2.5. Ketel-ketel Pipa Air dengan Desain Biasa
2.5.4. Ketel-ketel Pancaran
Pipa-pipa penguap ketel pancaran ini, keseluruhannya menerima panas secara pancaran dari api di dalam tungku, sehingga pipa-pipa penguap ketel pancaran ini merupakan dinding tungku keseluruhannya. Dengan demikian, dinding tungku di sebelah dalam akan dilapisi dengan pipa-pipa penguap yang
berdiri vertikal. Ada pun jarak antara pipa-pipa penguap tersebut (= s) dari besarnya fraksi pendinginan yang disesuaikan dengan bahan bakar yang digunakan di dalam tungku.
Panas yang diserahkan secara pancaran kepada pipa-pipa penguap dan kepada pipa-pipa pemanas lanjut pancaran sekitar 40% - 70% dari seluruh jumlah panas yang terbentuk di dalam tungku. Ketel pancaran dimaksudkan untuk mengatasi keberatan tersebut, yaitu dengan mengusahakan agar panas yang terbentuk di dalam tungku sebanyak-banyaknya diserap di daerah pancaran. Dengan demikian temperatur api atau gas asap pada saat meninggalkan daerah pancaran temperaturnya telah diturunkan sedemikian sehingga ada di bawah titik cair abu, yang dengan demikian abu cair yang terbawa oleh api telah menjadi padat sehingga tidak membentuk Nest forming di daerah konveksi.
Lagi pula umumnya ketel pancaran ini hanya mempunyai sebuah drum ketel, sehingga investasinya tidak terlalu banyak dibebani oleh harga drum-drum ketel yang mahal. Di bagian dasar tungku terdapat tabung-tabung pembagi air atau Water Headers, tempat asal water header yang bermula dari pipa-pipa penguap.
Drum utama ketel (main boiler-drum) dihubungkan dengan pipa-pipa terjun yang ditempatkan di luar tungku (jadi tidak disinggung oleh api) menuju ke-water header yang ada di dasar tungku. Air yang relatif agak dingin akan turun ke bawah dari drum ketel melewati pipa-pipa terjun tersebut menuju ke-water header.
Air mengalir ke atas dari water headers yang terletak di dasar tungku dan air diuapkan melalui pipa-pipa penguap yang dipasang di sekeliling tungku.
Pipa-pipa penguap yang melapisi dinding tungku yang terletak di bawah drum ketel, akan langsung bermuara di-drum ketel. Tetapi pipa-pipa penguap yang melapisi dinding tungku yang tidak terletak di bawah drum ketel, terlebih dahulu akan bermuara pada tabung-tabung pengumpul uap kenyang atau saturated steam header.
Dari saturated steam headers uap dialirkan ke-drum ketel melalui pipa-pipa khusus untuk penyalur uap kenyang yang dihasilkannya. Dengan demikian seluruh pembentukan uap berlangsung di sekeliling dinding tungku yang terdiri dari pipa-pipa penguap.
Pipa-pipa pemanas lanjut uap kadang-kadang ada yang ditempatkan di daerah pancaran, yang disebut pemanas lanjut pancaran (radian superheater) yang ada kalanya merupakan langit tungku atau yang disebut superheater langit-langit atau ceiling superheater. Ada pula pemanas lanjut yang ditempatkan di daerah konveksi yang disebut superheater konveksi.
Di daerah konveksi, gas asap setelah digunakan untuk memanasi pemanas lanjut konveksi atau pemanas lanjut ulang (reheater), temperaturnya masih cukup tinggi sekitar 500 oC – 700 oC. Temperaturs tersebut dapat dimanfaatkan untuk memanaskan air pengisian ketel terlebih dulu, di dalam sebuah alat yang disebut pemanas air awal atau ekonomiser. Pemanasan air di dalam pemanas air awal atau ekonomiser dilakukan hingga temperatur air mendekati temparatur mendidihnya yaitu sekitar 50 oC hingga 75 oC di bawah temperatur mendidih air di dalam drum ketel.
Setelah memanasi air di dalam ekonomiser, gas asap yang masih bertem-peratur sekitar 300 oC – 500 oC tersebut sekali lagi dimanfaatkan untuk memanasi
udara yang digunakan untuk pembakaran, di dalam sebuah alat yang disebut pemanas udara (Air-Preheater). Udara pembakar di dalam pemanas udara dipanasi hingga temperatur sekitar 1 20 oC – 320 oC, tergantung besar-kecilnya ketel uap.
2.6. Ekonomiser
Gas asap setelah meninggalkan superheater konveksi ataupun pemanas lanjut ulang (Steam Reheater), temperaturnya masih cukup tinggi sekitar 500°C hingga 800°C, sehingga akan merupakan kerugian panas yang besar bila gas asap tersebut langsung dibuang lewat cerobong.
Gas asap yang masih panas ini dapat dimanfaatkan untuk memanasi air terlebih dahulu sebelum dimasukkan ke dalam drum ketel, sehingga air telah dalam keadaan panas, sekitar 30oC sampai 50oC di bawah temperatur mendidihnya. Air yang telah dalam keadaan panas pada saat masuk ke dalam drum ketel membawa keuntungan karena ketika air masuk ke dalam drum, dinding ketel tidak mengerut sehingga drum ketel dapat lebih awet dengan demikian biaya perawatan atau biaya maintenance-nya menjadi lebih murah. Lain halnya bila air dalam keadaan dingin masuk ke dalam drum tersebut, dinding drum akan mengerut dan mudah pecah atau bocor, sehingga biaya perawatannya mahal.
Keuntungan kedua ialah dengan memanfaatkan gas asap yang masih mempunyai temperatur yang tinggi tersebut untuk memanasi air sebelum masuk ke dalam drum ketel, berarti akan memperbesar efisiensi dari ketel uap, karena dapat memperkecil kerugian panas yang diderita oleh ketel.
Keuntungan berikutnya ialah dengan air yang telah dalam keadaan panas masuk ke dalam drum ketel tersebut, untuk menguapkannya di dalam tungku hanya sedikit saja dibutuhkan panas, dengan demikian untuk menguapkan air di dalam tungku hanya dibutuhkan sedikit bahan bakar, sehingga pemakaian bahan bakarnya lebih hemat, atau dengan kata lain: biaya operasinya menjadi lebih ekonomis.
Keuntungan keempat ialah, bila air telah dalam keadaan panas memasuki drum ketel, maka untuk menguapkannya hanya dibutuhkan panas yang sedikit di dalam penguap. Luas Bidang yang dipanaskan (Heating Surface) dari penguap (Evaporator) menjadi lebih sedikit, akibatnya ukuran-ukuran tungku menjadi lebih kecil. Hal itu menyebabkan harga tungku menjadi lebih murah atau secara keseluruhannya harga ketel atau harga investasinya menjadi lebih murah, sekalipun harus dipasang alat untuk memanaskan air terlebih dahulu sebelum masuk drum ketel.
Dengan demikian dengan memasang alat untuk memanaskan air terlebih dahulu sebelum masuk ke dalam drum ketel, yang disebut pemanas air awal (Water pre-heater) akan didapat keuntungan-keuntungan sebagai berikut:
a. Biaya perawatan (Maintenance Cost) menjadi lebih murah. b. Efisiensi Thermis dapat diperbesar.
c. Biaya operasi menjadi lebih hemat atau lebih ekonomis. d. Harga investasi ketel menjadi lebih murah.
Dari alasan-alasan tersebut maka alat untuk pemanas air awal sering disebut ekonomiser. Pada ketel yang besar-besar dan modern, ekonomiser ini sangat memegang peranan.
Dilihat dari arus air dan gas asap, ekonomiser dibagi: 1. Ekonomiser arus Searah
2. Ekonomiser arus Berlawanan Arah 3. Ekonomiser arus Kombinasi.
Jika dilihat dari bentuknya, ada ekonomiser yang berbentuk ular yang disebut ekonomiser ular (serpent economizer). Ada pula pipa-pipa ekonomiser yang diberi berusuk-rusuk dengan maksud untuk memperluas bidang persinggungan antara gas asap dengan dinding pipa yang telah diperluas oleh rusuk-rusuk. Ada pula untuk memperluas bidang singgung dengan gas asap dengan mengelaskan potongan-potongan pelat baja pada pipa-pipa sehingga pipa-pipa tersebut bersayap, yang disebut Fin and stud economiser.
Ekonomiser ular terbuat dari pipa-pipa baja, yang ditekuk-tekuk dan menyerupai ular. Karena bidang persinggungan dengan gas asap tidak diperluas, maka memerlukan pipa yang panjang, namun pembuatannya mudah. Pada ekonomiser berusuk dan ekonomiser bersayap, maka luas bidang persinggungan diperluas dengan rusuk-rusuk atau sayap-sayap, sehingga untuk kapasitas yang sama, panjang pipa-pipanya dapat lebih pendek dibandingkan dengan ekonomiser ular.