7

BAB 2 LANDASAN TEORI

2.1 Dasar Teori

A. Siklus Rankine

Siklus rankine merupakan siklus standard untuk pembangkit daya yang

menggunakan tenaga uap. Siklus rankine nyata yang digunakan dalam

instalasi pembangkit daya jauh lebih rumit dari pada siklus rankine

ideal asli yang sederhana. Siklus rankine juga disebut siklus uap-cair,

siklus ini biasanya digambarkan pada kedua diagram, yaitu P-V dan T-

S dengan garis-garis yang menunjukkan uap jenuh dan cairan jenuh.

Fluida kerjanya biasanya adalah H2O, tetapi tidak harus menggunakan

fluida tersebut.

Gambar 1. Bagan diagram alir siklus rankine

8

Pada gambar diatas menunjukkan proses aliran sederhana dimana uap

yang dihasilkan dalam boiler diperlukan oleh turbin untuk

menghasilkan kerja. Aliran yang keluar dari turbin melewati kondensor

dimana aliran itu dipompa kembali ke boiler. Daya yang diproduksi

oleh turbin lebih besar dari yang diperlukan oleh pompa dan output

daya bersih sama dengan selisih antara kecepatan input panas dalam

boiler dan kecepatan penolakan panas dalam kondensor.

Gambar 2. T-S diagram alir siklus rankine

Pada gambar 1 dan 2 ditunjukkan siklus Rankine ideal pada adiagram

P-v dan b diagram T-s. Garis lengkung di sebelah kiri titik kritis (CP =

Critical Point) pada kedua titik tersebut merupakan tempat kedudukan

semuatitik cairan jenuh dan merupakan garis cairan jenuh. Daerah di

sebelah kirinya merupakan daerah cairan dingin lanjut. Garis

9

lengkung di sebelah kanan CP merupakan kedudukan semua titik uap

jenuh dan merupakan garisuap jenuh. Daerah di sebelah kanan garis ini

adalah daerah panas lanjut. Daerah di bawah kubah merupakan daerah

campuran dua fase (cairan dan uap).

Siklus rankine terdiri dari 4 langkah yang ditunjukkan pada gambar

diatas dan dijelaskan sebagai :

1 - 2 Proses pemanasan dengan tekanan konstan. Jalur yang ada

disepanjang isobar (tekanan boiler), dan terdiri dari 3 bagian,

yaitu pemanasan dari air sampai temperatur saturasinya,

penguapan pada temperatur dan tekanan konstan, dan

pemanasan tinggi dari uap sampai temperatur diatas temperatur

saturasinya.

2 - 3 Ekspansi adiabatik (isentropik) reversibel dari uap dalam turbin

menuju tekanan kondenser. Jalur yang umumnya memotong

kurva saturasi, menghasilkan gas buang yang mengandung air.

1 - 2 Namun pemanasan tingkat tinggi yang dicapai pada langkah

menggeser jalur cukup jauh kekanan pada gambar, dimana

kandungan embun tidak terlalu besar.

3 - 4 Proses dengan suhu dan tekanan konstan dalam kondensor

untuk menghasilkan cairan tersaturasi pada titik 4.

10

4 - 1 Pemompaan adiabatik (isentropik) reversibel dari cairan

terkondensasi sampai ke tekanan boiler.

B. Karakteristik Boiler

1. Tipe-tipe Boiler

Tipe-tipe boiler dapat dibedakan menurut tujuan dan

konstruksinya, daerah yang mengalami pemanasan, sumber

panasnya, sirkulasinya, dan dinding penyangganya.

a. Berdasarkan pada tujuan dan konstruksinya boiler dibedakan

menjadi

1. Package boiler

2. Industrial boiler

3. Utility boiler

4. Circulating fluidized bed boiler (CFB)

5. Supercritical boiler

6. Marine boiler

b. Berdasarkan daerah yang mengalami pemanasan boiler

dibedakan menjadi :

1. Fire tube boiler

2. Water tube boiler

c. Berdasarkan sumber panasnya boiler dibedakan menjadi :

1. Conventional boiler

11

2. Heat Recovery Steam Generator

d. Berdasarkan sirkulasinya boiler dibedakan menjadi :

1. Natural circulation

2. Forced circulation

e. Berdasarkan dinding penyangganya boiler dibedakan menjadi :

1. Bottom supported

2. Top supported

2. Bagian-bagian Boiler

Secara umum bagian utama dari boiler terdiri dari :

a. Main equipment

- Furnace (ruang bakar)

- Main steam drum

- Super heater

- Reheater

- Risers (pipa penguap)

- Economizer

- Burner

b. Auxiliary equipment

- Force draft fan (PAF&SAF)

- Induce draft fan

- Valves, control, dan instrument

12

c. Balance of boiler

- Deaerator

Deaerator adalah salah satu jenis alat pemanas yang

digunakan oleh banyak pembangkit listrik didunia.

Deaerator berfungsi untuk menghilangkan oksigen dan gas-

gas lainnya yang terkandung dalam feedwater ( air boiler ).

- Feed water heater

Feedwater heater merupakan salah satu jenis heat

exchanger yang biasa digunakan di industri proses untuk

menukarkan/mengalirkan panas dari suatu fluida ke fluida

lainnya.

- Blowdown system

Blowdown System adalah suatu system yang terdiri dari

peralatan penampung semua drain air dan uap bekas yang

ada pada boiler equipment. Countinous Blowdown itu

sendiri bebentuk vessel yang mampu menahan air panas

dan tekanan yang kuat dari steam.

C. Teori Perpindahan Panas Pada Boiler

1. Perpindahan panas secara pancaran (radiation)

Perpindahan panas secara radiasi adalah perpindahan panas antara

suatu benda ke benda yang lain dengan jalan melalui gelombang-

gelombnag elektromagnetik tanpa tergantung kepada ada atau tidak

13

adanya media diantara benda yang menerima pancaran panas

tersebut.

Molekul-molekul api yang merupakan hasil pembakaran bahan

bakar dan udara akan menyebabkan terjadinya gangguan

keseimbangan elektromagnetis terhadap media yang disebut aether

(materi bayangan tanpa bobot yang mengisi ruangan). Sebagian

panas yang timbul dari hasil pembakaran tersebut diteruskan ke

aether yang kemudian diteruskan kepada bidang yang akan

dipanasi yaitu dinding atau pipa ketel.

2. Perpindahan panas secara aliran (convection)

Perpindahan panas secara konveksi adalah perpindahan panas yang

dilakukan oleh molekul-molekul suatu fluida (cair maupun gas).

Molekul-molekul fluida tersebut dalam gerakannya melayang-

layang kesana kemari membawa sejumlah panas masing-masing q

joule. Pada saat molekul fluida tersebut menyentuh dinding atau

pipa ketel maka panasnya dibagikan sebagian kepada dinding atau

pipa ketel, sedangkan sebagian lagi dibawa molekul pergi.

Gerakan-gerakan molekul yang melayang-layang tersebut

disebabkan karena perbedaan temperatur didalam fluida itu sendiri.

Dalam gerakannya, molekul-molekul api tersebut tidak perlu

14

melalui lintasan yang lurus untuk mencapai dinding bidang yang

dipanasi.

3. Perpindahan panas secara rambatan (conduction)

Perpindahan panas secara konduksi adalah perpindahan panas dari

suatu bagian benda padat kebagian lain dari benda padat yang sama

atau dari benda padat yang satu kebenda padat yang lain karena

terjadinya persinggungan fisik (kontak fisik atau menempel) tanpa

terjadinya perpindahan panas molekul-molekul dari benda padat itu

sendiri.

Didalam dinding ketel, panas akan dirambatkan oleh molekul-

molekul dinding ketel sebelah dalam yang berbatasan dengan api,

menuju ke molekul-molekul dinding ketel sebelah luar yang

berbatasan dengan air. Perambatan tersebut menempuh jarak

terpendek.

D. Kehilangan Panas pada Boiler

a. Kehilangan panas karena gas buang kering

Gas asap hasil pembakaran yang keluar dari boiler masih memiliki

kalor yang tinggi. Kalor yang berasal dari gas buang tersebut

dimanfaatkan kembali dengan menggunakan media Air Heater,

yaitu berfungsi untuk memanaskan udara pembakaran. Gas asap

15

yang keluar dari Air Heater juga masih memiliki kalor, tetapi sudah

tidak dapat dimanfaatkan kembali. Hal ini menimbulkan kerugian

yang disebut kehilangan panas karena terbawa gas buang kering.

b. Kehilangan panas karena adanya kandungan air dalam bahan bakar

Air dalam bahan bakar tidak akan bereaksi dalam proses

pembakaran, dan akan menyerap sebagian kalor dari hasil

pembakaran. Akibatnya akan mengurangi kalor yang digunakan

oleh boiler untuk menguapkan air umpan (Feed Water). Kerugian

ini kandungan air dalam bahan bakar.

c. Kehilangan panas karena kadar air untuk pembakaran hidrogen

dalam bahan bakar.

Unsur hidrogen yang ada didalam bahan bakar menyebabkan

terjadinya uap air (H2O) pada proses pembakaran. Akibatnya kalor

yang timbul akibat pembakaran bahan bakar di boiler sebagian

diserap oleh uap air ini, sehingga mengurangi kalor yang

digunakan oleh boiler untuk menguapkan air umpan (Feed Water).

Hal ini menimbulkan kerugian yang berdampak terhadap

penurunan effisiensi boiler, dan disebut sebagai kehilangan panas

karena kadar air untuk pembakaran hidrogen dalam bahan bakar.

d. Kehilangan panas karena kandungan air didalam udara pembakaran

16

Udara pembakaran yang diambil dari udara bebas, selalu

mengandung uap air. Uap air ini tidak bereaksi selama proses

pembakaran, tetapi hanya akan bercampur dengan gas – gas asap

hasil pembakaran. Uap air ini akan menyerap sebagian kalor yang

dihasilkan oleh pembakaran dalam boiler, sehingga mengurangi

kalor yang digunakan oleh boiler untuk menguapkan air umpan

(Feed Water). Kerugian inilah yang disebut sebagai kehilangan

panas karena kandungan air didalam udara pembakaran.

e. Kehilangan panas karena uap untuk pengabutan bahan bakar

Uap / Steam digunakan untuk menspray atau mengatomisasi bahan

bakar residu sehingga dapat menyemprot ke dalam ruang bahan

bakar. Akan tetapi uap / steam ini akan bercampur dengan gas –

gas hasil pembakaran dan ikut menyerap sebagian kalor dari hasil

pembakaran. Adanya uap air ini dapat mengurangi kalor yang

digunakan oleh boiler untuk menguapkan air umpan (Feed Water).

Kerugian ini yang disebut sebagai kehilangan panas karena uap

untuk pengabutan bahan bakar.

f. Kehilangan panas kaena terdapatnya unsur karbon monoksida

Kerugian panas yang terjadi karena abu atau terak yang masih

mengandung kalor, yang masih dapat digunakan . Kerugian ini

17

disebut sebagai kehilangan panas kaena terdapatnya unsur karbon

monoksida.

g. Kehilangan panas karena perpindahan panas atau radiasi

Radiasi panas yang keluar dari dinding – dinding boiler ikut

mengurangi kalor yang digunakan oleh boiler untuk menguapkan

air umpan (Feed Water). Hal ini menimbulkan kerugian pula yang

disebut kehilangan panas karena perpindahan panas atau radiasi.

E. Sistem Pembakaran pada Boiler

Pembakaran terjadi secara proses kimia antara bahan-bahan yang

mudah terbakar dengan oksigen dari udara untuk menghasilkan energi

panas yang dapat digunakan untuk keperluan lain. Komponen utama

bahan-bahan yang mudah terbakar adalah carbon, hidrogen, dan

campuran lainnya. Dalam proses pembakaran komponen ini terbakar

menjadi karbondioksida dan uap air. Sejumlah sulfur juga terdapat

pada sebagian besar bahan bakar.

Pada proses pembakaran jumlah oksigen yang digunakan dapat

mempengaruhi kualitas pembakaran. Oksigen merupakan salah satu

elemen udara yang jumlahnya mencapai 20.9% seluruh komponen dari

udara. Komponen yang ada pada udara dapat dilihat pada table 1

18

dibawah ini. Bahan bakar akan terbakar pada keadaan normal jika

terdapat udara yang cukup.

1. Neraca Kalor

Parameter kinerja boiler, seperti efisiensi dan rasio penguapan,

berkurang terhadap waktu disebabkan buruknya pembakaran,

kotornya permukaan penukar panas dan buruknya operasi dan

pemeliharaan. Bahkan untuk boiler yang baru sekalipun, alasan

seperti buruknya kualitas bahan bakar dan kualitas air dapat

mengakibatkan buruknya kinerja boiler. Neraca panas dapat

membantu dalam mengidentifikasi kehilangan panas yang dapat

atau tidak dapat dihindari.

Uji efisiensi boiler dapat membantu dalam menemukan

penyimpangan efisiensi boiler dari efisiensi terbaik dan target area

permasalahan untuk tindakan perbaikan. Proses pembakaran dalam

boiler dapat digambarkan dalam bentuk diagram alir energi.

Diagram ini menggambarkan secara grafis tentang bagaimana

energi masuk dari bahan bakar diubah menjadi aliran energi

dengan berbagai kegunaan dan menjadi aliran kehilangan panas

dan energi. Panah tebal menunjukan jumlah energi yang dikandung

dalam aliran masing-masing.

19

Boiler bertipe CFB (Circulating Fluidized Bed). Boiler jenis ini

memiliki tiga peralatan utama, yakni Furnace, Cyclone, serta

Backpass. Furnace merupakan ruang dimana terjadi proses

pembakaran pada boiler. Cyclone adalah ruang pemisah antara flue

gas dan batubara yang belum terbakar berdasarkan berat jenis, dan

backpass atau Heat recovery Area (HRA) adalah ruang

pemanfaatan kalori dari flue gas, dimana flue gas dimanfaatkan

untuk memanaskan suplai udara hasil pembakaran.

Pada peralatan suplai udara pembakaran, ±60% udara pembakaran

berasal dari Primary Air (PA) Fan, ±36% dari Secondary Air (SA)

Fan, Ditambah ±3 % udara berasal dari fluidizing air blower dan

±1 % udara yang berasal dari limestone dengan total flow udara

pada beban 100 MW berkisar 285.985,40 kg/h sementara untuk

menghisap gas-gas hasil pembakaran (flue gas) dari ruang bakar

menggunakan Induced Draught Fan (IDF).

Tidak seperti kebanyakan PLTU di Indonesia yang menggunakan

tipe pembakaran PCC (Pulverized Coal Combustion) yang

menyemprotkan batubara dan udara ketika terjadi pembakaran,

metode pembakaran CFB ini menjaga material tetap berada dalam

posisi mengambang dengan meniupkan udara dengan kecepatan

tertentu dari bawah furnace.

20

Keseimbangan antara gaya dorong ke atas dari angin dan gaya

gravitasi akan menjaga butiran batubara tetap dalam posisi

mengambang sehingga membentuk lapisan seperti fluida yang

selalu bergerak. Kondisi ini akan menyebabkan pembakaran bahan

bakar yang lebih sempurna karena posisi batubara selalu berubah

sehingga sirkulasi udara dapat berjalan dengan baik dan mencukupi

untuk proses pembakaran.

Kemudian, bila alat desulfurisasi masih diperlukan untuk

penanganan SOx pada metode pembakaran tetap dan PCC, maka

pada CFB, desulfurisasi dapat terjadi bersamaan dengan proses

pembakaran di boiler. Hal ini dilakukan dengan cara mencampur

batu kapur (lime stone, CaCO3) dan batubara kemudian secara

bersamaan dimasukkan ke boiler. SOx yang dihasilkan selama

proses pembakaran, akan bereaksi dengan kapur membentuk

gipsum (kalsium sulfat). Selain untuk proses desulfurisasi, batu

kapur juga berfungsi sebagai media untuk fluidized bed karena

sifatnya yang lunak sehingga pipa pemanas (heat exchanger tube)

yang terpasang di dalam boiler tidak mudah aus.

21

Gambar 3. CFB Boiler Overview

Proses pembakaran dalam boiler dapat digambarkan dalam bentuk

diagram alir energi. Diagram ini menggambarkan secara grafis

tentang bagaimana energi masuk dari bahan bakar diubah menjadi

aliran energi dengan berbagai kegunaan dan menjadi aliran

kehilangan panas dan energy/ panah tebal menunjukan jumlah

energy yang dikandung dalam aliran masing-masing.

Gambar 4. Diagram Neraca Energi Boiler

Diagram Neraca Energi Boiler menggambarkan keseimbangan

energi total yang masuk boiler terhadap yang meninggalkan boiler

22

dalam bentuk yang berbeda. Seperti pada gambar berikut

memberikan gambaran berbagai kehilangan yang terjadi untuk

pembangkitan steam.

Gambar 5. Kehilangan panas pada boiler

2. Heat Exchanger

Heat exchanger adalah alat untuk memindahkan energi panas dari

suatu fluida ke fluida lain. Fluida panas memberikan panasnya ke

fluida dingin melalui suatu media atau secara langsung sehingga

akan terjadi perubahan sesuai dengan yang dikehendaki, baik

penurunan maupun kenaikan temperatur. Pada umumnya

perpindahan panas ini terjadi secara kombinasi antara konduksi dan

konveksi.

3. Beda temperatur rata-rata logaritmik (ÄTlmtd)

Besarnya ÄTlmtd dapat dihitung berdasarkan jenis susunan aliran

yang diterapkan dalam penukar kalor. Persamaan untuk

menghitung ÄTlmtd pada aliran sejajar, berlawanan dan aliran

silang (cross flow) dijelaskan dalam penjelasan berikut. Metode

23

beda temperatur rata-rata logaritmik digunakan sebagai langkah

awal dalam analisa heat exchanger, bila temperature masuk dan

keluar fluida pada heat exchanger diketahui, baik untuk fluida

panas maupun dingin, sehingga dapat menentukan beda temperatur

rata-rata logaritmik.

F. Suplai Udara Pembakaran pada Boiler

PLTU yang menggunakan Boiler CFB (Circulating Fluidized Bed)

dimana pada boiler jenis CFB ini material bed (batubara) yang terbakar

di dalam furnace semakin lama naik ke bagian atas furnace, karena

massanya berkurang batubara menjadi ringan dan ikut terbawa

bersama flue gas menuju ke cyclone. Cyclone berfungsi sebagai

pemisah antara flue gas dan batubara, batubara tersebut jatuh atau

masuk ke dalam cylone, karena batubara di dalam cyclone belum habis

terbakar maka batubara disirkulasikan kembali kedalam furnace,

sedangkan flue gas menuju ke backpass.

Sistem udara pembakaran pada jenis boiler CFB disuplai dari dua

aliran udara utama yaitu udara primary dan udara secondary dan

dibantu oleh udara dari Fluidizing Air Blower serta udara dari

limestone. Udara primary berasal dari udara luar yang masuk kedalam

kipas (fan) kemudian udara di hembuskan menuju Tubular Air Heater

dimana pada tubular air heater terjadi pertukaran panas antara udara

24

primary dengan flue gas. Udara primary yang masuk ke dalam tubular

air heater dengan temperatur ±50OC dan keluar tubular air heater

dengan temperatur ±220OC, sedangkan temperatur flue gas yang

masuk ke dalam tubular air heater ±285OC dan temperatur flue gas

keluar tubular air heater ±125OC. Setelah melewati tubular air heater

udara primary panas masuk ke dalam Win Box yang letaknya di bagian

bawah furnace (ruang bakar), didalam winbox udara primary

ditampung atau disimpan sebelum di hembuskan kedalam furnace

melalui Nozzle-Nozzle bagian bawah didalam furnace. Udara primary

ini digunakan dengan jumlah flow yang banyak di bandingkan dengan

jumlah flow udara secondary karena fungsi udara primary ini untuk

mengangkat batubara di dalam furnace selain sebagai udara

pembakaran.

Udara Secondary juga berasal dari udara luar yang masuk kedalan

kipas (Fan) kemudian udara secondary ini dihembuskan ke dalam

tubular air heater dengan temperatur ±46OC dan keluar tubular air

heater dengan temperatur ±248OC didalam tubular air heater ini terjadi

perpindahan panas antara flue gas dengan udara secondary, setelah

melewati tubular air heater udara panas secondary masuk ke dalam

furnace melalui damper-damper yang letaknya di bagian depan yang

jumlahnya delapan buah damper sedangkan di bagian belakang

25

jumlahnya empat buah demper, selain itu udara panas secondary

digunakan pada saat start-up burner dengan menggunakan HSD.

Selain dari udara primary dan udara secondary udara pembakaran juga

dibantu oleh udara dari fluidizing air blower dan udara dari limestone,

udara fluidizing air blower ini masuk ke dalam furnace bersama

batubara yang belum habis terbakar pada cyclone serta udara udara

pembakaran yang berasal dari udara yang masuk bersama limestone.

1. Saluran Transportasi Udara Pembakaran (Air duct system)

Saluran udara diperlukan sebagai penghubung antara fan dan

komponen utama pada boiler, saluran tersebut sering disebut

dengan ducting. Air and Flue Gas System terdiri dari Primary Air

(PA) Fans, Forced Draft (FD) Fans, Induced Draft (ID) Fans, Air

Heater, Primary Air Ducts, Secondary Air Ducts dan Flue Gas

Ducts.

Udara yang akan disuplai ke ruang pembakaran dipanaskan

terlebih dahulu agar tercapai efisiensi pembakaran yang baik.

Pemanasan tersebut dilakukan oleh Air Heater dengan cara

konduksi dengan memanfaatkan panas dari gas buang sisa

pembakaran di dalam furnace.

26

Pada CFB Boiler saluran ducting dirancang dalam dua kondisi

temperature udara antara lain:

a. Air Cool Ducting

Saluran udara PAF/SAF yang dilalui oleh udara bertemperatur

ambient, juga merupakan proses pertama dari udara luar

sebelum dipanaskan di Air heater.

b. Air Hot Ducting

Saluran udara PAF/SAF setelah Air heater dengan perubahan

temperature ambient ke temperature panas. Pada normal

operasi temperature udara yang keluar dari Air Heater mampu

mencapai 220O C yang selanjutnya disuplai ke Duct Burner dan

ruang bakar.

2. Piping system

Piping system digunakan pada Fluidizing air blower ini berfungsi

untuk membuat aliran udara yang berputar (turbulen) yang

tujuannya untuk melindungi dinding cyclone pada bagian

expansion bellow, agar batubara yang belum habis terbakar dan

pasir yang jatuh tidak mengenai atau menempel pada bagian

expansion bellow pada dinding cyclone.

27

3. Air Nozzle

Air Nozzle merupakan komponen yang terpasang pada dasar

furnace dengan jumlah ratusan nozzle. udara yang keluar dari

nozzle mendorong atau mengangkat bed material untuk

pembakaran yang sempurna. Posisi air nozzle berada setelah

windbox pada dasar boiler.

G. Mekanisme Sistem Penyuplaian Panas Pada Boiler

1. Mekanisme penyuplaian Udara

Mekanisme sistem penyuplaian udara ke boiler Selain dari aliran

Primary Air Fan (PAF) dan Secondary Air Fan (SAF), udara

pembakaran juga dibantu oleh Fluidizing Air Blower, jumlah flow

udara dalam proses pembakaran (100% BMCR) di ruang bakar

(furnance) membutuhkan ±522 t/h udara panas.

Aliran udara yang berputar (turbulen), tujuannya untuk melindungi

dinding cyclone pada bagian expansion bellow, agar batubara yang

belum habis terbakar dan pasir yang jatuh tidak mengenai atau

menempel pada bagian expansion bellow pada dinding cyclone

maka dibantu oleh Fluidizing Air Blower.

Batubara yang belum habis terbakar yang menempel pada bagian

expansion bellow akan dapat merusak dan menghambat sirkulasi

28

pada cyclone. Selain untuk melindungi expansion bellow pada

dinding cyclone udara yang berasal dari fluidizing air blower ini

juga digunakan untuk mendorong batubara yang belum habis

terbakar masuk kedalam furnace pada sealpot yang letaknya

dibawah cyclone. Sealpot digunakan sebagai penghambat laju

aliran batubara yang belum habis terbakar sebelum masuk ke

furnace.

Dua sumber aliran udara utama yaitu udara primary dan udara

secondary dan dibantu oleh udara dari fluidizing air blower serta

udara dari limestone. Udara primary berasal dari udara luar yang

masuk kedalam kipas (fan) kemudian udara di hembuskan menuju

tubular air heater dimana pada tubular air heater terjadi pertukaran

panas antara udara primary dengan flue gas.

Gambar 6. Furnace Nozzle

2. Pengaturan Penyuplaian Udara dan Air Heater

• Pengaturan Tekanan Udara

29

Pengaturan Tekanan udara bebas dikeliling kita disebut dengan

tekanan Atmosfir, besar tekanan atmosfir adalah 1,013 bar atau

14,7 Psig dan alat pangkasnya dinamakan barometer. Titik nol

barometer diukur dalam ruang hampa udara (hampa mutlak/

non absolute). Sedangkan alat ukur yang dipakai untuk

mengukur tekanan selain tekanan udara bebas disebut

manometer. Tekanan dapat dibedakan menjadi 3 macam yaitu :

1. Tekanan terukur

2. Tekanan Absolut

3. Tekanan Vakum

Pada pengukuran tekan yang sering di jumpai pada pembangkit

termal adalah dengan menggunakan metode, sebagai berikut :

1. Kolom Zat Cair

2. Perubahan Element Elastis

• Pengaturan Temperatur udara

Pengaturan temperatur udara dapat dimonitor dari pengukuran

temperatur pada Boiler overview. Pada pembangkit termal ada

dua jenis alat pengukuran sering di jumpai yaitu Thermokopel

dan Resistance Temperatur Detector (RTD). Thermokopel

30

terdiri dari dua logam berlainan jenis yang digabungkan dari

sumber panas pada ujung yang lain akan menimbulkan

tegangan listrik berupa mili volt dan pada Resistance

Temperatur Detector (RTD) objek dan pembacaan

instrumentasinya berada ditempat yang berbeda atau dapat

dikatakan pembacaan jarak jauh dengan menggunakan kawat

penghubung yang mempunyai tahanan meskipun kecil (0.008 –

0,012/meter).

• Pengaturan Aliran Udara

Pengaturan aliran udara pada CFB Boiler diatur dengan

mempertimbangkan laju aliran pada suplai udara yang masuk

dan keluar menginggat kondisi tekanan udara didalam ruang

bakar yang berbeda. PAF, SAF dan HPA menciptakan kondisi

ruang bakar bertekanan plus sedangkan IDF menciptakan

kondisi ruang bakar vakum atau minus. Hal ini sesuai dengan

filoshopi desain CFB Boiler itu sendiri dimana bahan bakar

(coal) terbakar pada bed level (level pasir yang melayang di

permukaan furnance) lalu coal yang tidak terbakar masuk ke

compact separator untuk dibakar lagi di bed (proses ini terjadi

berulang).

31

Untuk pengaturan suplai aliran udara CFB Boiler tergantung

pada bukaan damper menggunakan regulator pada setiap fan.

Adapun bukaan damper tersebut di disesuaikan dengan kondisi

operasi normal tekanan udara plus di pertahankan 6 kPa untuk

Lower Furnance (bagian dasar ruang bakar) dan 5 kPa untuk

Upper Furnance (bed level) dengan tekanan vakum (-34.1 pa)

guna mencapai kesetimbangan udara ruang bakar (100%

BMCR).

• Pengaturan Air Heater

Air heater merupakan peralatan tempat perpindahan panas yang

besar didalam jalur udara primer dan gas buang dari CFB

Boiler. Sebagai media panas air heater berasal dari gas buang

(flue gas) hasil pembakaran di boiler sebelum di buang di stack

melalui induced Draft Fan (IDF). Air heater terdiri dari jenis

elemen-elemen plat yang berfungsi mengambil panas dari gas

buang dengan mekanisme pengaturan perpindahan panas

konveksi. Pengoperasian normal air heater dibantu dengan

motor penggerak yang dihubungkan dengan speed reducer,

rotor elemen pemanas diputar dalam suatu yang memiliki

sambungan duct pada kedua sisinnya dialiri gas buang dari

boiler dan udara dari sisi lainnya. Saat rotor diputar setengah

bagiannya memasuki saluran gas buang dan menyerap energi

32

panas yang terkandung didalamnya, sedangkan setengah bagian

lain mentranfer panas dari elemen ke udara pada sisi saluran

udara sehingga menghasilkan udara panas yang selanjutnya

disuplai ke ruang bakar (furnance).

1. Primary Air Fan (PAF)

Gambar 7. Primary Air Fan Overview

2. Secondary Air Fan (SAF)

Gambar 8. Secondary Air Fan (SAF) Overview

33

3. High Pressure Air (HPA)

Gambar 9. High Pressure Fan (HPF) Overview

4. Induced Draft Fan (IDF)

Gambar 10. Induced Draft Fan (IDF) Overview

34

H. Mekanisme penyuplaian air pengumpan pada Boiler

Dalam Boiler feed system menyediakan aliran untuk air pengisi

boiler/feedwater dari deaerator storage tank ke economizer inlet,

menyediakan sebagian regenerative feedwater heating dan

menyediakan aliran air desuperheating ke main steam.

Komponen utama Boiler feed system yaitu:

1. Pompa feed boiler dengan penggerak motor listrik yang

mempunyai kapasitas 3 x 50%.

2. Dua unit high-pressure closed, U-tube type feedwater heaters.

3. Pipa, katup, fittings dan peralatan penunjang lainnya.

I. Mekanisme Penyuplaian Bahan Bakar Boiler

CFB boiler di desain dengan menggunakan dua jenis bahan bakar (dual

fuel), Fuel Oil Firing System dan Coal Feed System. Pembakaran awal

(first firing) bahan bakar CFB boiler menggunakan bahan bakar HSD

hingga mencapai temperatur ±595OC dengan rentang waktu

pembakaran ±6 jam (fuel firing system) selanjutnya pemakaian bahan

bakar HSD dihentikan setelah ruang bakar disuplai oleh batubara.

Penggunaan bahan bakar batubara untuk 1 unit CFB Boiler ±65 t/h

dengan mempertahankan temperatur ruang bakar hingga mencapai

±900OC. mekanisme penyuplaian batubara (Coal Feed system) dari

35

daily coal silo ditransfer melalui fuel feeder ±16.25 t/h menuju ruang

bakar (furnance).

Gambar 11. Boiler Start Oil System Overview

J. Perhitungan efisiensi boiler

Efisiensi adalah suatu tingkatan kemampuan kerja dari suatu alat.

Sedangkan efisiensi pada boiler adalah prestasi kerja atau tingkat unjuk

kerja boiler atau ketel uap yang didapatkan dari perbandingan antara

energi yang dipindahkan atau diserap oleh fluida kerja didalam ketel

dengan masukan energi kimia dari bahan bakar. Untuk tingkat efisiensi

pada boiler atau ketel uap tingkat efisiensinya berkisar antara 70%

hingga 90%.

36

Terdapat dua metode pengkajian efisiensi boiler :

a. Metode Langsung: energi yang didapat dari fluida kerja (air dan

steam) dibandingkan dengan energi yang terkandung dalam bahan

bakar boiler.

b. Metode Tidak Langsung: efisiensi merupakan perbedaan antara

kehilangan dan energi yang masuk.

2.2 Persamaan Matematika

a. Metode langsung dalam menentukan efesiensi Boiler

Standar acuan untuk pengujian Boiler menggunakan metode tidak

langsung adalah British standard, BS 845:1987 dan USA standard

ASME PTC-4-1 Power Test Code Steam Generating Unit.

………………(1)

….…………..(2)

b. Metode tidak langsung dalam menentukan efesiensi Boiler

Metode tidak langsung juga dikenal dengan metode kehilangan panas.

Efisiensi dapat dihitung dengan mengurangkan bagian kehilangan

panas dari 100 sebagai berikut :

37

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 fly ash

vi. Bahan bakar yang tidak terbakar dalam bottom ash

vii. Radiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung.