas bahan bakar, pemanas ruangan, pemanas air, pemanas cargo ataupun untuk keperluan yang lain sehingga operasional kapal dapat berjalan lancar.

Boiler atau boleh juga kita sebut juga dengan ketel uap adalah sebuah bejana tertutup yang dapat membentuk uap dengan tekanan lebih besar dari sari atmosfer dengan jalan memanaskan air boiler yang berada di dalamnya dengan gas-gas panas dari hasil pembakaran bahan bakar. Sebuah boiler atau ketel uap harus di lengkapi paralatan dapat membantu kinerjanya sehingga operasional boiler berjalan dengan aman. Boiler atau ketel uap harus mempunyai persyaratan sebagai berikut:Dapat menghasilkan uap dengan berat tertentu dalam waktu tertentu pula, dan tekanannya lebih besar dari satu atmosfer.Kadar air yang di hasilkan pada uap panas harus sedikit mungkit.Kalau memakai alat pemanas lanjut uap, maka suhu uap pada pemakaian uap yang terakhir tidak berubah terlalu banyak.Uap harus di bentuk dengan jumblah bahan bakar sehemat mungkin.Jika pemakaian uap berubah-ubah, maka tekanan uap tidak boleh berubah banyak.

Uap atau steam merupakan gas yang dihasilkan dari proses yang disebut penguapan. Bahan baku yang digunakan untuk menghasilkan steam adalah air bersih. Air dari water treatment yang telah diproses dialirkan menggunakan pompa ke deaerator tank hingga pada level yang telah ditentukan. Pemanasan dalam deaerator adalah dengan menggunakan steam sisa yang berasal dari hasil pemutar turbin. Dengan meningkatnya suhu dan air telah mendekati kondisi didihnya, beberapa molekul mendapatkan energi kinetik yang cukup untuk mencapai kecepatan yang membuat sewaktu-waktu lepas dari cairan ke ruang diatas permukaan, sebelum jatuh kembali ke cairan. Pemanasan lebih lanjut menyebabkan eksitasi lebih besar dan sejumlah molekul dengan energi cukup untuk meninggalkan cairan jadi meningkat. Dengan mempertimbangkan struktur molekul cairan dan uap, dapat diambil kesimpulan bahwa densitas steam lebih kecil dari air, sebab molekul steam terpisah jauh satu dangan yang lain. Ruang yang secara tiba-tiba terjadi diatas permukaan air menjadi terisi dengan molekul steam yang padat. Dalam hal ini pebakaran air dalam boiler adalah air yang melalui deaerator yang telah melalui pemanasan didalamnya yang dialirkan ke drum boiler (penampung steam) dan kemudian disuplai kedalam boiler untuk dipanaskan lebih lanjut sehingga menjadi steam basah. Suhu didalam boiler ini adalah sekitar 200 oC - 250 oC. Setelah proses yang tejadi di dalam boiler ini, aliran steam dilanjutkan ke superheater untuk menjadikan uap kering, suhu steam saat itu sekitar 300 oC - 350 oC dan siap disalurkan untuk memutar turbin. Jika jumlah molekul yang meninggalkan permukaan cairan lebih besar dari yang masuk kembali, maka air akan menguap dengan bebas. Pada keadaan ini air telah mencapai titik didihnya atau suhu jenuhnya, yang dijenuhkan oleh energi panas. Jika tekananya tetap penambahan lebih banyak panas tidak mengakibatkan kenaikan suhu lebih lanjut namun menyebabkan air akan membentuk steam jenuh. Pada tekanan atmosfir suhu jenuh air adalah 100 oC, tetapi jika tekananya bertambah maka akan ada penambahan lebih banyak panas dan peningkatan suhu tanpa perubahan fase. Oleh karena itu, kenaikan tekanan secara efektif akan meningkatkan entalpi air dan suhu jenuhnya. Hubungan antara suhu jenuh dan tekanan dikenal sebagai kurva steam jenuh.Air dan steam dapat berada secara bersamaan pada berbagai tekanan dalam kurva ini, keduanya akan berada pada suhu jenuh. Steam pada kondisi diatas kurva jenuh dikenal dengan Superheated steam (steam lewat jenuh), sedangkan air yang berada pada kondisi dibawah kurva disebut air sub-jenuh.Jika steam mengalir dari boiler pada kecepatan yang sama dengan yang dihasilkanya, penambahan panas lebih lanjut akan meningkatkan laju produksinya. Jika steam yang sama tertahan tidak meningalkan boiler, dan jumlah panas yang masuk dijaga tetap, energi yang mengalir ke boiler akan lebih besar daripada energi yang mengalir keluar. Energi yang berlebih ini akan menaikan tekanan, yang pada giliranya akan menyebabkan suhu jenuh meningkat, karena suhu steam jenuh berhubungan dengan tekananya. Adapun 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 : Corong asap dengan sistem tarikan gas asapnya, memungkinkan dapur berfungsi secara efektif. 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. 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.Prinsip Kerja BoilerBoiler atau ketel uap adalah suatu perangkat mesin yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap. Proses perubahan air menjadi uap terjadi dengan memanaskan air yang berada didalam pipa-pipa dengan memanfaatkan panas dari hasil pembakaran bahan bakar. Pembakaran dilakukan secara kontinyu didalam ruang bakar dengan mengalirkan bahan bakar dan udara dari luar.

Uap yang dihasilkan boiler adalah uap superheat dengan tekanan dan temperatur yang tinggi. Jumlah produksi uap tergantung pada luas permukaan pemindah panas, laju aliran, dan panas pembakaran yang diberikan. Boiler yang konstruksinya terdiri dari pipa-pipa berisi air disebut dengan water tube boiler.

Gb 1 water tube boilerPada unit pembangkit, boiler juga biasa disebut dengan steam generator (pembangkit uap) mengingat arti kata boiler hanya pendidih, sementara pada kenyataannya dari boiler dihasilkan uap superheat bertekanan tinggi.Ditinjau dari bahan bakar yang digunakan, maka PLTU dapat dibedakan menjadi :PLTU BatubaraPLTU MinyakPLTU gasPLTU nuklir atau PLTN

Jenis PLTU batu bara masih dapat dibedakan berdasarkan proses pembakarannya, yaitu PLTU dengan pembakaran batu bara bubuk (Pulverized Coal / PC Boiler) dan PLTU dengan pembakaran batu bara curah (Circulating Fluidized Bed).Perbedaan antara PLTU Batu bara dengan PLTU minyak atau gas adalah pada peralatan dan sistem penanganan dan pembakaran bahan bakar serta penanganan limbah abunya. PLTU batubara mempunyai peralatan bantu yang lebih banyak dan lebih kompleks dibanding PLTU minyak atau gas. PLTU gas merupakan PLTU yang paling sederhana peralatan bantunya.

Gb 2 Tata letak Pulverized Coal (PC) Boiler Batubara

Gb 3 Tata letak Circulating Fluidized Boiler (CFB)Ditinjau dari tekanan ruang bakar boilernya, PLTU dapat dibedakan menjadi:PLTU dengan Pressurised BoilerPLTU dengan Balanced Draft BoilerPLTU dengan Vacuum Boiler

Sistem pengaturan tekanan ruang bakar (furnace pressure) biasa disebut draft atau tekanan statik didalam ruang bakar dimana proses pembakaran bahan bakar berlangsung. PLTU dengan pressurised boiler (tekanan ruang bakar positif) digunakan untuk pembakaran bahan bakar minyak atau gas. Tekanan ruang bakar yang positif diakibatkan oleh hembusan udara dari kipas tekan paksa (Forced Draft Fan, FDF). Gas buang keluar dari ruang bakar ke atmosfer karena perbedaan tekanan.

Gb 4 Jenis-jenis Tekanan (Draft) Boiler

Gb 5 Skema Balanced Draft BoilerPLTU dengan Balanced Draft Boiler (tekanan berimbang) biasa digunakan untuk pembakaran bahan bakar batubara. Tekanan ruang bakar dibuat sedikit dibawah tekanan atmosfir, biasanya sekitar 10 mmH2O. Tekanan ini dihasilkan dari pengaturan dua buah kipas, yaitu kipas hisap paksa (Induced Draft Fan, IDF) dan kipas tekan paksa (Forced Draft Fan, FDF). FDF berfungsi untuk menyuplai udara pembakaran menuju ruang bakar (furnace) di boiler, sedangkan IDF berfungsi untuk menghisap gas dari ruang bakar dan membuang ke atmosfir melalui cerobong. Sedangkan PLTU dengan vacum boiler tidak dikembangkan lagi, sehingga saat ini tidak ada lagi yang menerapkan PLTU dengan boiler bertekanan negatif.Siklus Air di BoilerSiklus air merupakan suatu mata rantai rangkaian siklus fluida kerja. Boiler mendapat pasokan fluida kerja air dan menghasilkan uap untuk dialirkan ke turbin. Air sebagai fluida kerja diisikan ke boiler menggunakan pompa air pengisi dengan melalui economiser dan ditampung didalam steam drum.Economiser adalah alat yang merupakan pemanas air terakhir sebelum masuk ke drum. Di dalam economiser air menyerap panas gas buang yang keluar dari superheater sebelum dibuang ke atmosfir melalui cerobong.

Gb 6 Economiser tipe pipa bersirip (finned tubes)Peralatan yang dilalui dalam siklus air adalah drum boiler, down comer, header bawah (bottom header), dan riser. Siklus air di steam drum adalah, air dari drum turun melalui pipa-pipa down comer ke header bawah (bottom header). Dari header bawah air didistribusikan ke pipa-pipa pemanas (riser) yang tersusun membentuk dinding ruang bakar boiler. Didalam riser air mengalami pemanasan dan naik ke drum kembali akibat perbedaan temperatur.Perpindahan panas dari api (flue gas) ke air di dalam pipa-pipa boiler terjadi secara radiasi, konveksi dan konduksi. Akibat pemanasan selain temperatur naik hingga mendidih juga terjadi sirkulasi air secara alami, yakni dari drum turun melalui down comer ke header bawah dan naik kembali ke drum melalui pipa-pipa riser. Adanya sirkulasi ini sangat diperlukan agar terjadi pendinginan terhadap pipa-pipa pemanas dan mempercepat proses perpindahan panas. Kecepatan sirkulasi akan berpengaruh terhadap produksi uap dan kenaikan tekanan serta temperaturnya. Selain sirkulasi alami, juga dikenal sirkulasi paksa (forced circulation). Untuk sirkulasi jenis ini digunakan sebuah pompa sirkulasi (circulation pump). Umumnya pompa sirkulasi mempunyai laju sirkulasi sekitar 1,7, artinya jumlah air yang disirkulasikan 1,7 kali kapasitas penguapan. Beberapa keuntungan dari sistem sirkulasi paksa antara lain :Waktu start (pemanasan) lebih cepatMempunyai respon yang lebih baik dalam mempertahankan aliran air ke pipa-pipa pemanas pada saat start maupun beban penuh.Mencegah kemungkinan terjadinya stagnasi pada sisi penguapan

Gb 7 Siklus air Water Tube BoilerTabel 1.1. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan tipe pipa.

No.Tipe BoilerKeuntunganKerugian1Fire TubeProses pemasangan mudah dan cepat, Tidak membutuhkan setting khususTekanan operasi steam terbatas untuk tekanan rendah 18 bar

Investasi awal boiler ini murahKapasitas steam relatif kecil (13.5 TPH) jika diabndingkan dengan water tube

Bentuknya lebih compact dan portableTempat pembakarannya sulit dijangkau untuk dibersihkan, diperbaiki, dan diperiksa kondisinya.

Tidak membutuhkan area yang besar untuk 1 HP boilerNilai effisiensinya rendah, karena banyak energi kalor yang terbuang langsung menuju stack2Water TubeKapasitas steam besar sampai 450 TPHProses konstruksi lebih detail

Tekanan operasi mencapai 100 barInvestasi awal relatif lebih mahal

Nilai effisiensinya relatif lebih tinggi dari fire tube boiler Penanganan air yang masuk ke dalam boiler perlu dijaga, karena lebih sensitif untuk sistem ini, perlu komponen pendukung untuk hal ini

Tungku mudah dijangkau untuk melakukan pemeriksaan, pembersihan, dan perbaikan.Karena mampu menghasilkan kapasitas dan tekanan steam yang lebih besar, maka konstruksinya dibutuhkan area yang luas

Tabel 1.2. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan bahan bakar.No.Tipe BoilerKeuntunganKerugian1Solid FuelBahan baku mudah didapatkan.Sisa pembakaran sulit dibersihkan

Murah konstruksinya.Sulit mendapatkan bahan baku yang baik.2Oil FuelSisa pembakaran tidak banyak dan lebih mudah dibersihkan.Harga bahan baku paling mahal.

Bahan bakunya mudah didapatkan.Mahal konstruksinya.3Gaseous FuelHarga bahan bakar paling murah.Mahal konstruksinya.

Paling baik nilai effisiensinya.Sulit didapatkan bahan bakunya, harus ada jalur distribusi.4ElectricPaling mudah perawatannya.Paling buruk nilai effisiensinya.

Mudah konstruksinya dan mudah didapatkan sumbernya.Temperatur pembakaran paling rendah.

Tabel 1.3. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan kegunaan.No.Tipe BoilerKeuntunganKerugian1Power BoilerDapat menghasilkan listrik dan sisa steam dapat menjalankan proses industri.Konstruksi awal relatif mahal.

Steam yang dihasilkan memiliki tekanan tinggiPerlu diperhatikan faktor safety.2Industrial BoilerPenanganan boiler lebih mudah.Steam yang dihasilkan memiliki tekanan rendah.

Konstruksi awal relatif murah.

3Commercial BoilerPenanganan boiler lebih mudah.Steam yang dihasilkan memiliki tekanan rendah.

Konstruksi awal relatif murah.

4Residential BoilerPenanganan boiler lebih mudah.Steam yang dihasilkan memiliki tekanan rendah.

Tabel 1.4. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan konstruksi.No.Tipe BoilerKeuntunganKerugian1Package BoilerMudah pengirimannya.Terbatas tekanan dan kapasitas kerjanya.

Dibutuhkan waktu yang singkat untuk mengoprasikan setelah pengiriman.Komponen-komponen boiler tergantung pada produsen boiler.2Site Erected BoilerTekanan dan kapasitas kerjanya dapat disesuaikan keinginan.Sulit pengirimannya, memakan biaya yang mahal.

Komponen-komponen boiler dapat dipadukan dengan produsen lain.Perlu waktu yang cukup lama setelah boiler berdiri, setelah proses pengiriman.

Tabel 1.5. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan tekanan kerja.No.Tipe BoilerKeuntunganKerugian1Low PressureTekanan rendah sehingga penanganannya tidak terlalu rumitTekanan yang dihasilkan rendah, tidak dapat membangkitkan listrik.

Area yang dibutuhkan tidak terlalu besar, dan biaya konstruksi tidak lebih mahal dari high pressure boiler

2High PressureTekanan yang dihasilkan tinggi sehingga dapat membangkitkan listrik dan sisanya dapat didaur ulang untuk mengoprasikan proses industri Tekanan tinggi sehingga penanganannya perlu diperhatikan aspek keselamatannya.

Tabel 1.6. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan pembakaran.No.Tipe BoilerKeuntunganKerugian1Stoker CombustionKonstruksinya relatif sederhana. Limbah yang diproduksi pembakaran lebih banyak

Panas yang dihasilkan kurang merata jika tidak ada komponen pendukung.

Effisiensi relatif rendah2PulverizedEfisiensi relatif tinggiKonstruksinya rumit dan membutuhkan dana investasi yang mahal.

Proses pembakaran lebih merata pada tungku pembakaran.

3Fluidized Bed Efisiensi relatif tinggiKonstruksinya rumit dan membutuhkan dana investasi yang mahal.

Suhu pembakaran tidak mencapai suhu 1000 0C sehingga tidak menimbulkan NOX

4FiringLimbah yang diproduksi pembakaran lebih sedikitKonstruksi relatif rumit, perlu nozzle.

Panas yang dihasilkan lebih merata

Effisiensi relatif lebih baik

Tabel 1.7. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan material.No.Tipe BoilerKeuntunganKerugian1SteelKuat dan tahan lama.Biaya relatif mahal.

Dapat dialiri steam untuk tekanan tinggi.Konstruksi lebih rumit.2Cast IronBiaya relatif murah.Rentan dan mudah rusak.

Konstruksi lebih sederhana.Dapat dialiri steam untuk tekanan yang terbatas.