BAB III KOMPONEN BOILER
Dalam boiler terdapat berbagai komponen penting seperti superheater, evaporator, economizer, steam trap, steam drum dan pompa, termasuk cerobong asap. Komponen- komponen boiler itu saling berhubungan satu dengan yang lainnya dan pada bab ini akan membas satu per-satu setiap komponen tersebut.
1. Pemanas Udara (air preheaer system)
Tujuan dari preheater udara adalah untuk memanfaatkan kembali panas dari gas buang boiler dengan mengurangi kehilangan panas yang berguna dalam gas buang. Sehingga pembuangan panas pada cerobong akan lebih rendah lagi. Biasanya ada regulasi terkait dengan suhu yang terbuang melewati cerobong, sehingga dengan memanfaatkan air preheater, suhu rendah dapat dicapai dengan hasil yang lebih bermanfaat. Klasifikasi APH berdasarkan sumber panas ada dua, yaitu:
a. Recuperative
Panas ditransfer secara terus menerus dan secara langsung dan sepanjang alat penukar kalor yang dilalui.
b. Regenerative
Panas tidak dialirkan secara terus menerus melalui dinding profil, melainkan disimpan dan dilepaskan oleh dinding profil itu sendiri
2. Superheater
Superheater adalah salah satu dari komponen boiler yang sangat penting untuk meningkatkan efisiensi kerja dari boiler itu sendiri.Superheater berfungsi untuk menaikkan suhu uap basah menjadi lebih tinggi dari suhu uap jenuh dari boiler agar menjadi uap kering.
Hal ini dimaksudkan karena uap hasil dari boiler digunakan untuk memutarkan sudu sudu turbin, untuk menjaga kualitas dan agar penggunaan sudu turbin lebih awet maka uap yang digunakan untuk memutar harus menggunakan uap kering sehingga tidak mudah membuat sudu turbin menjadi korosi dan rusak dan dapat menurunkan efisiensi dari pemakaian dan meningkatkan frekuensi perbaikan atau perawatan dari sudu turbin sendiri.
Gambar. APH dan superheater (edit bahasanya mahasiswa)
https://www.researchgate.net/publication/315136059_Critical_Failure_Analysis_of_Superh eater_Tubes_of_Coal-Based_Boiler
Superheaterbisa diklasifikasikan menjadi beberapa jenis, diantaranya yaitu :
1.1.Berdasarkan desain aliran, superheater terbagi menjadi :
● SuperheaterParalel
Adalah sebuahsuperheateryang memiliki arah aliran uap di superheater yang sama dengan aliran gas buangnya.
● SuperheaterKontra (berlawanan)
Adalah sebuah superheater yang arah yang aliran uap di superheaternya berlawanan dengan arah aliran gas buang.
● Superheatercampuran
Adalah campuran atau gabungan dari superheater paralel dan kontra. Superheater ini memiliki arah aliran uap yang sama dan berlawanan dengan arah aliran gas buang.
1.2. Berdasarkan perpindahan panasnya, superheater terbagi menjadi :
● SuperheaterKonveksi
Superheater Konveksi terdapat pada bagian di aliran gas buang, di mana ia menyerap perpindahan panas secara konveksi.
● Superheater Radiasi
Superheater Radiasi terletak di atau dekat tungku boiler uap dan menerima perpindahan panas dari proses pembakaran oleh radiasi.
1.3. Berdasarkan susunannya superheater terbagi menjadi :
● VertikalSuperheater
Adalah superheatar yang disusun secara vertikal. Untuk jenis superheater ini memiliki keuntungan diantaranya yaitu bebas pada desain konstruksinya sehingga lebih luas, tapi tidak draineble.
● HorizontalSuperheater
Adalah superheatar yang disusun secara horizontal. Tipe ini desain konstruksinya leih sulit dan geraknya lebih sempit, tapi memiliki keuntungan, yaitu adalah drainable.
3. Evaporator
Evaporator merupakan salah satu komponen pada boiler yang digunakan untuk menghasilkan uap (evaporasi). Peralatan ini tersusun dari pipa air yang berjarak sempit sehingga mampu menyerap air secara maksimal. Air mengalir ke evaporator dengan terlebih dahulu melewati down corner yang akan mengisi pipa-pipa pada evaporator. Dalam evaporator akan terjadi proses pendidihan. Uap air dan air dipisahkan oleh separator dan dialirkan ke tempat berbeda. Uap air akan disalurkan menuju superheater sedangkan air yang tersisa akan di sirkulasikan kembali menuju pipa evaporator untuk di lakukan proses penguapan kembali.
Gambar Evaporator. Tolong di edit bahasanya (mahasiswa 1 mahasiswa dengan di atas) http://nawabi.de/project/hrsg/hrsg.htm
4. Economizer
Economizer adalah komponen yang berfungsi untuk memanfaatkan sisa panas yang akan dibuang. Gas panas yang akan dibuang ini dimanfaatkan untuk memanasi air kembali pada boiler sebelum air tersirkulasi kembali menujusteam drum. Saat air mengalir menuju drum ketel suhu air akan meningkat, dan air menjadi panas. Dengan pemanasan pada air mempunyai fungsi tersendiri yaitu kondisi drum ketel menjadi lebih awet karena drum ketel menampung air dengan suhu panas. Ketika drum ketel menerima air dalam kondisi dingin akan membuat dinding pada drum ketel mengkerut karena perbedaan suhu yang anjlok.
Kondisi air yang masuk dalam drum dalam keadaan panas, membuat furnace hanya membutuhkan sedikit panas dalam proses pembakaran dan pemanasan. Dengan pemanasan yang dibutuhkan hanya sedikit maka penggunaan bahan bakar juga sedikit sehingga akan berimbas pada pemakaian bahan bakar yang digunakan. Dengan kata lain dengan economizer membuat biaya menjadi lebih hemat dan economis.
Gambar Evaporator.
https://cannonboilerworks.com/boiler-economizers/heavy-duty-boiler-economizers/
Prinsip Kerja :
- Sebelum udara masuk pada Superheater, udara diproses di ruang pembakaran dengan bahan bakar batubara yang dibakar didalamnya sehingga udara berubah menjadi uap.
Karena didalam proses ini, udara dipanaskan dengan suhu dan temperatur yang sangat tinggi, sehingga hanya berupa Uap saja.
- Setelah masuk ke ruang pembakaran, naik ke atas Super heater untuk merubah uap jenuh menjadi uap yang sangat panas. Pada hal ini, uap udara yang telah dirubah menjadi uap yang sangat panas / gas kemudian mengalir ke saluran Economizer.
Kemudian pada economizer terdapat sebuah plat kecil untuk mengahantarkan gas keluar dari Economizer. Pada saluran economizer, dialiri air dingin dari bawah hingga ke atas berubah menjadi air panas, karena pada air yang dingin tersebut ketika mengalir menyentuh dengan plat - plat yang berisi gas yang sangat panas. Sehingga pada saluran buang berubah menjadi air panas.
5. Steam Trap
Steam trap adalah suatu valve atau katup otomatis yang berfungsi untuk mengeluarkan kondensat, udara, dan fluida non-kondensibel yang tertahan di dalam sistem uap.
Kondensat dalam suatu sistem terbentuk ketika panas dari sistem telah digunakan. Udara merupakan isolator yang paling baik. Udara akan menurunkan suhu uap yang dapat mengurangi efektifitas dari keseluruhan system apabila bercampur dengan steam. Oleh karena itu, udara harus secara kontinyu dikeluarkan dari sitem dengan menggunakan steam trap. Fluida non-kondensibel. Fluida non-kondensibel seperti karbondioksida (CO2) dapat mengakibatkan korosi dan berbagai kerusakan lain pada peralatan. Sistem uap harus diproteksi dari ketiga hal tersebut agar pengoperasian sistem uap dapat bekerja dengan lebih efektif dan efisien. Steam trap memiliki peran yang penting pada 4 (empat) fasa operasi setiap steam system.
Gambar Steam trap
Source : Condition Monitoring and Diagnosis of Steam Traps with Wireless Smart Sensors
6. Steam Drum Boiler
Steam Drum adalah komponen pada boiler pipa air yang berfungsi sebagai reservoir campuran air dan uap air, dan juga berfungsi untuk memisahkan uap air dengan air pada proses pembentukan uap. Tapi tidak semua boiler pipa air (water tube) menggunakan steam drum ini. Boiler supercritical beroperasi pada tekanan tinggi di atas tekanan kritis, sehingga tidak mungkin berbentuk gelembung-gelembung uap air, karena itu boiler supercritical tidak perlu steam drum untuk memisahkan air dengan uap air. Steam drum terbuat dari bahan baja karbon tinggi dengan tensile strenght yang tinggi dan dapat bekerja pada suhu 3900C dan dapat bekerja dengan baik pada tekanan 350 psi (2.4 MPa).
Gambar 1.1 Konstruksi Steam Drum
Air feed water yang disupply boiler feed water pump, masuk ke boiler menuju economiser dan selanjutnya masuk ke steam drum. Dari steam drum, air dipompa sama pompa sirkulasi boiler menuju ke raiser tube / wall tube untuk dapat mencapai fase uap saturasi. Dari raiser tube air kembali masuk ke steam drum. Komponen di dalam steam drum bisa terjadi pemisahan antara air dengan uap air, sehingga air dipompa kembali menuju raiser tube, sedangkan uap akan menuju ke pipa boiler sisi superheater.
Uap saturated yang masuk ke pipa-pipa superheater dipanaskan lebih lanjut sehingga dapat mencapai uap superheater dan memenuhi syarat untuk masuk turbin uap. Terdapat beberapa perlengkapan yang dipasang pada steam drum seperti, katup pengaman, water level indicator, dan pengatur level. Feed water pada boiler juga dialirkan ke steam drum melalui sebuah feed pipe yang membentang di dalam drum, sepanjang steam drum.
Gambar. Steam drum
Sumber :https://www.uskoreahotlink.com/products/epc/horizontal-steam-drum/
7. Cerobong Asap /Chimney
Cerobong asap (flue) adalah salah satu komponen boiler yang berfungsi untuk membuang atau meneruskan asap sisa dari reaksi pembakaran yang terjadi di dalam boiler dengan tujuan agar asap bekas dari sisa reaksi pembakaran tersebut tidak mengganggu atau mengotori lingkungan sekitar. Di dalam cerobong asap terdapat water spray yang berfungsi untuk menyemprotkan air agar abu yang dihasilkan dari sisa pembakaran jatuh ke bawah dan mengalir di bak sedimen.
8. Feed WaterHeater
Untuk meningkatkan effisiensi boiler, air umpan, masuk pertama kali, sebelum di panaskan perlu di hangatkan. Ini bertujuan agar proses pemanasan air ini lebih efisien. Sumber panas yang digunakan untuk feed water heater biasanya dari siap uap panas yang akan dibuang ke cerobong asap. Ada dua jenis feedwater heater, yaitu open feedwater dan close feedwater.
Perbedaannya adalah kontak antara fluida dengan sumber panas (steam). Pada kasus open feedwater, terjadi kontak lansung antara fluida dan uap pemanas.
Gambar Feedwater heater
Sedangkan pada tipe closed feedwater heater terjadinya perpindahan panas (heat exchanger) terjadi melalui penyekat, misalnya dengan menggunakan pipa sehingga memungkinkan terjadinya perbedaan tekanan pada kedua fluida tersebut.
9. Pompa
Pompa yang digunakan untuk boiler ada dua jenis, yaitu pompa bahan bakar dan pompa pengisi air umpan. Untuk pompa bahan bakar, ini digunakan hanya pada bahan gas dan bahan bakar cair seperti minyak solar dan residu. Apabila sistem pembakaran boiler menggunakan batubara, pompa jenis ini tidak di perlukan.
Pada pompa air, digunakan untuk mengisi air umpan sehingga bersirkulasi didalam boiler.
Ada dua jenis pompa air ini, yaitu dari penggeraknya. Ada pompa yang menggunakan energi listrik, atau pompa yang digerakan oleh turbin uap. Biasanya pompa jenis ini adalah pompa cadangan ketika pompa listrik mengalami masalah.
10. Combustion Air Blowers
Combustion air blowers adalah salah satu komponen dari sistem pembangkit uap.
Komponen ini berfungsi untuk mengalirkan udara panas dari ruang bakar ke dalam boiller.
Udara yang ditiupkan oleh blower ini dihasilkan dari pembakaran batu bara. Batu bara dihaluskan terlebih dahulu menjadi tepung batu bara agar mudah dalam pembakarannya dan mampu menghasilkan pembakaran yang sempurna. Udara panas yang dihasilkan dari pembakaran tadi sengaja ditiupkan kedalam boiller agar suhu didalam boiller meningkat.
Sehingga mampu menghasilkan uap panas yang akan digunakan untuk memutarkan turbin pada generator. Untuk memutarkan turbin ini, dibutuhkan uap dengan tekanan yang tinggi, sehingga udara panas dari hasil pembakaran bahan bakar tadi di tiupkan ke dalam boiller.
Udara panas ini juga digunakan untuk memanaskan air yang ada dipipa untuk memasak air dengan tekanan tinggi. Tekanan uap air ini pun belum cukup mampu memutar turbin.
Turbin ini terdiri dari sudu – sudu. Sudu – sudu inilah yang nantinya akan ditiup atau ditekan dengan uap bertekanan panas tadi.
11. Komponen Spray Water
Spray water group merupakan salah satu metode pendinginan suhu yang diterapkan pada boiler yang fungsi utamanya untuk menurunkan suhu uap dengan menyemprotkan air ke aliran uap agar terhindar dari panas yang berlebih. Air yang disemprotkan oleh Spray Water Group berupa air umpan (kondensat) sebelum ke ecomizer untuk menurunkan suhu hingga suhu tertentu.Tidak semua boiler terdapat komponen Spray water group karena komponen ini hanya digunakan untuk boiler dengan skala yang besar. Dengan menerapkan metode Spray water group pada boiler dapat diperoleh keuntungan antara lain:
1. Pengaturan suhu pada boiler dapat dilakukan dengan cepat sehingga apabila ingin cepat menurunkan panas boiler dapat dilakukan dengan menambahkan jumlah air yang disemprotkan pada boiler.
2. Meningkatkan Efektifitas dari boiler. Dengan adanya Spray water group, uap panas
yang di hasilkan tidak akan terbuang sia-sia karena proses pengaturan suhu dilakukan oleh air.
3. Mencegah tabung superheater pada boiler terhindar dari suhu panas yang berlebihan sehingga dapat tabung superheater terhindar dari kerusakan.
Contoh penerapan spray water group pada boiler
Dari gambar diatas perhatikan pada kotak merah, Kotak merah tersebut adalah tabung superheater. Berikut proses dari gambar diatas. Air umpan masuk ke spray water group ( perhatikan no.1 pada gambar). Spray water group akan menyemprot air umpan pada tabung superheater yang uap panas nya berlawanan ( perhatikan no. 2 dan 3). Sedangkan pada proses no.4 gambar diatas air umpan yang disalurkan ke economizer akan dipanaskan sebelum diubah menjadi uap air yang kemudian akan di salurkan ke evaporator (perhatikan no. 5).
Perhatikan pada spray I (pada gambar) terdapat tulisan plessure, hal ini pada spray water tersebut menggunakan jenis penyemprotan air bertekanan ( air yang telah dimampatkan / dikabutkan seperti pada pada karburator sepeda motor). Sedangkan pada spray II (pada gambar), jenis penyemprotan yang digunakan adalah aliran uap. Air umpan akan disemprotkan menuju aliran uap panas agar suhunya dapat menurun.
12. Dolezahl Attemperator
Dolehazl attemperator atau sering dikenal attemperator desuperheater adalah komponen pada boiler yang berfungsi untuk mengontrol atau mengendalikan suhu uap panas yang berasal dari superheater. Dolezahl attemperator akan menyemprotkan air yang suhunya rendah ke uap panas pada superheater. Letak penyemprot tersebut (biasanya dinamakan injector terletak diantara superheater pada boiler). Sehingga apabila ada perubahan suhu yang sangat tinggi ketika boiler melakukan proses pembakaran, dolezahl attemperator dapat dengan cepat melakukan menyemprotkan air umpan untuk menurunan suhu.
Keuntungan doleazhl attemperator adalah kualitas air yang tinggi karena kotoran tidak mengikuti uap dari steam drum. Namun, harganya yang mahal merupakan kelemahan tersendiri.
Gambar Dolezahl Attemperator BAB IV
JENIS BOILER
Ada berbagai macam jenis boiler yang ada di pasarn. Masing masing boiler memiliki teknologi dan kegunaan yang bermacam-macam. Bahan bakar yang digunakanpun ada beberapa seperti padat, cair dan gas. Salah satu bahan bakar padat adalah batubara.
Batubara adalah zat heterogen dalam hal kandungan organik dan anorganik. Hanya partikel organik dapat dibakar, sementara partikel anorganik berubah menjadi abu dan terak. Terak akan sangat berbahaya karena akan terdeposit dalam ruang bakar ataupun dalam pipa-pipa.
Sementara abu akan turun ke bawah, atau melalui siklon untuk dikembalikan ke ruang bakar dan turun ke grate. Batubata banyak mengandung abu, tentu saja ini tergantung dari data analisis proximate karena ada berbagai macam jenis batubara di pasaran. Batubara di ubah menjadi partikel kecil untuk meningkatkan luas permukaan partikel. Semakin tinggi luas partikel, akan memudahkan sebuah bahan bakar terbakar dengan sempurna. Ada berbagai macam teknologi untuk membuat bahan bakar terbakar sempurna seperti fluidisasi yang akan dijelaskan dalam bab ini.
1. Pulverized coal fired (PCF) boilers
Pulverized coal fired boiler merupakan jenis boiler yang paling banyak digunakan dan boiler ini sebagian besar dipadukan dengan pembangkit listrik. Efisiensi dari boiler ini adalah 35%.
Apabila teknologi super-critical dan ultra-citical di terapkan pada jenis ini efisiensinya akan lebih tinggi lagi. Pada pembangkit ulta-superkritis, efisiensi dapat mencapa 45%.
Pembangkit listrik dengan boiler superkritis telah menjadi sistem pilihan di sebagian besar negara industri, sementara teknologi pembangkit ultra-superkritis masih dalam proses demonstrasi. Tetapi, pembangkit ini lebih mahal daripada PCF konsenvional karena material yang digunakan memiliki ketahanan suhu dan tekanan yang tinggi. Dengan menggunakan teknologi PFC boiler kritis, emisi yang di hasilkan lebih rendah 830 kg menjadi 730 kg per CO2 MWh. Artinya dalam 1 MHw listrik yang dihasilkan, hanya memproduksi 730-830 gram.
2. Atmospheric Bubbling Fluidized Bed Combustion (BFBC)
Untuk memanaskan fluida didalam steam drum, diperlukan sebuah sistem pembakaran.
Pada bagian ini akan dibahas sistem pembakaran yang dikenal sebagai Fluidized bed combustion. Teknologi pembakaran ini merupakan salah satu teknologi yang digunakan untuk membakar bahan bakar padat. Partikel pada padat yang berukuran kecil, akan di fluidisasi dalam ruang bakar sehingga partikel ini berprilaku seperti cairan atau gas. Proses fluidisasi ini menyebabkan partikel akan menjadi dinamis, atau terus bergerak dalam ruang bakar dan menimbulkan kondisi turbulensi. Inilah yang meningkatkan efisiensi dari pembakaran.
Gambar ulang bacground di hapus dan bahasa indonesia (sumber : https://www.britannica.com/technology/fluidized-bed-combustion)
Fluidized Bed Combusion (FBC) pada tekanan atmosfer sangat efektif untuk batubara yang memiliki kadar abu yang tinggi (proximate analysis). Ukuran partikel berkisar 3 mm. Ada dua jenis FBC ini Partikel yang relatif kasar dengan ukuran sekitar 3 mm dimasukkan ke dalam ruang bakar. Ada dua macam FBC yaitu bubbing beds (BFBC) dan circulating beds (CFBC).
BFBC dapat digunakan untuk bahan bakar dengan nilai kalor yang lebih rendah seperti Sekam Padi dan beberapa biomassa lainnya. Faktor utama yang berpengaruh terhadap fluidisasi ini adalah Ukuran Partikel Bahan Bakar Pada dan Campuran Bahan Bakar dan Udara.
Karakteristik dari BFBC
Pada Bubbling bed (BFBC), pembakaran terjadi pada suhu 800-900 ° C. Pembakarannya menggunakan kecepatan fluidisasi yang rendah, sehingga partikel-partikel tersebut akan memiliki kedalaman sekitar 1 m didalam bed / ruang bakar. Untuk meningkatkan stabilitas pembakaran pasir dan batu kapur digunakan untuk menyerap SO2. Gas dari pembakaran akan mengalir ke siklon. Bagian yang padat akan turun ke bed kembali dan bagian gas akan menuju cerobong.
Type Circulating Fluidized Bed Combustion
Jenis ini digunakan untuk bahan bakar yang memiliki nilai kalor yang tinggi seperti petcoke atau kokas. Kokas merupakan bahan bakar pada dari hasil akhir penyulingan minyak.
Gambar: Bahan bakar Kokas
Kecepatan fluidisasi dalam CFBC relatif lebih tinggi dari BFBC. Karena fluidisasi ini, diperlukan daya listrik yang lebih besar pada kipas (Boiler Forced Draft Fan).
3. Once Through Boiler (Boiler Satu Langkah)
Once Through Boiler merupakan sebuah boiler satu langkah. Ini berarti bahwa perubahan fluida menjadi uap hanya melewati satu langkah tanpa sirkulasi yang kompleks. Pada dasarnya, prinsip kerja dari once through boiler yaitu proses pemanasan feedwater terjadi diruang bakar/furnace, dimana feedwater berada dalam pipa-pipa yang dipanaskan dalam furnace sehingga berubah menjadi saturated steam yang kemudian dialirkan dalam steam drum, jadi disini tidak terdapat drum feedwater seperti pada konstruksi boiler konvensional.
Perbandingan antara desain boiler konvensional dan boiler satu langkah
Gambar : edit mahasiswa
Seperti yang terlihat pada gamar diatas, perbedaan yang paling menonjol antara one through boiler dan konvensional boler adalah terletak pada drum. Pada once through boiler, terjadi satu langkah sirkulasi. Setelah itu fluida berubah menjadi steam, sementara pada konvensional, steam akan di simpan didalam drum. Pada once trhough boler, feedwater berada dalam pipa-pipa yang kemudian dipanaskan dalam ruang bakar pada boiler sehingga menghasilkan saturated steam dalam pipa-pipa tersebut. Ini kemudian disalurkan menuju superheater. Berbeda dengan boiler konvensional dimana feedwater dimasukkan dalam drum dimana, dalam drum tersebut terdapat pipa-pipa api yang mengalirkan panas yang akan mengubah air menjadi saturated steam.
Keuntungan Once Through Boiler dibandigkan jenis konvensional
Pembuatan desain yang sederhana dan simple.
Penghematan dalam Pemakaian listrik pada beban parsial.
Efisiensi tinggi
Menghasilkan suhu uap yang lebih baik pada setiap proses.
Karena tidak ada bahan tebal seperti drum atau tabung sehingga pemanasan / pendinginan dan untuk start up / shut down lebih cepat.
Karena semua penukar panas bekerja dalam satu saluran single pass maka pengecekan rutin operasional menjadi lebih cepat dan lebih baik.
4. PACKAGE BOILER (Boiler Paket)
Sumber : http://steamofboiler.blogspot.com/2011/09/package-boiler.html https://en.wikipedia.org/wiki/Package_boilerPaket boiler adalah sebuah
Boiler yang sudah dibuat dengan tersedia sebagai satu paket lengkap (built up). Seluruhnya telah di rakit di bengkel dan hanya dikirim ke tempat yang membutuhkan untuk pemanfaatan uapnya. Namun, untuk paket boiler tidak dapat digunakan dalam pembakit listrik skala besar karena ukurannya yang kurang efisiensi.
Gambar Package Boiler
Paket boiler memiliki beberapa karakteristik, sebagai berikut:
Memiliki efisiensi termal lebih tinggi dibanding ketek uap lainnya.
Memiliki efisiensi pembakaran yang tepat.
Memiliki perpindahan panas konveksi yang baik karena besar tabungnya berdiameter kecil.
Menghasilkan penguapan yang lebih cepat karena panas tinggi yang dilepaskan dari ruang bakar yang berdimensi kecil.
Secara keseluruhan operan pada boiler menghasilkan perpindahan panas yang lebih baik.
Kelebihan Package Boiler
Memiliki tingkat keausan thermal yang tinggi
Pemasangannya mudah
Membutuhkan tenaga manusia yang sedikit
Menghasilkan perpindahan panas yang lebih besar
Lebih murah dibandingkan tabung air ketel yang memiliki kapasitas yang sama
Perawatan paket boiler murah
Kelemahan Package Boiler
Biaya awal paket boiler terlalu tinggi
Memberishkan tabung yang berada di dalam ketel sulit
Tidak cocok pada jumlah produksi uap yang sangat besar
Jenis – Jenis Package Boiler :
Paket Boiler Tipe-D
Memiliki drum air, drum uap, dan tabung penghasil. Air yang ke drum uap, mengalir menuruni downcomers kemudian ke drum air. Selanjutnya, air dikirim dari drum air melalui tabung pembangkit, dimana api berada disekitarnya sehingga menyebabkan air mendidih dan menjadi uap yang berada di pipa kering. Konfigurasi seperti ini lah membentuk paket boiler berbentuk D , maka diberi nama paket boiler tipe-D. Boiler ini dapat digunakan untuk tanaman yang memerlukan jarak bebas yang sangat besar.
Paket Boiler Tipe-A
Memiliki dua drum air dan satu drum uap. Air mendidih dalam drum air bersamaan dengan header, kemudian mengirimkan ke tabung pembangkit lalu kedalam drum uap dan naik menuju pipa kering. Api berada di sekeliling tabung sehingga mendidihkan air menjadi uap.
Paket boiler tipe-A dirancang untuk meningkatkan keandalan paket dan mengurangi penggantian tabung. Boiler paket tipe-A lebih kecil dari tipe-D karena disesuaikan dengan permintaan pabrik, namun tidak memiliki output daya seperti boiler paket tipe-D.
Paket Boiler Tipe-O
Lebih sederhana dibandingkan dengan tipe-D maupun tipe-A. Terdiri dari satu drum air dan satu drum uap. Tabung pembangkit disusun dari kedua sisi drum air dan uap. Saat air mendidih karena pemanasan konveksi, uap air naik melalui tabung dan masuk ke dalam drum uap. Boiler paket tipe-O digunakan untuk produksi uap yang cepat dan mengurangi biaya perawatan.
5. Supercritical Boiler
Superkritikal adalah suatu kondisi dimana jika tekanan dan temperatur suatu zat lebih tinggi dari titik kritis, maka zat tersebut tidak bisa dibedakan fasanya, antara fasa cair maupun fasa uap. Titik kritis atau critical point adalah titik pada kurva yang menjadi batas fasa cair dan gas berada pada kondisi tekanan dan temperatur yang sama. Teknologi supercritical boiler pertama kali di kembangkan di USA pada tahun 1950. Tetapi teknologi baru ini mengalami persoalan seperti kehandalan dan fleksibilitas operasional. Jepang pada tahun 1960 mulai mengadopsi teknologi dari USA ini dengan penyempurnaan sehingga fleksibiltas dan kehandalan dapat di capai. Saat ini banyak teknologi supercritical boiler yang telah di aplikasikan di seluruh dunia. Dengan teknologi supercritical ini, efisiesi boiler menjadi lebih tinggi, dengan suhu mencapai 593ºC .
Diagram T-S siklus supercritical
Critial point atau titik kritis berada pada temperature 374.1°Cdan tekanan 22.1 MPa.
Air yang dipanaskan melewati titik kritis akan berubah fasa menjadi uap kritis. Boiler supercritical biasanya digunakan pada pembangkit listrik. Boiler ini bekerja pada kondisi supercritical. Siklus pada supercritical berlangsung dari 1-2-3-4-1 (lihat gambar diatas).
Awalnya boiler bekerja pada tekanan rendah atau di bawah titik kritis ke tekanan tinggi, lalu ke economizer, terjadi peningkatan temperatur. Pada kondisi ini terjadi fase uap saturasi atau saturated steam. Kemudian dipanaskan lagi dengan tekanan tetap sehingga uap saturasi berubah menjadi superheated steam. Superheated steam digunakan untuk memutar turbin sehingga tekanan dan temperature menjadi rendah. Lalu uap tekanan rendah diubah menjadi air lagi oleh condenser.
Boiler supercritical akan mengalami 2 macam system sirkulasi :
1. Wet mode. Terjadi ketika tekanan masih berada di bawah titik kritis. Pada kondisi ini, proses sirkulasi di dalam boiler bekerja karena masih mengalami fase saturasi. Jumlah sirkulasi air yang melewati evaporator lebih banyak dari jumlah superheated vapor.
2. Dry mode. Terjadi ketika tekanan sudah berada di atas titik kritis. Pada kondisi ini separator dan pompa sirkulasi sudah tidak bekerja karena tidak melewati fase saturasi.
6.Bahan Subkritikal Boiler
Subcritical Boiler adalah phase termodinamika yang ada di boiler yang masih bisa membedakan antara cair dan gas atau bersifat tidak homogen sehingga membutuhkan steam drum untuk memisahkan antara cair dan gas sebelum digunakan untuk memutar sudu turbin. Tekanan operasi pada subcritical boiler < 22,1 Mpa (1 bar = 0,98 kgf/cm2= 0,1 Mpa) dan pada evaporator tekanan operasinya sampai 19 Mpa. Dengan ini tidak homogen antara campuran cair dan gas di bagian evaporator dari boiler horisontal. Contoh operasi boiler adalah P = 170 bar dan T = 540 oC mempunyai efisiensi 32 - 38 %.
Boiler subcritical gambar dan jelaskan mahasiswa http://www.desein.com/sub_super_critical.php
Cyclone Firing Boiler
Boiler modern dengan tipe Cyclone Firing Boiler merupakan sebuah boiler yang
menggunakan tungku pembakaran dengan menggunakan batubara sebagai bahan bakarnya.
Biasanya digunakan pada industri besar Boiler.
Sejarah Cyclone Firing Boiler
Dikembangkan pada awal tahun 1942 oleh Babcock & Wilcock untuk mengambil
keuntungan dari nilai batubara yang tidak cocok untuk bubuk pembakaran batubara, tungku siklon merupakan tempat memasukkan batubara secara spiral ke dalam ruang bakar untuk
efisiensi pembakaran maksimum.
Cyclone Firing Boiler digunakan untuk batubara dengan suhu fusi abu rendah, yang sulit untuk digunakan dengan boiler PCF. 80-90% dari abu daun bagian bawah boiler sebagai terak cair, sehingga mengurangi beban abu terbang melewati melalui bagian transfer panas ke precipitator atau filter kain yang hanya 10-20% dari saat itu. Seperti boiler PCF, ruang
pembakaran dekat tekanan atmosfer, menyederhanakan bagian batubara dan udara melalui pabrik.
Selama pembakaran batu bara di tungku, batu bara / bahan bakar akan mudah menguap sehingga komponen terbakar dengan mudah. Bahan bakar karbon "char" dengan partikel (berat, konstituen batubara kurang stabil) membutuhkan suhu yang lebih tinggi dan pasokan oksigen secara terus menerus.Tungku siklon mampu memberikan pencampuran menyeluruh partikel batubara dan udara dengan cukup turbulensi untuk memberikan udara segar ke permukaan partikel batubara.
Tungku siklon awalnya dirancang dengan mengambil 4 keuntungan : 1. Lebih rendah bahan bakar, waktu persiapan, dan biaya 2. Pembakaran pada tungku lebih kompak
3. Mengurangi fly ash dan konvektif lulus slagging 4. Fleksibilitas dalam jenis bahan bakar
Cara Kerja Cyclone Firing Boiler
Sebuah tungku siklon terdiri dari laras silinder horisontal terpasang melalui sisi tungku boiler. Siklon barel dibangun dengan air dingin, tangensial berorientasi, konstruksi tabung.Di dalam laras siklon pendek, padat spasi, pin kancing yang dilas ke luar dari tabung. Kancing yang dilapisi dengan bahan tahan panas (api), biasanya berbasis silika atau alumunium, yang memungkinkan siklon untuk beroperasi pada suhu yang cukup tinggi untuk menjaga terak agar tetap dalam keadaan cair dan memungkinkan penghapusan melalui keran.
Batubara hancur dan sejumlah udara primer masuk dari depan siklon ke kompor. Dalam siklon burner utama, udara sekunder dimasukkan ke tangensial, yang menyebabkan pola aliran gas akan beredar. Produk, gas buang dan bahan bakar yang belum terbakar, kemudian meninggalkan kompor dan melewati tabung boiler. Udara tersier kemudian dilepaskan untuk menyelesaikan pembakaran bahan bakar yang tersisa,hal ini sangat mengurangi
NOx formasi. Setelah itu sebuah lapisan mantel terak cair kompor dan arus melalui perangkap di bagian bawah pembakar, yang bertujuan untuk mengurangi jumlah slag yang lain akan terbentuk pada tabung boiler.
Tungku Cyclone dapat menangani berbagai bahan bakar. Rendah volatil batubara bituminous, batubara lignit, batubara anthracitic yang kaya mineraral, serpihan kayu, petroleum coke, serta semuanya telah digunakan dalam siklon. Selain itu terdapat kelemahan tungku siklon yaitu berbagai operasi yang sempit dan masalah dengan penghapusan abu.
Heat recovery steam generators (HRSG) (Pembangkit Uap Pemulih Panas)
Heat Recovery Steam Generator (HRSG) termasuk komponen utama dalam Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) dimana turbin gas akan dapat menghasilkan efisiensi termal tinggi maupun dapat meminimalisir hasil emisi CO₂. HRSG merupakan sejenis penukar panas (heat exchanger) yang berfungsi untuk memanfaatkan energi panas sisa gas buang dari turbin gas untuk memanaskan air menjadi uap. Uap ini digunakan untuk menggerakkan turbin uap. Energi panas sisa gas buang dari turbin berpindah secara konveksi ke fluida kerja.
Gambar HRSG
Prinsip kerja dari Heat Recovery Steam Generator (HRSG) ini adalah dengan memanfaatkan energi panas dengan temperatur cukup tinggi yang kemudian akan dialirkan menuju HRSG yang bertujuan untuk memanaskan air di dalam pipa – pipa pemanas. Panas ini kemudian akan keluar melalui cerobong dengan temperatur yang lebih rendah. Air didalam pipa pemanas yang berasal dari drum sebagian akan berubah menjadi uap akibat dari pemanasan yang terjadi, kemudian campuran dari uap dan air akan masuk kembali ke dalam drum. Dengan menggunakan separator didalam drum, air akan dipisahkan dengan uap. Selanjutnya uap akan diarahkan menuju turbin uap agar dapat memutarkan turbin uap, dan air akan dikembalikan ke dalam drum untuk dicampurkan dengan air pengisi yang baru.
Proses ini terjadi secara terus menerus dan berulang ulang selama HRSG beroperasi.
Kesimpulan yang dapat diambil yaitu prinsip kerja dari Heat Recovery Steam Generator (HRSG) adalah dengan memanfaatkan kembali limbah panas atau gas sisa yang tersedia dari gas buang turbin gas kemudian mentransfernya ke dalam air (dengan cara memanaskan air) hingga kemudian membentuk uap. Konstruksi pada pipa-pipa pemanas HRSG disusun tegak lurus terhadap aliran gas buang. HRSG tidak memiliki ruang bakar karena tidak dilengkapi dengan sistem bahan bakar.
