BOILER DAN JENIS-JENISNYA

BOILER DAN JENIS-JENISNYA

BOILER

Boiler merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk menghasilkan steam (uap) dalam berbagai keperluan. Air di dalam boiler dipanaskan oleh panas dari hasil pembakaran bahan bakar (sumber panas lainnya) sehingga terjadi perpindahan panas dari sumber panas tersebut ke air yang mengakibatkan air tersebut menjadi panas atau berubah wujud menjadi uap. Air yang lebih panas memiliki berat jenis yang lebih rendah dibanding dengan air yang lebih dingin, sehingga terjadi perubahan berat jenis air di dalam boiler. Air yang memiliki berat jenis yang lebih kecil akan naik, dan sebaliknya air yang memiliki berat jenis yang lebih tinggi akan turun ke dasar (MF Syahputra.‎2010).Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua peralatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem (MF Syahputra.‎2010).

Prinsip kerja dari boiler (Saturated steam) bisa dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 1 Prinsip Kerja Boiler

Prinsip Kerja:

• Air Umpan setelah melalui proses pretreatment di softener atau air condensate dipompakan ke economizer.
• Di economizer terjadi pemanasan awal yang memanfaatkan panas buang di chimney. Pemanasan awal dimaksudkan untuk meningkatkan efisiensi dari boiler.
• Selanjutnya air umpan masuk ke dalam ketel tapi sebelumnya diberikan chemichal sesuai dosis yang ditentukan.
• Setelah itu air umpan yang mengalami pemanasan didalam ketel uap berubah fasa menjadi steam dan siap didistribusikan.
• Setelah steam berubah fasa kembali menjadi air (air condensat) maka bisa kembali dipompakan kedalam ketel kembali. Air make up hanya digunakan untuk menggantikan hilangnya air akibat proses blowdown (Kurniawan.2013).

JENIS –JENIS BOILER

• Fire tube boiler
  
  Pada fire tube boiler, gas panas melewati pipa-pipa dan air umpan boiler ada didalam shell untuk dirubah menjadi steam. Fire tube boilers biasanya digunakan untuk kapasitas steam yang relative kecil dengan tekanan steam rendah sampai sedang. Sebagai pedoman, fire tube boilers kompetitif untuk kecepatan steam sampai 12.000 kg/jam dengan tekanan sampai 18 kg/cm2. Fire tube boilers dapat menggunakan bahan bakar minyak bakar, gas atau bahan bakar padat dalam operasinya. Untuk alasan ekonomis, sebagian besar fire tube boilers dikonstruksi sebagai “paket”boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua bahan bakar.
  
  

  

  Gambar 2. Sectional dari Boiler Api Tabung
  

  Cara kerja :
  Proses pengapian terjadi didalam pipa, kemudian panas yang dihasilkan dihantarkan langsung kedalam boiler yang berisi air. Besar dan konstruksi boiler mempengaruhi kapasitas dan tekanan yang dihasilkan boiler tersebut (Kurniawan.2013).

  Kelebihan:
  Proses pemasangan cukup mudah dan tidak memerlukan pengaturan yang khusus, tidak membutuhkan area yang besar dan memiliki biaya yang murah.

  Kekurangan :
  Memiliki tempat pembakaran yang sulit dijangkau saat hendak dibersihkan, kapasitas steam yang rendah dan kurang efisien karena banyak kalor yang terbuang sia-sia.
• Water Tube Boiler
  
  Pada  water tube boiler,  air umpan boiler mengalir melalui pipa-pipa  masuk  kedalam  drum.  Air  yang tersirkulasi  dipanaskan  oleh  gas  pembakar membentuk steam pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan steam dan tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus boiler untuk pembangkit tenaga.
  Water tube boiler   yang  sangat  modern  dirancang dengan   kapasitas   steam   antara   4.500   – 12.000 kg/jam, dengan tekanan sangat tinggi. Banyak water tube boilers yang dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar minyak bakar dan gas. Untuk water tube yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum dirancang secara paket.
  
  Karakteristik water tube boilers sebagai berikut :
  Forced, induced  dan balanced draft  membantu untuk meningkatkan efisiensi pembakaran
  Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan air.
  Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi.
  
  
  
  Gambar 3. Diagram sederhana dari Air Tabung Boiler
  

  Cara Kerja :
  proses pengapian terjadi diluar pipa, kemudian panas yang dihasilkan memanaskan pipa yang berisi air dan sebelumnya air tersebut dikondisikan terlebih dahulu melalui economizer, kemudian steam yang dihasilkan terlebih dahulu dikumpulkan di dalam sebuah steam-drum. Sampai tekanan dan temperatur sesuai, melalui tahap secondary superheater dan primary superheater baru steam dilepaskan ke pipa utama distribusi. Didalam pipa air, air yang mengalir harus dikondisikan terhadap mineral atau kandungan lainnya yang larut di dalam air tesebut. Hal ini merupakan faktor utama yang harus diperhatikan terhadap tipe ini (Kurniawan.2013).
  Kelebihan:
  Memiliki kapasitas steam yang besar, niali efesiensi relatif lebih tinggi dan tungku pembakaran mudah untuk dijangkau saat akan dibersihkan.
  Kekurangan:
  Biaya investasi awal cukup mahal, membutuhkan area yang luas dan membutuhkan komponen tambahan dalam hal penanganan air.
• Packaged Boiler
  
  Disebut boiler paket sebab sudah tersedia sebagai paket yang lengkap. Pada saat dikirim ke pabrik, hanya memerlukan pipa steam, pipa air, suplai bahan bakar dan sambungan listrik untuk dapat beroperasi. Paket boiler biasanya merupakan tipe shell and tube dengan rancangan fire tube dengan transfer panas baik radiasi maupun konveksi yang tinggi.
  

  Ciri-ciri dari packaged boilers adalah:

  Kecilnya   ruang   pembakaran   dan   tingginya   panas   yang dilepas   menghasilkan penguapan yang lebih cepat.

  Banyaknya jumlah pipa yang berdiameter kecil membuatnya memiliki perpindahan panas konvektif yang baik.

  Sistim forced atau induced draft menghasilkan efisiensi pembakaran yang baik.

  Sejumlah lintasan/pass menghasilkan perpindahan panas keseluruhan yang lebih baik.

  Tingkat efisiensi thermisnya yang lebih tinggi dibandingkan dengan boiler lainnya.
  
  

  

  Gambar 4. Oil fired packaged boiler
  
  

  Boiler  tersebut  dikelompokkan  berdasarkan  jumlah  pass  nya  – yaitu  berapa  kali  gas pembakaran  melintasi  boiler.  Ruang  pembakaran  ditempatkan  sebagai  lintasan  pertama setelah itu kemudian satu, dua, atau tiga set pipa api. Boiler yang paling umum dalam kelas ini adalah unit tiga pass/ lintasan dengan dua set fire-tube/ pipa api dan gas buangnya keluar dari belakang boiler.
• Fluidized bed combustion
  Fluidized bed combustion (FBC) muncul sebagai alternatif dan memiliki keuntungan yang signifikan atas sistem pembakaran konvensional dan memberikan banyak keuntungan - desain kompak boiler, fleksibilitas bahan bakar, efisiensi pembakaran yang lebih tinggi dan mengurangi emisi polutan berbahaya seperti SOx dan NOx. Bahan bakar dibakar di boiler ini termasuk batubara, sekam padi, ampas tebu & limbah pertanian lainnya. Boiler fluidized bed memiliki kapasitas yang luas sebarannya 0,5 T / jam sampai lebih dari 100 T / jam.
  Ketika udara atau gas merata dilewatkan keatas melalui bed halus dibagi partikel padat seperti pasir didukung pada mesh halus, partikel tidak terganggu pada kecepatan yang rendah. Begitu kecepatan udaranya berangsur-angsur naik, terbentuklah suatu keadaan dimana partikel tersuspensi dalam aliran udara - bed tersebut disebut "fluidized".
  Dengan peningkatan lebih lanjut dalam kecepatan udara, ada pembentukan gelembung, turbulensi yang kuat, pencampuran cepat dan pembentukan permukaan tidur didefinisikan padat. Bed partikel padat menampilkan sifat dari cairan mendidih dan penampilan cairan - "menggelegak fluidized bed".
  Jika partikel pasir dalam keadaan fluidized dipanaskan dengan suhu pengapian batubara, dan batu bara disuntikkan terus ke boiler fluidized bed, batubara akan membakar dengan cepat dan boiler fluidized bed mencapai suhu yang seragam. Pembakaran dengan fluidized bed (FBC) terjadi pada sekitar 840OC hingga 950. Karena suhu ini jauh di bawah suhu fusi abu, mencair abu dan masalah terkait dihindari.
  Semakin rendah suhu pembakaran dicapai karena koefisien tinggi perpindahan panas akibat pencampuran cepat dalam fluidized bed dan ekstraksi panas yang efektif dari boiler fluidized bed melalui di-bed tabung perpindahan panas dan dinding dari boiler fluidized bed. Kecepatan gas dipertahankan antara kecepatan fluidisasi minimum dan kecepatan masuk partikel. Hal ini memastikan operasi yang stabil dari tempat tidur dan menghindari terbawanya partikel dalam aliran gas.
  
  

  

  Gambar 5. Fluidized Bed Boiler
• Stoker Fired Boiler
  Stokers diklasifikasikan menurut metode memasukan bahan bakar ke tungku dan oleh jenis grate. Klasifikasi utama adalah spreader stoker dan chain-gate atau traveling-gate stoker.
  
  

  
  Gambar 6. Spreader Stoker Boiler
  

  Stokers Spreader
  Stokers Spreader memanfaatkan kombinasi pembakaran suspensi dan pembakaran grate. Batubara terus dimasukkan ke dalam tungku di atas tempat tidur pembakaran batubara. Denda batubara dibakar dalam suspensi; partikel yang lebih besar jatuh ke perapian, di mana mereka dibakar di tempat batubara tipis, pembakaran cepat. Metode pembakaran ini memberikan fleksibilitas yang baik terhadap fluktuasi beban, dikarenakan penyalaan hampir seketika saat laju pembakaran meningkat. Disebabkan oleh spreader stoker lebih disukai dibanding jenis stoker lainnya dalam berbagai aplikasi industri.
  Chain-grate or traveling-grate stoker
  Batubara diumpankan ke ujung grate baja yang bergerak. Sebagai bergerak jeruji sepanjang tungku, batu bara membakar sebelum mengantar pada akhir sebagai abu. Beberapa tingkat keterampilan diperlukan, terutama ketika menyiapkan grate, damper udara dan baffle, untuk memastikan pembakaran bersih meninggalkan minimum karbon yang tidak terbakar dalam abu. Hopper batubara-feed berjalan di sepanjang akhir batubara-umpan keseluruh tungku. Sebuah gerbang batubara digunakan untuk mengontrol tingkat di mana batubara dimasukkan ke tungku dengan mengontrol ketebalan bed bahan bakar. Batubara harus seragam dalam ukuran besar tidak akan terbakar sepenuhnya pada saat mereka mencapai akhir perapian.
  
  

  

  Gambar 7. View of Traveling Grate Boiler

  
  
• Waste Heat Boiler
  Dimanapun waste heat tersedia pada suhu menengah atau tinggi, boiler limbah panas dapat dipasang secara ekonomi. Dimanapun permintaan steam lebih dari uap yang dihasilkan selama waste heat, pembakar bahan bakar tambahan juga digunakan. Jika tidak ada penggunaan langsung dari uap, uap dapat dibiarkan ke bawah dalam uap turbine- genset dan listrik yang dihasilkan dari itu. Hal ini banyak digunakan dalam pemulihan panas dari gas buang dari turbin gas dan mesin diesel.
  
  

  

  Gambar 8. A simple schematic of Waste Heat
• Thermic Fluid Heater
  Dalam beberapa kali, pemanas fluida termis telah menemukan aplikasi luas untuk proses pemanasan tidak langsung. menggunakan minyak bumi yang berbasis cairan sebagai media perpindahan panas, pemanas ini memberikan suhu terus dipertahankan untuk peralatan pengguna. Sistem pembakaran terdiri dari sebuah fixed grate dengan susunan draft mekanis. bahan bakar modern minyak thermic fluid heater terdiri dari kumparan ganda, konstruksi tiga pass dan dipasang dengan sistem tekanan termodulasi. The fluida termis, yang bertindak sebagai pembawa panas, dipanaskan dalam pemanas dan beredar melalui peralatan pengguna. Ada mengalihkan panas untuk proses melalui penukar panas dan cairan ini kemudian dikembalikan ke pemanas. Aliran fluida termis pada akhir pengguna dikontrol oleh katup kontrol pneumatik dioperasikan, berdasarkan suhu operasi. Pemanas beroperasi pada api rendah atau tinggi tergantung pada suhu minyak yang kembali yang bervariasi dengan beban sistem.
  

  

  Gambar 9. A typical configuration of Thermic Fluid Heater

  Keuntungan dari pemanas ini adalah:

  Siklus tertutup operasi dengan minimal kerugian dibandingkan dengan steam boiler.

  Bebas-bertekanan sistem operasi bahkan untuk suhu sekitar 250 0C dibandingkan 40 kg/cm2 uap persyaratan tekanan dalam sistem Uap yang sama.

  Kontrol otomatis pengaturan, yang menawarkan fleksibilitas operasional.

  Baik efisiensi thermal sebagai kerugian akibat pukulan turun, condensate drain dan flash steam tidak ada dalam sistem pemanas cairan thermic.

  Ekonomi keseluruhan thermic pemanas cairan akan tergantung pada dasar aplikasi dan referensi tertentu. Batu bara dipecat fluida termis pemanas dengan berbagai 55-65 persen efisiensi termal dapat menguntungkan dibandingkan dengan kebanyakan boiler. Penggabungan perangkat pemulihan panas di lintasan gas buang meningkatkan tingkat efisiensi termal lebih lanjut.

DAFTAR PUSTAKA

• Anonim. 2011. Teknik Teknik Dasar Dasar Plc, Boiler, Cooling Tower, Genset, Mesin Mesin Listrik. Diakses Jumat 16 Oktober 2015 Pukul 11.00 WIB.http://dunia-engineer.blogspot.co.id/2011/10/v-behaviorurldefaultvmlo.html
• Anonim. 2015. Thermal Energy Equipment: Boilers & Thermic Fluid Heaters.energy efficiencyasia ©UNEP. Diakses Rabu 16 Oktober 2015 Pukul 14.00 WIB http://www.retscreen.net/fichier.php/882/Boilers_and_ThermicFluidHeaters.pdf
• MF Syahputra. 2010. Pengenalan Boiler.Universitas Sumatra Utara. Sumatra Utara. Diakses Rabu 14 Oktober 2015 Pukul 10.00 WIB http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/20329/3/Chapter%20II.pdf
• Mahidin. 2014.Karakteristik Pembakaran Beberapa Jenis Biomassa Dalam Fluidized Bed Boiler. Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala.Aceh Diakses Rabu 14 Oktober 2015 Pukul 15.00 WIB http://www.researchgate.net/profile/Hamdani_Umar2/publication/270244238_Karakteristik_Pembakaran_Beberapa_Jenis_Biomassa_dalam_Fluidized_Bed_Boiler/links/54ad06760cf23c69a2b86137.pdf?inViewer=1&pdfJsDownload=true&disableCoverPage=true&origin=publication_detail