PROSES DASAR BOILER
BASIC
Certification Training Module
Team Power Generating APP
2011
Tujuan Training
•
Untuk mengetahui dasar – dasar
prinsip kerja Boiler
•
Untuk mengetahui jenis - jenis Boiler
•
Mampu mengoperasikan boiler sistem
Apa itu Boiler
Boiler (ketel uap)
adalah
suatu bejana tertutup yang
bertekanan, dimana air di ubah menjadi uap dengan
pemberian panas (kalor)
Bila air dipanaskan dalam suatu bejana tertutup (boiler)
dengan penambahan sejumlah panas, maka akan terjadi
perubahan fasa dari benda cair ke gas (proses
penguapan)
Sistem utama Boiler terdiri dari:
1. Sistem air umpan dan steam
2. Sistem bahan bakar
Jenis- Jenis Boiler
1. Berdasarkan Fluida mengalir :
a. Boiler pipa api ( Fire tube boiler)
b. Boiler pipa air ( Water tube boiler)
Fire Tube Boiler Water Tube Boiler
2.Berdasarkan proses pembakaran :
a. Fluidized bed combustion boiler
b. Atmospheric fluidized bed
combustion boiler
c. Pressurized fluidized bed
combustion boiler
d. Atmospheric Circulating fluidized bed
combustion boiler
f. Stoker fired boiler
g. Pulverized fuel boiler
h. Waste heat boiler
i. Pemanas fluida thermis
Stoker Fired Boiler (Spreader Stoker) Stoker Fired Boiler (Traveling Grate Stoker)
Pulverized Fuel Boiler dg model tangensial
Skema sederhana Boiler Limbah Panas
3. Berdasarkan tekanan kerja:
a. Low pressure (2-16 kg/cm²)
b. Medium pressure (17-30 kg/cm²)
c. High pressure (31-141 kg/cm²)
d. Super high pressure (141-225 kg/cm²)
BOILER & PROSES PEMBENTUKAN STEAM
(diagram aliran zat kerja pada generator uap)
Ceret, bukan ketel uap, karena merupakan bejana terbuka dan bekerja
hanya pada tekanan atmosfir.
Udara dipanaskan Air heater
Air pengisi dipanaskan Economizer Uap dikeringkan Superheater Pembentukan Uap Steam Drum Proses Pembakaran Furnace Udara Atmosfir Feed water Uap kering Bahan bakar Air Panas Udara Panas Turbin - Generator Turbine Uap basah
BUBBLING BED BOILER
ESP Economizer Boiler Bank S/H 1 & 2 PAF SAFBubbling Bed Boiler
Steam Flow : 140 T/Hr Press : 64 BarTemp. : 450 oC
Silo
Sand silo
Boiler high pressure
RGF
TYPE BOILER TK#3 TJIWI KIMIA
REMARK :
: DIESEL OIL LINE : COAL LINE : AIR LINE : WATER LINE : STEAM LINE : FLUE GAS LINE : FLY ASH LINE LINE
BOILER TK#3 PROCESS DIAGRAM
ROLL MILL PAF M COAL FEEDER COAL BUNKER BOTTOM ASH SILO
BOTTOM ASH SCRAPPER
OIL TANK DO PUMP H.ECO GAH ESP CHIMNY FDF IDF ASH SILO DEAERATOR BFWP HPH LPH DFWP DEMIN TANK CONDENSER HE TURBIN GENERATOR EXT.#1 EXT.#2 EXT.#3 MAKE UP WATER V.ECO S/H BOILER CONDENSATE PUMP STEAM DRUM BOILER TURBIN
TYPE BOILER LP COAL 3 X 3O TON TJIWI
KIMIA
FDF ID F Wet membrane Deaerator A Deaerator B Make up pump Condensate tank Feed water pumpMain steam pipe
Steam drum Furnace Steam header Economize r Coal Sedimentation pond Circulating pump Bottom ash conveyor
ESP 2 ESP 1 ESP ESP I D F WCD F FD F SA F ESP BFB, MB 11-12, PB CFB, MB-21 CFB, MB13-14 FB, CB1-2
KEUNTUNGAN FLUIDIZED BED BOILER
Kapasitas boiler lebih besar (tekanan & temperatur tinggi) Area pembakaran lebih luas, transfer panas yang tinggi.
Campuran partikel bahan bakar dengan udara lebih sempurna.
Jenis bahan bakar fleksibel, dapat berubah-ubah atau campuran serta
mampu menggunakan bahan bakar yang moisturenya tinggi.
Efficiency pembakaran tinggi dan mudah dalam pengontrolan
Excess O2 yang lebih rendah (2 ~ 6%). Ramah lingkungan:
Jumlah karbon pada Fly Ash lebih rendah.
SO2 Bisa dikurangi dengan injeksi batu kapur (SO2 + CaCO3 Gypsum)
Emisi NOx rendah karena temperatur pembakaran yang tinggi (750~ 900OC)
SPESIFIKASI BED MATERIAL (PASIR)
BOILER
.
Pasir untuk boiler BFB
. Particle size = 0.7 ~ 3 mm
. Density pasir = 1.3 ~ 1.6 T/m3
. Heat resistance > 1100
OC
. Pasir untuk boiler
CFB
. Particle size = 0.13 ~ 0.6 mm
. Sand density = 1.3 ~ 1.6 T/m3
1. Make up water dan feedwater overview
Adalah suatu water sistem yg disediakan untuk
menambah feed water sistem pada close loop system
Air make up ini sudah melalui proses treatment pada
demineralized plant
Air make up sebelum masuk ke feed water sistem ,utk
meningkatkan effisiensi power plant bisa di lewatkan
suatu alat transfer heater
1. Make up water dan feedwater Sistem
overview
Feedwater sebelum masuk ke Boiler perlu dilakukan
internal treatment agar air memenuhi standart kwalitas
air Boiler
Sistem utama feed water sistem terdiri dari:
1. Deaerator
2. Feed water pump
3. HP Heater ( alat pemanas )
Feedwater adalah air yg di pompa / supply ke dalam
Boiler untuk diubah menjadi steam
1. Main equipments Make up water dan
feedwater Sistem
1.Tanki air condensate /demin :
Fungsinya utk menampung air condensate dan raw water yg sudah di treatmen melalui prosesdemineralisasi yg sesuai dg standart yg di ijinkan
2.Demin pump/LP feed pump :
Fungsinya untuk mensuplai airdemin/condensate dari tanki condenste/demin ke LP deaerator sebagai air make up feed water dari close loop sistem
3.Deaerator :
Fungsinya untuk menurunkan DO (disolve oksigen) yg ada di air condensate/demin baik secara mekanik /kimia4.HP feed pump :
Fungsinya untuk mensuplai air ke boiler dg hasil tekanan yg lebih tinggi dari Boiler5.Heater :
Fungsinya untuk menaikan temperature feed water dg1. Make up water dan feedwater Sistem
REMARK :
: DIESEL OIL LINE : COAL LINE : AIR LINE : WATER LINE : STEAM LINE : FLUE GAS LINE : FLY ASH LINE LINE `
BOILER TK#3 PROCESS DIAGRAM
ROLL MILL PAF M COAL FEEDER COAL BUNKER BOTTOM ASH SILO
BOTTOM ASH SCRAPPER
OIL TANK DO PUMP H.ECO GAH ESP CHIMNY FDF IDF ASH SILO DEAERATOR BFWP HPH LPH DFWP DEMIN TANK CONDENSER HE TURBIN GENERATOR EXT.#1 EXT.#2 EXT.#3 MAKE UP WATER V.ECO S/H BOILER CONDENSATE PUMP STEAM DRUM BOILER TURBIN
LEVEL GLASS CW R E T R U N ECO AGITATOR C/V C/V FEED WATER STEAM TRAPS TO HEADER 16 K FROM LP. STEAM Na4OH Na3PO4 STEAM DRUM MAKE UP PUMP FEED WATER PUMP D/A F W T PW
WATER AND STEAM SYSTEM KETERANGAN : SAFETY VALVE LEVEL GLASS SAFETY VALVE : CHECK VALVE : STRAINER : CONTROL VALVE : MANUAL VALVE AIR VENT CHEMICAL PUMP C/V MAKE UP WATER BY PASS M/V MAEN STEAM VENTING PARIT
MULTIFUL BOILER SECTION
( Boiler Middle pressure )
Package Boiler
MULTIFUL BOILER SECTION S/V PARIT PARIT HEADER MAEN STEAM BY PASS TO 103K STEAM TRAPS CILINCER C/V MP HEATER C/V C/V SAFETY VALVE AGITATOR Na3PO4 CHEMICAL PUMP CHEMICAL PUMP DH AGITATOR LEVEL GLASS R E T R U N CHEMICAL PUMP NaOH AGITATOR FEED WATER PUMP CHEMICAL PUMP NH4OH AGITATOR CW 50 - 70 C ECO C/V FROM LP. STEAM STEAM DRUM MAKE UP PUMP D/A F W T PW 30 C SAFETY VALVE AIR VENT C/V MAKE UP WATER VENTING S P R A Y W A T E R LEVEL GLASS : MOTOR PUMP KETERANGAN : : CHECK VALVE : STRAINER : CONTROL VALVE : MANUAL VALVE TO COOLING WATER BD TANK SUMP PIT PUMP CBD TANK S/V FROM M/V M/V M/V M/V M/V M/V CV C/V S/H 1 S/H 2
WATER AND STEAM SYSTEM
S/H 3
Pulverizing coal Boiler
MULTIFUL BOILER SECTION : MANUAL VALVE : CONTROL VALVE : STRAINER : CHECK VALVE KETERANGAN :
WATER AND STEAM SYSTEM
C/V C/V S/H I S/H II CILINCER SAFETY VALVE F U R N A C E WA LL B O ILER B A N K AGITATOR Na3PO4 CHEMICAL PUMP CHEMICAL PUMP DH AGITATOR LEVEL GLASS R E T R U N CHEMICAL PUMP NaOH AGITATOR FEED WATER PUMP CHEMICAL PUMP NH4OH AGITATOR CW 50 - 70 C ECO C/V C/V FEED WATER STEAM TRAPS TO HIGHT PRESS ( PG ) FROM LP. STEAM STEAM DRUM MAKE UP PUMP D/A F W T PW 30 C SAFETY VALVE AIR VENT C/V MAKE UP WATER BY PASS MAEN STEAM VENTING : MOTOR PUMP M/V S P R A Y W A T E R SAFETY VALVE RCW PUMP CBD TANK BD TANK LEVEL GLASS F U R N A C E WA LL B O ILER B A N K TO COOLING WATER M/V PARIT PARIT S/V Multifuel Boiler
1. Make up water dan feedwater Sistem
CONDENSAT WATER TANK PURE WATER
TANK FEED WATER CONSUMPTION
747 M3/jam H / E P Recovery water tank P Mix Bed Polisher Make up w ater from W/T P D / A Tank Back w ash pump D/A pump NaoH injection pum p P M.P Steam Receiver L.P Steam Receiver CONDENSATE RECOVERY 1,743 M3/jam Process Proces s Conde ns e r 1. NH4OH ( Amoniak ) 2. NaOH ( Natrium hidroksida ) Feed w ater pump Eco nomizer Steam drum Super heated team Transfer pump GENERATOR T URBINE P NaOH Injection Tank H.P Steam Receiver Feeder STEAM FLOW FROM BOILERS 320~340 MW/jam
WATER and FEEDING SYSTEM
Ekamasfortuna
BOILER WATER IS TREATED WITH CHEMICALS TO AVOID ANY
SCALES AND CORROSION INSIDE BOILER’S TUBES
From Pre Water Treatment
DEAERATOR Feed Water Condensate 200 M3 Tank SOFTENER HEADER 50 M3Tank 75 M3 Tank BOILER USER Steam
2. Water dan Steam Sistem overview
Air yang disuplai ke boiler,pertama kali masuk ke economizer inlet
header,terus didistribusikan ke economizer element, berkumpul
kembali di eco outlet header lalu disalurkan ke steam drum.
Akibat pemanasan secara konveksi di daerah furnace dan karena gaya
gravitasi, air di dalam steam drum air mengalami sirkulasi turun ke
water wall lower header melalui pipa downcomers. Dari waterwall lower
air kembali mengalami sirkulasi karena panas, naik menuju water wall
upper header melalui tube-tube water wall panel. Kemudian dari water
wall upper header air dikembalikan ke steam drum melalui riser pipes.
Akibat panas pembakaran air mengalami sirkulasi terus menerus.
Sirkulasi ini menyebabkan air di water wall dan steam drum sebagian
menjadi uap
.
2. Water dan Steam Sistem overview
Di dalam steam drum terdapat separator yang berfungsi untuk
memisahkan uap dari air.
Uap yang dihasilkan berupa uap basah (saturated). Uap selanjutnya
dipanaskan kembali di area superhater sehingga menjadi uap panas
lanjut (superheated).
Uap panas lanjut ini memiliki banyak keunggulan karena dapat
ditransmisikan pada jarak yang jauh dengan kerugian panas yang
sedikit, mengandung energi panas yang lebih tinggi, serta dapat
mengurangi dampak erosi pada sudu-sudu turbin karena kandungan air
pada uap telah dieliminir
2. Main equipments water dan steam sistem
1.Control valve :
Fungsinya utk mengontrol level air pada steam drum pada posisi normalnya agar level air tidak ketemu titik api furnace2.Economizer :
Fungsinya utk untuk menaikan temperature air feed water sebelum masuk ke steam drum guna utk meningkatkan effisiensi Boiler4.Steam drum :
Fungsinya utk memisahkan antara water dan steam hasil dari pemansan yg ada di boiler wall3.Boiler wall :
Fungsinya utk menyerap panas dari hasil pembakaran yg ada di furnace yg mana panas tersebut di teruskan ke air yg ada di boiler wall6.Pipa down commer :
Fungsinya utk menyalurkan /mensirkulasi air /dari steam drum kelower header boiler wall
7.Pipa steam superheated :
Fungsinya utk menaikkan temperature steam lebih lanjut sehingga kandungan air pada steam tidak ada /steam kering dg menggunakan media fluegas dari sisa hasil pembakaran8.Injection air/desuperheater :
Fungsinya untuk mengontroltemperature steam dengan cara menseprai steam dg air agar temperatur steam tercontrol sesuai dg standartnya
5.Pipa steam saturated :
Fungsinya utk menaikkan temperature steam yg masih mengandung air /steam basah dg menggunakan media fluegas dari sisa hasil pembakaran2. Water dan Steam Sistem
Drum Secondary S/H Primary S/H Platen S/H V – type ECO H – type ECO BFWP From deaerator water tank Water wall lower header Flashing tank Blowdown tank To dearerator To turbine generator To sootblowerBoiler TK#3
2. Water dan Steam Sistem
L min L max
50 %
50 %
100 % Steam saturated to superheater
Boiler wall
Upper Economizer
Feed water control valave
Down commer to boiler
Lower Economizer Separator Washing device Emergency B Continious B Posphat Injection
Feeding to boiler wall
Steam , 300 ºC
Water , 290 ºC
Water, 210 ºC Water, 275 ºC
3.Solid Fuel / Pulverized sistem overview
Type pulverizer berdasarkan aliran batubara :
1.Aliran langsung
2.Aliran tidak langsung
Type pulverizer berdasarkan alat penghalus :
1.Ball Mill
2.Roll Mill
3.Bowl Mil
Pulverizer sistem
adalah
system penghalus batubara
untuk dijadikan serbuk dan juga pengumpan serbuk
batubara ke boiler
3. Main equipments Solid fuel / pulverizer system
1.Coal bunker :
Fungsinya utk menampung batu bara hasil daripenghancuran crusher dg ukuran tertentu sebelum masuk coal feeder
2.Coal feeder :
Fungsinya utk memberi umpan batu bara dari coal bunker ke pulverizer / langsung ke burner3.Pulverizer :
Fungsinya utk penghancur /penghalus batu bara utk dijadikan sebuk batu bara4.Wood block /rejection boks :
Fungsinya utk memisahkan material yg tidak bisa dihancurkan oleh pulverizer5.Coarse separator :
Fungsinya utk menyaring batu bara yg kasar untuk di kembalikan lagi ke pulverizer3. Main equipments Solid fuel / pulverizer system
6.Fine separator :
Fungsinya utk menyaring / memisahkan antara batu bara dan udara7.Coal powder bin :
Fungsinya utk menampung tepung batu bara hasil dari Coal pulverizer8.Vane feeder :
Fungsinya utk mengumpankan tepung batu bara Coal bin ke burner9.Primary air fan :
Fungsinya utk mendorong /menarik udara dalam proses pulverizing yg mana hasil dari tarikan /dorongan di salurkan ke boiler sebagai udara primer10.Oil / grease lub pump :
Fungsinya utk melumasi bearing dan gear box pada pulverizerTo secondary air windbox To secondary air windbox M M Air prehe -ater FD Fan PA Fan Cold air Hot air To burner 1 To burner 2 To burner 3 Coal feeder Coal bunker Roller mill Windbox Separator Rejection box M M Air prehe -ater FD Fan PA Fan Cold air Hot air To burner 1 To burner 2 To burner 3 Roller mill Windbox Separator Rejection box M M Grease Pump
3.Solid Fuel / Pulverized Sistem
ESP Coal bin CH IMNE Y Coal bunker Steam drum Upper GAH Hot Air Midle GAH Warm Air Ball mill Coarse separator Cyclone separator PA Fan FD Fan ID Fan Wood separator Coal feeder Air lock Air lock Lower GAH Warm Air Upper Eco Lower Eco Burner / Furnace Steam to turbine Feed water in Screw C Vane feeder 170 ~ 200 ºC -500 ~ 1000 pa 50 ~ 55 ºC -2500~3500 pa 45 ~ 50 ºC -3500 ~ 4500 pa 40 ~ 50 ºC -9000 ~ 11000 pa 35 ~ 50 ºC 1000 ~ 1700 pa
4. Diesel oil & heavy oil sistem overview
Diesel Oil / Heavy Oil Sistem pada high pressure boiler dipakai
untuk start up dan sebagai back up pada saat pembakaran bahan
bakar padat ada masalah ( kulit kayu, gambut dan batu bara )
Diesel Oil / Heavy Oil Sistem pada low pressure boiler dipakai
sebagai bahan bakar utama
Pada pembakaran yang memakai diesel oil / heavy oil diperlukan
steam sebagai pemanas dan atomizing
4. Main equipments diesel oil & heavy oil
Sistem
2.Storage oil tank :
Fungsinya untuk menampung oil hasil unloading dari truk tanki utk disimpan dalam beberapa waktu (stock)3.Loading oil pump :
Fungsinya untuk mensupply fuel oil dari storage oil tank ke boiler1.Unloading oil pump :
Fungsinya Memompa fuel oil dari truk ke storage oil tank4.Control valve fuel oil :
Fungsinya untuk mengontrol tekanan fuel oil dan tekanan main steam boiler saat pembakaran di boiler pakai fuel oil5.Cut off valve :
Fungsinya untuk menyetop suplai oil fuel saat MFT (main fuel trip ada action )Note : Pipa supply Pipa return
5. Pembakaran dan Flue gas sistem Overview
Pembakaran adalah proses kimia dari bahan bakar dan oksigen pada
temperature yang sesuai utk menghasilakan energi panas
Proses pembakaran pada Boiler system terletak di area furnace
Untuk mendapatkan pembakaran yg sempurna yg perlu di perhatikan
sbb:
1. Jenis dan ukuran bahan bakar
2. Kecukupan udara pembakaran
3. Model pembakaran ( Model api )
5. Pembakaran dan Flue gas sistem Overview
Agar pembakaran dalam furnace berlangsung dengan baik perlu
didukung dengan sistem suplai udara dan sistem pembuangan gas
sisa pembakaran (flue gas) yang baik. Tugas ini dilakukan oleh
Air
dan Flue Gas Sistem.
Udara pembakaran dan flue gas sistem terdiri dari :
1. Primary Air Fan (PAF)
2. Forced Draft Fan (FDF)
3. Induced Draft Fan (IDF)
4. Air Heater
5. Burner
6. Secondary & primary Air Ducts
7. Flue Gas Ducts
5. Main equipments Pembakaran dan Flue gas sistem
1.Primary Air Fan : berfungsi untuk menghasilkan primary air yang
diperlukan untuk mendorong batubara serbuk dari pulverizer ke
burner.
2.Forced Draft Fan : berfungsi untuk menghasilkan secondary air
untuk mensupai udara ke ruang pembakaran (furnace).
3.
Induced Draft Fan : berfungsi untuk menyedot gas sisa pembakaran
(flue gas) dari ruang pembakaran untuk dikeluarkan ke cerobong
asap.
4.Air Heater : berfungsi untuk memanaskan udara yang di suplai ke
ruang pembakaran dengan memamfaatkan panas gas buang sisa
pembakaran.
5. Pembakaran dan Flue gas sistem
To Pulverizer Coal A System To Pulverizer Coal B System To Pulverizer Coal C System H ECO EP ID FAN FD FAN C H I M N E Y steam drum Air Heater 2nd S/H 1st S/H V ECO A1 A2 A3 B2 B3 C2 C3 B1 C1 A-PAF B-PAF SILENCER Plat--en S/H To pulverizer temperature air System C-PAFBoiler TK#3
5. Pembakaran dan Flue gas sistem
FD FAN FURNACE ECONOMIZER WET MEMBRANE CHIMNEY FD FAN ID FAN BOILER CHIMNEY ECONOMIZER & MULTICYCLONE COAL WET MEMBRANE AIR/OXYGEN IS ONE SUBSTANCE NEEDED IN COMBUSTION PROCESS IN BOILER’S FURNACE
FLUE GAS BY PRODUCT
Total Particulate : 150 mg/Nm3 Max
SOX : 150 mg/Nm3 Max
NOX : 150 mg/Nm3 Max
Opacity : 10% max
ID FAN
5. Pembakaran dan Flue gas sistem
ESP Coal bin CH IMNE Y Coal bunker Steam drum Upper GAH Hot Air Midle GAH Warm Air Ball mill Coarse separator Cyclone separator PA Fan FD Fan ID Fan Wood separator Coal feeder Air lock Air lock Lower GAH Warm Air Upper Eco Lower Eco Burner / Furnace Steam to turbine Feed water in Screw C Vane feeder 170 ~ 200 ºC -500 ~ 1000 pa 50 ~ 55 ºC -2500~3500 pa 45 ~ 50 ºC -3500 ~ 4500 pa 40 ~ 50 ºC -9000 ~ 11000 pa 35 ~ 50 ºC 1000 ~ 1700 pa
6.Sootblower sistem
Dari proses pembakaran pasti menghasilkan jelaga, jelaga yang
menempel pada pipa boiler akan menurunkan effisiensi perpindahan
panas pada boiler.
Untuk menghilangkan jelaga dipergunakan alat yang namanya
sootblower
.
Beberapa type sootblower :
1. Wall sootblowers
2. Long Retractable Sootblower
3. Rotary Sootblower
4. Air heater Sootblower
Steam merupakan media yang digunakan untuk membersihkan jelaga
6.Sootblower sistem
To cleaning
boiler pipe heat transfer Increase Boiler efficiency Increase
To remove
pipe fouling local heating Reduce Boiler lifetime Increase
6.Sootblower sistem
Long Retractable Sootblower
Wall sootblowers
Rotary Sootblower
Untuk membersihkan jelaga area boiler wall
Untuk membersihkan jelaga area superheater
Untuk membersihkan jelaga area economizer
L1 L2 L4 L3 S6 S1 S8 S7 S11 S13 S12 S14 S5 S3 S4 V1 V0 V2
Mov inlet steam soot blower
Mov drai n steam soot blower S2 S10 S9 Tube Ǿ76x6 Tube Ǿ89x11 Tube Ǿ76x6 Tube Ǿ76x6 Tube Ǿ60x5 Soot blower
6.Sootblower sistem
7. ESP dan Fly Ash Handling Sistem
ESP (Electrostatic Precipitator) adalah alat penangkap debu sisa
pembakaran batubara / solid fuel
Sebelum dilepas ke udara bebas, gas buang sisa pembakaran
batubara / solid fuel terlebih dahulu melewati electrostatic
precipitator untuk dikurangi semaksimal mungkin kandungan
debunya.
Bagian utama ESP adalah:
1. Housing (casing)
2.Discharge electrode
3. Collecting plate
4. Hammering / Rapper Sistem
5. Ash Hopper
Bagian – bagian utama ESP
Drum unloader Motor rapping To chimney From boiler Electroda negatif Electroda Positif Air compresssor Air sluice Axial fan Transfer tank Ash silo Rotary feeder Bag filter Ash / Abu
7. ESP dan Fly Ash Handling Sistem TK
1,2
Coal Feeding
BOILER
Economizer Wet Membrane
Chimney
Bottom Ash silo
TO LANDFILL
Sediment Pond
BOTTOM ASH
FLY ASH
Multicyclone