BAB I PENDAHULUAN I.1 LATAR BELAKANG
Uap air yaitu gas yang timbul akibat perubahan fase air menjadi uap dengan cara pendidihan (boiling). Untuk melakukan proses pendidihan diperlukan energi panas yang diperoleh dari sumber panas, mislnya dari pembakaran bahan bakar (padat, cair, gas), tenaga listrik dan gas panas sebagai sisa proses kimia serta tenaga nuklir.
Sudah beribu-ribu tahun manusia melakukan proses perebusan (boiling) air menjadi uap air, tetapi baru dua abad ini mereka baru menemui bagaimana untuk mempergunakan uap untuk kepentingan mereka yaitu dengan diciptakannya boiler. Boiler adalah bejana tertutup di mana 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. Boiler ini dapat dioperasikan dengan sistem pembakaran single firing maupun double firing yaitu pembakaran menggunakan 2 jenis bahan bakar, fuel oil dan fuel gas. Boiler menghasilkan uap dan uap yang dihasilkan ini dapat dugunakan untuk membangkitkn listrik, menggerakkan turbin dan sebagianya.
I.2 TUJUAN
• Tujuan Instruksional Umum :
a. Mahasiswa akan dapat mengoperasikan dengan benar pengoperasian : Boiler, Kalorimeter, Steam Engine, Super Heater, dan Steam Turbine
b. Mahasiswa dapat mengukur, menghitung dan menganalisa performance / karakteristik dari : Boiler, Kalorimeter, Steam Engine, Super Heater, dan Steam Turbine
• Tujuan Instruksional Khusus :
a. Mahasiswa dapat mengetahui dan menyebutkan bagian – bagian dari Boiler
b. Mahasiswa dapat mengetahui persiapan – persiapan yang harus dilakukan sebelum melakukan Start – Up Boiler.
d. Mahasiswa dapat menggunakan pemakaian alat – alat antara lain laju aliran bahan bakar, thermometer atau thermocouple untuk mengukur temperature udara, temperature feed water, temperature pembakaran, temperature Flue atau gas buang, temperature uap.
BAB II.
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 DASAR TEORI
BOILERadalah suatu pesawat uap yang menghasilkan uap.energi panas yang di peroleh dari hasil pembakaran bahan bakar di dalam furnace di transfer kepada air melalui media logam.sehingga pada suhu tertentu berubah menjadi uap. Urutan energi yang dirubah adalah-uap mempunyai panas dan mempunyai energi potensial. energi potensial dirubah menjadi energi kinetis dirubah lg menjadi energi mekanis dan yang di hasilkan adalah energi listrik. air di masak di dalam boiler sehingga mengghasilkan uap atau steam yang beresidu tinggi sehingga berbentuk seperti bubuk resiu yang mudah meledak.steam yang ada di dalam steam drum akan di panaskan lagi melalui super heater (pemanas lanjut) sehingga brubah menjadi steam kering kemudian di keluarkan untuk kebutuhan turbine yaitu energi mekanis atau putaran tergantung pada turbin yang di gunakan tubine pada turbo generating set. Atau juga pada tubine pada feedwater pump.
. Gambar 2.1 Mesin Boiler
Boiler yang menghasilkan uap jenuh (Saturated Steam) disebut dengan Boiler bertekanan rendah (Low Pressure Boiler) yang mana tekanan yang dihasilkan adalah ≤ 15 bar, dengan kapasitas yang besar. Sedangkan kapasitas adalah produksi uap tiap jamnya. Adapun bagian utama yang menyusun Boiler adalah sebagai berikut :
1. Economizer
Berfungsi untuk memanaskan air setelah melewati High Pressure Heater.Pemanasan dilakukan dengan memanfaatkan panas dari flue gas yang merupakan sisa dari pembakaran dalam furnace. Temperatur air yang keluar dari Economizer harus dibawah temperatur jenuhnya untuk mencegah terjadinya boiling dalam Economizer.Karena perpindahan panas yang terjadi dalam Economizer merupakan konveksi, maka menaikkan luas permukaan akan mempermudah perpindahan panas ke air.Inilah sebabnya mengapa desain pipa Economizer dibuat bertingkat .
Keuntungan:
• Meningkatkan efisiensi unit karena dengan memanfaatkan kalor flue gas untuk memanaskan air, dapat mengurangi kebutuhan kalor yang besar untuk pemanasan air sampai terbentuk uap kering pada Superheater.
• Biaya Operasi lebih ekonomis karena jumlah bahan bakar untuk pemanasan pada Superheater menjadi lebih sedikit.
• Maintenance Cost dapat dihemat karena dengan adanya Economizer, thermal shock pada pipa boiler dapat dihindari.
Kerugian :
• Desain pipa yang bertingkat akan menimbulkan masalah abu, terutama bila batubara yang digunakan kadar abunya tinggi.
2. Superheater
Berfungsi untuk memanaskan uap dari Steam Drum menjadi uap panas lanjut (main steam).Main steam digunakan untuk melakukan kerja dengan ekspansi dalam turbin.
Superheater memiliki lima bagian utama, yaitu : 1. Superheater (SH) Vertical Platens
3. Low Temperature SH Pendant 4. Low Temperature SH Horizontal 5. Back Pass and Roof
3. Reheater
Berfungsi untuk memanaskan kembali uap yang telah mengalami ekspansi dalam turbin.Uap keluaran turbin berupa cold steam sehingga perlu dipanaskan kembali dan dimasukkan kembali ke dalam Boiler . Reheater kemudian memasuki Front Reheater dan keluar melalui Reheater Vertical Spaced Front Outlet Header menuju IP Turbine.
4. Main Steam Drum
Fungsi utamanya adalah untuk memisahkan uap dari campuran air dan uap yang masuk ke steam drum .Selain itu juga berfungsi untuk mendistribusikan feedwater,membuang kontaminan dari air boiler , menambahkan bahan kimia, dan mengeringkan uap setelah dipisahkan dari air. Uap berada pada bagian atas bejana dan air berada pada bagian bawah.Air dari Steam Drum disalurkan ke Evaporator dengan cara dipompa oleh BWCP. Uap dan air dalam steam drum dipisahkan dengan tiga tahap,primary , secondary dan drying . Tahap primary dan secondary dilakukan oleh turbo separator dan plat yang berombak – ombak melakukan tahap drying.Fungsi utama dari alat pemisah ini adalah untuk memindahkan uap dari air boiler dan untuk mengurangi campuran yang terdapat dalam uap sebelum meninggalkan steam drum.
5. Down Comer
Merupakan saluran air dari Steam Drum ke Header (Pengaman) yang berada di bawah ruang bakar dimana dari header butir – butir air panas akan dipanaskan melalui pipa – pipa yang tersusun di dinding furnace.Pada Down Comer bagian bawah terdapat suatu pompa yang disebut dengan Boiler Water Circulating Pump (BWCP) yang digunakan untuk mengatur sirkulasi air yang akan dipanaskan atau diuapkan.Ada enam downcomer dengan O.D.16” ( 406.4 mm).
Merupakan ruang bakar yang pada dindingnya tersusun pipa – pipa. 7. Blow Down
Untuk mengontrol kualitas air serta mengurangi kandungan zat padat (Silika) dalam air sehingga tidak terbentuk kerak hangus pada furnace. Alat ini akan bekerja secara otomatis saat sensor menunjukkan kandungan silika dalam air melebihi standar.Ia akan membuang sebagian kecil air dari drum ( 1 % sampai 2 % dari tingkat penguapannya)
Boiler memiliki alat – alat kelengkapan yang biasa disebut dengan Appendages. Alat – alat kelengkapan tersebut meliputi
1. Pressure Gauge (Manometer)
Fungsi : Untuk mengukur tekanan uap dalam boiler 2. Water Gauge (Sight Glass)
Fungsi : Untuk mengetahui level air dalam boiler 3. Safety Valve
Fungsi : Untuk membuang uap yang tekanannya melebihi tekanan operasional boiler.
4. Blow Down Valve
Fungsi : Untuk membuang air yang berada di dalam boiler saat proses pembakaran awal yang ada di dalam boiler. Sehingga dapat menghindari terjadinya peluapan air di dalam boiler yang mengembang karena pemanasan. 5. Water Column
Water column adalah kolom air yang berfungsi sebagai level switch, yang terdiri dari :
• Feed Water Off • Feed Water On
3 2 1
Sigh Control panel
Glass
Boiler
Gambar 2.2 Water Column V5 V1 V4 V2 Sigh Glass V3 1 2 Burner Off FW On
Boiler
Gambar2.3 Valve Pada Water Column
Cara kerja dari valve–valve yang ada pada water column ini adalah sebagai berikut :
1) V5 dan V4 : Harus dibuka karena V5 dan V4 ini mewakili level air yang ada pada sight glass yang menunjukkan level air yang ada di dalam boiler. 2) V3 : Harus ditutup karena jika V3 air yang ada di dalam boiler akan
nge-drain semua (akan keluar semua)
3) V1 dan V2 : Harus ditutup karena jika dibuka maka uap yang ada didalam water column akan keluar lewat V1 dan airnya akan keluar lewat V2. V1 dan V2 ini digunakan sebagai checking valve untuk mengetahui apakah V5 dan V4 buntu atau tidak yaitu dengan cara membuka V1 dan V2 dan apabila tidak keluar uap dan air maka V5 dan V4 buntu.
6. Burner
Burner terdiri dari : • Motor Listrik
• Fan : Berfungsi untuk memasukkan udara ke dalam Boiler • Electrode : Berfungsi untuk menimbulkan percikan bunga api • Ignition Transformer : Berfungsi untuk menaikkan kuat arus (Amp) dan
untuk menurunkan tegangan (Volt) yang ditujukan untuk mempermudah dalam menimbulkan percikan bunga api.
• Nozel Injector : Berfungsi untuk mengkabutkan (menyepray) bahan bakar sehingga dapat mempermudah bahan bakar untuk terbakar.
• Photo Cell : Berfungsi untuk menghentikan fungsi electrode bila sudah terjadi pembakaran
• Fuel Pump : Berfungsi untuk memompa bahan bakar ke dalam ruang bakar.
7. Main Steam Valve
Okxygen yang ada di dalam boiler saat awal proses dihidupkannya boiler. 8. Hand Hole
Digunakan untuk mempermudah dalam melakukan maintenance boiler.
Dalam persiapan pengoperasian boiler yang perlu dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Pemeriksaan air yang ada di tandon
Pemeriksaan air yang ada di dalam tandon perlu dilakukan karena supply air dalam boiler berasal dari air yang ada di dalam tandon. Untuk di PPNS – ITS menggunakan tandon atas sehingga air yang akan masuk kedalam boiler dapat mengalir secara gravitasi ke dalam boiler. Dan dapat terus menyuplay air ke dalam boiler saat level air dalam boiler menunjukkan minimnya iar di dalam sehingga daoat menghindari kerusakan boiler ataupun meledaknya boiler.
2. Pemeriksaan air di Feed Water Tank
Pemeriksaan ini perlu dilakukan untuk mengetahui persedian air yang ada di dalam FWT.
3. Pemeriksaan air yang ada di dalam boiler lewat Sight Glass 4. Pemeriksaan Bahan bakar
5. Pemeriksaan Listrik (Power Supply) 6. Pengaturan Valve
7. Start
Dalam proses pengoperasian boiler yang juga harus diperhatikan adalah kualitas air yang akan digunakan sebagai feed water ke dalam boiler. Karena air yang akan digunakan dalam boiler apabila tidak diolah terlebih dahulu dapat menyebabkan korosi pada boiler. Dan hal ini dapat menyebabkan turunnya performance (efisiensi) boiler. Korosi ini timbul akibat bereaksinya H2O dengan FeC yang membentuk CO yang dapat menimbulkan korosi. Korosi ini juga dapat menyebabkan penipisan logam baik pada boiler ataupun aluran – saluran yang ada sehingga sangat berbahaya sekali jika itu terjadi karena dapat menyebabkan hal – hal yang tidak diinginkan seperti peledakan ataupun kebakaran dan lain sebagainya.
Proses pengolahan (Treatment) air yang akan di gunakan sebagai feed water adalah sebagai berikut :
Tandon air Vc Vb Va Softener Boiler FWP Dosage FWT (Housemen)
Gambar 2.4 Pengolahan air Boiler
Air PDAM dari tandon atas turun secara gravitasi dan masuk kedalam Feed Water Tank (FWT) ketika Va dibuka. Tetapi terlebih dahulu air PDAM tersebut masuk kedalam Softener. Softener ini berfungsi untuk melunakkan air bahan baku bolier. Setelah itu air tersebut akan mengalir masuk kedalam Feed Water Tank (FWT). Air bahan baku boiler yang ada di dalam FWT harus ditreatment lagi untuk menghilangkan mineral – mineralnya dan oksigen yang terkandung, yaitu dengan menambahkan larutan Dosage atau larutan Housemen dengan cara di-injectsikan. Baru setelah FWP diaktifkan dan Vb dan Vc dibuka maka air bahan baku boiler yang telah ditreatment yang berada di FWT dapat dialirkan masuk kedalam boiler.
Ada juga beberapa system treatment air bahan baku boiler yang menggunakan Demin. Demin atau Demineralisasi digunakan untuk menghilangkan mineral – mineral yang ada di dalam boiler, yaitu dengan menggunakan Resin (pasir kering), Anion yang berupa (NaOH), Kation yang berupa (HCl) dan penggunaan Mixbed.
Resin Resin Resin
Anion Kation Mix Bed (NaOH) (HCl)
Gambar 2.5 Demin
Yang digunakan sebagai parameter air bahan baku boiler untuk menghindari korosi atau untuk meningkatkan performance boiler, yaitu dengan :
• pH • Hardness • Conductivity • Kandungan Clorate (Cl) • Kandungan Silica • Dll
II.2 KLASIFIKASI BOILER
Boiler pada dasarnya terdiri dari lumbung (drum) yan tertutup pada ujung pangkalnya dan dalam perkembangannya dilengkapi dengan pipa api maupun pipa air. Banyak orang mengklsifikasikan boiler tergantung pada sudut pandang masing-masing. Pada makalah ini boiler diklasifikasikan dalam kelas yaitu :
1. Berdasarkan fluida yang mengalir dalam pipa, maka boiler dikalsifikasikan sebagai : a. Boiler pipa api (fire tube boiler)
b. Boiler pipa air (water tube boiler)
Pada boiler pipa api, fluida yang mengalir dalam adalah gas nyala (hasil pembakaran) yang membawa energi panas, yang segera mentransfernya ke air ketel melalui bidang pemanas. Tujuan pipa-pipa api ini adalah untuk memudahkan distribusi panas kepada air ketel. Sedang untuk boiler pipa air fluida yang mengalir dalam pipa adalah air, energi panas yang ditransfer dari luar pipa (yaitu berasal dari ruang dapur/furnace) ke air ketel.
2. Berdasarkan pemakaiannya boiler dapat diklasifikasikan sebagai : a. Ketel stasioner (stationer boiler) atau boiler tetap.
b. Boiler mobile atau disebut juga boiler portable.
Yang termasuk stasioner ialah boiler-boiler yang didudukan pada pondasi tetap seperti boiler untuk pembankit tenaga listrik, untuk industri dan sebagainya.
Yang termasuk boiler mobile ialah boiler yang dipasang pada pondasi yang dapat berpindah-pindah, seperti boiler lokomotif, boiler panjang dan sebagainya termasuk juga boiler pada kapal.
a. Boiler dengan pembakaran di dalam (internal fired steam bolier) dalam hal ini dapur barada (pembakaran terjadi) di bagian dalam boiler. Kebanyakan boiler pipa api memakai sistem ini.
b. Boiler dengan pembakaran di luar (outernallyfired steam boiler), dalam hal ini dapur berada (pembakaran terjadi) di bagian luar boiler, kebanyakan boiler pipa air memakai sistem ini.
4. Menurut jumlah lorong (boiler tube), boiler diklasifikasikan sebagai : a. Boiler dengan lorong tunggal (single tube steam boiler).
b. Boiler dengan loron ganda (multi tubuler steam boiler).
Pada single tube steam boiler, hanya terdapat satu lorong saja, apakah itu lorong api atau saluran air saja. Cornish boiler adalah single fire tube boiler dan simple vertical boiler adalah single water tube boiler.
Multi fire tube boiler misalnya boiler scotch dan multi water tube boiler misalnya boiler B dan W dan lain-lain.
5. Berdasarkan pada poros tutup drum (shell), boiler diklasifikasikan sebagi :
a. Boiler tegak (vertikal steam boiler), seperti boiler Cochran, boiler Clarkson dan sebagainya.
b. Boiler mendatar (horizontal steam boiler), seperti boiler Cornish, Lancashire, Scotch dan sebagainya.
6. Menurut bentuk dan letak pipa, boiler diklasifikasikan sebagai :
a. Boiler dengan pipa lurus, bengkok dan berlekak-lekuk (straight, bent and sinous tubuler heating surface)
b. Boiler dengan pipa miring-datar dan miring tegak.
a. Boiler dengan peredaran secara natural. b. Boiler dengan peredaran paksa.
Pada boiler dengan perdaran secara natural air dalam boiler beredar/bersirkulasi secara alami, yaitu air yang ringan naik sedang air yang berat turun, sehingga terjadilah aliran konveksi alami. Umumnya Boiler beroperasi secara alami seperti boiler Lancarshire, Babcock & Wilcox dan lain-lain.
Pada boiler dengan sirkulasi paksa, aliran paksa diperoleh dari sebuah pompa centrifugal yang digerakkan dengan elektrik motor. Sistem aliran paksa biasanya dipakai pada boiler bertekanan tinggi.
8. Berdasarkan pada sumber panasnya untuk pembuatan uap, boiler diklasifikasikan a. Boiler dengan bahn bakar alami
b. Boiler dengan bahan bakar buatan c. Boiler dengan dapur listrik
d. Boiler dengan energi nuklir. II.3 FUNGSI BOILER
Boiler berfungsi sebagai pesawat konversi energi yang mengkonversikan energi kimia (potensial) dari bahan bakar menjadi energi panas. Boiler terdiri dari dua komponen utama yaitu :
1. Dapur (furnace), sebagai alat untuk mengubah energi kimia menjad energi panas.
2. Alat penguap (eveporator) yang mengubah energi pembakaran (energi panas) menjadi energi potensial uap.
Kedua komponen tersebut di atas telah dapat untuk memungkinkan sebuah boiler untuk berfungsi. Sedangkan komponen lainnya adalah :
1. Corong asap dengan sistem tarikan gas asapnya, memungkinkan dapur berfungsi secara efektif.
2. Sistem perpipaan, seperti pipa api pada boiler pipa api, pipa air pad boiler pipa air memungkinkan sistem penghantaran kalor yang efektif antara nyala api atau gas panas dengan air boiler.
3. Sistem pemanas uap lanjut, sistem pemanas udara pembakaran serta sistem pemanas air pengisi boiler berfungsi sebagai alat untuk menaikan efisiensi boiler.
Agar sebuah boiler dapat beropersi dengan aman, maka perlu adanya sistem pengamanan yang disebut apendasi.
II.4. APLIKASI BOILER PADA INDUSTRI PEMBANGKIT LISTRIK
Setelah kita mengetahui jenis dan tipe boiler serta fungsi boiler dan komponennya dari uraian di atas, maka akan menjadi lebih jelas lagi bagaimana cara kerja boiler dalam suatu sistem pembangkit listrik. Dalam makalah ini sistem yang kita ambil sebagai aplikasi contoh adalah sistem pada PLTU Paiton khususnya pada PT. YTL Jawa Timur
PROSES DASAR PRODUKSI LISTRIK
Di dalam PLTU batubara atau coal fired power plant , energi panas batubara dikonversikan ke dalam energi listrik dengan bantuan boiler , turbin dan generator. Batubara dari tempat penyimpanannya di bawa ke tempat penampungan batubara di area boiler setelah terlebih dahulu dihancurkan di ruangan penghancur batubara. Batubara tersebut kemudian disalurkan ke pengumpan batubara ( coal feeder ) yang dilengkapi alat pengatur aliran untuk dihaluskan pada mesin penghalus ( pulveriser atau coal mill ) sehingga dihasilkan tepung batubara yang halus. Batubara halus di dorong dengan udara panas yang dihasilkan dari Primary Air Fan dan dibawa ke pembakar batubara dengan cara di injeksikan ke ruang bakar boiler ( furnace ). Di sini tepung batubara yang keluar dari corner ( sudut – sudut boiler ) dibakar bersama- sama dengan udara panas dan api yang di injeksikan ke ruang bakar secara bersamaan. Udara panas yang masuk ke furnace dihasilkan dari fan yang disebut Forced Draft Fan , sedangkan api di hasilkan dari pemantik api atau ignitor.
Panas yang di hasilkan dari proses pembakaran ini melalui proses perpindahan panas secara konveksi akan mengubah air yang mengalir dalam pipa – pipa yang ada di dalam
boiler menjadi uap jenuh ( saturated steam ) . Uap panas ini kemudian di panaskan lebih lanjut oleh super heater sampai menjadi uap panas kering ( dry super heated steam ) sehingga efisiensi boiler makin tinggi. Uap panas kering kemudian disalurkan ke turbin bertekanan tinggi dengan bantuan pipa – pipa tebal bertekanan tinggi dimana steam itu dikeluarkan lewat nozzle – nozzle mengenai baling –baling turbin. Saat mengenai baling – baling, energi kalor yang dimiliki steam akan berubah menjadi energi kinetik dan menggerakkan baling – baling turbin dan shaft turbin yang disambungkan dengan generator ikut berputar.
Shaft yang disambungkan dengan generator berupa silinder elektromagnetik besar sehingga ketika turbin berputar generator ikut berputar ,yaitu bagian rotor.Rotor generator tergabung dengan stator.Stator adalah bagian generator yang tidak ikut berputar , berupa gulungan yang menggunakan batang tembaga sebagai pendingin internal.Listrik dihasilkan dalam batang – batang tembaga stator dengan elektostatik di dalam rotor melalui putaran magnet. Listrik yang dihasilkan bertegangan 21 kV dan dengan trafo step up dinaikkan menjadi 500 kV , sesuai tegangan yang diminta PLN . Lihat gambar sistem pada lampiran . BOILER MASTER SYSTEM
Coal fired power plant atau pembangkit listrik tenaga uap merupakan pembangkit listrik dengan menggunakan uap sebagai tenaga pembangkitnya.Untuk fungsi ini powerplant ini dapat dibagi menjadi dua bagian penting yaitu boiler master dan turbine master .Uap yang digunakan untuk pembangkit listrik ini dihasilkan dari proses perubahan wujud dari air ke uap yang dilakukan oleh boiler yang merupakan bagian dari boiler master .Sehingga boiler merupakan suatu komponen dalam power plant yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap melalui serangkaian proses yang kompleks dimana didalamnya terjadi perpindahan panas dan konversi energi dari kimia ke panas
Jenis boiler yang digunakan pada unit 5 dan 6 adalah tipe menggantung dengan pengontrol sirkulasi (controlled circulation) yaitu sirkulasi air dan uap pada boiler tidak terjadi secara natural tapi dipaksa dengan pompa BWCP ( Boiler water Circulating Pump) , hal ini memudahkan dalam pengoperasian boiler untuk menyesuaikan dengan kebutuhan air dan uap agar sesuai dengan beban yang diinginkan.Boiler ini didesain dengan satu kali proses pemanasan kembali (reheat) Boiler merupakan .suatu komponen besar yang terdiri dari komponen-komponen utama dan komponen pembantu agar dalam proses kerjanya mencapai efisiensi optimum.
Dalam pengoperasian boiler,ada beberapa parameter yang harus diperhatikan yaitu : 1. Aliran uap (Steam Flow )
Yaitu banyaknya uap yang harus dihasilkan boiler pada tingkat pengoperasian tertentu .Pengoperasian pada MCR (Maximum Continous Rating) merupakan pengoperasian boiler pada tingkat aliran uap maksimum yang bisa dijalankan secara berkelanjutan.Jika melebihi tingkat ini bisa merusak peralatan ataupun meningkatkan biaya perawatan.
Control Load untuk beban penuh aliran uap sekitar 48% dan sekitar 47 % untuk aliran uap pada tingkat MCR. Control load merupakan titik dimana suhu uap utama maupun uap pemanasan ulang telah mencapai titik desain kerjanya ( kondisi stabil )
2. Tekanan Boiler
Untuk mendapatkan energi yang sesuai dengan kebutuhan turbin agar dapt menggerakkan generator,maka tekanan uap panas kering yang dihasilkan pun harus sesuai dengan kebutuhan beban.Dalam hal ini ,tekanan uap dapat diatur melalui reheater dan superheater.
3. Temperatur Uap
Dalam proses konversi wujud dari cair menjadi uap,air perlu dipanaskan dalam furnace.Panas yang dihasilkan dari proses pembakaran dalam furnace tersebut juga harus diperhatikan agar suhu uap yang dihasilkan memenuhi standar yang ditentukan.Karena jika suhu uap kurang maka efisiensi akan turun tapi jika terlalu tinggi akan berpengaruh pada gas buangnya.
4. Efisiensi Boiler
Untuk melihat apakah desain suatu boiler telah tepat ditentukan oleh beberapa faktor yang mempengaruhi,diantaranya kegunaan unit boiler itu sendiri yaitu apakah uap yang harus dihasilkan konstan atau bervariasi sesuai kebutuhan generator pembangkit listrik. Selanjutnya yang menentukan juga adalah jenis dan kualitas bahan bakar yang akan dibakar
: apakah padat,cair atau gas.Seberapa banyak uap harus dihasilkan tiap jamnya apakah ratusan atau bahkan jutaan pon tiap jamnya juga perlu dipertimbangkan dalam desain. Pembentukan uap yang dipengaruhi penyerapan panas harus memenuhi setidaknya komponen berikut ini :
• Tekanan kerja tiap bagian dari boiler,hal ini penting untuk distribusi dan pemenuhan kebutuhan sistem dalam proses pengubahan air menjadi uap.
• Struktur power plant yang tepat untuk tipe proses pembakaran yang dipilih.
• Ukuran yang tepat dan pengaturan permukaan perpindahan panas untuk penyerapan panas saat proses pembakaran.
• Perlengkapan yang dibutuhkan selama proses .Alat untuk memasukkan udara, bahan bakar dan mengalirkan air.Piranti untuk memindahkan hasil pembakaran dan sistem pengendalian proses.
• Permukaan penyerapam panas boiler dirancang untuk efisiensi dan biaya yang optimum agar empat tujuan dasar boiler tercapai yaitu :
1. Uap kering yang dihasilkan memilki tingkat kemurnian yang tinggi dalam keadaan apapun.
2. Pemanasan super terhadap uap kering sementara menjaga suhu tidak melebihi dari kondisi operasional boiler.
3. Pemanasan ulang terhadap uap yang tekanannya turun untuk digunakan kembali oleh turbin sementara menjaga suhu tidak melebihi dari kondisi operasional boiler.
4. Mengurangi suhu gas buang untuk meminimalkan rugi-rugi panas , mengendalikan korosi dan menghasilkan emisi yang tidak melebihi ketentuan. Efisiensi termal adalah indikator seberapa baik kemampuan input panas boiler untuk menghasilkan uap pada suhu dan tekanan yang diminta. Adanya prinsip ekonomi dan biaya bahan bakar membuat powerplant harus beroperasi seefisien mungkin. Unit 5 dan 6 didesain dengan efisiensi 92,5 – 93,5 % tergantung kondisi operasional boiler ,pada MCR ,normal full
load atau pada control load conditions.Untuk membandingkan performance boiler pada kondisi sekarang dengan kondisi desain awal nya ada tiga parameter yang bisa diperiksa.
Fuel analysis
Analisa ini dilakukan untuk mengatuhi kandungan oksigen ,hidrogen dan karbon yang terdapat dalam bahan bakar yang digunakan.Karena kualitas bahan bakar dulu dengan sekarang bisa sangat berbeda.Perbedaan ini berpengaruh terhadap kebutuhan udara dan panas yang dilepaskan di ruang bakar ,begitu juga dengan massa aliran gas buang yang meninggalkan ruang bakar.
Feedwater temperature
Perubahan suhu air yang masuk ke boiler menentukan tingkat pembakaran yang diperlukan di furnace ,lebih lanjut akan mempengaruhi panas yang dihasilkan dan banyaknya massa aliran.
Excess Air
Banyaknya udara yang masuk ruang bakar berpengaruh terhadap jumlah panas yang dibawa dari furnace ( dry gas loss ) , banyaknya udara yang keluar merupakan faktor penting untuk menghitung efisiensi boiler.
II.5 Komponen Utama Boiler
Boiler dapat dikategorikan menjadi 2 macam berdasarkan segi konstruksinya, yakni boiler pipa api dan boiler pipa air.Jenis boiler yang digunakan di unit 5 dan 6 PLTU Paiton adalah boiler pipa air dimana fluida airnya berada dalam pipa sedangkan api atau gas hasil pembakaran berada di luar pipa.Tinggi bolier ini mencapai lebih kurang 60 meter yang dibagi menjadi tiga elevasi,dengan masing – masing corner pada tiap elevasinya terdapat 2 mill , 4 oil gun , 4 windbox dan ignitor.
Bahan bakar utama yang digunakan boiler adalah batubara, sedangkan solar hanya digunakan untuk pembakaran awal ketika start up dan apabila telah memenuhi temperatur yang dikehendaki maka diganti dengan batubara.Udara pembakaran diberikan oleh FD Fan setelah sebelumnya dipanaskan di Air Heater.Sedangkan ID Fan digunakan untuk menghisap
dan mensirkulasikan gas buang dari furnace hingga ke stack sehingga tekanan dalam boiler adalah nol.
Pipa – pipa penguap air dalam boiler dipasang sedemikan rupa sehingga tersusun seperti dinding furnace.Pipa – pipa ini merupakan pipa panjang dengan ketebalan bervariasi pada sepanjang pipa.Pipa – pipa tersebut menerima panas secara radiasi.
Boiler ini dilengkapi dengan Steam Drum yang ditempatkan di luar furnace.Air pengisi pipa – pipa dalam furnace diperoleh dengan cara dipompa oleh Feed Water Pump (BWCP) dimana sebelumnya telah dipanaskan oleh High pressure heater dan Economizer . Kemudian Boiler Water Circulating Pump (BWCP) memompa air dari Steam Drum menuju Evaporator sehingga menjadi uap dan masuk ke dalam Steam Drum kembali.Dalam Steam Drum air dipisahkan dari uapnya, air yang telah dipisahkan akan disalurkan melalui Lowering Header yang ada di bawah tungku yang akan membagi air masuk ke pipa – pipa penguap (riser) yang tersusun di sekeliling dinding furnace.Pipa – pipa penguap yang ada pada dinding di bawah drum akan langsung bermuara pada Steam Drum, sementara yang ada pada dinding lainnya akan bermuara pada Steam Header (Tabung Pengumpulan Uap).
Dari Steam Header ini, uap basah yang terbentuk akan masuk ke Superheater, sedangkan yang masih berupa air akan disalurkan kembali melalui Down Comer dengan bantuan pipa.Uap yang dihasilkan setelah Superheater adalah uap kering yang disebut juga dengan Main Steam. Main Steam inilah merupakan uap yang siap digunakan untuk menggerakkan HP Turbine(High Pressure Turbine).Karena pada turbin ini mengalami ekspansi, maka temperatur dan tekanannya menurun sehingga pada keluaran HP Turbine terbentuk uap jenuh yang disebut Cold Steam.Uap jenuh ini tidak langsung disalurkan ke IP Turbine(Intermediate Pressure Turbine)., melainkan dipanaskan kembali di Reheater baru kemudian digunakan untuk menggerakkan IP Turbine.Uap keluaran dari IP Turbine dialirkan ke LP Turbine (Low Pressure Turbine)1 dan 2.Lebih jelas tentang siklus yang dijelaskan diatas pada gambar 1 water steam cycle lampiran .
Dalam kejadian dilapangan beban operasional boiler tidak selalu konstan tapi bervariasi sesuai permintaan konsumen.Untuk mengatasi hal ini maka saat boiler mengalami perubahan beban, ada beberapa komponen yang harus disesuaikan agar uap yang dihasilkan seimbang.
Saat ada perintah untuk mengubah beban,maka secara otomatis perintah penyesuaian itu disampaikan ke boiler master agar komponen yang termasuk didalamnya bisa menyesuaikan sehingga rasio udara dan bahan bakar stabil . Diantaranya jika beban boiler berubah maka kapasitas bahan bakar berubah yaitu dengan mematikan atau menghidupkan mill pada elevasi tertinggi secara bertahap. Selain itu,perubahan juga diikuti oleh serangkaian alat pendukungnya ,misalnya pengaturan udara pembakaran oleh FD fan,pengaturan posisi naik turun windbox untuk mendapat bola api yang diinginkan dan lain sebagainya.
BAB III
PROSEDUR PRAKTIKUM III.1 ALAT DAN BAHAN
Alat yang digunakan adalah sebagai berikut: a. Boiler Unit
b. Gloves
c. Lap / Kain Pembersih
Bahan yang digunakan adalah sebagai berikut : a. Air PDAM
b. Bahan Bakar (Solar) c. Larutan Softener (NaCl) d. Larutan Dosage (Housemen) III.2 PROSEDUR KERJA
III.2.1 Start Up Boiler
Prosedur start up boiler adalah:
1 Dilakukan pemeriksaan air yang ada di dalam boiler lewat sight glass. Jika sight glass menunjukkan boiler dalam low level maka iar dapat disuplaykan kedalam boiler.
2 Dilakukan pemeriksaan air yang ada di dalam Feed Water Tank
3 Dilakukan pemeriksaan air yang ada di dalam tandon air. Perlu dilakukan dikarenakan air yang ada di dalam tandon merupakan bahan baku utama boiler. Jika habis maka kran dan pompa air dapat dibuka sehingga air PDAM dapat disuplaykan ke dalam tandon air.
4 Dilakukan pemeriksaan Bahan Bakar. Jika bahan bakar habis maka bahan bakar dapat segera diisikan ke dalam Fuel Tank sebelum boiler dioperasikan.
5 Dilakukan pemeriksaan Supplay Listrik. Dipastikan bahwa supplay Listrik tidak ada gangguan atau cukup untuk digunakan.
6 Valve – valve yang ada di atur. Yaitu dengan dibukanya valve saluran air yang akan dialirkan kedalam softener dan boiler. Tidak hanya itu saja valve bahan bakar jaga harus dibuka. Main Steam Valve dan Blow Down Valve ditutup, baru setelah dilakukan starting boiler Blow Down Valve dan Main Steam Valve dapat di buka.
7 Starting Boiler dapat dimulai. 8 Dicatat waktu start up boiler 9 Dicatat First water consumption
10 Dicatat temperature dan pressure tiap 10 menit sekali 11 Dicatat gas buang (flue) yang dihasilkan.
III.2.2 Shut Down Boiler
Prosedur shut down boiler adalah: 1. Switch Off Boiler ditekan
2. Katub uap buang dibuka secara perlahan – lahan untuk menghindari Steam Hummer. (Bergeraknya atau bergetarnya pipa – pipa yang dilewati uap karena tekanan yang besar)
3. Ditunggu hingga tekanan dalam boiler = 0
4. Main Steam Valve dibuka secara perlahan – lahan untuk menghindari terjadinya steam hummer.
5. Dicatat waktu Shut Down Boiler 6. Dicatat Last water consumption 7. Dicatat Fuel Consumption
BAB IV
ANALISA DAN PEMBAHASAN IV.1 DATA YANG DIPEROLEH
IV.1.1 Keterangan Boiler di PPNS – ITS 1. Kapasitas Uap = 480 kg/hr 2. Pressure = 10 Bar
3. Jenis = Fire Tube Boiler & Vertical Boiler 4. Bahan Bakar = Solar (Cair atau Liquid)
5. Air Bahan Baku = Air PDAM + Softener (NaCl) + Dosage (Lar. Housemen) IV.1.2 Data Hasil Percobaan
1. Timing :
a. Starting Up Boiler = 16.00 b. Shut Down Boiler = 17.22 2. Water Consumption :
Dalam (m3)
a. Konsumsi Awal = 553.890 ltr b. Konsumsi Akhir = 553.940 ltr
3. Fuel Consumption = 12,4 Liter
4. ρWater = 1000 kg/m3
5. ρBB = 850 kg/m3
6. fuel pressure = 9 bar
Tabel 4.1 Data hasil percobaan Time
(minute )
BOILER OPERATOR TEMPERATURE DATA (oC) Fuel
Pressure (kg/cm2)
Fuel Flow (Liter)
Udara F. Water Fuel Steam Flue
0 34 31 32 45 58 0 0 0
5 33 33 30 46 254 1 9 1,9
Lanjutan Tabel 4.1 Data hasil percobaan Time
(minute )
BOILER OPERATOR TEMPERATURE DATA (oC) Fuel
Pressure (kg/cm2)
Fuel Flow (Liter)
Udara F. Water Fuel Steam Flue
10 33 32 30 127 281 1,5 9 3,8 15 33 32 30 140 297 4 9 6,1 20 33 33 30 123 312 8 9 8,3 22 33 32 30 120 290 9 9 9,0 48 33 33 31 175 213 10 9 9,4 63 33 31 31 173 172 10 9 9,9 77 32 32 31 173 180 10 9 11,6 82 32 32 31 177 176 10 9 12,4
Sumber : Hasil percobaan, 2013 IV.3 PERHITUNGAN
1. Waktu Beroperasi = Shut Down – Start Up = 17.22 – 16.00 = 1 Jam 22 menit 2. Water Consumption : Konsumsi Akhir = 553.940 ltr Konsumsi Awal = 553.890 ltr -50 ltr Feed Water Consumption = 0,339 m3 3. Debit Feed Water =
Time FeedWater = s m 7320 05 , 0 3 = 6830 x 10-5 m3 / s 4. Debit Bahan Bakar=
Time ption FuelConsum = s 7320 liter 12,4 = 0,01016 m3 / s 5. Mass feed water flow (Mw)
Mw= Debit Feed Water x ρWater = 0,0409 m3 / jam x 1000 kg/m3
= 40,9 kg/jam 6. Mass fuel flow rate (Mf)
Mf = Debit Bahan Bakar x ρBB = 0,01016 m3 / jam x 850 kg/m3 = 8,636 kg/kj
7. Entalpi Air (hf) = (pada Tair = 33 oC) = 138,33 kJ/kg 8. Entalpi Uap (hg) T oC hg 170 2768,7 177 ? 180 2778,2 Hg = 2768,7 + (177 – 170) x (2778,2 – 2768,7 ) (180 - 170) = 2775,35 kj /kg 9. Efisiensi Boiler (η) η= M hMhxCx f f g w( − ) 100% = 40,9kj/kg(27758,636,35x−43138,250,33)kj/kgx100% = 28,87 % VI.2 PEMBAHASAN
Dari data yang telah diperoleh dari hasil percobaan didapatkan adanya data yang fluktuatif mengenai temperature udara yang diambil tiap menitnya, yaitu antara 30 oC – 32 oC. Fluktuasi ini terjadi dikarenakan adanya panas yang dihasilkan oleh boiler sehingga berpengaruh terhadap suhu udara luar. Fluktuasi suhu udara ini sangat kecil sekali sehingga tidak begitu berpengaruh terhadap efisiensi dari boiler.
Dari hasil perhitungan yang telah dibuat dari data hasil percobaan, didapatkan bahwa efisiensi boiler adalah = 28,87 %. Besar atau kecilnya efisiensi yang dimiliki oleh suatu boiler dipengaruhi oleh beberapa factor. Secara teoritis factor – factor tersebut dapat diketahui dari rumus yang digunakan dalam perhitungan efisiensi
boiler. factor – factor tersebut adalah : Mass Feed Water Flow Rate (Mw) yang mana semakin besar Mw yang digunakan oleh Boiler saat pengoperasiannya maka akan semakin besar efisiensi yang dihasilkan oleh boiler. Mass Fedd Water Flow Rate (Mw) sendiri dipengaruhi oleh banyaknya air yang terkonsumsi saat pengoperasian boiler tiap jamnya. Yang mana semakin besar konsumsi air yang digunakan tiap jamnya maka akan semakin besar pula (Mw) dari boiler dan itu berarti akan semakin besar pula efisiensi dari boiler itu sendiri.
Mass Fuel Flow Rate (Mf) juga berpengaruh terhadap efisiensi dari boiler itu sendiri. Karena (Mf) berbanding terbalik maka semakin besar (Mf) maka semakin kecil efisiensi yang dimiliki oleh boiler. (Mf) sendiri dipengaruhi oleh debit bahan bakar atau bnyaknya konsumsi bahan bakar tiap jamnya dan massa jenis dari bahan bakar yang digunakan. Karena baik debit bahan bakar maupun massa jenis dari bahan bakar yang digunakan berbanding lurus dengan (Mf) maka semakin besar debit bahan bakar dan semakin besar massa jenis dari bahan bakar yang digunakan maka akan semakin besar pula (Mf) dan ini berarti efisiensi boiler akan semakin kecil.
Selain itu factor dari entalphi uap (hg) dan air (hf) juga berpengaruh dalam menentukan besar kecilnya efisiensi dari boiler. Yang mana semakin besar perbandingan antara (hg) dan (hf) yang mana apabila (hg) semakin besar oula maka akan semakin besar pula efisiensi dari Boiler. Hal itu dikarenakan besarnya nilai pengurangan antara (hg) dengan (hf) berbanding lurus dengan efisiensi boiler. Faktor yang juga menentukan besarnya nilai efisiensi yang dimiliki oleh boiler adalah besarnya nilai kalor dari bahan bakar yang digunakan, yang mana semakin besar nilai kalor dari bahan bakar yang digunakan semakin besar maka akan semakin kecil efisiensi yang dihasilkan oleh boiler. Hal itu dikarenakan besarnya nilai kalor bahan bakra yang digunakan berbanding terbalik dengan efisiensi boiler.
Dari beberapa macam factor dari segi teoritis yang mempengaruhi efisiensi boiler dapat analisa lebih lanjut untuk mengetahui factor – factor apa saja yang dapat menentukan efisiensi boiler secara realnya di lapangan (nyata pada aplikasinya). Jika dilihat dari segi teoritis diketahui ada factor Mass Fuel Flow Rate (Mf) dan Mass Feed Water Flow Rate (Mw) maka pada dasarnya dapat diketahui bahwa semakin besar konsumsi bahan bakar yang digunakan untuk menguapkan sejumlah air tertentu dalam waktu tertentu dan suhu tertentu maka dapat menunjukkan kurang baiknya efisiensi dari boiler itu sendiri. Dari sini dapat diketahui bahwa efisiensi boiler
dipengaruhi oleh kualitas air, bahan bakar, dan performance fisik dari boiler itu sendiri.
Kualitas air (feed water) yang digunakan tergantung dari treatment yang digunakan yang mana semakin baik treatment yang digunakan maka akan semakin baik pula kualitas air yang digunakan sebagai feed water. Dengan kualitas feed water yang baik berarti feed water yang digunakan memiliki nilai kekerasan yang rendah (lebih soft) serta tidak mengandung mineral – mineral atau kotoran lain yang dapat menurunkan performance dari boiler. Selain itu juga memiliki pH netral (mendekati = 7) untuk mencegah terjadinya korosi pada boiler karena pH yang asam ataupun basa. Ini berarti dengan kualitas feed water yang baik berarti bahwa feed water yang digunakan akan lebih mudah diuapkan sehingga tidak membutuhkan konsumsi bahan bakar yang lebih besar untuk menguapkan sejumlah air pada waktu tertentu dan suhu tertentu. Karena dengan hal ini bisa menurunkan konsumsi bahan bakar maka berarti dapat menurunkan (Mf) yang digunakan. Karena (Mf) berbanding terbalik dengan besarnya efisiensi boiler ini berarti dengan turunnya nilai (Mf) maka akan semakin besar efisiensi yang dimiliki oleh boiler.
Selain itu juga factor bahan bakar yang mempengaruhi efisiensi dari boiler itu sendiri adalah titik bakar dari bahan bakar yang digunakan. Karena semakin tinggi titik bakar dari suatu bahan bakar maka berarti bahan bakar tersebut memiliki kemampuan yang baik untuk menguapkan air dengan waktu yang relative lebih cepat sehingga bahan bakar yang digunakan untuk menguapkan air dalam jumlah tertentu pada suhu dan waktu tertentu adalah semakin sedikit dan ini dapat memperbesar efisiensi yang dimiliki oleh boiler. Selain itu juga harus dilihat nilai kalor dari bahan bakar tersebut karena apabila perbandingan antara kemampuan bahan bakar untuk menguapkan air pada waktu, jumlah dan suhu tertentu dengan nilai kalor bahan bakar tersebut adalah semakin besar. Dalam artian dengan menggunakan bahan bakar dengan titik bakar yang lebih tinggi beberapa tingkat dari sebelumnya justru dapat menaikkan nilai kalor bahan bakar tersebut beberapa kali maka ini justru dapat menurunkan efisiensi dari boiler itu sendiri. Oleh karena itu penggunaan jenis bahan bakar juga mempengaruhi efisieansi dari boiler itu sendiri.
Sedangkan factor yang juga penting dalam penentuan efisiensi dari boiler adalah performa fisik dari boiler tersebut. Maksudnya bahan yang digunakan untuk membuat boiler adalah bahan yang mudah menghantarkan panas tetapi memenuhi syarat – syarat kemanannya. Jika dilihat lebih jauh lagi maka factor maintenance juga
mempengaruhi efisiensi dari boiler yang mana jika boiler tidak dibersihkan pada jangka waktu tertentu maka akan banyak terdapat kerak – kerak yang menempel pada dinding boiler. kerak – kerak yang menempel pada dinding boiler (pipa apinya ataupun pipa airnya) akan menghambat penghantaran panas. Sehingga untuk menguapkan air dalam jumlah dan waktu tertentu dibutuhkan konsumsi bahan bakar yang lebih banyak dan hal ini berarti semakin menurunkan efisiensi dari boiler itu sendiri.
BAB V
KESIMPULAN dan SARAN V.1 KESIMPULAN
Besar atau kecilnya efisiensi yang dimiliki oleh suatu boiler dipengaruhi oleh beberapa factor. factor – factor tersebut adalah :
1. Mass Feed Water Flow Rate (Mw) yang mana semakin besar Mw yang digunakan maka akan semakin besar efisiensi yang dihasilkan oleh boiler.
2. Semakin besar (Mf)) maka semakin kecil efisiensi yang dimiliki oleh boiler
3. Entalphi uap (hg) dan air (hf) : semakin besar perbandingan antara (hg) dan (hf) yang mana apabila (hg) semakin besar oula maka akan semakin besar pula efisiensi dari Boiler.
V.2 SARAN
Sebaiknya dilakukan perawatan terhadap mesin boiler secara kontinue agar mesin dapat bekerja dengan baik dan benar serta menunjukkan hasil pengukuran yang tepat
