PENINGKATAN_EFISIENSI_BOILER_DENGAN_MENGGUNAKAN_ECONOMIZER.pdf

8/15/2019 PENINGKATAN_EFISIENSI_BOILER_DENGAN_MENGGUNAKAN_ECONOMIZER.pdf

1/39

i

PENINGKATAN EFISIENSI BOILER DENGAN

MENGGUNAKAN ECONOMIZER

MAKALAH

Oleh :

IMAM BAHRUDIN, ST

TRAINING CADET ANGKATAN XIV

PT REA KALTIM PLANTATIONS

2014


2/39

ii

HALAMAN PENGESAHAN

Makalah berjudul “Peningkatan Efisiensi Boiler dengan Menggunakan

Economizer ” telah diperiksa dan disahkan pada:

Hari, Tanggal : Desember 2014

Tempat : Training School PT Rea Kaltim Plantations

Manager of Human

Resource,

PT Rea Kaltim Plantations

Waryanti

Pembina

Training School,

Hendardji Andra W

Head of Human Resource,

PT Rea Kaltim Plantations

Zulaedy E. Ginting


3/39

iii

DAFTAR ISI

halaman

HALAMAN SAMPUL..........................................................................

HALAMAN PENGESAHAN...............................................................

DAFTAR ISI..........................................................................................

PRAKATA.............................................................................................

BAB 1. PENDAHULUAN.....................................................................

1.1 Latar Belakang.................................................................................

1.2 Rumusan Masalah...........................................................................

1.3

Tujuan dan Manfaat........................................................................

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA...........................................................

2.1 Ketel Uap...........................................................................................

2.2 Bagian-Bagian Boiler.......................................................................

2.3 Esensi Ketel Uap yang Baik .............................................................

2.4 Pemilihan Ketel Uap.........................................................................

2.5 Klasifikasi Ketel Uap........................................................................

2.6 Keuntungan dan Kerugian Ketel Pipa Air.....................................

BAB 3. PEMBAHASAN........................................................................

3.1 Perpindahan Panas pada Boiler......................................................

3.1.1 Perpindahan panas secara pancaran (radiation)..............................

3.1.2 Perpindahan panas secara aliran (convection).................................

3.1.3 Perpindahan panas secara rambatan (conduction)...........................

3.2 Proses Pemanasan Air......................................................................

3.3

Keterpasangan Peralatan pada Economizer.................................

3.4 Economizer sebagai Instrument Pembantu dalam Feed Water

Treatment pada Boiler.....................................................................

3.5 Mekanisme Economizer...................................................................

3.6 Analisa Performansi dari Boiler......................................................

3.6.1 Efisiensi boiler................................................................................

3.6.2 Perhitungan efisiensi boiler.............................................................

3.6.3 Rasio penguapan.............................................................................

i

ii

iii

v

1

1

2

3

4

4

5

7

7

7

10

11

11

11

11

11

12

16

17

20

23

23

26

29


4/39

iv

BAB 4. PENUTUP.................................................................................

4.1 Kesimpulan.......................................................................................

4.2 Saran.................................................................................................

DAFTAR PUSTAKA.............................................................................

33

33

33

34


5/39

v

PRAKATA

Alhamdulillah, puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan

karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Shalawat dan salam

yang selalu tercurahkan kepada junjungan Nabi Besar Muhammad SAW karena

beliau lah panutan seluruh umat di dunia maupun akhirat.

Makalah ini berjudul “Peningkatan Efisiensi Boiler dengan Menggunakan

Economizer ”. Penyusunan makalah ini digunakan untuk memenuhi salah satu

syarat dalam menyelesaikan pendidikan Training Cadet PT Rea Kaltim Plantations.

Penulis mengucapkan terimakasih kepada:

1.

Ibunda dan Ayahanda tercinta yang selalu tiada henti dan tiada lelah mendidik

dan menasehatiku, kakak-kakakku dan adik-adikku, serta saudara-saudaraku

semua yang telah memberikan doa dan motivasi.

2.

Bapak Zulaedy E. Ginting selaku Head of HR dan Ibu Waryanti selaku Manager

of HR yang telah memberikan kesempatan menempuh pendidikan Training Cadet

PT Rea Kaltim Plantations.

3. Bapak Hendardji Andra W. selaku pembina Training School yang selalu

memberikan ide, saran, dan motivasi selama proses penyusunan makalah ini.

4. Seluruh Head, Manager, beserta staf PT Rea Kaltim Group yang telah

memberikan ilmu dan pengetahuan selama pendidikan Training Cadet.

5.

Seluruh staf dan karyawan Training School PT Rea Kaltim Plantations.

6. Seluruh teman-teman Training Cadet angkatan XIV telah memberikan banyak

dukungan, Wiangga, Arifyanto, Heri, Anwar, Suroto, Agro, Eko, Pak Fatur, Pak

Arnol, Pak Nobert, Marga, dan teman-teman lain yang telah banyak membantu

selama pendidikan.Penulis menyadari sebagai manusia yang tak lepas dari kekhilafan dan

kekurangan, oleh karena itu diharapkan adanya kritik, saran, dan ide yang bersifat

konstruktif demi kesempurnaan makalah ini. Semoga makalah ini dapat

memberikan manfaat khususnya bagi penulis dan penulis-penulis berikutnya.

Central, Desember 2014 Penulis


6/39

1

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Minyak sawit berasal dari buah pohon kelapa sawit ( Elaeis guineensis),

suatu spesies tropis yang berasal dari Afrika Barat, namun kini tumbuh sebagai

hibrida di banyak belahan dunia, termasuk Asia Tenggara dan Amerika Tengah.

Minyak sawit menjadi minyak pangan yang paling banyak diperdagangkan secara

internasional pada tahun 2007. Minyak yang relatif murah ini digunakan untuk

berbagai tujuan. Permintaan dunia akan minyak sawit telah melonjak dalam dua

dasawarsa terakhir, pertama karena penggunaannya dalam bahan makanan, sabun,

dan produk-produk konsumen lainnya, dan belakangan ini sebagai bahan baku

mentah bahan bakar nabati. Naiknya tingkat kemakmuran di India dan Cina, kedua

negara importir terbesar di dunia, akan menambah permintaan akan minyak sawit

dan minyak sayur yang dapat dimakan lainnya untuk berbagai kegunaan. Buah

sawit adalah sumber bahan baku CPO (Crude Palm Oil) dan PKO ( Palm Kernel

Oil ). CPO dihasilkan dari daging buah sawit, sedangkan PKO dihasilkan dari inti

buahnya (Fricke, 2009).

Dalam pabrik kelapa sawit, ketel uap (boiler ) merupakan jantung dari

sebuah pabrik kelapa sawit. Dimana, ketel uap ini lah yang menjadi sumber tenaga

dan sumber uap yang akan dipakai untuk mengolah kelapa sawit. Ketel uap

merupakan suatu alat konversi energi yang merubah air menjadi uap yang bersuhu

sekitar 2500-3000oF dengan cara pemanasan dan panas yang dibutuhkan air untuk

penguapan diperoleh dari pembakaran bahan bakar pada ruang bakar ketel uap. Airadalah media yang berguna dan murah. Jika air dididihkan sampai menjadi steam,

volume steam akan meningkat sekitar 1600 kali dari volume air. Steam pada

tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses

untuk membangkitkan energi. Steam menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk

mesiu yang mudah meledak. Boiler tersusun dari beberapa komponen seperti

cerobong, superheater , steam drum, economizer , dan komponen penting lainnya.

Salah satu komponen terpenting pada sistem boiler adalah economizer yang


7/39

2

berperan membantu memanaskan feedwater yang akan digunakan dalam boiler

(UNEP, 2004).

Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan

bakar. 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. Air yang disuplai ke boiler untuk dirubah

menjadi steam disebut air umpan ( feed water ). Dua sumber air umpan adalah: (1)

Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses dan (2) Air

makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar ruang boiler

dan plant proses (UNEP, 2004).

Berdasarkan gagasan pokok di atas, 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.

Oleh karena itu dalam makalah ini akan membahas mengenai potensi meningkatkan

efisiensi boiler yang lebih tinggi dengan menggunakan economizer untuk

pemanasan awal air umpan ( feed water ) menggunakan limbah panas dari gas buang

( flue gas).

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang permasalahan yang telah diuraikan maka

rumusan masalah yang dibahas dalam makalah ini adalah:

1.

Bagaimana proses terbentuknya uap?

2. Bagaimana prinsip kerja economizer sebagai komponen ekonomis dalam

konsumsi energi?

3.

Bagaimana analisa efisiensi boiler dengan menggunakan economizer?


8/39

3

1.3 Tujuan dan manfaat

Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah:

1.

Mengetahui prinsip kerja boiler pipa air (water tube boiler ) dan komponen

pendukungnya.

2. Mengetahui kehilangan panas (heat loss) pada boiler dan cara

pencegahannya.

3. Mengetahui prinsip kerja economizer sebagai usaha meningkatkan efisiensi

boiler.

4.

Mengetahui cara analisa efisiensi boiler dengan sistem perhitungan

langsung dan tidak langsung.

Manfaat dari makalah ini adalah:

1. Memberikan informasi dan data potensi peluang meningkatkan efisiensi

boiler dengan menggunakan economizer.

2.

Adanya analisa performansi boiler dapat memberikan gambaran mengenai

perbaikan pada sistem boiler sehingga kebutuhan dan kualitas uap dapat

dijaga dengan baik.


9/39

4

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Ketel Uap

Dalam Undang-undang (stoom ordonnantie) verordening stoom

ordonnantie 1930 yang dimaksud dengan pesawat uap ialah ketel uap dan alat-alat

lainnya yang dengan peraturan Pemerintah ditetapkan demikian, langsung atau

tidak langsung berhubungan (atau tersambung) dengan suatu ketel uap dan

diperuntukan bekerja dengan tekanan yang lebih besar (tinggi) daripada tekanan

udara.

Gambar 2.1 Bagian-bagian Boiler

Sebuah ketel uap biasanya merupakan bejana tertutup yang terbuat dari baja

Fungsinya adalah memindahkan panas yang dihasilkan pembakaran bahan bakar ke


10/39

5

air yang pada akhirnya akan menghasilkan uap. Uap yang dihasilkan bisa

dimanfaatkan untuk:

1.

Mesin pembakaran luar seperti: mesin uap dan turbin.

2.

Suplai tekanan rendah bagi kerja proses di industri seperti pabrik kelapa

sawit, pabrik gula, industri revinery dsb.

3. Menghasilkan air panas, dimana bisa digunakan untuk instalasi pemanas

bertekanan rendah.

2.2 Bagian-bagian boiler

Secara umum bagian utama dari boiler terdiri dari :

Main equipment

1. Ruang Bakar ( Furnace)

Yaitu tempat terjadinya pembakaran ampas dan minyak atau bahan bakar

yang lain. Suhu di dalam ruang bakar berkisar 600oC tergantung dari zat kering

bahan bakar. Untuk mendapatkan suhu ruang bakar yang tinggi perlu pengaturan

dari udara hembus dan umpan bahan bakar. Untuk pembuangan abu masing-masing

ketel menggunakan dumping grade, dan langsung di gorek agar tidak mengganggu

proses pembakaran.

2. Baggase Feeder

Digunakan sebagai pengumpan ampas agar masuknya ampas ke dalam

ruang bakar secara kontinu dan merata. pemasukan ampas menggunakan rotary

valve dengan mengatur bukaan pintu ampas.

3. Main steam drum

Sebagai tempat masuk air dan sirkulasi air panas karena pembakaran

sehingga terbentuk uap. 4. Super heater

Digunakan untuk mengubah uap kenyang menjadi uap kering dengan

temperatur 325oC karena uap yang mengandung air akan berbahaya bagi turbin.

Cara kerjanya yaitu uap yang keluar dari upper drum ketel dimasukkan ke dalam

pipa-pipa yang kemudian masuk ke dalam ruang bakar dan uap berubah menjadi

uap kering.

5. Penangkap debu ( Dust collector )


11/39

6

Fungsinya sebagai penangkap debu sebelum gas asap keluar dari cerobong

agar tidak terjadi polusi udara di lingkungan. Ketel pipa air menggunakan

penangkap debu yaitu dengan cara dispray dengan air. Gas sisa pembakaran ditarik

IDF, sehingga terjadi pusaran di spray dengan air disekelilingnya. Butiran-butiran

abu yang halus akan jatuh ke talang bersama air lalu ke penampung abu.

6. Economizer

Ekonomiser adalah piranti yang digunakan untuk memanaskan air umpan

dengan memanfaatkan panas dari gas asap sebelum masuk ke cerobong.

7.

Oil burner

Sebagai pembakaran tambahan dalam ketel dengan residu.

Auxiliary equipment

1. Force draft fan (FDF)

Berfungsi sebagai penghembus campuran uap bahan bakar dan gas-gas dan

udara di dalam ruang bakar.

2. Induce draft fan (IDF)

Berfungsi untuk membuang atau menghisap gas-gas berikut campuran uap

bahan bakar dan udara yang terdapat di dalam ruang bakar.

3. Valves, control, dan instrument

Sebagai instrument pengaman serta control terhadap tekanan, temperatur,

water level dsb.

Balance of boiler

1. Deaerator

Pemisah gas-gas terlarut dalam air (O2) dan memanaskan air umpan boilersebelum dibakar di dalam boiler.

2.

Feed water heater

Sistem pemanasan awal pada air pengisi ketel

3. Blowdown system

Blowdown kontinyu yang tidak terkendali sangatlah sia-sia. Pengendalian

blowdown otomatis dapat terpasang yang merupakan sensor dan merespon pada


12/39

7

konduktivitas air boiler dan pH. Blowdown 10 % dalam boiler 15 Kg/cm²

menghasilkan kehilangan efisiensi 3%.

2.3 Esensi Ketel Uap yang Baik

Berikut ini adalah esensi dari ketel uap yang baik.

1. Harus menghasilkan kuantitas maksimum uap dengan bahan bakar yang

diberikan.

2. Harus ekonomis ketika dipasang, dan menghendaki sedikit perhatian ketika

beroperasi.

3. Harus secara cepat bisa memenuhi beban yang berfluktuasi.

4.

Harus bisa distarter dengan cepat.

5. Beratnya harus ringan.

6. Harus menempati ruang yang kecil.

7.

Sambungan harus sesedikit mungkin dan bisa dinspeksi.

8.

Lumpur atau endapan lainnya tidak boleh mengumpul pada pelat pemanas.

9. Tube tidak boleh mengakumulasi jelaga atau kotoran air, dan harus mempunyai

toleransi ketebalan untuk keausan dan korosi.

10.

Rangkaian air dan gas asap harus didesain supaya bisa memberikan kecepatan

fluida maksimum tanpa mengakibatkan kerugian gesek yang besar.

2.4 Pemilihan Ketel Uap

Pemilihan jenis dan ukuran ketel uap tergantung pada faktor-faktor berikut:

1. Daya yang diperlukan dan tekanan kerja.

2. Posisi geografi dari power house (sumber tenaga).

3.

Ketersediaan bahan bakar dan air.4. Kemungkinan stasiun permanen.

5.

Faktor beban yang mungkin.

2.5 Klasifikasi Ketel Uap

Ada banyak klasifikasi ketel uap, berikut ini diberikan beberapa klasifikasi

ketel uap yang penting.


13/39

8

1. Berdasarkan isi tube/pipa.

a.

Pipa api atau pipa asap

Pada ketel pipa api, nyala api dan gas panas yang dihasilkan pembakaran, mengalir

melalui pipa yang dikelilingi oleh air. Panas dikonduksikan melalui dinding pipa

dari gas panas ke air di sekeliling pipa tersebut. Contoh ketel uap pipa air sederhana:

ketel vertikal sederhana, ketel Cochran, ketel Lanchasire, ketel Cornish, kete Scotch

marine, ketel lokomotif dan ketel Velcon.

Gambar 2.2 Fire tube boiler

b.

Pipa air

Pada ketel pipa air, air dimasukkan ke dalam pipa dimana pipa dikelilingi oleh nyala

api dan gas panas dari luar. Contoh ketel jenis ini : ketel Babcock dan Wilcox, ketel

Stirling, ketel La-Mont, ketel Benson, ketel Yarrow dan ketel Loeffler.

Gambar 2.3 Water tube boiler


14/39

9

2. Berdasarkan posisi dapur pembakar.

a.

Dibakar di dalam

Pada ketel uap dibakar di dalam, dapur diletakkan di dalam kulit boiler. Sebagaian

besar ketel pipa api mempunyai jenis ini.

b. Dibakar di luar

Pada ketel uap dibakar di luar, dapur disusun dibawah susunan bata. Ketel pipa air

selalu dibakar di luar.

3. Berdasarkan sumbu shell/kulit.

a. Vertikal

Pada ketel uap vertikal, sumbu shell vertikal.

b. Horizontal

Sedangkan pada jenis horisontal, sumbu shellnya horisontal.

4. Berdasarkan jumlah pipa.

a. Pipa tunggal

Pada ketel uap pipa tunggal, hanya ada satu buah pipa api atau pipa air. Ketel

vertical sederhana dan ketel Cornish adalah jenis ketel pipa tunggal.

b. Pipa banyak

Pada ketel pipa banyak, ada dua atau lebih pipa api atau pipa air.

5. Berdasarkan metode sirkulasi air dan uap.

a. Sirkulasi alami

Pada ketel dengan sirkulasi alami, sirkulasi air adalah dengan arus konveksi

alami/natural, dimana dihasilkan karena pemanasan air. b. Sirkulasi paksa

Pada ketel uap dengan sirkulasi paksa, ada sirkulasi paksa pada air dengan memakai

penggerak pompa. Penggunaan sirkulasi paksa dilakukan pada ketel seperti ketel

La-Mont, ketel Benson, ketel Loefler dan ketel Velcon.


15/39

10

6. Berdasarkan penggunaannya.

a. Stasioner

Ketel uap stasioner digunakan di pusat pembangkit tenaga, dan di industri proses.

Ketel ini disebut stasioner karena ketel tidak berpindah dari satu ke tempat lainnya.

b. Mobil (bergerak)

Ketel uap mobil adalah ketel yang bergerak dari satu tempat ke tempat lainnya.

Ketel jenis ini seperti ketel lokomotif dan ketel marine.

7. Berdasarkan sumber panas.

Sumber panas bisa berupa pembakaran bahan bakar padat, cair atau gas, gas sisa

panas yang dihasilkan dari proses kimia, energi listrik atau energi nuklir.

2.6 Keuntungan dan Kerugian Ketel Pipa Air

Keuntungan-keuntungan ketel pipa air:

1.

Menghasilkan uap dengan tekanan lebih tinggi dari pada ketel pipa api.

2. Untuk daya yang sama, menempati ruang/tempat yang lebih kecil daripada ketel

pipa api.

3.

Laju aliran uap lebih tinggi.

4. Komponen-komponen yang berbeda bisa diurai sehingga mudah untuk

dipindahkan.

5.

Permukaan pemanasan lebih efektif karena gas panas mengalir keatas pada arah

tegak lurus.

6. Pecah pada pipa air tidak menimbulkan kerusakan ke seluruh ketel.

Kerugian-kerugian ketel pipa air:1. Air umpan mensaratkan mempunyai kemurnian tinggi untuk mencegah endapan

kerak di dalam pipa. Jika terbentuk kerak di dalam pipa bisa menimbulkan panas

yang berlebihan dan pecah.

2. Ketel pipa air memerlukan perhatian yang lebih hati-hati bagi penguapannya,

karena itu akan menimbulkan biaya operasi yang lebih tinggi.

3. Pembersihan pipa air tidak mudah dilakukan.


16/39

11

BAB 3. PEMBAHASAN

3.1 Perpindahan Panas pada Boiler

3.1.1 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 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.

3.1.2 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 di dalam fluida itu sendiri. Dalam gerakannya,

molekul-molekul api tersebut tidak perlu melalui lintasan yang lurus untuk

mencapai dinding bidang yang dipanasi.

3.1.3 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 ke benda padat yang lain karena terjadinya persinggungan fisik (kontak

fisik atau menempel) tanpa terjadinya perpindahan panas molekul-molekul dari

benda padat itu sendiri. Di dalam dinding ketel, panas akan dirambatkan oleh


17/39

12

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 (Djokosetyardjo, 1993)

3.2 Proses Pemanasan Air

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. Air adalah media

yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air

dididihkan sampai menjadi steam, volumenya akan meningkat sekitar 1.600 kali,

menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak,sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat

baik.

Sistem boiler terdiri dari : sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan

bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai

dengan kebutuhan steam. Berbagai valve 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 valve 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. Air yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi steam

disebut air umpan.

Dua sumber air umpan adalah: kondensat atau steam yang mengembun yang

kembali dari proses dan air make up (air baku yang sudah diolah) yang harus

diumpankan dari luar ruang boiler dan plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi

boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan

menggunakan limbah panas pada gas buang.

Bahan baku yang digunakan untuk membuat steam adalah air bersih. Air

dari RO yang telah diproses di alirkan menggunakan pompa ke deaerator tank

hingga pada level yang sudah ditentukan. Pemanasan dalam deaerator adalah


18/39

13

dengan menggunakan steam sisa yang berasal dari hasil pemutaran turbin. Dalam

hal ini terdapat beberapa stage atau tahap sirkulasi steam untuk pemanasan awal

deaerator.

Tahap 1

Steam sisa yang berasal dari steam yang memutar turbin langsung dikembalikan ke

deaerator untuk memanaskan kembali air yang terdapat pada deaerator tank. Sisa

steam ini langsung mengalir disebabkan perbedaan tekanan dan massa jenis air dan

steam, karena perbedaan massa jenis itu lah steam cenderung menuju ke massa jenis

yang lebih besar yaitu air. Sirkulasi pada stage ini terus menerus seperti itu.

Tahap 2

Sisa steam hasil pemutar turbin jatuh ke condenser (proses pendinginan). Pada

tahap ini pedinginan steam sisa dibantu oleh air laut. Setelah melalui proses

pendinginan ini, steam berubah menjadi air kembali kemudian di alirkan ke LPH

(low pressure heater) untuk dipanaskan kembali. Setelah dari LPH air yang hampir

panas tadi di alirkan lagi ke deaerator untuk pemanasan lanjut. Setelah dipanaskan

di deaerator air panas tadi tidak langsung di alirkan ke economizer, tetapi air di

alirkan terlebih dahulu ke HPH ( High Pressure Heater ) untuk dipanaskan lebih dan

setelah itu barulah dialirkan ke economizer. Bantuan beberapa heater pada stage 2

ini hanyalah suatu langkah pemeliharaan instrument dimana telah disetting

sedemikian rupa untuk penjagaan. Selain itu juga bisa digunakan sebagai safety jika

ada dari salah satu system dari stage-stage tadi mengalami kerusakan, selain itu

tahap demi tahap ini memang tergantung dari jenis turbin yang digunakan.

Dari komponen lain diluar sistem pemanasan air terdapat Chemical Tank

yang berfungsi sebagai tempat dibuatnya suatu larutan kimia untuk pemeliharaan

pipa-pipa dan instrument-instrument yang lain. Setelah larutan kimia dibuat lalu

dialirkan ke deaerator dan ke beberapa instrument lain seperti drum boiler untuk

dicampurkan dengan air dan kemudian kembali kedalam proses pemanasan air.

Gambar dibawah ini adalah gambar diagram proses pemanasan air menjadi steam

hingga memutar turbin dan menghasilkan energi listrtik.


19/39

14

Gambar 3.1 Diagram Block Proses

Keterangan gambar : - Line Hitam proses pemanasan air menjadi steam

- Line Biru proses stage 1

- Line Merah proses stage 2

Dengan meningkatnya suhu dan air mendekati kondisi didihnya, beberapa

molekul mendapatkan energi kinetik yang cukup untuk mencapai kecepatan yang

membuatnya sewaktu-waktu lepas dari cairan ke ruang diatas permukaan, sebelum

jatuh kembali ke cairan. Pemanasan lebih lanjut menyebabkan eksitasi lebih besardan sejumlah molekul dengan energi cukup untuk meninggalkan cairan jadi

meningkat.

Dengan mempertimbangkan struktur molekul cairan dan uap, masuk akal

bahwa densitas steam lebih kecil dari air, sebab molekul steam terpisah jauh satu

dengan yang lainnya. Ruang yang secara tiba-tiba terjadi diatas permukaan air

menjadi terisi dengan molekul steam yang padat.

Jika jumlah molekul yang meninggalkan permukaan cairan lebih besar dari

yang masuk kembali, maka air menguap dengan bebasnya. Pada titik 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 membentuk steam jenuh. Suhu

air mendidih dengan steam jenuh dalam sistim ya ng sama adalah sama, akan tetapi

energi panas per satuan massa nya lebih besar pada steam. Pada tekanan atmosfir

suhu jenuhnya adalah 100°C. Tetapi, jika tekanannya bertambah, maka akan ada


20/39

15

penambahan lebih banyak panas yang peningkatan suhu tanpa perubahan fase. Oleh

karena itu, kenaikan tekanan secara efektif akan meningkatkan entalpi air dan suhu

jenuh. Hubungan antara suhu jenuh dan tekanan dikenal sebagai kurva steam jenuh

(Gambar 3.2).

Gambar 3.2 Kurva Steam Jenuh

Air dan steam dapat berada secara bersamaan pada berbagai tekanan pada

kurva ini, keduanya akan berada pada suhu jenuh. Steam pada kondisi diatas kurva

jenuh dikenal dengan superheated steam/steam lewat jenuh:

Suhu diatas suhu jenuh disebut derajat steam lewat jenuh.

Air pada kondisi dibawah kurva disebut air sub- jenuh.

Jika steam mengalir dari boiler pada kecepatan yang sama dengan yang

dihasilkannya, penambahan panas lebih lanjut akan meningkatkan laju

produksinya. Jika steam yang sama tertahan tidak meninggalkan boiler, dan jumlah

panas yang masuk dijaga tetap, energi yang mengalir ke boiler akan lebih besar dari

pada energi yang mengalir keluar. Energi berlebih ini akan menaikan tekanan, yang

pada gilirannya akan menyebabkan suhu jenuh meningkat, karena suhu steam jenuh

berhubungan dengan tekanannya.

Dalam hal ini pembakaran air di dalam boiler adalah, air yang melalui

economizer yang telah melalui pemanasan di dalamnya dialirkan ke drum boiler

(penampungan steam) dan kemudian dibakar di dalam boiler untuk dipanaskan

lebih lanjut hingga menjadi steam basah. Suhu di dalam boiler ini adalah sekitar

400oC-459oC. Pembakaran menggunakan bahan bakar batu bara dan dibantu

dengan udara untuk menjaga kestabilan pembakaran di dalam coumbution system.


21/39

16

Sistem pengendalian pembakaran menghubungkan antara pengendalian

input panas ke boiler dengan rasio udara/bahan bakar yang masuk ruang

pembakaran. Sistem pengendalian ini harus dapat menjamin jumlah udara yang

tersedia mencukupi untuk pembakaran sejumlah bahan bakar secara efisien tanpa

menimbulkan smoke dan dengan minimum discharge particulate dari cerobong.

Setelah proses di dalam boiler ini, aliran steam lalu dilanjutkan ke Superheater

untuk menjadi kan steam kering, suhu steam saat itu sekitar 520oC – 600oC dan siap

untuk memutar turbin.

3.3 Keterpasangan Peralatan Pada Economizer

Konstruksi economizer adalah berdasarkan tipenya, ada tipe economizer

yang tidak menyatu dengan boiler, dan ada juga economizer yang menyatu dengan

boiler. Perbedaan kedua nya hanyalah pada peletakkan tempat pada penyusunan

komponen dalam suatu pabrik. Pada economizer yang dihubungkan langsung

dengan boiler, dan terpasang langsung saat dikeluarkan dari pabrikan nya. Dalam

hal ini, spesifikasi alatnya bukan lah dari type economizer melainkan type dari

boiler itu sendiri yaitu boiler recovery atau bisa juga disebut boiler economizer.

Adapun bagian-bagian dari economizer adalah sebagai berikut:

1. Soot blower

Soot blower yang terlihat pada gambar berikut ini adalah suatu peralatan

mekanis yang digunakan untuk pembersihan bagian ketel seperti pada economizer

dari endapan-endapan abu (ash) yang lengket pada pipa-pipa economizer. Soot

blower mengarahkan alat pembersih melalui mulut pipa (nozzle) pada abu yang

lengket pada pipa-pipa economizer. Soot blower juga mencegah penyumbatan gasasap yang lewat.


22/39

17

Gambar 3.3 Sootblower

2. Ash handling

Dalam membantu dan menjaga agar economizer tetap dalam kondisi baik,

maka economizer dilengkapi dengan alat pembantu seperti ash handling seperti

gambar III.6 berikut, yang berfungsi untuk menangkap abu yang telah dibersihkan

oleh soot blower.

Gambar 3.4 Ash Handling System


23/39

18

3.4 Economizer sebagai Instrument Pembantu dalam feed water treatment

pada Boiler

Penggunaan deaerator dan economizer sebagai instrument pembantu dalam

pemanasan air sebelum air dibakar di dalam boiler. Air yang didapat dari raw water

yang telah ditreatment hingga sesuai dengan standar yang tentukan dialirkan ke

deaerator dengan tujuan pemisahan gas-gas terlarut dalam air dan memisahkan

mineral-mineral yang terdapat di dalam air guna menjaga seluruh pipa yang

dilewati agar terhindar dari korosi. Selain itu juga, di dalam deaerator air tersebut

tadi mengalami proses pemanasan awal yang dipanaskan oleh steam sisa yang

berasal dari turbin. Fungsi dari deaerator telah dijelaskan pada bab sebelumnya

yaitu sebagai pemisah gas-gas terlarut dalam air dan memanaskan air umpan boiler

sebelum dibakar di dalam boiler ditunjukkan oleh Gambar 3.5 di bawah ini.

Gambar 3.5 Mekanisme economizer

Economizer adalah alat pemindah panas berbentuk tubular yang digunakan

untuk memanaskan air umpan boiler sebelum masuk ke steam drum. Istilah


24/39

19

economizer diambil dari kegunaan alat tersebut, yaitu untuk menghemat (to

economize) penggunaan bahan bakar dengan mengambil panas (recovery) gas

buang sebelum dibuang ke atmosfir.

Biro Efisiensi Energi (2004) menyatakan bahwa sebuah economizer dapat

dipakai untuk memanfaatkan panas gas buang untuk pemanasan awal air umpan

boiler . Setiap penurunan 220oC suhu gas buang melalui economizer atau pemanas

awal terdapat 1% penghematan bahan bakar dalam boiler . Setiap kenaikan 60oC

suhu air umpan melalui economizer atau kenaikan 200oC suhu udara pembakaran

melalui pemanas awal udara, terdapat 1% penghematan bahan bakar dalam boiler .

Kinerja economizer ditentukan oleh fluida yang mempunyai koefisien

perpindahan panas yang rendah yaitu gas. Kecepatan perpindahan panas dapat

ditingkatkan dengan cara meningkatkan koefisien perpindahan panas total dengan

cara mengatur susunan tubing /properti fin dan meningkatkan luas kontak

perpindahan panas. Respon yang dihasilkan oleh economizer adalah efektifitas

perpindahan panas dan biaya operasi.

Efektifitas perpindahan panas adalah besarnya energi yang dapat terambil

dari total jumlah energi yang dapat diserap. Semakin besar efisiensi perpindahan

panas pada economizer , maka panas gas sisa yang terambil akan semakin banyak.

Semakin besar efektivitas perpindahan panas yang terjadi, maka alat tersebut

semakin efisien.

Biaya operasi economizer ditentukan oleh tenaga fan dan tenaga pompa.

Fan digunakan untuk mengalirkan udara pembakaran ke boiler melalui economizer .

Semakin banyak loop dan semakin rumit susunan tubing pada economizer maka

tenaga fan yang dibutuhkan semakin besar.

Pompa digunakan untuk mengalirkan air umpan boiler ke steam drummelalui economizer . Semakin panjang dan semakin banyak loop pada economizer ,

maka tenaga pompa yang dibutuhkan semakin besar.

Respon yang optimum diperoleh menggunakan perancangan faktor yang

mempengaruhi kinerja economizer sebagai berikut:

a. Diameter luar tubing , yaitu besarnya diameter tube yang digunakan dalam

menyusun economizer . Semakin besar diameter tube akan mengakibatkan

efektifitas perpindahan panas semakin berkurang.


25/39

20

b. Transversal spacing , yaitu menyatakan jarak antar tube sejajar ke arah lebar

economizer. Semakin lebar jarak antar tube mengakibatkan proses induksi

panas dalam economizer semakin berkurang, sehingga efektifitas perpindahan

panas menurun.

c. Kerapatan fin, yaitu banyaknya fin tiap inci yang dapat disusun untuk

menggabungkan beberapa tube dalam economizer . Semakin banyak fin yang

tersusun akan mengakibatkan perpindahan panas tidak efektif karena jarak

antar tube yang semakin jauh.

Gambar 3.6 Penampang Economizer

Berikut ini adalah keuntungan-keuntungan menggunakan ekonomiser:

1.

Ada penghematan batubara 15 sampai 20%.

2.

Meningkatkan kapasitas menghasilkan uap karena memperpendek waktu yangdiperlukan untuk merubah air ke uap.

3. Mencegah pembentukan kerak di dalam pipa air ketel, sebab kerak sekarang

mengendap di pipa ekonomiser yang bisa dengan mudah dibersihkan.

4. Karena air umpan memasuki ketel panas, sehingga regangan karena ekspansi

yang tidak sama bisa diminimasi.


26/39

21

3.5 Mekanisme Economizer

Kinerja economizer sangat sensitif terhadap faktor noise temperatur

feedwater . Hal ini dikarenakan bila temperatur feedwater tidak baik maka akan

mengakibatkan biaya operasi meningkat.

Di dalam deaerator ini air akan diapanaskan hingga suhu 100 – 105oC yang

pada awalnya air bersuhu 30 – 50oC. setelah melalui proses pemanasan awal

kemudian air dialirkan ke economizer untuk diapanaskan kembali hingga level

150 – 160oC dimana pemanasan di dalam economizer menggunakan gas buang dari

pembakaran di dalam boiler atau chain grate sebelum gas itu dibuang melalui

chimney atau cerobong. Setelah diapanaskan lanjut di dalam economizer, air

dialirkan ke drum boiler sebelum air dibakar di dalam boiler guna penyimpanan.

Kemudian air dibakar di dalam boiler hingga pada suhu 400 – 459oC, pada saat ini

wujud air sudah berubah menjadi steam sepenuhnya. Tetapi pada level ini air belum

bisa digunakan untuk memutar turbin, oleh sebab itu setelah pada level ini air yang

berubah menjadi steam dialirkan ke superheater guna meningkatkan suhu steam itu

sendiri hingga pada level 500 – 600oC. Steam pada level ini telah siap untuk memutar

turbin dan memutar generator hingga menghasilkan listrik. Sisa steam yang

memutar turbin tadi akan kembali dialirkan ke deaerator guna untuk pemanasan

awal air di dalamnya, begitulah seterusnya siklus penggunaan deaerator dan

economizer sebagai instrument pendukung dalam pemanasan air hingga menjadi

steam. Kita ketahui fungsi deaerator adalah untuk membuang gas-gas yang

terkandung dalam air umpan boiler, sesudah melalui proses pemurnian air (water

treatment). Selain itu deaerator juga berfungsi sebagai pemanas awal air pengisian

boiler sebelum dimasukkan kedalam boiler.

Deaerator bekerja berdasarkan sifat dari oksigen yang kelarutannya pada airakan berkurang dengan adanya kenaikan suhu. Jika air dari water treatment

langsung dibakar di dalam boiler, maka akan menyebabkan korosi hebat karena air

tersebut masih mengandung gas-gas yang dapat menyebabkan korosi dan

sebagainya. Begitu juga, apabila air tersebut dibakar langsung di dalam boiler maka

tidak menutup kemungkinan akan menggunakan bahan bakar yang tidak sedikit,

disebabkan karena air yang berasal dari water treatment hanyalah bersuhu 30 – 50oC

dan dibakar di dalam boiler dengan target suhu air menjadi steam sebesar 400 oC


27/39

22

keatas. Dari contoh kecil diatas terlihat jelas bahwa pemanasan awal air sangat

berguna untuk penghematan bahan bakar.

Begitu juga dengan economizer, walau hanya perangkat tambahan,

kegunaan alat ini bisa meng-efisiensikan proses kerja boiler. Dimana kita ketahui

pembakaran air di dalam economizer ini hanya memanfaatkan gas buang dari hasil

pembakaran di dalam boiler dengan tidak menambah bahan bakar untuk

memanaskan air di dalamnya. Memang tidak hanya deaerator dan economizer saja

yang merupakan heater perndukung, melainkan banyak heater-heater yang lain

yang bisa juga digunakan di dalam suatu sistem industri yang membuat air menjadi

steam.

Gambar 3.7 Grafik penggunaan economizer

Grafik diatas menunjukkan keuntungan dan kerugian menggunakan

economizer sebagai pemanasan awal. Jelas terlihat tanpa menggunakan economizer

maka efisiensi kerja boiler menurun, dalam artian tanpa pemanasan yang dibantu


28/39

23

oleh economizer, boiler harus bekerja lebih lama dalam pembuatan steam dan selain

itu boiler akan memerlukan bahan bakar yang lebih banyak untuk mencapai panas

suhu steam yang telah ditentukan. Selain itu juga, apabila boiler tetap dipaksakan

bekerja lebih maka akan lebih cepat merusak pipa-pipa di dalam boiler itu sendiri.

Apabila telah terjadi seperti ini maka suatu pabrik akan mengalami kerugian yang

sangat besar dalam operasional boiler karena pemakaian bahan bakar yang terlalu

banyak dan ketahanan suatu alat akan cepat menurun dan harus mengganti peralatan

tersebut.

Namun apabila suatu boiler menggunakan economizer dan beberapa heater

pemanas pembantu lainnya di dalam proses pemanasan air sebelum dibakar, maka

akan lebih meningkatkan efisiensi dari kerja boiler itu sendiri, karena suhu air

sebelum dibakar di dalam boiler sudah cukup tinggi, berarti pemanasan air menjadi

steam di dalam boiler tidak memakan waktu lama dan tidak menggunakan bahan

bakar yang banyak untuk mencapai standar suhu yang telah ditentukan, maka biaya

operasional dapat lebih di efisienkan dan secara tidak langsung dapat

menguntungkan bagi pabrik.

Selain itu maintenance atau perawatan dari peralatan atau pergantian

peralatan dapat dilaksanakan lebih lama. Jelas terlihat bahwa dengan menggunakan

boiler economizer dapat meningkatkan kapasitas boiler dan juga dapat

mengefisiensikan pembakaran air menjadi steam di dalam boiler hingga

penghematan bahan bakar yang cukup jauh perbedaannya jika boiler tanpa

economizer.

3.6 Analisa Performansi Boiler

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.


29/39

24

Gambar 3.8 Neraca panas energi boiler (Buerau of energy efficiency)

Neraca panas merupakan keseimbangan energi total yang masuk boiler

terhadap yang meninggalkan boiler dalam bentuk yang berbeda. Gambar berikut

memberikan gambaran berbagai kehilangan yang terjadi untuk pembangkitan

steam.

Kehilangan energi dapat dibagi kedalam kehilangan yang tidak atau dapat

dihindarkan. Tujuan dari produksi bersih atau pengkajian energi harus mengurangi

kehilangan yang dapat dihindari, dengan meningkatkan efisiensi energi.

Gambar 3.9 Diagram kehilangan energi pada boiler (UNEP, 2004)


30/39

25

Kehilangan berikut dapat dihindari atau dikurangi :

1.

Kehilangan gas cerobong:

Udara berlebih (diturunkan hingga ke nilai minimum yang tergantung dari

teknologi burner, operasi (kontrol), dan pemeliharaan).

Suhu gas cerobong (diturunkan dengan mengoptimalkan perawata

(pembersihan), beban burner yang lebih baik dan teknologi boiler).

2. Kehilangan karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam cerobong dan abu.

3. Mengoptimalkan operasi dan pemeliharaan; teknologi burner yang lebih baik.

4.

Kehilangan dari blowdown (pengolahan air umpan segar, daur ulang kondensat).

5. Kehilangan kondensat (manfaatkan sebanyak mungkin kondensat).

6.

Kehilangan konveksi dan radiasi (dikurangi dengan isolasi boiler yang lebih

baik).

3.6.1 Efisiensi boiler

Efisiensi termis boiler didefinisikan sebagai persen energi (panas) masuk

yang digunakan secara efektif pada steam yang dihasilkan.

Efisiensi ini dapat dievaluasi dengan menggunakan rumus:

()

× 100%

() × ( ℎ − ℎ)

× × 100%

Parameter yang dipantau untuk perhitungan efisiensi boiler 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


31/39

26

Dimana:

- h g = Entalpi steam jenuh dalam kkal/kg steam

- h f = Entalpi air umpan dalam kkal/kg air

Dimana kehilangan yang terjadi dalam boiler adalah kehilangan panas yang

diakibatkan oleh:

Gas cerobong yang kering

Penguapan air yang terbentuk karena H2 dalam bahan bakar

Penguapan kadar air dalam bahan bakar

Adanya kadar air dalam udara pembakaran

Bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu terbang/fly ash

Bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu bawah/bottom ash

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 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)

3.6.2 Perhitungan efisiensi boiler

Tahap 1: Menghitung kebutuhan udara teoritis

ℎ

= ([(11,43 × ) + {34,5 × ( − /8)} + (4,32 × )]/100 )/ ℎ


32/39

27

Tahap 2: Menghitung persen kelebihan udara yang dipasok (EA)

= × 100

(21 − )

Tahap 3: Menghitung massa udara sebenarnya yang dipasok/kg bahan bakar

= {1 + /100} ×

Tahap 4: Memperkirakan seluruh kehilangan panas

Persentase kehilangan panas yang diakibatkan oleh gas buang yang kering

%ℎ = × × ( − ) × 100

ℎ

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)

Persen kehilangan panas karena penguapan air yang terbentuk karena adanya H2

dalam bahan bakar

% ℎ ℎ

=9 × {584 + ( − )} × 100

ℎ

Dimana:

H2 = persen H2 dalam 1 kg bahan bakar

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

Persen kehilangan panas karena penguapan kadar air dalam bahan bakar

% ℎ

={584 + ( − )}×100

ℎ


33/39

28

Dimana:

M = persen kadar air dalam 1 kg bahan bakar


Persen kehilangan panas karena kadar air dalam udara

% ℎ = × × ( − )

ℎ × 100

Dimana:


Persen kehilangan panas karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam fly ash

% = / ℎ × ℎ × 100

ℎ

Persen kehilangan panas karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu

bawah/ bottom ash

% = / ℎ × ℎ × 100 ℎ

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

() = 100 − ( + + + + + + )


34/39

29

Dimana :

i

Persentase kehilangan panas yang diakibatkan oleh gas buang yang kering

ii

Persen kehilangan panas karena penguapan air yang terbentuk karena

adanya H2 dalam bahan bakar

iii Persen kehilangan panas karena penguapan kadar air dalam bahan bakar

iv Persen kehilangan panas karena kadar air dalam udara

v Persen kehilangan panas karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam fly

ash

vi

Persen kehilangan panas karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu

bawah/ bottom ash

vii

Persen kehilangan panas karena radiasi dan kehilangan lain yang tidak

terhitung

3.6.3 Rasio penguapan

=

Rasio penguapan yaitu kilogram steam yang dihasilkan per kilogram bahan bakaryang 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


35/39

30

- GCV Minyak bakar : 10200 kkal/kg

- Persentase Oksigen : 7 persen

- Persentase CO2 : 11 persen

- Suhu gas buang (Tf) : 220 oC

- Suhu ambien (Ta) : 27 oC

- 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 bahanbakar (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

%ℎ = × × ( − ) × 100 ℎ

m = massa CO2 + massa SO2 + massa N2 + massa O2

=0,84 × 44

12+

0,03 × 64

32+

20,74 × 77

100(0,07 × 32)

= 21,35 / ℎ

=21,35 × 0,23 × (220 − 27)

10200× 100

= 9,29%


36/39

31

ii Kehilangan panas karena penguapan kadar air karena adanya H2 dalam bahan

bakar

=9 × {584 + 0,45( − )}

ℎ

=9 × 12{584 + (220 − 27)}

10200

= 7,10%

dimana H2 = persen H2 dalam bahan bakar

iii

Kehilangan panas karena kadar air dalam udara

=

× × 0,45 × ( − )

ℎ

=20,74 × 0,018 × 0,45(220 − 27)

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

() = 100 − ( + + + )

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 & kehilangan lain yang tidak terhitung: 2

%

() = 100 − ( + + + )

= 100 − [9,29 + 7,10 + 0,317 + 2]

= 100 – 17,024

= 83%


37/39

32

Rasio penguapan = Panas yang digunakan untuk pembangkitan steam/panas

yang ditambahkan ke steam

= 10200 x 0,83 / (660-60)

= 14,11

Secara skala besar penghematan keterpasangan economizer dapat dari tabel di

bawah ini:

Tabel 3.1 Tabel penghematan economizer

Penjelasan Sebelum Sesudah

Pembakaran minyak yang simpan per jam - 11,418 kg

Energi yang dikembalikan per jam - 1,975kw

Temperatur pembakaran gas 250oC 157oC

Temperatur hembusan udara 103oC 140oC

Karbon dioksida yang dikurangi - 7,009 ton

Untuk kapasitas boiler 45 ton/jam


38/39

33

BAB 4. PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Performance boiler dapat ditingkatkan dengan menggunakan economizer

dengan memanfaatkan limbah panas dari flue gas sisa pembakaran boiler sebanyak

4%-10%. Limbah panas boiler yang bersuhu 200-250oC digunakan untuk

memanasi feedwater boiler sampai mendekati suhu 100oC sehingga feedwater

boiler ini akan lebih cepat diekstraksi menjadi uap. Setiap penurunan 220oC suhu

gas buang melalui economizer atau pemanas awal terdapat 1% penghematan bahan

bakar dalam boiler . Setiap kenaikan 60oC suhu air umpan melalui economizer atau

kenaikan 200oC suhu udara pembakaran melalui pemanas awal udara, terdapat 1%

penghematan bahan bakar dalam boiler .

4.2 Saran

Kinerja economizer sangat sensitif terhadap faktor noise temperatur

feedwater. Hal ini dikarenakan bila temperatur feedwater tidak baik maka akan

mengakibatkan biaya operasi meningkat.


39/39

DAFTAR PUSTAKA

Akbar et al. 2009. Kinerja Economizer pada Boiler.Jurnal Teknik Industri, Vol. 11, No. 1, Juni 2009, pp. 72-81 ISSN 1411-2485. Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Jurusan Statistika Institut Teknologi Sepuluh Nopember,

Kampus Keputih Sukolilo, Surabaya.

Asmudi, 2009. Analisa Unjuk Kerja Boiler terhadap Penurunan Daya pada PLTU

PT. Indonesia Power UBP Perak. Jurusan Teknik Sistem Perkapalan Fakultas

Teknologi Kelautan, ITS Surabaya.

Buerau of Energy Efficiency, Energy Performance Assessment of Boilers.

Biro Effisiensi Energi, 2004. Pemanfaatan Kembali Limbah Panas. Retrieved fromhttp://www.energyefficiecyasia.org, on 30th March 2008.

Djokosetyardjo. M.J, 2003. Ketel Uap. Pradnya Paramita, Jakarta.

Fricke, thomas. 2009. Buku panduan pabrik kelapa sawit skala kecil untuk produksi

bahan baku bahan bakar nabati (BBN). USAID-Indonesia.

Grundfos. 2009. Engineering Manual Industrial Boiler . Management A/S.

http://belajarsawit.blogspot.com/2012/12/ketel-uap-boiler-di-pabrik-kelapa-

sawit.html [diakses tanggal 7 desember 2014 8:35]

http://mypalmoilindustry.blogspot.com/2012/04/turbine-uap-di-pabrik-kelapa-

sawit.html [diakses tanggal 7 desember 2014 8:38]

https://ivanemmoy.wordpress.com/2013/11/29/kelistrikan-pabrik-kelapa-sawit/

[diakses tanggal 7 desember 2014 8:37]

Romdiyah, S., 2007. Optimasi Multirespon Kinerja Economizer menggunakan

Fungsi Desirability. Skripsi Jurusan Statistika FMIPA-ITS. Surabaya.

Sihombing, helmon. 2009. Mekanisme Proses Pemanasan Air di dalam Boiler

dengan Mempergunakan Heater Tambahan untuk Efisiensi Pembakaran.

Karya akhir. Teknologi Instrumentasi Pabrik, Fakultas Teknik, Universitas

Sumatera Utara. Medan.and

uan

Undang-Undang ( stoom ordonnantie) Verordening stoom ordonnantie 1930 atau

dengan Kata dalam Bahasa Indonesia Undang-undang Uap Tahun 1930.

UNEP, 2004. Peralatan Energi Panas: Boiler dan Pemanas Fluida Termis,

Retrieved from http://www.energyefficiecyasia.org, on 5th July 2008.

PABRIK
http://belajarsawit.blogspot.com/2012/12/ketel-uap-boiler-di-pabrik-kelapa-sawit.htmlhttp://belajarsawit.blogspot.com/2012/12/ketel-uap-boiler-di-pabrik-kelapa-sawit.htmlhttp://mypalmoilindustry.blogspot.com/2012/04/turbine-uap-di-pabrik-kelapa-sawit.htmlhttp://mypalmoilindustry.blogspot.com/2012/04/turbine-uap-di-pabrik-kelapa-sawit.htmlhttps://ivanemmoy.wordpress.com/2013/11/29/kelistrikan-pabrik-kelapa-sawit/https://ivanemmoy.wordpress.com/2013/11/29/kelistrikan-pabrik-kelapa-sawit/http://mypalmoilindustry.blogspot.com/2012/04/turbine-uap-di-pabrik-kelapa-sawit.htmlhttp://mypalmoilindustry.blogspot.com/2012/04/turbine-uap-di-pabrik-kelapa-sawit.htmlhttp://belajarsawit.blogspot.com/2012/12/ketel-uap-boiler-di-pabrik-kelapa-sawit.htmlhttp://belajarsawit.blogspot.com/2012/12/ketel-uap-boiler-di-pabrik-kelapa-sawit.html

PENINGKATAN_EFISIENSI_BOILER_DENGAN_MENGGUNAKAN_ECONOMIZER.pdf

Documents

Transcript of PENINGKATAN_EFISIENSI_BOILER_DENGAN_MENGGUNAKAN_ECONOMIZER.pdf