BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang  

Di zaman modern ini banyak hal yang harus kita ketahui agar tidak ketinggalan dengan yang lain khususnya, negara berkembang seperti malaysia , dengan hal ini, saya memberikan pengetahuan dimana mugkin memberikan bermanfaat bagi semua, disini saya akan memberikan pengetetahuan tentang tool ( Alat ) yaitu Boiler , yang dimana pengertian boiler disini suatu bejana tertutup diamana di alirkan ke air sampai terbentuk air panas dan steam Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air dididihkan sampai menjadi steam, volumnya akan meningkat sekitar 1.600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik.

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah di jelaskan di atas di rumuskan

Sebagai berikut:

  1. Jenis jenis boiler
  2. Efisiensi boiler
  3. Peluang efisiensi energi
  4. Daftar periksa boiler

1.3. Tujuan Makalah

Tujuan di buatnya makalah ini sebagai, salah satu persyaratan selesainya mata kuliah Thermodinamika II dan membantu membrikan informasi pengetahuan khususnya di bidang boiler serta kegunaanya.

BAB II

BOILER

 

2.1  Pengertian Boiler

Boiler adalah bejana tertutup dimana 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. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air dididihkan sampai menjadi steam, volumnya akan meningkat sekitar 1.600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik.

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.

Air yang disuplai ke boiler untuk diubah menjadi steam disebut air umpan. Dua sumber air umpan adalah:

  1. Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses dan
  2. Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar ruang boiler dan plant proses.

Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang.

 2 .2   Tipe-tipe boiler

  Boiler terdiri dari bermacam-macam tipe yaitu :

1.      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 boiler biasanya digunakan untuk kapasitas steam yang relatif kecil dengan tekanan steam rendah sampai sedang. Sebagai pedoman, fire tube boiler kompetitif untuk kecepatan steam sampai 12.000 kg/jam dengan tekanan sampai 18 kg/cm2. Fire tube boiler dapat menggunakan bahan bakar minyak bakar, gas atau bahan bakar padat dalam operasinya. Untuk alasan ekonomis, sebagian besar fire tube boiler dikonstruksi sebagai “paket” boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua bahan bakar.

Gambar 1. Fire Tube Boiler

2.  Water Tube Boiler

Pada water tube boiler, air umpan boiler mengalir melalui pipa – pipa masuk ke dalam drum. Air yang tersikulasi 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 boiler yang dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar minyak bakar dan gas. Untuk water tube boiler yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum dirancang secara paket.

Karakteristik water tube boiler 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 2.  Water Tube Boiler

 

3.  Paket 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:

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

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

Ø  § Sistem forced atau induced draft menghasilkan efisiensi pembakaran yang baik.

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

Ø  § Tingkat efisiensi thermisnya yang lebih tinggi dibandingkan dengan boiler lainnya.

 

Boiler tersebut dikelompokkan berdasarkan jumlah pass/lintasannya 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.

 

  Gambar 3. Jenis Paket Boiler 3 Pass, bahan bakar Minyak

4.  Boiler Pembakaran dengan Fluidized Bed (FBC)

Pembakaran dengan fluidized bed (FBC) muncul sebagai alternatif yang memungkinkan dan memiliki kelebihan yang cukup berarti dibanding sistem pembakaran yang konvensional dan memberikan banyak keuntungan antara lain rancangan boiler yang kompak, fleksibel terhadap bahan bakar, efisiensi pembakaran yang tinggi dan berkurangnya emisi polutan yang merugikan seperti SOx dan NOx. Bahan bakar yang dapat dibakar dalam boiler ini adalah batubara, barang tolakan dari tempat pencucian pakaian, sekam padi, bagas & limbah pertanian lainnya. Boiler fluidized bed memiliki kisaran kapasitas yang luas yaitu antara 0.5 T/jam sampai lebih dari 100 T/jam.

Bila udara atau gas yang terdistribusi secara merata dilewatkan keatas melalui bed partikel padat seperti pasir yang disangga oleh saringan halus, partikel tidak akan terganggu pada kecepatan yang rendah. Begitu kecepatan udaranya berangsur-angsur naik, terbentuklah suatu keadaan dimana partikel tersuspensi dalam aliran udara sehingga bed tersebut disebut “terfluidisasikan”. Dengan kenaikan kecepatan udara selanjutnya, terjadi pembentukan gelembung, turbulensi yang kuat, pencampuran cepat dan pembentukan permukaan bed yang rapat. Bed partikel padat menampilkan sifat cairan mendidih dan terlihat seperti fluida yang disebut  “bed gelembung fluida (bubbling fluidized bed)”. Jika partikel pasir dalam keadaan terfluidisasikan dipanaskan hingga ke suhu nyala batubara, dan batubara diinjeksikan secara terus menerus ke bed, batubara akan terbakar dengan cepat dan bed mencapai suhu yang seragam. Pembakaran dengan fluidized bed (FBC) berlangsung pada suhu sekitar 840°C hingga 950°C. Karena suhu ini jauh berada dibawah suhu fusi abu, maka pelelehan abu dan permasalahan yang terkait didalamnya dapat dihindari. Suhu pembakaran yang lebih rendah tercapai disebabkan tingginya koefisien perpindahan panas sebagai akibat pencampuran cepat dalam fluidized bed dan ekstraksi panas yang efektif dari bed melalui perpindahan panas pada pipa dan dinding bed. Kecepatan gas dicapai diantara kecepatan fluidisasi minimum dan kecepatan masuk partikel. Hal ini menjamin operasi bed yang stabil dan menghindari terbawanya partikel dalam jalur gas.

5.   Atmospheric Fluidized Bed Combustion (AFBC) Boiler

Kebanyakan boiler yang beroperasi untuk jenis ini adalah Atmospheric Fluidized Bed Combustion (AFBC) Boiler. Alat ini hanya berupa shell boiler konvensional biasa yang ditambah dengan sebuah fluidized bed combustor. Sistem seperti telah dipasang digabungkan dengan water tube boiler/ boiler pipa air konvensional. Batubara dihancurkan menjadi ukuran 1 – 10 mm tergantung pada tingkatan batubara dan jenis pengumpan udara ke ruang pembakaran. Udara atmosfir yang bertindak sebagai udara fluidisasi dan pembakaran, dimasukkan dengan tekanan, setelah diberi pemanasan awal oleh gas buang bahan bakar. Pipa dalam bed yang membawa air pada umumnya bertindak sebagai evaporator. Produk gas hasil pembakaran melewati bagian super heater dari boiler lalu mengalir ke economizer, ke pengumpul debu dan pemanas awal udara sebelum dibuang ke atmosfir.

6.  Pressurized Fluidized Bed Combustion (PFBC) Boiler

Pada tipe Pressurized Fluidized bed Combustion (PFBC), sebuah kompresor memasok udara Forced Draft (FD), dan pembakarnya merupakan tangki bertekanan. Laju panas yang dilepas dalam bed sebanding dengan tekanan bed sehingga bed yang dalam digunakan untuk mengekstraksi sejumlah besar panas. Hal ini akan meningkatkan efisiensi pembakaran dan peyerapan sulfur dioksida dalam bed. Steam dihasilkan didalam dua ikatan pipa, satu di bed dan satunya lagi berada diatasnya. Gas panas dari cerobong menggerakan turbin gas pembangkit tenaga. Sistem PFBC dapat digunakan untuk pembangkitan kogenerasi (steam dan listrik) atau pembangkit tenaga dengan siklus gabungan (combined cycle). Operasi combined cycle (turbin gas & turbin uap) meningkatkan efisiensi konversi keseluruhan sebesar 5 hingga 8 persen.

7.   Atmospheric Circulating Fluidized Bed Combustion Boilers (CFBC)

Dalam sistem sirkulasi, parameter bed dijaga untuk membentuk padatan melayang dari bed. Padatan diangkat pada fase yang relatif terlarut dalam pengangkat padatan, dan sebuah down-comer dengan sebuah siklon merupakan aliran sirkulasi padatan. Tidak terdapat pipa pembangkit steam yang terletak dalam bed. Pembangkitan dan pemanasan berlebih steam berlangsung di bagian konveksi, dinding air, pada keluaran pengangkat/ riser. Boiler CFBC pada umumnya lebih ekonomis daripada boiler AFBC, untuk penerapannya di industri memerlukan lebih dari 75 – 100 T/jam steam. Untuk unit yang besar, semakin tinggi karakteristik tungku boiler CFBC akan memberikan penggunaan ruang yang semakin baik, partikel bahan bakar lebih besar, waktu tinggal bahan penyerap untuk pembakaran yang efisien dan penangkapan SO2 yang semakin besar pula, dan semakin mudah penerapan teknik pembakaran untuk pengendalian NOx daripada pembangkit steam AFBC.

 

      Gambar 4. CFBC Boiler

8.  Stoker Fired Boilers

Stokers diklasifikasikan menurut metode pengumpanan bahan bakar ke tungku dan oleh jenis grate nya. Klasifikasi utamanya adalah spreader stoker dan chain-gate atau traveling-gate stoker.

  • Spreader stokers

Spreader stokers memanfaatkan kombinasi pembakaran suspensi dan pembakaran grate. Batubara diumpankan secara kontinyu ke tungku diatas bed pembakaran batubara. Batubara yang halus dibakar dalam suspensi; partikel yang lebih besar akan jatuh ke grate, dimana batubara ini akan dibakar dalam bed batubara yang tipis dan pembakaran cepat. Metode pembakaran ini memberikan fleksibilitas yang baik terhadap fluktuasi beban, dikarenakan penyalaan hampir terjadi secara cepat bila laju pembakaran meningkat. Karena hal ini, spreader stoker lebih disukai dibanding jenis stoker lainnya dalam berbagai penerapan di industri.

 

Gambar 5. Spreader Stoker Boiler

  • Chain-grate atau traveling-grate stoker

Batubara diumpankan ke ujung grate baja yang bergerak. Ketika grate bergerak sepanjang tungku, batubara terbakar sebelum jatuh pada ujung sebagai abu. Diperlukan tingkat keterampilan tertentu, terutama bila menyetel grate, damper udara dan baffles, untuk menjamin pembakaran yang bersih serta menghasilkan seminimal mungkin jumlah karbon yang tidak terbakar dalam abu. Hopper umpan batubara memanjang di sepanjang seluruh ujung umpan batubara pada tungku. Sebuah grate batubara digunakan untuk mengendalikan kecepatan batubara yang diumpankan ke tungku dengan mengendalikan ketebalan bed bahan bakar. Ukuran batubara harus seragam sebab bongkahan yang besar tidak akan terbakar sempurna pada waktu mencapai ujung grate.

   Gambar 6. Traveling Grate Boiler

9.  Pulverized Fuel Boiler

Kebanyakan boiler stasiun pembangkit tenaga yang berbahan bakar batubara menggunakan batubara halus, dan banyak boiler pipa air di industri yang lebih besar juga menggunakan batubara yang halus. Teknologi ini berkembang dengan baik dan diseluruh dunia terdapat ribuan unit dan lebih dari 90 persen kapasitas pembakaran batubara merupakan jenis ini.

Untuk batubara jenis bituminous, batubara digiling sampai menjadi bubuk halus, yang berukuran +300 micrometer (μm) kurang dari 2 persen dan yang berukuran dibawah 75 microns sebesar 70-75 persen. Harus diperhatikan bahwa bubuk yang terlalu halus akan memboroskan energi penggilingan. Sebaliknya, bubuk yang terlalu kasar tidak akan terbakar sempurna pada ruang pembakaran dan menyebabkan kerugian yang lebih besar karena bahan yang tidak terbakar. Batubara bubuk dihembuskan dengan sebagian udara pembakaran masuk menuju plant boiler melalui serangkaian nosel burner. Udara sekunder dan tersier dapat juga ditambahkan. Pembakaran berlangsung pada suhu dari 1300 - 1700 °C, tergantung pada kualitas batubara. Waktu tinggal partikel dalam boiler biasanya 2 hingga 5 detik, dan partikel harus cukup kecil untuk pembakaran yang sempurna. Sistem ini memiliki banyak keuntungan seperti kemampuan membakar berbagai kualitas batubara, respon yang cepat terhadap perubahan beban muatan, penggunaan suhu udara pemanas awal yang tinggi dll. Salah satu sistem yang paling populer untuk pembakaran batubara halus adalah pembakaran tangensial dengan menggunakan empat buah burner dari keempat sudut untuk menciptakan bola api pada pusat tungku.

 

            Gambar 7. Pembakaran tangensial untuk bahan bakar halus

 

10. Boiler Limbah Panas

Dimanapun tersedia limbah panas pada suhu sedang atau tinggi, boiler limbah panas dapat dipasang secara ekonomis. Jika kebutuhan steam lebih dari steam yang dihasilkan menggunakan gas buang panas, dapat digunakan burner tambahan yang menggunakan bahan bakar. Jika steam tidak langsung dapat digunakan, steam dapat dipakai untuk memproduksi daya listrik menggunakan generator turbin uap. Hal ini banyak digunakan dalam pemanfaatan kembali panas dari gas buang dari turbin gas dan mesin diesel.

 

      Gambar 8. Skema sederhana Boiler Limbah Panas

11. Pemanas Fluida Termis

Saat ini, pemanas fluida termis telah digunakan secara luas dalam berbagai penerapan untuk pemanasan proses tidak langsung. Dengan menggunakan fluida petroleum sebagai media perpindahan panas, pemanas tersebut memberikan suhu yang konstan. Sistem pembakaran terdiri dari sebuah fixed grate dengan susunan draft mekanis. Pemanas fluida termis modern berbahan bakar minyak terdiri dari sebuah kumparan ganda, konstruksi tiga pass dan dipasang dengan sistem jet tekanan. Fluida termis, yang bertindak sebagai pembawa panas, dipanaskan dalam pemanas dan disirkulasikan melalui peralatan pengguna.Disini fluida memindahkn panas untuk proses melalui penukar panas, kemudian fluidanya dikembalikan ke pemanas. Aliran fluida termis pada ujung pemakai dikendalikan oleh katup pengendali yang dioperasikan secara pneumatis, berdasarkan suhu operasi. Pemanas beroperasi pada api yang tinggi atau rendah tergantung pada suhu minyak yang kembali yang bervariasi tergantung beban sistem.

Keuntungan pemanas tersebut adalah:

§ Operasi sistem tertutup dengan kehilangan minimum dibanding dengan boiler steam.

§ Operasi sistem tidak bertekanan bahkan untuk suhu sekitar 250 0C dibandingkan kebutuhan tekanan steam 40 kg/cm2 dalam sistem steam yang sejenis.

§ Penyetelan kendali otomatis, yang memberikan fleksibilitas operasi.

§ Efisiensi termis yang baik karena tidak adanya kehilangan panas yang diakibatkan oleh blowdown, pembuangan kondensat dan flash steam.

Faktor ekonomi keseluruhan dari pemanas fluida termis tergantung pada penerapan spesifik dan dasar acuannya. Pemanas fluida thermis berbahan bakar batubara dengan kisaran efisiensi panas 55-65 persen merupakan yang paling nyaman digunakan dibandingkan dengan hampir kebanyakan boiler. Penggabungan peralatan pemanfaatan kembali panas dalam gas buang akan mempertinggi tingkat efisiensi termis selanjutnya.

 

Gambar 9. Konfigurasi Pemanas Fluida Termis

2.3 Pengkajian boiler

Bagian ini menjelaskan evaluasi kinerja boiler, blowdown boiler, dan pengolahan air boiler.

 

2.3.1        Evaluasi kinerja boiler

Parameter kinerja boiler, seperti efisiensi dan rasio penguapan, berkurang terhadap waktu disebabkan buruknya pembakaran, kotornya permukaan penukar panas dan buruknya operasi dan pemeliharaan. Bahkan untuk boiler yang baru sekalipun, alasan seperti buruknya kualitas bahan bakar dan kualitas air dapat mengakibatkan buruknya kinerja boiler. Neraca panas dapat membantu dalam mengidentifikasi kehilangan panas yang dapat atau tidak dapat dihindari. Uji efisiensi boiler dapat membantu dalam menemukan penyimpangan efisiensi boiler dari efisiensi terbaik dan target area permasalahan untuk tindakan perbaikan.

a)      Neraca panas

Proses pembakaran dalam boiler dapat digambarkan dalam bentuk diagram alir energi. Diagram ini menggambarkan secara grafis tentang bagaimana energi masuk dari bahan bakar diubah menjadi aliran energi dengan berbagai kegunaan dan menjadi aliran kehilangan panas dan energi. Panah tebal menunjukan jumlah energi yang dikandung dalam aliran masing-masing.

Gambar 10. Diagram neraca energi boiler

            Neraca panas merupakan keseimbangan energi total yang masuk boiler terhadap yang meninggalkan boiler dalam bentuk yang berbeda. Gambar berikut memberikan gambaran berbagai kehilangan yang terjadi untuk pembangkitan steam.

       Gambar 11. Kehilangan pada Boiler yang Berbahan Bakar Batubara

 

Kehilangan energi dapat dibagi kedalam kehilangan yang tidak atau dapat dihindarkan. Tujuan dari Produksi Bersih dan/atau pengkajian energi harus mengurangi kehilangan yang dapat dihindari, dengan meningkatkan efisiensi energi. Kehilangan berikut dapat dihindari atau dikurangi:

  1. Kehilangan gas cerobong:

                                          i.      -Udara berlebih (diturunkan hingga ke nilai minimum yang    tergantung dari teknologi burner, operasi (kontrol), dan  pemeliharaan)

                                                  ii.      -Suhu gas cerobong (diturunkan dengan mengoptimalkan perawatan (pembersihan), beban; burner yang lebih baik dan teknologi boiler)

  1. Kehilangan karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam cerobong dan abu (mengoptimalkan operasi dan pemeliharaan; teknologi burner yang lebih baik)
  2. Kehilangan dari blowdown (pengolahan air umpan segar, daur ulang kondensat)
  3. Kehilangan kondensat (manfaatkan sebanyak mungkin kondensat)
  4. Kehilangan konveksi dan radiasi (dikurangi dengan isolasi boiler yang lebih baik)

    

b)      Efisiensi Boiler

Efisiensi termis boiler didefinisikan sebagai persen energi (panas) masuk yang digunakan secara efektif pada steam yang dihasilkan.

Terdapat dua metode pengkajian efisiensi boiler:

§ Metode Langsung: energi yang didapat dari fluida kerja (air dan steam)  dibandingkan dengan energi yang terkandung dalam bahan bakar boiler.

§ Metode Tidak Langsung: efisiensi merupakan perbedaan antara kehilangan dan energi yang masuk.

 

2.4 Metode langsung dalam menentukan efisiensi boiler

Metodologi

Dikenal juga sebagai ‘metode input-output’ karena kenyataan bahwa metode ini hanya memerlukan keluaran/output (steam) dan panas masuk/input (bahan bakar) untuk evaluasi efisiensi. Efisiensi ini dapat dievaluasi dengan menggunakan rumus:

 

Efisiensi Boiler (h) =    Panas Keluar    x 100

               Panas Masuk                 

 

Efisiensi Boiler (h) =    Q x (hg – hf)      x 100

               q x GCV

 

Parameter yang dipantau untuk perhitungan efisiensi boiler dengan metode langsung adalah:

§ Jumlah steam yang dihasilkan per jam (Q) dalam kg/jam

§ Jumlah bahan bakar yang digunakan per jam (q) dalam kg/jam

§ Tekanan kerja (dalam kg/cm2(g)) dan suhu lewat panas (oC), jika ada

§ Suhu air umpan (oC)

§ Jenis bahan bakar dan nilai panas kotor bahan bakar (GCV) dalam kkal/kg        bahan Bakar               

 

 Dimana

§ hg –Entalpi steam jenuh dalam kkal/kg steam

§ hf –Entalpi air umpan dalam kkal/kg air

Contoh

Cari efisiensi boiler dengan metode langsung dengan data yang diberikan dibawah ini:

§ Jenis boiler                                                                  Berbahan bakar batubara

§ Jumlah steam (kering) yang dihasilkan:                     10 TPJ

§ Tekanan steam (gauge) / suhu:                                   10 kg/cm2(g)/ 1800 C

§ Jumlah pemakaian batubara:                                       2,25 TPJ

§ Suhu air umpan :                                                         850C

§ GCV batubara:                                                            3200 kkal/kg

§ Entalpi steam pada tekanan 10 kg/cm2:                      665 kkal/kg (jenuh)

§ Entalp of air umpan:                                                   85 kkal/kg

 

 

                   Efisiensi Boiler (h) =  10 x (665 – 85) x 1000      x 100 = 80,56 persen

                                                        2,25 x 3200 x 1000

Keuntungan metode langsung

§ Pekerja pabrik dapat dengan cepat mengevaluasi efisiensi boiler

§ Memerlukan sedikit parameter untuk perhitungan

§ Memerlukan sedikit instrumen untuk pemantauan

§ Mudah membandingkan rasio penguapan dengan data benchmark

Kerugian metode langsung

§ Tidak memberikan petunjuk kepada operator tentang penyebab dari efisiensi          sistim yang lebih rendah

§ Tidak menghitung berbagai kehilangan yang berpengaruh pada berbagai tingkat efisiensi

 

2.5 Metode tidak langsung dalam menentukan efisiensi boiler

 Metodologi

 Standar acuan untuk Uji Boiler di Tempat dengan menggunakan metode tidak langsung adalah British Standard, BS 845:1987 dan USA Standard ASME PTC-4-1 Power Test CodeSteam Generating Units.

 Metode tidak langsung juga dikenal dengan metode kehilangan panas. Efisiensi dapat dihitung dengan mengurangkan bagian kehilangan panas dari 100 sebagai berikut:

                    Efisiensi boiler (n) = 100 - (i + ii + iii + iv + v + vi + vii)

Dimana kehilangan yang terjadi dalam boiler adalah kehilangan panas yang diakibatkan oleh:

i. Gas cerobong yang kering

ii. Penguapan air yang terbentuk karena H2 dalam bahan bakar

iii. Penguapan kadar air dalam bahan bakar

iv. Adanya kadar air dalam udara pembakaran

v. Bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu terbang/ fly ash

vi. Bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu bawah/ bottom ash

vii. Radiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung

Kehilangan yang diakibatkan oleh kadar air dalam bahan bakar dan yang disebabkan oleh pembakaran hidrogen tergantung pada bahan bakar, dan tidak dapat dikendalikan oleh perancangan.

Data yang diperlukan untuk perhitungan efisiensi boiler dengan menggunakan metode tidak langsung adalah:

 § Analisis ultimate bahan bakar (H2, O2, S, C, kadar air, kadar abu)

§ Persentase oksigen atau CO2 dalam gas buang

§ Suhu gas buang dalam oC (Tf)

§ Suhu ambien dalam oC (Ta) dan kelembaban udara dalam kg/kg udara kering

§ GCV bahan bakar dalam kkal/kg

§ Persentase bahan yang dapat terbakar dalam abu (untuk bahan bakar padat)

§ GCV abu dalam kkal/kg (untuk bahan bakar padat)

Prosedur rinci untuk perhitungan efisiensi boiler menggunakan metode tidak langsung diberikan dibawah. Biasanya, manager energi di industri lebih menyukai prosedur perhitungan yang lebih sederhana.

Tahap 1: Menghitung kebutuhan udara teoritis

              = [(11,43 x C) + {34,5 x (H2 – O2/8)} + (4,32 x S)]/100 kg/kg bahan bakar

Tahap 2: Menghitung persen kelebihan udara yang dipasok (EA)

                        persen O2 x 100

                =      ------------------

                        (21 –persen O2)

 

Tahap 3: Menghitung massa udara sebenarnya yang dipasok/ kg bahan bakar (AAS)

               = {1 + EA/100} x udara teoritis

Tahap 4: Memperkirakan seluruh kehilangan panas

     i. Persentase kehilangan panas yang diakibatkan oeh gas buang yang kering

               =  m x Cp x (Tf-Ta) x 100

                  ----------------------------

                  GCV bahan bakar

        Dimana, m = massa gas buang kering dalam kg/kg bahan bakar

                       m = (massa hasil pembakaran kering / kg bahan bakar) + (massa N2

                              dalam bahan bakar pada basis 1 kg) + (massa N2 dalam massa                 udara pasokan yang sebenarnya).

                             Cp = Panas jenis gas buang (0,23 kkal/kg )

ii. Persen kehilangan panas karena penguapan air yang terbentuk karena adanya H2 dalam bahan bakar

             9 x H2 {584+Cp (Tf-Ta)} x 100

         =  --------------------------------------

             GCV bahan bakar

                      Dimana,H2 = persen H2 dalam 1 kg bahan bakar

                    Cp = panas jenis steam lewat jenuh/superheated steam (0,45 kkal/kg)

iii. Persen kehilangan panas karena penguapan kadar air dalam bahan bakar

             =   M{584+ Cp (Tf-Ta)} x 100

                  ---------------------------------

                  GCV bahan bakar

             Dimana, M –persen kadar air dalam 1 kg bahan bakar

             Cp = panas jenis steam lewat jenuh/superheated steam (0,45 kkal/kg)

iv. Persen kehilangan panas karena kadar air dalam udara

           =    AAS x faktor kelembaban x Cp (Tf-Ta)} x 100

                ---------------------------------------------------

                GCV bahan bakar

            Dimana, Cp = panas jenis steam lewat jenuh/superheated steam             (0,4 kkal/kg)

 

v. Persen kehilangan panas karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam  abu terbang/ fly ash

 

       = Total abu terkumpul/kg bahan bakar yg terbakar x GCV abu terbang x 100

          -----------------------------------------------------------------------------------------

                                                        GCV bahan bakar

 

vi. Persen kehilangan panas karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu bawah/ bottom ash

 

      = Total abu terkumpul per Kg bahan bakar terbakar x GCV abu bawah x 100

          -----------------------------------------------------------------------------------------

                                                         GCV bahan bakar

 

vii. Persen kehilangan panas karena radiasi dan kehilangan lain yang tidak  terhitung.

 Kehilangan radiasi dan konveksi aktual sulit dikaji sebab daya emisifitas permukaan yang beraneka ragam, kemiringan, pola aliran udara, dll. Pada boiler yang relatif kecil, dengan kapasitas 10 MW, kehilangan radiasi dan yang tidak terhitung dapat mencapai 1 hingga 2 persen nilai kalor kotor bahan bakar, sementara pada boiler 500 MW nilainya 0,2 hingga 1 persen. Kehilangan dapat diasumsikan secara tepat tergantung pada kondisi permukaan.

Tahap 5: Menghitung efisiensi boiler dan rasio penguapan boiler

 Efisiensi boiler (n) = 100 - (i + ii + iii + iv + v + vi + vii)

 Rasio Penguapan = Panas yang digunakan untuk pembangkitan steam/ panas yang

                               ditambahkan ke steam

Rasio penguapan yaitu kilogram steam yang dihasilkan per kilogram bahan bakar yang digunakan. Contohnya adalah:

ü  Boiler berbahan bakar batubara: 6 (yaitu 1 kg batubara dapat  menghasilkan 6 kg steam)

ü  Boiler berbahan bakar minyak: 13 (yaitu 1 kg batubara dapat menghasilkan 13 kg steam)

Walau demikian, rasio penguapan akan tergantung pada jenis boiler, nilai kalor bahan bakar dan efisiensi.

Contoh

§ Jenis boiler: Berbahan bakar minyak

§ Analisis ultimate minyak bakar

                                                     C: 84 persen

                                                    H2: 12,0 persen

                                                     S: 3,0 persen

                                                     O2: 1 persen

 

  • GCV Minyak bakar:                                           10200 kkal/kg
  • Oksigen:                                                              7 persen
  • Persentase CO2:                                                  11 persen
  • Suhu gas buang (Tf):                                           220 0C
  • Suhu ambien (Ta):                                               27 0C
  • Kelembaban udara:                                              0,018 kg/kg udara kering

Tahap-1: Mengitung kebutuhan udara teoritis

= [(11,43 x C) + [{34,5 x (H2 – O2/8)} + (4,32 x S)]/100 kg/kg minyak bakar

= [(11,43 x 84) + [{34,5 x (12 – 1/8)} + (4,32 x 3)]/100 kg/kg minyak bakar

= 13,82 kg udara/kg minyak bakar

Tahap-2: Menghitung persen udara berlebih yang dipasok (EA)

              Udara berlebih yang dipasok (EA)           

                        =  (O2 x 100)/(21-O2)

                        =  (7 x 100)/(21-7)

                       =   50 %

Tahap 3: Menghitung massa udara sebenarnya yang dipasok / kg bahan bakar (AAS)

AAS/kg bahan bakar = [1 + EA/100] x Udara Teoritis (AAS)

                                  = [1 + 50/100] x 13,82

                                  = 1,5 x 13,82

                                  = 20,74 kg udara/kg minyak bakar

Tahap 4: Memperkirakan seluruh kehilangan panas

i. Persentase kehilangan panas karena gas kering cerobong

                           m x Cp x (Tf – Ta ) x 100

                      =    -----------------------------

                                GCV bahan bakar

               m = massa CO2 + massa SO2 + massa N2 + massa O2

                      0,84 x 44      0,03 x 64      20,74 x 77

               m = -----------  +  ----------   +  -----------    (0,07 x 32)

                            12              32                100

              m = 21,35 kg / kg minyak bakar

                      21,35 x 0,23 x (220 – 27)

                  =  ------------------------------- x 100

                                  10200

                =  9,29 %

 Persentase kehilangan panas yang disebabkan oleh gas kering cerobong

                    m x Cp x (Tf – Ta ) x 100

              =   -----------------------------

                        GCV bahan bakar

 m (total massa gas buang)

             = massa udara sebenarnya yang dipasok + massa bahan bakar yang

                dipasok

            = 20,19 + 1 = 21,19

            = 21,19 x 0,23 x (220-27)

                ------------------------------- x 100

                          10200

             = 9,22 %

ii. Kehilangan panas karena penguapan kadar air karena adanya H2 dalam bahan

     bakar

          9 x H2 {584+0,45 (Tf – Ta )}

     =  ---------------------------------

             GCV bahan bakar                       dimana H2 = persen H2 dalam bahanbakar

          9 x 12 {584+0,45(220-27)}

    =  --------------------------------

                        10200

    =  7,10 %

 iii. Kehilangan panas karena kadar air dalam udara

                         AAS x kelembaban x 0,45 x ((Tf – Ta ) x 100

                   =  -------------------------------------------------

                                     GCV bahan bakar             

                    = [20,74 x 0,018 x 0,45 x (220-27) x 100]/10200

                   = 0,317 %

iv. Kehilangan panas karena radiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung

     Untuk boiler kecil diperkirakan kehilangan mencapai 2 %

 

Tahap 5: Menghitung efisiensi boiler dan rasio penguapan boiler

Efisiensi boiler (n) = 100 - (i + ii + iii + iv + v + vi + vii)

ü   Kehilangan panas karena gas buang kering                                   : 9,29 %

ü               Kehilangan panas karena penguapan air yang terbentuk karena adanya H2      

                                 dalam bahan bakar                                            : 7,10 %

ü  Kehilangan panas karena kadar air dalam udara                            : 0,317 %

ü  Kehilangan panas karena radiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung

                                                                                                                 : 2 %

             = 100- [9,29+7,10+0,317+2]

             = 100 – 17,024 = 83 % (perkiraan)

Rasio penguapan = Panas yang digunakan untuk pembangkitan steam/ Panas yang

ditambahkan ke steam

            = 10200 x 0,83 / (660-60)

            = 14,11 (bandingkan dengan rasio penguapan untuk boiler yang berbahan

                bakar minyak = 13)

 Keuntungan metode tidak langsung

  • Dapat diketahui neraca bahan dan energi yang lengkap untuk setiap aliran, yang dapat memudahkan dalam mengidentifikasi opsi-opsi untuk meningkatkan efisiensi boiler.

Kerugian metode tidak langsung

  • Perlu waktu lama
  • Memerlukan fasilitas laboratorium untuk analisis

2.6. Blowdown Boiler

Jika air dididihkan dan dihasilkan steam, padatan terlarut yang terdapat dalam air akan tinggal di boiler. Jika banyak padatan terdapat dalam air umpan, padatan tersebut akan terpekatkan dan akhirnya akan mencapai suatu tingkat dimana kelarutannya dalam air akan terlampaui dan akan mengendap dari larutan. Diatas tingkat konsenrasi tertentu, padatan tersebut mendorong terbentuknya busa dan menyebabkan terbawanya air ke steam. Endapan juga mengakibatkan terbentuknya kerak di bagian dalam boiler, mengakibatan pemanasan setempat menjadi berlebih dan akhirnya menyebabkan kegagalan pada pipa boiler.

Oleh karena itu penting untuk mengendalikan tingkat konsentrasi padatan dalam suspensi dan yang terlarut dalam air yang dididihkan. Hal ini dicapai oleh proses yang disebut blowing down, dimana sejumlah tertentu volume air dikeluarkan dan secara otomatis diganti dengan air umpan. Dengan demikian akan tercapai tingkat optimum total padatan terlarut (TDS) dalam air boiler dan membuang padatan yang sudah rata keluar dari larutan dan yang cenderung tinggal pada permukaan boiler.

 Blowdown penting untuk melindungi permukaan penukar panas pada boiler. Walau demikian, blowdown dapat menjadi sumber kehilangan panas yang cukup berarti, jika dilakukan secara tidak benar. Pengendalian blowdown boiler yang baik dapat secara signifikan menurunkan biaya perlakuan dan operasional yang meliput:

Ø  Biaya perlakuan awal lebih rendah

Ø  Konsumsi air make-up lebih sedikit

Ø  Waktu penghentian untuk perawatan menjadi berkurang

Ø  Umur pakai boiler meningkat

Ø  Pemakaian bahan kimia untuk pengolahan air umpan menjadi lebih rendah

2.7.  Pengolahan Air Umpan Boiler

Memproduksi steam yang berkualitas tergantung pada pengolahan air yang benar untuk mengendalikan kemurnian steam, endapan dan korosi. Sebuah boiler merupakan bagian dari sistem boiler, yang menerima semua bahan pencemar dari sistem didepannya. Kinerja boiler, efisiensi, dan umur layanan merupakan hasil langsung dari pemilihan dan pengendalian air umpan yang digunakan dalam boiler.

Jika air umpan masuk ke boiler, kenaikan suhu dan tekanan menyebabkan komponen air memiliki sifat yang berbeda. Hampir semua komponen dalam air umpan dalam keadaan terlarut. Walau demikian, dibawah kondisi panas dan tekanan hampir seluruh komponen terlarut keluar dari larutan sebagai padatan partikulat, kadang-kadang dalam bentuk kristal dan pada waktu yang lain sebagai bentuk amorph. Jika kelarutan komponen spesifik dalam air terlewati, maka akan terjadi pembentukan kerak dan endapan. Air boiler harus cukup bebas dari pembentukan endapan padat supaya terjadi perpindahan panas yang cepat dan efisien dan harus tidak korosif terhadap logam boiler.

 a)      Pengendalian endapan

Endapan dalam boiler dapat diakibatkan dari kesadahan air umpan dan hasil korosi dari sistem kondensat dan air umpan. Kesadahan air umpan dapat terjadi karena kurangnya sistem pelunakan.Endapan dan korosi menyebabkan kehilangan efisiensi yang dapat menyebabkan kegagalan dalam pipa boiler dan ketidakmampuan memproduksi steam. Endapan bertindak sebagai isolator dan memperlambat perpindahan panas. Sejumlah besar endapan diseluruh boiler dapat mengurangi perpindahan panas yang secara signifikan dapat menurunkan efisiensi boiler. Berbagai jenis endapan akan mempengaruhi efisiensi boiler secara berbeda-beda, sehingga sangat penting untuk menganalisis karakteristik endapan. Efek pengisolasian terhadap endapan menyebabkan naiknya suhu logam boiler dan mungkin dapat menyebabkan kegagalan pipa karena pemanasan berlebih.

 b)      Kotoran yang mengakibatkan pengendapan

Bahan kimia yang paling penting dalam air yang mempengaruhi pembentukan endapan dalam boiler adalah garam kalsium dan magnesium yang dikenal dengan garam sadah.

Kalsium dan magnesium bikarbonat larut dalam air membentuk larutan basa/alkali dan garam-garam tersebut dikenal dengan kesadahan alkali. Garam-garam tersebut terurai dengan pemanasan, melepaskan karbon dioksida dan membentuk lumpur lunak, yang kemudian mengendap. Hal ini disebut dengan kesadahan sementara (kesadahan yang dapat dibuang dengan pendidihan).

 Kalsium dan magnesium sulfat, klorida dan nitrat,  jika dilarutkan dalam air secara kimiawi akan menjadi netral dan dikenal dengan kesadahan non-alkali. Bahan tersebut disebut bahan kimia sadah permanen dan membentuk kerak yang keras pada permukaan boiler yang sulit dihilangkan. Bahan kimia sadah non-alkali terlepas dari larutannya karena penurunan daya larut dengan meningkatnya suhu, dengan pemekatan karena penguapan yang berlangsung dalam boiler, atau dengan perubahan bahan kimia menjadi senyawa yang kurang larut.

 c)      Silika

Keberadaan silika dalam air boiler dapat meningkatkan pembentukan kerak silika yang keras. Silika dapat juga berinteraksi dengan garam kalsium dan magnesium, membentuk silikat kalsium dan magnesium dengan daya konduktivitas panas yang rendah. Silika dapat meningkatkan endapan pada sirip turbin, setelah terbawa dalam bentuk tetesan air dalam

steam, atau dalam bentuk yang mudah menguap dalam steam pada tekanan tinggi.

 d)     Pengolahan air internal

Pengolahan internal adalah penambahan bahan kimia ke boiler untuk mencegah pembentukan kerak. Senyawa pembentuk kerak diubah menjadi lumpur yang mengalir bebas, yang dapat dibuang dengan blowdown. Metode ini terbatas pada boiler dimana air umpan mengandung garam sadah yang rendah, dengan tekanan rendah, kandungan TDS tinggi dalam boiler dapat ditoleransi, dan jika jumlah airnya kecil. Jika kondisi tersebut tidak terpenuhi maka laju blowdown yang tinggi diperlukan untuk membuang lumpur. Hal tersebut menjadi tidak ekonomis sehubungan dengan kehilangan air dan panas.

 Jenis sumber air yang berbeda memerlukan bahan kimia yang berbeda pula. Senyawa seperti sodium karbonat, sodium aluminat, sodium fosfat, sodium sulfit dan komponen sayuran atau senyawa inorganik seluruhnya dapat digunakan untuk maksud ini. Untuk setiap kondisi air diperlukan bahan kimia tertentu. Harus dikonsultasikan dengan seorang spesialis dalam menentukan bahan kimia yang paling cocok untuk digunakan pada setiap kasus. Pengolahan air hanya dengan pengolahan internal tidak direkomendasikan.

 e)      Pengolahan Air Eksternal

Pengolahan eksternal digunakan untuk membuang padatan tersuspensi, padatan telarut (terutama ion kalsium dan magnesium yang merupakan penyebab utama pembentukan kerak) dan gas-gas terlarut (oksigen dan karbon dioksida).

Proses perlakuan eksternal yang ada adalah:

§ Pertukaran ion

§ Deaerasi (mekanis dan kimia)

§ Osmosis balik (reverse osmosis)

§ Penghilangan mineral/demineralisasi

Sebelum digunakan cara diatas, perlu untuk membuang padatan dan warna dari bahan baku air, sebab bahan tersebut dapat mengotori resin yang digunakan pada bagian pengolahan berikutnya.

Metode pengolahan awal adalah sedimentasi sederhana dalam tangki pengendapan atau pengendapan dalam clarifiers dengan bantuan koagulan dan flokulan. Penyaring pasir bertekanan, dengan aerasi untuk menghilangkan karbon dioksida dan besi, dapat digunakan untuk menghilangkan garam-garam logam dari air sumur.

Tahap pertama pengolahan adalah menghilangkan garam sadah dan garam non-sadah. Penghilangan hanya garam sadah disebut pelunakan, sedangkan penghilangan total garam dari larutan disebut penghilangan mineral atau demineralisasi.

 f)       Rekomendasi untuk boiler dan kualitas air umpan

Kotoran yang ditemukan dalam boiler tergantung pada kualitas air umpan yang tidak diolah, proses pengolahan yang digunakan dan prosedur pengoperasian boiler. Sebagai aturan umum, semakin tinggi tekanan operasi boiler akan semakin besar sensitifitas terhadap kotoran.

 2.8 Peluang efisiensi energi

Bagian ini berisikan tentang peluang efisiensi energi hubungannya dengan pembakaran, perpindahan panas, kehilangan yang dapat dihindarkan, konsumsi energi untuk alat pembantu, kualitas air dan blowdown.Kehilangan energi dan pel uang efisiensi energi dalam boiler dapat dihubungkan dengan pembakaran, perpindahan panas, kehilangan yang dapat dihindarkan, konsumsi energi yang tinggi untuk alat-alat pembantu, kualitas air dan blowdown.Berbagai macam peluang efisiensi energi dalam sistem boiler dapat dihubungkan dengan:

   1. Pengendalian suhu cerobong

Suhu cerobong harus serendah mungkin. Walau demikian, suhu tersebut tidak boleh terlalu rendah sehingga uap air akan mengembun pada dinding cerobong. Hal ini penting bagi bahan bakar yang mengandung sulfur dimana pada suhu rendah akan mengakibatkan korosi titik embun sulfur. Suhu cerobong yang lebih besar dari 200°C menandakan adanya potensi untuk pemanfaatan kembali limbah panasnya. Hal ini juga menandakan telah terjadi pembentukan kerak pada peralatan perpindahan/pemanfaatan panas dan sebaiknya dilakukan shut down lebih awal untuk pembersihan air/sisi cerobong.

   2. Pemanasan awal air umpan menggunakan economizers

Biasanya, gas buang yang meninggalkan shell boiler modern 3 pass bersuhu 200 hingga 300°C. Jadi, terdapat potensi untuk memanfaatkan kembali panas dari gas-gas tersebut. Gas buang yang keluar dari sebuah boiler biasanya dijaga minimal pada 200°C, sehingga sulfur oksida dalam gas buang tidak mengembun dan menyebabkan korosi pada permukaan perpindahan panas. Jika digunakan bahan bakar yang bersih seperti gas alam, LPG atau minyak gas, ekonomi pemanfaatan kembali panasnya harus ditentukan sebagaimana suhu gas buangnya mungkin dibawah 200°C.

Potensi penghematan energinya tergantung pada jenis boiler terpasang dan bahan bakar yang digunakan. Untuk shell boiler dengan model lebih tua, dengan suhu gas cerobong keluar 260°C, harus digunakan sebuah economizer untuk menurukan suhunya hingga 200°C, yang akan meningkatkan suhu air umpan sebesar 15°C. Kenaikan dalam efisiensi termis akan mencapai 3 %. Untuk shell boiler modern dengan 3 pass yang berbahan bakar gas alam dengan suhu gas cerobong yang keluar 140°C, sebuah economizer pengembun akan menurunkan suhu hingga 65°C serta meningkatkan efisiensi termis sebesar 5 %.

  3.  Pemanasan awal udara pembakaran

Pemanasan awal udara pembakaran merupakan sebuah alternatif terhadap pemanasan air umpan. Dalam rangka untuk meningkatkan efisiensi termis sebesar 1 persen, suhu udara pembakaran harus dinaikkan 20°C. Hampir kebanyakan burner minyak bakar dan gas yang digunakan dalam sebuah plant boiler tidak dirancang untuk suhu pemanas awal udara yang tinggi.

Burner yang modern dapat tahan terhadap pemanas awal udara pembakaran yang lebih tinggi, sehingga memungkinkan untuk mempertimbangkan unit seperti itu sebagai penukar panas pada gas buang keluar, sebagai suatu alternatif terhadap economizer, jika ruang atau suhu air umpan kembali yang tinggi memungkinkan.

  4.  Minimalisasi pembakaran yang tidak sempurna

Pembakaran yang tidak sempurna dapat timbul dari kekurangan udara atau kelebihan bahan bakar atau buruknya pendistribusian bahan bakar. Hal ini nyata terlihat dari warna atau asap, dan harus segera diperbaiki.Dalam sistem pembakaran minyak dan gas, adanya CO atau asap (hanya untuk sistem pembakaran minyak) dengan udara normal atau sangat berlebih menandakan adanya masala pada sistem burner. Terjadinya pembakaran yang tidak sempurna disebabkan jeleknya pencampuran udara dan bahan bakar pada burner. Jeleknya pembakaran minyak dapat diakibatkan dari viskositas yang tidak tepat, ujung burner yang rusak, karbonisasi pada ujung burner dan kerusakan pada diffusers atau pelat spinner.

Pada pembakaran batubara, karbon yang tidak terbakar dapat merupakan kehilangan yang besar. Hal ini terjadi pada saat dibawa oleh grit atau adanya karbon dalam abu dan dapat mencapai lebih dari 2 persen dari panas yang dipasok ke boiler. Ukuran bahan bakar yang tidak seragam dapat juga menjadi penyebab tidak sempurnanya pembakaran. Pada chain grate stokers, bongkahan besar tidak akan terbakar sempurna, sementara potongan yang kecil dan halus apat menghambat aliran udara, sehingga menyebabkan buruknya distribusi udara. Pada sprinkler stokers, kondisi grate stoker, distributor bahan bakar, pengaturan udara dan sistem pembakaran berlebihan dapat mempengaruhi kehilangan karbon. Meningkatnya partikel halus pada batubara juga meningkatkan kehilangan karbon.

  5.  Pengendalian udara berlebih

Udara berlebih diperlukan pada seluruh praktek pembakaran untuk menjamin pembakaran yang sempurna, untuk memperoleh variasi pembakaran dan untuk menjamin kondisi cerobong yang memuaskan untuk beberapa bahan bakar. Tingkat optimal udara berlebih untuk efisiensi boiler yang maksimum terjadi bila jumlah kehilangan yang diakibatkan pembakaran yang tidak sempurna dan kehilangan yang disebabkan oleh panas dalam gas buang diminimalkan. Tingkatan ini berbeda-beda tergantung rancangan tungku, jenis burner, bahan bakar dan variabel proses.

Pengendalian udara berlebih pada tingkat yang optimal selalu mengakibatkan penurunan dalam kehilangan gas buang, untuk setiap penurunan 1 persen udara berlebih terdapat kenaikan efisiensi kurang lebih 0,6 persen.

Berbagai macam metode yang tersedia untuk mengendalikan udara berlebih:

§ Alat analisis oksigen portable dan draft gauges dapat digunakan untuk membuat pembacaan berkala untuk menuntun operator menyetel secara manual aliran udara untuk operasi yang optimum. Penurunan udara berlebih hingga 20 persen adalah memungkinkan.

§ Metode yang paling umum adalah penganalisis oksigen secara sinambung dengan pembacaan langsung ditempat, dimana operator dapat menyetel aliran udara. Penurunan lebih lanjut 10–15% dapat dicapai melebihi sistem sebelumnya.

§ Alat analisis oksigen sinambung yang sama dapat memiliki pneumatic damper positioner yang dikedalikan dengan alat pengendali jarak jauh, dimana pembacaan data tersedia di ruang kendali. Hal ini membuat operator mampu mengendalikan sejumlah sistem pengapian dari jarak jauh secara serentak.

Sistem yang paling canggih adalah pengendalian damper cerobong otomatis, yang karena harganya hanya diperuntukkan bagi sistem yang besar.

  6.  Penghindaran kehilangan panas radiasi dan konveksi

Permukaan luar shell boiler lebih panas daripada sekitarnya. Jadi, permukaan melepaskan panas ke lingkungan tergantung pada luas permukaan dan perbedaan suhu antara permukaan dan lingkungan sekitarnya.

Panas yang hilang dari shell boiler biasanya merupakan kehilangan energi yang sudah tertentu, terlepas dari keluaran boiler. Dengan rancangan boiler yang modern, kehilangan ini hanya 1,5 persen dari nilai kalor kotor pada kecepatan penuh, namun akan meningkat ke sekitar 6 persen jika boiler beroperasi hanya pada keluaran 25 persen.Perbaikan atau pembesaran isolasi dapat mengurangi kehilangan panas pada dinding boiler dan pemipaan.

  7.  Pengendalian blowdown secara otomatis

Blowdown kontinyu yang tidak terkendali sangatlah sia-sia. Pengendali blowdown otomatis dapat dipasang yang merupakan sensor dan merespon pada konduktivitas air boiler dan pH. Blowdown 10 persen dalam boiler 15 kg/cm2 menghasilkan kehilangan efisiensi 3 persen.

  8.  Pengurangan pembentukan kerak dan kehilangan jelaga

Pada boiler yang berbahan bakar minyak dan batubara, jelaga yang terbentuk pada pipa-pipa bertindak sebagai isolator terhadap perpindahan panas, sehingga endapan tersebut harus  dihilangkan secara teratur. Suhu cerobong yang meningkat dapat menandakan pembentukan jelaga yang berlebihan. Hasil yang sama juga akan terjadi karena pembentukan kerak pada sisi air. Suhu gas keluar yang tinggi pada udara berlebih yang normal menandakan buruknya kinerja perpindahan panas. Kondisi ini dapat diakibatkan dari pembentukan endapan secara bertahap pada sisi gas atau sisi air. Pembentukan endapan pada sisi air memerlukan sebuah tinjauan pada cara pengolahan air dan pembersihan pipa untuk menghilangkan endapan. Diperkirakan kehilangan efisiensi 1 persen terjadi pada setiap kenaikan suhu cerobong 22°C.

Suhu cerobong harus diperiksa dan dicatat secara teratur sebagai indikator pengendapan jelaga. Bila suhu gas meningkat ke sekitar 20°C diatas suhu boiler yang baru dibersihkan, maka waktunya untuk membuang endapan jelaga. Oleh karena itu direkomendasikan untuk memasang termometer jenis dial pada dasar cerobong untuk memantau suhu gas keluar cerobong.

Diperkirakan bahwa 3 mm jelaga dapat mengakibatkan kenaikan pemakaian bahan bakar sebesar 2,5 persen disebabkan suhu gas cerobong yang meningkat. Pembersihan berkala pada permukaan tungku radiant, pipa-pipa boiler, economizers dan pemanas udara mungkin perlu untuk menghilangkan endapan yang sulit dihilangkan tersebut.

  9.  Pengurangan tekanan steam pada boiler

Hal ini merupakan cara yang efektif dalam mengurangi pemakaian bahan bakar, jika diperbolehkan, sebesar 1 hingga 2 persen. Tekanan steam yang lebih rendah memberikan suhu steam jenuh yang lebih rendah dan tanpa pemanfaatan kembali panas cerobong, dimana dihasilkan penurunan suhu pada gas buang.Steam dihasilkan pada tekanan yang sesuai permintaan suhu/tekanan tertinggi untuk proses tertentu. Dalam beberapa kasus, proses tidak beroperasi sepanjang waktu dan terdapat jangka waktu dimana tekanan boiler harus diturunkan. Namun harus diingat bahwa penurunan tekanan boiler akan menurunkan volum spesifik steam dalam boiler,dan secara efektif mende-aerasi keluaran boiler. Jika beban steam melebihi keluaran boiler yang terdeaerasi, pemindahan air akan terjadi. Oleh karena itu, manajer energi harus memikirkan akibat yang mungkin timbul dari penurunan tekanan secara hati- hati, sebelum merekomendasikan hal itu. Tekanan harus dikurangi secara bertahap, dan harus dipertimbangkan tidak boleh lebih dari 20 persen penurunan.

  10.  Pengendalian kecepatan variabel untuk fan, blower dan pompa

Pengendali kecepatan variabel merupakan cara penting dalam mendapatkan penghematan energi. Umumnya, pengendalian udara pembakaran dipengaruhi oleh klep penutup damper yang dipasang pada fan forced dan induced draft. Dampers tipe terdahulu berupa alat kendali yang sederhana, kurang teliti, memberikan karakteristik kendali yang buruk pada kisaran operasi atas dan bawah. Umumnya, jika karakteristik beban boiler bervariasi, harus dievaluasi kemungkinan mengganti damper dengan VSD.

   11.  Pengendalian beban boiler

Efisiensi maksimum boiler tidak terjadi pada beban penuh akan tetapi pada sekitar dua pertiga dari beban penuh. Jika beban pada boiler berkurang terus maka efisiensi juga cenderung berkurang. Pada keluaran nol, efisiensi boilernya nol, dan berapapun banyaknya bahan bakar yang digunakan hanya untuk memasok kehilangan-kehilangan. Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi boiler adalah:

§ Ketika beban jatuh, begitu juga halnya dengan nilai laju aliran massa gas buang yang melalui pipa-pipa. Penurunan dalam laju alir untuk area perpindahan panas yang sama mengurangi suhu gas buang keluar cerobong dengan jumlah yang kecil, mengurangi kehilangan panas sensible.

§ Beban dibawah separuhnya, hampir kebanyakan peralatan pembakaran memerlukan udara berlebih yang lebih banyak untuk membakar bahan bakar secara sempurna. Hal ini meningkatkan kehilangan panas sensible.

Umumnya, efisiensi boiler berkurang dibawah 25 persen laju beban dan operasi boiler dibawah tingkatan ini harus dihindarkan sejauh mungkin.

  12.  Penjadwalan boiler yang tepat

Karena efisiensi optimum boiler terjadi pada 65-85 persen dari beban penuh, biasanya akan lebih efisien, secara keseluruhan, untuk mengoperasikan lebih sedikit boiler pada beban yang lebih tinggi daripada mengoperasikan dalam jumlah banyak pada beban yang rendah.

  13.  Penggantian boiler

Potensi penghematan dari penggantian sebuah boiler tergantung pada perubahan yang sudah diantisipasi pada efisiensi keseluruhan. Suatu perubahan dalam boiler dapat menarik secara finansial jika boiler yang ada:

§ Tua dan tidak efisien

§ Tidak mampu mengganti bahan bakar yang lebih murah dalam pembakarannya

§ Ukurannya melampaui atau dibawah persyaratan yang ada

§ Tidak dirancang untuk kondisi pembebanan yang ideal

Studi kelayakan harus menguji seluruh implikasi bahan bakar jangka panjang dan rencana pertumbuhan perusahaan. Harus dipertimbangkan seluruh faktor keuangan dan rekayasa. Karena plant boiler secara tradisional memiliki umur pakai lebih dari 25 tahun, penggantian harus dipelajari secara hati-hati.

 

BAB III

PERAWATAN BOILER

3.1 DAFTAR PERIKSA BOILER

Bagian ini melibatkan opsi-opsi paling umum untuk peningkatan efisiensi energi boiler.

3.1.1        Tugas berkala dan pemeriksaan bagian luar boiler

  1. Seluruh pintu masuk dan sambungan plat harus dijaga kedap udara dengan gasket yang efektif
  2.  Seluruh sistim sambungancerobong harus tertutup secara efektif dan diisolasi bila perlu
  3. Dinding boiler dan bagian-bagiannya harus diisolasi secara efektif. Apakah isolasi yang ada mencukupi? Jika dilakukan pengisolasian terhadap boiler, pipa-pipa dan silinder air panas beberapa tahun yang lalu, isolasi ini tentunya sudah terlalu tipis sekalipun isolasi terlihat dalam kondisi yang baik. Ingat, isolasi ini dipasang ketika harga bahan bakar masih rendah. Menambah ketebalan mungkin diperlukan.
  4. Pada ahir dari waktu pemanasan, boiler harus ditutup secara seksama, permukaan bagian dalam yang terbuka selama musim panas ditutupi dengan lembaran yang berisipkan desiccant. (Hanya dapat diterapkan terhadap boiler yang tidak beroperasi diantara musim pemanasan).

 

3.1.2        Boiler: Hal-hal lain untuk meningkatkan steam dan air panas boiler

§  Memeriksa secara teratur pembentukan kerak atau lumpur dalam tangki boiler atau memeriksa TDS air boiler setiap sift, namun tidak kurang dari sekali per hari. Kotoran dalam air boiler terkonsentrasi didalam boiler dan batasnya tergantung pada jenis boiler dan bebannya. Blowdown boiler harus diminimalkan, namun harus tetap menjaga kualitas airnya tetap pada batas yang benar. Memanfaatkan kembali panas dari air blowdown.

§  Pada steam boiler, apakah perlakuan air sudah cukup untuk mencegah foaming atau priming dan apakah penggunaan bahan kimianya tidak berlebih?

§  Untuk steam boiler: apakah pengendali ketinggian air beroperasi? Adanya pipa-pipa yang saling bersambungan dapat sangat membahayakan.

§  Apakah dilakukan pengecekan secara berkala terhadap kebocoran udara disekitar pintu pemeriksaan boiler, atau diantara boiler dan cerobong ? Yang pertama dapat menurunkan efisiensi, yang berikutnya dapat menggang sirkulasi dan dapat mendorong terjadinya pengembunan, korosi dan kotoran.

§  Kondisi pembakaran harus diperiksa dengan menggunakan alat analisis gas buang paling tidak dua kali per musim dan perbandingan bahan bakar/udara harus diset bil diperlukan.

§  Tempat yang dideteksi dan dikontrol harus diberi label yang efektif dan diperiksa secara teratur. Kunci pengaman harus memiliki penyetel ulang manual dan alarm.

§   Harus tersedia titik uji, atau alat indikator permanen harus dipasang pada burner untuk melihat kondisi operasi tekanan/suhu.       

§   Pada boiler yang berbahan bakar minyak atau gas, sebaiknya dibuat kotak sekering untuk kabel sistim sambungan yang dapat mematikan jika terjadi kebakaran atau panas yang berlebihan pada beberapa jalan lintasan yang dilewati karyawan; kotak sekering tersebut harus dipasang setinggi diatas tinggi kepala.

§   Fasilitas untuk mematikan dalam keadaan darurat ditempatkan pada pintu keluar ruang boiler.

§   Untuk mengurangi korosi, harus dijaga supaya terjadinya suhu air kondensat kembali yang jauh dibawah titik embun seminimal mungkin, terutamanya pada boiler berbahan bakar minyak dan batubara.

§  Pengguna bahan bakar yang sangat besar kemungkinan memiliki jembatan timbang sendiri sehingga dapat mengoperasikan pemeriksaan langsung terhadap pengiriman. Jika tidak ada jembatan timbang, penimbangan dapat dilakukan di jembatan timbang umum (atau ke pabrik sekitar yang memiliki jembatan timbang) hanya untuk pemeriksaan? Untuk pengiriman bahan bakar cair dapat dicek dengan tongkat pengukuir pada kendaraan.

§  Pada plant boiler, harus dipastikan bahwa bahan bakar yang digunakan sesuai dengan kebutuhan. Pada bahan bakar padat, kualitas atau ukuran yang benar adalah penting, dan kadar abu dan uap air harus direncanakan sejak awal oleh perancang pabrik. Pada bahan bakar minyak, harus dipastikan bahwa viskositas pada burner sudah benar, dan diperiksa juga suhu bahan bakar minyak.

§  Pemantauan terhadap penggunaan bahan bakar harus seteliti mungkin. Pengukuran terhadap persediaan bahan bakar harus realistik. Peralatan Energi

§  Pada burner minyak, sebaiknya diperiksa setiap bagiannya dan perbaiki. Nosel pada burner harus diganti secara teratur dan dibersihkan dengan hati-hati untuk mencegah kerusakan pada ujung burner.         

§  Prosedur pemeliharaan dan perbaikan harus ditinjau terutama untuk peralatan burner, peralatan pengendalian dan pemantauan

§  Pembersihan secara teratur permukaan perpindahan panas menjaga efisiensi pada tingkat yang setinggi mungkin.

§  Harus diyakinkan bahwa para operator boiler mengenal prosedur operasi terutama terhadap peralatan kendali yang baru.

§   Sebaiknya diteliti kemungkinan memanfaatkan kembali panas dari gas-gas yang keluar dari boiler? Alat penukar panas/ recuperators tersedia untuk hampir semua jenis dan ukuran boiler.

§  Tangki umpan dan header harus diperiksa untuk setiap kebocoran pada kran make up,isolasi yang benar atau kehilangan air dalam pengurasan

§  Pabrik pembuat alat kemungkinan telah memasang isolasi pada boiler plant. Apakah isolasi masih cukup untuk kondisi biaya bahan bakar saat ini? Diperiksa juga ketebalan optimumnya.

§  Jika jumlah steam yang dihasilkan terlalu besar, investasikan sebuah alat pengukur steam.

§  Ukur keluaran steam dan bahan bakar yang masuk. Perbandingan steam terhadap bahan bakar merupakan ukuran utama efisiensi pada boiler.

§   Gunakan sistim pemantauan yang disediakan: akan menampilkan berbagai tanda kerusakan..

§  Air umpan harus diperiksa secara teratur untuk kuantitas dan kemurnian.

§   Alat pengukur steam harus secara berkala terhadap kemungkinan kerusakan karena erosi pada lubang pengukuran atau pilot head. Harus diperhatikan bahwa pengukur steam hanya memberikan pembacaan yang benar pada tekanan steam yang sudah dikalibrasi. Kalibrasi ulang mungkin diperlukan.

§   Periksa seluruh pekerjaan pipa, sambungan-sambungan dan steam traps dari kebocoran,bahkan dalam ruang yang tidak dapat dimasuki sekalipun

§  Pipa-pipa yang tidak digunakan harus dipisahkan dan pipa-pipa yang berlebihan harus dikurangi

§  Harus ditunjuk seseorang untuk mengoperasikan dan memelihara setelah pemasangan yang harus diikutsertakan dalam spesifikasi pekerjaan.

§  Catatan dasar harus tersedia pada orang yang ditunjuk dalam bentuk gambar, perintah operasi dan pemeliharaan secara rinci.

§  Buku pencatat data harian harus mencatat secara rinci tentang perawatan yang dilakukan, pembacaan gas hasil pembakaran, konsumsi bahan bakar mingguan atau bulana n, dan keluhan-keluhan yang ada.

§  Harus dijaga agar tekanan steam tidak lebih dari yang dibutuhkan untuk pekerjaan. Bila beban bahan pada malam hari lebih kecil daripada beban pada siang hari, perlu dipertimbangkan pemasangan sebuah saklar tekanan untuk tekanan beragam dengan rentang yang lebih luas pada malam hari untuk mengurangi frekuensi matinya burner,atau membatasi laju maksimum pembakaran burner.

§  Diperiksa kebutuhan pemeliharaan boiler dalam kondisi standby – disini sering terjadi kehilangan panas yang tidak terduga. Boiler yang sedang tidak bekerja harus dijauhkan dari fluida dan gas.

§  Harus tersedia data harian yang baik untuk kegiatan ruang boiler sehingga kinerjanya dapat diukur terhadap target. Pemeriksaan pembakaran, dll. dengan instrumen portable,harus dilakukan secara reguler, kondisi beban  boiler seperti: persen CO2 pada nyala beban penuh/separuh, dll. Harus dicatat dalam buku data harian. Peralatan Energi Panas: Boiler & Pemanas Fluida Termis

§   Dilakukan pemeriksaan untuk meyakinkan bahwa fluktuasi beban yang parah tidak diakibatkan oleh pengoperasian alat pembantu yang tidak tepat dalam uang boiler,sebagai contoh, Kontrol ON/OFF untuk umpan, sistim pengatur umpan yang rusak atau rancangan header yang tidak benar.

§   Diperiksa dosis bahan aditif anti korosi pada sistim pemanasan air panas setiap tahun untuk melihat bahwa konsentrasinya masih tepat. dipastikan bahwa bahan aditif ini TIDAK tidak dimasukkan ke tangk i pemanas air panas domestik, karena hal ini akan mencemari air kran.

§  Dilakukan kemanfaatan kembali seluruh kondensat jika memungkinan didalam praktek dan jika memungkinkan mendapatkan penghematan.

 

3.2      Ruang boiler dan ruang plant

>  Pembukaan ventilasi harus dijaga agar bebas dan bersih sepanjang waktu dan area pembukaan harus diperiksa apakah sudah mencukupi.

>  Ruang plant jangan digunakan untuk tempat keperluan penyimpanan, untuk angin-angin atau pengeringan.

>  Apakah pemeliharaan pompa dan klep otomatis telah dilakukan sesuai dengan petunjuk pabrik pembuatnya?

>  Apakah unit pompa yang jalan dan standby bergantian kurang lebih sekali per bulan?

>  Apakah tersedia klep pengisolasi pompa?

>  Apakah disediakan titik uji tekanan/ panas dan/atau indikator pada setiap sisi pompa?

>  Apakah pada casings pompa disediakan fasilitas pelepasan udara? Apakah bagian yang bergerak (misal kopling) dilindungi?

>  Yakinkan bahwa ketelitian instrumen diperiksa secara teratur.

>   Periksa secara visual seluruh pekerjaan pipa dan klep dari berbagai kebocoran.

>  Periksa bahwa seluruh peralatan keamanan beroperasi secara efisien.

>  Periksa seluruh kontak listrik untuk melihat bahwa semuanya bersih dan aman.

>   Yakinkan bahwa seluruh instrumen tertutup dan pelindung keselamatan berada pada

>  tempatnya.Periksa seluruh alat sensor, yakinkan dalam kondisi bersih, tidak terhalangi dan tidak terbuka kearah kondisi yang perlu, sebagai contoh sensor suhu harus tidak terbuka ke cahaya matahari langsung, juga tidak ditempatkan dekat pipa panas at plant proses.

>  Yakinkan bahwa hanya karyawan resmi yang diperbolehkan masuk ke peralatan kendali.

>  Setiap bagian di plant harus beroperasi bila perlu sekali, dan sebaiknya dikendalikan secara otomatis.

>  Pengendalian waktu harus saling tersambung dan operasi seluruh plant sebaiknya otomatis.

> Pada pemasangan beberapa boiler, jauhkan boiler yang tidak diperlukan pada sisi air dan,jika aman dan memungkinkan, pada sisi gas. Yakinkan boiler-boler tersebut tidak dapat terbakar.

>   Pengisolasian sistim gas buang (untuk perlindungan) juga menurunkan kehilangan panas.

>  Pada pemasangan banyak boiler, kontrol kemajuan/keterlambatan harus memiliki fasilitas pergantian.

>  Bila memungkinkan, penurunan suhu operasi sistim harus dibuat menggunakan peralatan eksternal ke boiler dan dengan pengoperasian boiler dibawah kisaran suhu konstan yang normal.

3.3 Air dan steam

Ø  Air yang diumpankan ke boiler harus memenuhi spesifikasi yang diberikan oleh pabrik pembuatnya. Air harus bersih, tidak berwarna dan bebas dari kotoran yang tersuspensi.

Ø  Kesadahan nol. Maksimum 0,25 ppm CaCO3.

Ø  PH 8 hingga 10 memperlambat aksi atau korosi. pH kurang dari 7 mempercepat korosi dikarenakan aksi asam.

Ø  O2 terlarut kurang dari 0,02 mg/l. Adanya SO2 mengakibatkan korosi.

Ø  CO2 harus dijaga rendah. Keberadaannya dengan O2 menyebabkan korosi, terutama pada tembaga dan bearing dengan bahan campuran tembaga.

Ø  Air harus bebas dari minyak – hal ini akan menyebabkan priming.

3.4 Air boiler

a.       Air harus bersifat basa –dibawah 150 ppm CaCO3 dan diatas 50 ppm CaCO3 pada pH 8,3 –Nilai alkalinitas/kebasaannya harus lebih kecil dari 120.

b.      Padatan totalnya harus dijaga dibawah nilai dimana pencemaran steam menjadi berlebihan, untuk menghindari pendinginan berlebih dan bahaya pengendapan pada pemanasan berlebih, pipa saluran steam dan sistim penggerak.

c.       Posfat harus tidak lebih dari 25 ppm P2 O5.

d.      Kandunga silika pada air umpan make up harus kurang dari 40 ppm dalam air boiler dan 0,02 ppm dalam steam, sebagai SiO2. Jumlah yang besar dapat terbawa ke sudu-sudu turbin

3.5  Prosedur Blowdown (BD)

Prosedur konvensional dan yang dapat diterima untuk blowdown adalah sebagai berikut:

    1. Tutup kran air
    2. Buka kran pembuangan (supaya steam keluar dengan bebas)
    3. Tutup kran pembuangan
    4. Tutup kran steam
    5. Buka keran air
    6. Buka kran pembuangan (supaya steam keluar dengan bebas)
    7. Tutup kran pembuangan
    8. Buka kran steam
    9. Buka kemudian tutup kran pembuangan untuk akhir proses blowdown.Air yang pertama muncul biasanya mewakili air boiler. Jika airnya berwarna, harus dicari tahu penyebabnya.

 

DAFTAR PUSTAKA

Considine, Douglas M. Energy Technology Handbook. McGraw Hill Inc, New York. 1977.

Department of Coal Publications, Government of India. Fluidised Bed Coal-Fired Boilers

Peralatan Energi Panas: Boiler & Pemanas Fluida Termis

Techniques for Efficiency. 1985

www.warmstream.co.in/prod-em-thermic- fluid-heaters.html

www.bathtram.org/tfb/tT111.htm

www.spiraxsarco.com/learn                                                       

                                                                                   

 

Save

Save

Save

Save

Save

Hits: 8817