DAFTAR ISI
Halaman Judul BAB I : PENDAHULUAN ..................................................................................................
1
1.1 SEJARAH DAN PERKEMBANGAN BOILER ............................................................
1
1.2 PENGERTIAN ..............................................................................................................
3
1.3 JENIS BOILER ..............................................................................................................
4
1.3.1 Fire Tube Boiler .................................................................................................
4
1.3.2 Water Tube Boiler ...............................................................................................
5
1.3.3 Package Boiler (Boiler mini) ..............................................................................
6
1.3.4 Circulated Fluidized Bed (CFB) ..........................................................................
7
1.3.5 Atmospheric Fluidized Bed Combustion (AFBC) Boiler ......................................
9
1.3.6 Stoker Fired Boilers ............................................................................................ 10 1.3.7 Pulverize Fuel Boiler .......................................................................................... 12 1.3.8 Boiler Limbah Panas HRSG (Heat Recovery Steam Generator) .......................... 15
BAB II : BAGIAN-BAGIAN UTAMA BOILER ............................................................... 16 2.1 WATER & STEAM SYSTEM............................................................................................ 19 2.1.1 Steam Drum ........................................................................................................ 19 2.1.2 Superheater ........................................................................................................ 22 2.1.3 Reheater
........................................................................................................ 26
2.1.4 Economizer ........................................................................................................ 28 2.1.5 Downcomer ........................................................................................................ 29 2.1.6 Wall Tube/Riser (Pipa-Pipa Air)........................................................................... 30 2.1.7 Boiler Circulating Pump .................................................................................... 30 2.2 AIR & GAS SYSTEM ...................................................................................................... 32 2.2.1 FD Fan ............................................................................................................... 32 2.2.2 ID Fan ................................................................................................................ 34 2.2.3 PA Fan .............................................................................................................. 34 2.2.4 Air Heater
........................................................................................................ 34
2.2.5 Steam Coil Air Preheater .................................................................................... 37 2.2.6 Gas Recirculation Fan ........................................................................................ 37 2.3 FUEL & FIRING SYSTEM ............................................................................................. 38
2.3.1 Silo (Bunker) ....................................................................................................... 38 2.3.2 Coal Feeder (Pengumpan) ................................................................................... 39 2.3.3 Pulveriser/Mill .................................................................................................... 40 2.3.4 Burner
............................................................................................................ 42
2.4 FURNACE CLEANING SYSTEM ................................................................................... 43 2.5 ALAT BANTU LAINNYA ............................................................................................ 47 2.5.1 Safety Valve ........................................................................................................ 47 2.5.2 Valve ................................................................................................................. 48 2.5.3 Blowdown System (Steam Drum) ......................................................................... 53 2.5.4 Chemical Injection System (Steam Drum : Phospat Injection) ............................. 56
BAB III : SISTEM KERJA BOILER ................................................................................ 59 3.1 BOILER SYSTEM ............................................................................................................ 59 3.2 WATER & STEAM SYSTEM …. .................................................................................... 60 3.2.1 Water Steam
................................................................................................... 60
3.2.2 Steam System
................................................................................................... 65
3.3 AIR & GAS SYSTEM ................................................................................................... 66 3.3.1 Proses Pembakaran ............................................................................................. 66 3.3.2 Sirkulasi ............................................................................................................ 67 3.4 FUEL & FIRING SYSTEM ............................................................................................. 69 3.4.1 Coal ................................................................................................................... 69 3.4.2 Oil
................................................................................................................... 70
BAB IV : PEMELIHARAAN BOILER ............................................................................. 77 4.1 BOILER CLEANING
................................................................................................... 77
4.2 PEMBERSIHAN OUTSIDE BOILER (BOILER MINYAK) ........................................... 77 4.3 PEMBERSIHAN HP HEATER ...................................................................................... 82 4.4 EFISIENSI BOILER ....................................................................................................... 85 4.4.1 Metode Langsung ............................................................................................... 87 4.4.2 Metode Tidak Langsung ..................................................................................... 87
BAB V : PROTEKSI PADA SISTEM BOILER................................................................. 91 5.1 PROTEKSI METAL BOILER ........................................................................................ 91 5.1.1 Pembentukan Kerak ............................................................................................ 91
5.1.2 Korosi ............................................................................................................... 93 5.1.3 Pembentukan Deposit ......................................................................................... 94 5.1.4 Priming and Carry Over ..................................................................................... 94 5.1.5 Slagging & Fouling ............................................................................................ 96 5.2 PROTEKSI BOILER ...................................................................................................... 98 5.2.1 Drum Level Very Low ......................................................................................... 98 5.2.2 Drum Level High ................................................................................................ 98 5.2.3 Critical Flame Out .............................................................................................. 98 5.2.4 All Flame Loss ................................................................................................... 98 5.2.5 Hand Trip
................................................................................................... 99
5.2.6 Furnacew Pressure High .................................................................................... 99 5.2.7 Furnace Pressure Low ........................................................................................ 99 5.2.8 Reheat Protection ............................................................................................... 99 5.2.9 Both Force Draught Fan Stop ............................................................................. 99 5.2.10 Both Induce Draught Fan Stop............................................................................. 100 5.2.11 Both Primary Air Fan Stop .................................................................................. 100
BAB I PENDAHULUAN
1.1.
SEJARAH DAN PERKEMBANGAN BOILER
(b)
(a)
(c) Gambar 1.1 Perkembangan Boiler Boiler modern yang digunakan saat ini sudah berkembang dari boiler-boiler boiler di awal tahun 1800an. Boiler pada masa lalu pada umumnya sebuah bejana yang di isi air (Gambar 1.1 a) a). Untuk menambah luas permukaan pemansan, maka diperkenalkan dan dikembangkan ssistem dengan
Boiler
1
menggunakan pipa-pipa. pipa. Pada tahun 1825 boiler-boiler uap didesain agar memiliki sirkulasi yang lebih nyata ata dengan pipa penghubung luar (Gambar 1.1 b) dan pada 1856 Steven teven Wilcox dari perusahaan Babcox and Wilcox telah membuat boiler uap yang mempunyai mpunyai pipa pipa-pipa miring (sloped tubes) antara ruang-ruang ruang air di atas api (Gambar 1.1 c).
Gambar 1.2 Konstruksi Boiler (PLTU Gresik)
Boiler
2
Saat ini, boiler merupakan suatu bangunan kompleks yang memiliki banyak bagian dalam langkah-langkah langkah prosesnya untuk tujuan efisiensi. Sebagaimana desain-desain dari boiler yang telah dikembangkan selama bertahun-tahun, tahun, maka peraturan praktis berkembang pula. Hal ini meng mengarah kepada keperluan dan kebutuhan akan undang undang-undang undang dan peraturan yang jelas untuk peralatan dan kelengkapan boiler.. Antara lain sebagai berikut : a) Indikator tekanan drum (drum pressure gauge) b) Indikator permukaan air untuk steam drum c) Safety valve d) Boiler stop valve e) Test gauge connection (sambungan/fasilitas untuk tujuan tes) f) Indikator drum level low untuk steam drum
1.2.
PENGERTIAN
Gambar 1.3 Posisi Boiler Dalam Siklus PLTU
Boiler
3
Boiler adalah alat untuk menghasilkan uap/steam. uap/ Steam pada suhu dan tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mentransfer energi ke suatu proses. Steam adalah media yang efektif dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air dididihkan sampai menjadi steam, volumenya nya akan meningkat sekitar 1.600 kali, menghasi menghasilkan lkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelolaa dan dijaga dengan sangat baik karena ada resiko terjadinya tekanan berlebih. Dalam siklus PLTU, posisi boiler diperlihatkan dalam gambar 1.3 :
1.3.
JENIS BOILER
Secara prinsip kerja, macam-macam macam boiler antara lain : 1.
Fire Tube Boiler
2.
Water Tube Boiler
3.
Package Boiler (Boiler Mini) M
4.
Circulated Fluidized Bed (CFB)
5.
Atmospheric Fluidized Bed Combustion (AFBC) Boiler
6.
Stoker Fired Boilers
7.
Pulverized Fuel Boiler
8.
Boiler Limbah Panas (Heat Heat Recovery Steam Generator/HRSG)
1.3.1. Fire Tube Boiler
Gambar 1.4 Fire Tube Boiler
Boiler
4
Pada fire tube boiler,, gas panas melewati pipa-pipa pipa dan air umpan boiler ada didalam shell untuk dirubah menjadi steam. Fire Tube boiler boilerss biasanya digunakan untuk kapasitas steam yang relatif kecil dengan tekanan steam rendah sampai sedang. Sebagai pedoman, fire f tube boilers kompetitif untuk kecepatan steam sampai 12.000 kg/jam dengan tekanan sampai 18 kg/cm2. Fire Tube boilers dapat menggunakan unakan bahan bakar minyak bakar, gas atau bahan bakar padat dalam operasinya. Untuk alasan ekonomis, sebagian besar fire tube boilerss dikonstruksi sebagai “paket” boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua bahan bakar.
1.3.2. Water Tube Boiler
Gambar 1.5 Diagram Sederhana Water Tube Boiler
Pada water tube boiler,, air umpan boiler mengalir melalui pipa-pipa pipa masuk ke dalam 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 t boilers yang
Boiler
5
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 draught membantu untuk meningkatkan efisiensi pembakaran. pembakaran Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan air. Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi. 1.3.3. Package Boiler (Boiler Mini) ini)
Gambar 1.6 Paket Boiler 3 Pass, Bahan Bakar akar Minyak Disebut boiler paket sebab sudah tersedia sebagai paket yang lengkap. Pada saat dikirim ke pabrik, hanya memerlukan pipa steam, steam, pipa air, suplai bahan bakar dan sambungan listrik untuk dapat beroperasi. Package boiler biasanya merupakan tipe tip shell and tube dengan rancangan fire tube dengan transfer panas baik radiasi maupun konveksi yang tinggi. Ciri-ciri Ciri ciri dari package boilers adalah : Kecilnya ruang pembakaran dan tingginya panas yang dilepas menghasilkan penguapan yang lebih cepat. Banyaknyaa jumlah pipa yang berdiameter kecil membuatnya memiliki perpindahan panas
Boiler
konvektif yang baik. 6
Sistim forced atau induced draught dr menghasilkan efisiensi pembakaran yang baik.
Sejumlah lintasan/pass menghasilkan perpindahan panas keseluruhan yang lebih baik. Tingkat ingkat efisiensi thermisnya lebih tinggi dibandingkan dengan boiler lainnya.
Boiler tersebut dikelompokkan dikelompokk berdasarkan jumlah pass nya. Yaitu aitu 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 tube/pipa pipa api dan gas buangnya keluar dari belakang boiler. Dilingkungan PJB/PLN, boiler tipe ini hampir selalu ada di unit PLTU, yang dipergunakan sebagai penghasil steam untuk tujuan start-up up PLTU utama dan juga untuk uap ke desalination plant plant.
1.3.4. Circulated Fluidized Bed (CFB CFB)
Gambar 1.7 Circulated Fluidized Bed
Boiler
7
Pembakaran dengan circulated fluidized bed (CFB)) muncul sebagai alternatif yang memungkinkan dan memiliki kelebihan yang cukup berarti dibanding sistim pembakaran yang konvensional dan n memberikan banyak keuntungan. Yaitu 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 ucian pakaian, sekam padi & limbah pertanian lainnya. Boiler fluidized bed memiliki kisaran kapasitas antara 0.5 T/jam sampai lebih dari 100 T/jam. Bila udara atau gas yang terdistribusi secara merata dilewatkan ke atas melalui bed partikel padat seperti pasir yang disangga sangga oleh saringan halus, partikel tidak akan terganggu pada kecepatan yang rendah. Begitu kecepatan udaranya berangsur-angsur berangsur angsur naik, terbentuklah suatu keadaan dimana partikel tersuspensi dalam aliran udara – bed tersebut disebut “terfluidisasikan”. Dengan gan 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 ih dan terlihat seperti fluida “bed gelembung fluida/bubbling fluidized bed”. Pasir silica digunakan sebagai media pentransfer panas untuk mempertahankan ruang bakar. 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 (CFB)) berlangsung pada suhu sekitar 840OC hingga 950OC. 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 awanya partikel dalam jalur gas. Sedangkan lime stone (batu kapur) CaCO3 ditambahkan pada boiler CFB dengan tujuan mereduksi SOx. sesuai dengan reaksi kimia :
CaCo3 + O2 CaO + CO2 CaO + SO2 CaSO3
CaSO3 + ½ O2 CaSO4 (Gypsum)
Boiler
8
Emisi NOx juga diminimalisir dengan menggunakan anti NOx combustion system yaitu dengan cara mengendalikan temperatur ruang bakar boiler relatif rendah. NOx hanya akan terbentuk pada temperatur tinggi. Jadi kalau temperatur ruang bakar bisa dibuat rendah, maka NOx tidak akan terbentuk. Boiler CFB memiliki keunggulan sebagai berikut : a. Mampu membakar batubara dengan kualitas yang beragam. b. Mempunyai emisi NOx dan S SOx yang rendah dibandingkan dengan pulverized ulverized coal. c. Tidak memerlukan FGD (Flue Flue Gas Desulfurization) Desulfurization Namun demikian, boiler CFB mempunyai kekurangan sebagai berikut : a. Erosi pada pipa boiler,, karena abrasi dari butiran abu atau butiran batubara. b. Memerlukan pasir silica dan CaCO3 untuk operasional. c. Pengoperasian lebih rumit dibandingkan dengan pulverized boiler. PLN memiliki 2 PLTU tipe CFB,, yaitu : 1. PLTU Tarahan, Sumatera Selatan. Menghasilkan daya sebesar 2 x 100 MW yang dibangun pada tahun 2007. 2. PLTU Labuhan Angin, Sumatera Utara. Menghasilkan daya sebesar 2 x 125 MW yang dibangun pada tahun 2009. 1.3.5. Atmospheric Fluidized Bed Combustion (AFBC) Boiler
Boiler
9
Gambar 1.8 Prinsip Kerja AFBC Boiler AFBC hanya berupa shell boiler oiler konvensional biasa yang ditambah dengan sebuah fluidized bed combustor. Sistim seperti telah dipasang digabungkan dengan water tube ube boiler 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 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 superheater dari boiler lalu mengalir ke economizer,, ke pengumpul debu dan pemanas awal udara sebelum dibuang ke atmosfir.
1.3.6. Stoker Fired Boilers Stokerss diklasifikasikan menurut metode pengumpanan bahan bakar ke ke tungku dan oleh jenis grate nya. Klasifikasi utamanya adalah spreader Stoker dan chain-gate atau traveling-gate gate Stoker.
a. Spreader Stokers
Gambar 1.9 Spreader Stokers boiler
Boiler
10
Spreader Stokerss 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.
Grate Stoker b. Chain-Grate atau Traveling-Grate
Gambar 1.10 Traveling-grate Stoker boiler
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 mengendal mengendalikan kecepatan
Boiler
11
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. grate
1.3.7. Pulverize 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, minous, batubara digiling sampai menjadi bubuk halus, yang berukuran +300 micrometer (µ (µm) kurang dari 2 persen dan yang berukuran dibawah 75 microns sebesar 70-75 70 75 persen. Harus diperhatikan bahwa bubuk yang terlalu halus akan memboroskan energi penggilinga 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 nozzle zzle burner. Udara sekunder dan tersier dapat juga ditambahkan. Pembakaran berlangsung pada suhu dari 1300 1300-1700 °C, tergantung pada kualitas batubara. Waktu tinggal partikel dalam boiler biasanya 2 hingga 5 detik, dan partikel harus cukupp kecil untuk pembakaran yang sempurna. Sistim 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. Pada pulverize ulverize boiler, sistem pembakaran ran dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu : 1. Tangential Burner 2. Front and Rear Burner
Boiler
12
a. Tangential Burner Burner
Burner
Pola pembakaran api membentuk suatu pusaran berputar (tangensial)
Burner
Burner
Gambar 1.11 Pembakaran Tangensial Pada Pulverized Boiler
Gambar 1.12 Bagian-Bagian Pada Burner
Boiler
13
Pembakaran tangensial adalah pembakaran yang menggunakan empat buah titik pembakaran dari masing-masing masing sudut untuk menciptakan bola api pada pusat furnace furnace. Dimana pada masing-masing masing sudut memiliki titik pembakaran atau burner yang bertingkat. Secondary air merupakan saluran pembawa udara pembakaran. Coal nozzle adalah saluran pembawa batubara yang dibawa oleh PA fan (primary air fan) dari Pulverizer/coal coal mil mill. Pembakaran tangential memiliki kelebihan mampu membakar secara cepat, pembakaran lebih sempurna kaena api yang memusat sehingga efektifitas pembakarannya bagus. Namun memiliki kekurangan yaitu setting sudut pembakaran yang sulit. Apabila setting tidak tepat, epat, maka tidak dapat membentuk konsentris.
b.
Front and Rear Burner Front and rear burner adalah boiler yang menggunakan 2 sisi pembakaran yang
berhadapan. Dibandingkan tipe tangensial, jenis ini lebih mudah dalam hal setting atau dengan kata lain toleransi sudut pembakarannya lebih besar. Selain itu, lebih mudah di dimaintenance. Namun dari segi kualitas pembakaran, masih dibawah tangential burner.
Boiler
14
Gambar 1.13 Front and Rear Burner 1.3.8. Boiler Limbah Panas HRSG (Heat ( Recovery Steam Generator) 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 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. HRSG ini banyak digunakan di PLTGU (Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap) yang memanfaatkan panas dari sisa gas buang gas turbine. Beberapa pembangkit PLN yang menggunakan PLTGU antara lain PLTGU Gresik, Muarakarang dan Muaratawar.
Gambar 1.14 Sistem Kerja Boiler Limbah Panas
Boiler
15
BAB II BAGIAN-BAGIAN BAGIAN UTAMA BOILER
Gambar 2.1 Layout Unit PLTU Secara umum, sistem pada Boiler dapat dibedakan menjadi : •
Sistem air umpan dan uap (water water and steam system) Water system menyediakan air untuk Boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai valve disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan. Steam system mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluru keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan valve dan dipantau dengan alat pemantau tekanan.
•
Sistem udara dan gas (air and gas system) Air and gas system menyediakan udara sebagai suplai untuk pembakaran serta membuang gas hasil pembakaran.
•
Sistem bahan bakar pembakaran (fuel ( and firing system)
Boiler
16
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. Bagian-bagian pada Boiler diperlihatkan dalam gambar berikut ini :
Boiler
Gambar 2.2 Bagian-Bagian Boiler 17
Gambar 2.3 Piping System Boiler
Boiler
18
2.1.
WATER & STEAM SYSTEM
2.1.1. Steam Drum
Gambar 2.4 Steam Drum
Steam drum adalah dalah suatu alat yang digunakan untuk menampung air yang berasal dari economizer untuk dipanaskan dengan metode siklus air natural yakni air akan bersirkulasi akibat adanya perbedaan berat jenis (sirkulasi alamiah) dimana air yang temperaturnya lebih rendah akan turun dan air yang temperaturnya tinggi akan naik ke drum sambil melepaskan an uapnya untuk dipisahkan antara uap dan airnya nya pada peralatan separator dan dryer.
Boiler
19
STEAM OUTLET
SECONDARY SEPARATOR
FEED WATER INLET
DRYER
RISER TUBES
BAFFLE PLATES
PRIMARY PRIMARYY
SEPARATOR SEPARATOR DOWNCOMER
Gambar 2.5 Bagian-Bagian Steam Drum
Bagian-bagian dari steam drum adalah sebagai berikut : a. Feed Inlet Water Feed inlet water berfungsi sebagai saluran untuk memasukkan air dari economizer. Setiap saluran air pengisi dihubungkan ke suatu pipa pembagi di bagian dalam drum yang mempunyai
sederetan
lubang-lubang lubang
kecil
sepanjang
drum,,
sehingga
dapat
mendistribusikan air pengisi merata mera sepanjang Drum. b. Riser Tubes Riser tubes merupakan saluran untuk memasukkan water and steam yang berasal dari wall tube.. Terdapat banyak saluran masuk merata sepanjang drum. c. Baffle Plates Baffle plates berfungsi erfungsi untuk memadu campuran air dan uap dari pipa pipa-pipa riser ke separator.. Pada saat yang sama, ia menahan air dalam drum agar bebas dari gangguan yang disebabkan oleh gelembung gelembung-gelembung uap.
Boiler
20
d. Primary and Secondary Separator Laju penguapan persatuan luas permukaan air dalam drum saat ini terlalu berat kalau hanya dilakukan dengan pemisahan secara gravitasi. Oleh karena itu, digunakan separator jenis cyclone untuk memenuhi 2 tujuan, yaitu : •
Memasok uap yang bebas air untuk superheater
•
Memasok air bebas uap ke pipa downcomer
Gambar 2.6 Cyclone Separator
Separator jenis cyclone mungkin mempunyai sumbu horizontal atau vertical vertical. Vertical separator ditunjukkan dalam gambar 2.5. Air dilempar keluar dan dikembalikan ke dalam genangan air dalam drum,, sedang uap air diambil dari ujung separator dan dibebaskan ke bagian atas drum di atas permukaan air. Keefektifan dari separator tergantung pada kerapatan relatif dari uap dan air,, penurunan tekanan yang tersedia untuk mendorong campuran melalui separator, separator jumlah relatif air dalam campuran dan jumlah total campuran. Pada tekanan yang lebih rendah, pemisahan air dari uap relatif lebih sederhana karena perbedaan kerapatan yang besar. Gaya yang diperlukan untuk melepaskan ikatan vertik vertikal air dari uap perlu dihubungkan dengan ti tinggi sirkulasi (Circulating head)) yang tersedia. Pada ketel uap sirkulasi alamiah, perbedaan tekanan ((head)) yang tersedia diciptakan oleh perbedaan kerapatan dari fluida yang disirkulasikan dalam sirkuit pipa downcomer dan pipa
Boiler
21
riser.. Dengan ketel uap sirkulasi sirk bantu, perbedaan tekanan (head)) yang tersedia ditentukan oleh pompa sirkulasi. e. Dryer Dryer (pengering) digunakan sebagai pemisah tingkat kedua untuk membebaskan hampir semua air dari uap sebelum dialirkan ke superheater. Suatu pengering terdiri dari lempengan baja berbentuk V atau W yang dijajar secara berapatan, dengan uap mengalir antara lempengan membuat satu atau lebih perubahan arah yang tejam dan melempar partikel air yang lebih berat untuk kontak dengan lempenganlempengan lempengan tersebut. Air turun di atas lempengan ke sisi bawah pengering dan dikembalikan ke air ketel. Kecepatan dari uap pada pengering tidak boleh terlalu tinggi atau akan terjadi resiko masuknya kembali air yang telah melekat pada lempengan dan pengering akan melebihi beban. Tipikal ipikal kecepatannya kira-kira kira 0,105 m/s pada 170 kg/cm2 dan 0,20 m/s pada 62 kg/cm2 tekanan drum.
2.1.2. Superheater
FLUE GAS OUT
FLUE GAS IN
Secondary Super Superheater
Primary Superheater heater
Desuperheater (Spray Attemperator)
Gambar 2.7 Superheater
dalah suatu alat yang digunakan untuk untuk memanaskan lanjut uap saturated (uap Superheater adalah jenuh) sampai dihasilkan uap yang benar – benar kering (steam super heat). ). Adapun maksud dari dibuatkannya uap kering adalah supaya sudu – sudu turbin tidak terkikis oleh eh butiran – butiran air
Boiler
22
(sudu turbin rusak). Bentuk dari superheater super ditunjukkan pada gambar 2.6. Pada umumnya umumn susunan pemanas uap lanjut (steam superheater heater) ini dibuat bertingkat yakni Primary superheater heater, Secondary superheater dan final superheater heater adalah dengan an maksud untuk memudahkan pengontrolan temperatur keluarannya dengan menggunakan menggu cara dispray dengan air (Desuper superheater) yang berasal dari BFP (Boiler Feed Pump). Pump Adapun sirkit pemanasan pada superheater heater seperti pada gambar 2.7. Superheater dapat apat dibedakan menjadi 2 sesuai dengan posisi pada furnace furnace. Dimana posisi tersebut akan menentukan tingkat temperatur. Desuper Desuperheater
BFP (Spray Attemperator) Primary
Super Superheater
Secondary Superheater
HP TURBIN
STEAM DRUM
BFP
Desuper Desuperheater (Spray Attemperator)
Gambar 2.8 Sirkit Superheater
FURNACE
a. Superheater Tipe Platen
Gambar 2.9 Superheater Platen
Boiler
23
Superheater ini terdiri dari sejumlah pipa-pipa pipa pipa tersusun rapat yang dilas satu terhadap yang lain sehingga terjadi kontak singgung untuk membentuk “platen” bagian rata. Platen Platenplaten ini digantung pada bagian atas ruang bakar dengan permukaan paralel terhadap aliran gas dan jarak elemen-elemen elemen yang berkesebelahan paling sedikit selebar 610 mm. timbul resiko pengendapan (deposit) kerak (deposited) pada pipa, tetapi dengan jarak 610 mm, tidak mungkin endapan tersebut akan menghubungkan celah antara deretan elemen. Superheater tipe platen memanfaatkan komponen panas radiasi gas asap sebelum gas tersebut meninggalkan daerah ruang bakar masuk ke daerah konveksi. Bagaimanapun harus terjadi pembakaran yang sempurna sebelum bas masuk superheater platen, atau dengan kata lain tidak boleh ada penyalaan api pada titik ini. Gas asap tersebut mempunyai perimbangan energi panas radiasi yang masih cukup tinggi meskipun pancaran (emissivity) sebagian besar jenis ini tidak bercahaya (non-luminous). luminous). Hal ini merupakan alasan untuk suatu sua jarak-bagi bagi elemen yang lebar mengingat makin tipis lapisan gas antara elemen makin rendah pancaran (radiasi). Aliran uap yang melalui platen adalah parallel terhadap aliran gas. Atau dengan kata lain, pipa-pipa pipa pipa yang menghadap ke gas yang paling panas dipasok pasok dengan uap paling dingin. Hal ini membantu untuk menjaga temperature logam pipa turun ke tingkat yang dapat diterima dengan memberikan pengaruh pendinginan secara maksimum. b. Superheater Konveksi
Boiler
Gambar 2.10 Superheater Konveksi 24
Superheater ini diletakkan dalam lautan gas dan memanfaatkan panas konveksi. Ia biasanya dibagi menjadi dua bagian, Primary/pertama /pertama (temperature yang lebih rendah), dan Secondary/kedua /kedua (temperature lebih tinggi). Laju perpindahan panas dalam zona konveksi tidak lagi secara luas diatur oleh pancaran (emissivity), tetapi tergantung pada :
Temperature gas atau asap. Temperature gas atau asap atau lebih tepatnya, derajat naik turun potensial yang terjadi antara uap panas dan uap dingin dengan logam pipa yang menjadi perantara kedua fluida tersebut.
Kecepatan gas Kecepatan
gas
adalah
laju
perpindahan panas
bertambah
dengan
bertambahnya aliran massa dan untuk memberikan perpindahan panas tipe konveksi yang bagus, gas harus secara nyata menumbuk pada, atau menentuy permukaan pipa. Oleh karena itu, diperlukan suatu turbulensi tingkat tinggi dalam zona konveksi. Harus ditekankan bahwa masih terdapat pancaran tidak bercahaya untuk tujuan perppindahan panas. Tetapi, perimbangan berkurang begitu gas mengalir melalui zona konveksi. Superheater kedua biasanya terletak dekat saluran keluar ruang bakar, tetapi dilindungi terhadap radiasi yang kuat dari zona pembakaran oleh hidung dinding air.. Bagian ini biasanya merupakan tipe pendant (tergantung). Superheat tipe pendant mempunyai mempunyai beberapa keuntungan dan menjadi lebih nyata pada ketel uap yang lebih besar. Penopangnya secara mudah disusun diluar aliran gas, biasanya dalam ruang mati di atas atap ketel uap. Elemen-elemennya elemennya ditahan pada posisinya karena beratnya sendiri. Teta Tetapi pada keadaan tertentu ia bebas untuk berayun dan gerakan ini memberikan suatu derajat kemampuan untuk membersihkan dirinya sendiri (gerakannya seringkali sangat nyata dalam super superheater platen yang konstruksinya juga menggantung). Pada waktu yang lalu terasa terasa ada kesulitan terhadap kemungkinan terjadinya kondensasi yang terjadi dalam superheater gantung selama shutdown (stop), dalam kenyataan, jika hal ini terjadi hanya sedikit kesulitan yang dihadapi karena air mendidih secara cepat-cepat cepat tanpa sisa saat pipa menjadi panas ketika pembakaran dimulai. Kenyataanya, tidak ada masalah besar yang tejadi ; meskipun usai dilakukan tes hidrolis ketel uap dimana semua elemen gantung penuh dengan air.. Selama laju kenaikan tekanan dan temperature pada keteluap bertambah bertambah secara normal, dan dilakukan observasi yang cermat terhadap temperature metal. Superheater Super pertama diletakkan jauh di belakang zona konveksi,
Boiler
25
sehingga ia dipasok oleh gas yang lebih dingin karena superheater pertama seringkali diletakkan pada bagian laluan gas dimana gas mengalir secara vertical ke bawah, maka sering digunakan superheater tipe selft draiming yang horizontal oleh karena gas mengalir tegak lurus terhadap pipa, maka memungkinkan terjadinya turbulensi turbulensi yang paling baik dan memberikan laju perpindahan panas yang maksimum. Penyangga elemen-elemen elemen horizontal tidak akan menjadi persoalan yang berarti karena hanya berhadapan dengan temperature gas yang rendah. Tingkat berikut dari superheater yang kedua dan pertama mempunyai elemen yang berjarak bagi lebih dekat. Hal ini memberikan penukaran pemanasan yang lebih besar dalam suatu volume saluran gas yang tersedia dan membantu mempertahankan kecepatan gas asap, yang akan menjadi lebih pelan karena volume gas menjadi lebih kecil dengan turunnya temperature. Hal ini dimungkinkan dilakukannya pengurangan ruangan yang progresif karena temperature dari abu yang masuk turun dan konsekuensinya resiko untuk melekat pada pipa pipa-pipa pipa menjadi berkurang sekali dibandingkan an dengan yang terjadi dalam zona pendant. Tingkat pertama dari superheater super biasanya adalah rancangan aliran berlawanan (counter flow) atau tidak ada persoalan metalurgis yang terjadi pada tingkat jalur ini, agar diperoleh efisiensi perpindahan panas yang maksimum.
2.1.3. Reheater
Gambar 2.11 Letak reheater Reheater adalah suatu alat yang ya digunakan untuk memanaskan (menaikan (menaikan) kembali temperatur uap super heater setelah melakukan kerja memutar sudu turbin sisi tekanan tinggi (turbin high pressure). ). Uap super heat yang bertekanan 166 Kg/cm² dan bertemperatur 535°c ini,
Boiler
26
setelah memutar sudu turbin rbin HP maka tekanannya hanya tinggal 31 Kg/cm² dan temperaturnya 314°c. Uap bekas turbin HP tersebut telah kehilangan energi panasnya, untuk memperoleh energi panasnya kembali maka dilakukan perlakuan reheater re sehingga uap tersebutt memperoleh panasnya kembali (temperatur temperatur : 536°c dan tekanan : 31 Kg/cm²) untuk memutar sudu turbin IP yang kemudian diteruskan ke sudu turbin LP. Rancangan reheater mengikuti prinsip dasar yang sama dengan yang diberikan pada superheater. Bagian reheater dapat diletakkan di sembarang tempat dalam ketel tetap lokasi yang tepat tergantung pada bagaimana perancang ketel uap menyusun keseimbangan perpindahan panas secara keseluruhan. Tetapi harus diingat bahwa dibawah kondisi operasi normal sebuah re reheater menerima nerima kondisi yang berat seperti superheater. Selama proses penaikan tekanan, kondisi mungkin lebih kritis mengingat pasokan uap pendingin untuk reheater ditentukan oleh beban turbin. Sedangkan untun superheater heater, pasokan uap pendingin dapat diberikan dengan ngan mengoperasikan drain (saluran buang). Karena pertimbangan seperti ini, reheater re kedua seringkali diletakkan dalam laluan gas segera setelah superheater kedua. Utnuk mencapai temperature uap keluar yang tinggi yang dibutuhkan perancang turbin, aliran uap reheater harus benar-benar benar berlawanan arah (counter flow). Dalam beberapa rancangan ketel uap dengan ruang bakar kembar atau terpisah, re reheater kedua diletakkan dalam satu ruang bakar, sedangkan superheater kedua di ruang bakar yang lain.
Gambar 2.12 T-S Diagram Reheater
Boiler
27
a) 1-2 Proses ekspansi steam turbin. Terjadi penurunan temperature dan tekanan. b) 2-3 Proses reheater.. Terjadi kenaikan temperatur dan entropy pada tekanan tetap. Steam mengalami kenaikan temperature dan entropy yang didapatkan dari panas flue gas. c) 3-4 Proses ekspansi steam turbine. Terjadi penurunan temperature dan tekanan. Fase steam berubah menjadi uap basah. d) 4-5 Proses kondensasi pada kondensor. Terjadi penurunan entropy pada temperature tetap. Fase uap basah berubah menjadi saturated vapor (cair (cai jenuh). e) 5-6 Proses pemompaan dengan condensate Pump.. Terjadi kenaikan temperature dan tekanan. Semua saturated vapor berubah menjadi cair. f) 6-1 Proses pemanasan pada furnace. furnace. Air dipanaskan secara bertahap mulai dari steam drum, downcomer, wall tube dan superheater s untuk mengubah fase cair menjadi superheated steam. g) Kembali ke proses awal Oleh karena itu, “ruang bakar panas lanjut” itu digunakan untuk menaikkan tekanan sehingga mencegah persoalan temperature logam dari reheater re secara keseluruhan. Reheater Re pertama biasanya diletakkan segera sebelum saluran gas masuk economizer.. Ia adalah tipe membuang air sendiri yang horizontal, horizontal, yang disusun untuk pemindah panas aliran counter flow. 2.1.4. Economizer FIN
INLET WATER
OUTLET GAS FLOW INLET GAS FLOW
OUTLET WATER
Gambar 2.13 Econimizer
Boiler
28
Economizer adalah alat yang berfungsi b untuk memanaskan air setelah melewati High Pressure Heater.Pemanasan .Pemanasan dilakukan dengan memanfaatkan panas dari flue gas yang merupakan sisa dari pembakaran dalam furnace. furnace Temperatur air yang keluar dari Economizer harus dibawah temperatur jenuhnya untuk mencegah terjadinya boiling dalam Economizer.Karena .Karena perpindahan panas yang terjadi dalam Economizer merupakan konveksi, maka menaikkan luas ppermukaan akan mempermudah perpindahan panas ke air.Inilah sebabnya mengapa desain pipa Economizer dibuat bertingkat . Keuntungan: •
Meningkatkan efisiensi unit karena dengan memanfaatkan kalor flue gas untuk memanaskan air,, dapat mengurangi kebutuhan kalor yang y besar untuk pemanasan air sampai terbentuk uap kering pada Superheater.
•
Biaya Operasi lebih ekonomis karena jumlah bahan bakar untuk pemanasan pada Superheater menjadi lebih sedikit.
•
Maintenance Cost dapat dihemat karena dengan adanya Economizer,, thermal shock pada pipa Boiler dapat dihindari.
Kerugian : •
Desain pipa yang bertingkat akan menimbulkan masalah abu, terutama bila batubara yang digunakan kadar abunya tinggi..
2.1.5. Downcomer
Boiler
Saturated Steam
Gambar 2.14 Downcomer 29
Merupakan saluran air dari Steam Drum ke Header yang berada di bawah ruang bbakar dimana dari header, butir–butir air panas akan dipanaskan melalui pipa–pipa pipa yang tersusun di dinding furnace. Aliran tersebut dapat dialirkan secara alami atau paksa(bantuan pompa) tergantung dari konstruksi boiler.
2.1.6. Wall tube/ Riser (Pipa-Pipa Pipa Air) Wall tube merupakan susunan pipa pipa-pipa pipa yang berada pada sisi dinding sepanjang furnace. Bertujuan agar terjadi perpindahan panas dari ruang bakar ke water.. Dimana dalam wall tube, sebagian water akan berubah menjadi steam. Pipa-pipa Pipa air memperoleh air dari header bagian bawah ruang bakar. Pipa-pipa pipa header tersebut diisi oleh downcomer yang mengalirkan air dari Drum,, turun ke bawah melalui bagian luar dari ketel dan mengisi header bawah. Karena itu selama adanya pembakaran, air dari pipa-pipa pipa naik ke dalam Drum melalui wall tube dan air yang lebih dingin dari Drum turun ke bawah melalui downcomer, mengisi pipa-pipa air.. Letak wall tube terlihat pada gambar 2.3.
Wall Tube
Gambar 2.15 Wall tube
2.1.7. Boiler Circulating Pump Boiler Circulating Pump berfungsi untuk membantu mengalirkan air dari downcomer menuju wall tube.. Pompa ini merupakam jenis sentrifugal yang digerakkan oleh motor listrik. Pompa menggunakan water sebagai media pendingin.
Boiler
30
Penggunaan pompa sirkulasi bantu memiliki keuntungan sebagai berikut : a. Dapat menggunakan pipa-pipa pipa yang diameternya lebih kecil dengan dengan material yang sedikit lebih tipis dibandingkan Boiler dengan sirkulasi alamiah. b. Aliran ke kelompok pipa-pipa pipa ataupun masing-masing masing masing pipa dapat diatur dengan penggunaan pelat berlubang (orifice) dengan ukuran yang tepat. Hal ini memungkinkan desain yang memiliki aliran lebih tinggi untuk zona-zona zona zona dengan laju perpindahan panas yang tinggi dan laju aliran yang lebih rendah untuk zona-zona zona zona perpindahan panas dalam bagian Boiler yang lebih tinggi. Namun, memiliki beberapa kerugian antara lain : a. Biaya untuk penyediaan dan pemeliharaan pompa sirkulasi b. Perlu ditambah instrumentasi dan pengatur (control) yang teliti untuk perlindungan terhadap konsekuensi dari kegagalan instalasi pompanya. c. Memerlukan daya listrik karena pompa beroperasi secara kontinyu.
Boiler
Gambar 2.16 Boiler Circulating Pump dan bagian-bagiannya bagiannya 31
2.2.
AIR & GAS SYSTEM
Gambar 2.17 Siklus Air and Gas System 2.2.1. FD Fan
Gambar 2.18 FD Fan Tipe Aksial
FD Fan atau yang ang disebut juga dengan kipas tekan paksa adalah merupakan suatu alat yang digunakan untuk memasok atau mensupply udara bakar yang akan digunakan untuk proses pembakaran pada ruang bakar. Kipas ini terdiri dari sebuah fan dan digerakan oleh motor, dan
Boiler
32
untukk setiap unit biasanya terdiri dari dua buah fan dan termasuk jenis aksial fan. FD fan menyuplai 50 % kebutuhan udara pembakaran. Udara untuk pembakaran didorong oleh FD Fan (Force Draught Fan). FD Fan biasanya terletak di lantai dasar dimana terdapat pondasi pondasi penyangga yang baik. Beberapa instalasi pembangkit listrik memiliki FD Fan yang ditempatkan pada bagian atas boiler,, akan tetapi hal ini tidak biasa (desain ICL). Biasanya digunakan 2 buah FD Fan. Jumlah udara yang dikeluakan oleh Fan tersebut dokendalikan ikan oleh 2 metode dasar (controlled by two basic methods) : a. Pengendalian sudu (vane control), dimana udara ditarik kedalam melalui masing-masing masing sisi fan dan pembukaan/penutupan sudu atur tersebut mengontrol aliran udara yang masuk. b. Pengendalian kecepatan (speed control). Tipe yang paling umum untuk pengendalian kecepatan adalah dua kecepatan, kecepatan tinggi untuk keadaan beban penuh normal dan kecepatan rendah untuk start up dan beban rendah. Tipe lain dari pengendalian kecepatan adalah merubah-rubah kecepatan cepatan (variable speed) fan yang mempunyai control kecepatan atas daerah kecepatan fan. Metode yang banyak digunakan adalah pengendalian dua tingkat kecepatan dan pengendalian sudu. Udara dari FD fan mengalir melalui damper keluaran FD fan dan masuk ke da dalam pemanas udara, yang memanaskan udara dari temperature lingkungan menjadi sekitar 2800C. udara dari air heater digunakan dalam dua (2) bentuk yaitu dinamakan udara primer ((Primary air) dan udara sekunder (Secondary Secondary air). Udara primer dialirkan melalui mill dan digunakan dan digunakan untuk membawa batubara bubuk (pulverized fuel) ke boiler. boiler. Selain itu, juga digunakan sebagai media pengering batu bara di dalam mill. Udara primer diperhitungkan sekitar 30 % dari total jumlah udara untuk pembakaran. Udara sekunder adalah udara yang dicatu ke Boiler untuk pembakaran dan untuk yang lain yang besarnya sekitar 70 %. Udara masuk ke dalam kotak angin (windbox) pada bagian depan boiler.. Udara sekunder menuju burner dapat dibatasi dengan dengan dua (2) cara, yaitu Dengan sleeve damper tingkap yang mencakup tiap-tiap tiap tiap vane udara sekunder burner.
Dengan dumper-dumper dumper udara sekunder yang membatasi deretan burner pada damper udara sekunder untuk satu kelompok burner-burner burner burner yang dihubungkan dengan satu mill.
Boiler
33
2.2.2. ID Fan ID fan digunakan khusus untuk Boiler negative pressure. Yaitu dimana tekanan dalam Boiler lebih rendah dari pada tekanan udara luar (atmosfir). ID Fan adalah fan yang berguna untuk membuat vakum pada Boiler sehingga laju aliran flue gas pada Boiler menjadi lancar. ID fan menghisap gas pembakaran mulai dari furnace, melewati air heater dan precipitator hingga menuju stack (cerobong). Pengaturan aliran pada ID fan seperti pada FD fan.
Gambar 2.19 ID Fan
2.2.3. PA Fan PA Fan hanya digunakan pada Boiler yang menggunakan bahan bakar batubara. Berfungsi sebagai penghasil udara primer (Primary Primary Air)) yang digunakan sebagai udara pengangkut serbuk batubara dari Pulverizer/Mill menuju Burner untuk dibakar di furnace. PA fan menyuplai 25% udara pembakaran. Dimana udara yang dihembuskan oleh PA fan adalah hot air yang didapatkan dari udara yang sebelumnya telah dipanaskan di air heater.. Berfungsi untuk mengeringkan batubara sehingga lebih mudah terbakar.
2.2.4. Air Heater Air Heater (Pemanas Udara) adalah alat yang berfungsi sebagai pemanas udara primary dan secondary di boiler. Air heater merupakan tempat perpindahan panas yang besar didalam jalur udara dan gas buang dari boiler. Media pemanas yang digunakan adalah gas buang (flue ga gas) hasil pembakaran di Boiler sebelum dibuang ke stack melalui Induced Draft Fan. Gas buang hasil
Boiler
34
pembakaran di Boiler masih memiliki panas yang cukup tinggi (sekitar 380oC) sehingga panasnya dapat dimanfaatkan sebagai pemanas udara. Dengan digunakannya gas gas buang sebagai pemanas di air heater maka efisiensi unit bertambah baik karena tidak membutuhkan tambahan bahan bakar untuk memanaskan air heater.. Selain itu juga temperatur gas buang yang dikeluarkan oleh stack menjadi rendah.
Gambar 2.20 Air Heater
Hampir semua pemanas udara pada unit pembangkit modern adalah jenis regenerative yang merupakan kebalikan dari recuperative. Karena menggunakan air heater tipe regenerative berarti menghemat tempat. Air heater recuperative adalah jenis air heater yang terdiri iri dari pipa pipa-pipa dimana gas atau udara mengalir di dalam pipa. Air heater regenerative sebagaimana diperlihatkan pada gambar 2.24, terdiri dari susunan element. Element-element Element element tersebut digunaklan sebagai pemindah panas. Terdapat dua jenis dasar yaitu : a. Susunan (pack) elemen tetap diam dan sedang tutup/tudungnya yang mengalirkan udara melalui susunan elemen berputar. b. Susunan (pack) elemennya yang berputar sedangkan tutupnya tetap diam. Masalah dalam airheater dapat terjadi apabila gas gas-gas buang memiliki temperature emperature yang relative dingin, yaitu pada start up dengan pembakar minyak (oil burners). Jika penyalaan pada pembakaran minyak tidak sempurna, maka minyak bisa terkumpul dan menempel pada elemen air heater yang pada akhirnya mengakibatkan kebakaran. Selain Selain itu, permasalahan yang sering timbul
Boiler
35
yaitu buntunya airheater.. Disebabkan karena endapan flue gas yang mengalir. Hal tersebut sangat berbahaya karena dapat menyebabkan kebakaran air heater.Dalam .Dalam pengoperasian air heater temperatur gas dapat dipertahankann dengan dua cara yaitu : a. Damper bypass udara (air bypass dampers) dampers Damper-damper damper bypass udara ini mengalirkan udara sebelum melalui air heater sehingga sedikit udara yang melewati air heater,, dengan demikian temperature gas dapat dipertahankan tetap tinggi. b. Damper bypass economizer (economizer bypass dumper)) atau dalam desain lain disebut hot gas taps Damper ini menyalurkan gas panas dari bagian atas economizer dan mengalirkan ke air heater. Sebagian gas mengalir kembali ke economizer. Dengan demikian akan menaikkan temperature gas. Agar tidak terjadi korosi, maka temperature gas keluar dipertahankan diatah 1100C. Air Heater terdiri dari 3 jenis yaitu Primary Air Heater (PAH), Secondary Air Heater (SAH), dan Steam Coil Air Heater (SCAH). •
Primary Air Heater merupakan pemanas udara yang digunakan sebagai pemanas udara primer dimana fungsi udara primer adalah membawa batubara yang telah digerus di Pulverizer ke ruang bakar.
•
Secondary Air Heater merupakan pemanas udara sekunder dimana fungsi udara sekund sekunder adalah sebagai udara pembakaran di ruang bakar. Sedangkan Steam Coil Air Heater adalah pemanas awal (preheat) udara sebelum masuk ke Primary Air Heater dan Secondary Air Heater.
•
Berbeda dengan Primary Air Heater dan Secondary Air Heater,, Steam Coil Air Heater tidak menggunakan gas buang sebagai media pemanasnya akan tetapi menggunakan Auxiliary Steam.
Boiler
36
2.2.5. Steam Coil Air Preheater
Gambar 2.21 Steam coil air preheater
dalah suatu alat yang digunakan untuk memasok udara perapat ke Steam coil air preheater adalah suatu peralatan yang membutuhkan perapat perapat udara semisalgun burner (alat pembakaran), sootblower (alat pembersih jelaga), pipe hole (lubang pengintai api). api). Hal ini dimaksudkan untuk menjaga supaya gas panas yang ada didalam Boiler tidak sampai keluar sehinggaa kerugian akibat kehilangan panas yang timbul dapat dikurangi.
2.2.6. Gas ReCirculating Fan Reheater
Gas
Recirculating
Furnace
Gambar 2.22 Aliran Gas ReCirculating Fan
Boiler
37
Gas reCirculating fan adalah dalah suatu alat yang digunakan untuk mengontrol suhu re reheater. Dilakukan dengan cara menginjeksikan gas panas kedalam udara bakar sehingga udara bakar dan gas panas tersebut bercampur. Adapun dengan pencampuran ini dapat meningkatkan effisiensi effisiensi. Namun dengan penggunaan gas reCirculating Circulating fan akan kan menambah biaya pemasangan dan perawatan.
2.3.
FUEL & FIRING SYSTEM
Gambar 2.23 Bagian-bagian bagian Fuel and Firing System (Case Coal Fired Boiler)
2.3.1. Silo (bunker) Silo/bunker batubara berfungsi untuk menampung sementara batubara yang akan di bakar pada furnace setelah dibawa conveyor dari stock pile sebelum batubara tersebut diumpankan ke pulverizer melalui Coal Feeder.
Boiler
38
2.3.2. Coal Feeder (Pengumpan)) Coal Feeder er berfungsi untuk menerima batubara dari silo batubara dan mengontrol jumlah batubara yang dimasukkan ke dalam pulverizer. Proses Feeding akan mengontrol laju bahan bakar yang masuk tergantung dari kebutuhan Boiler dan kebutuhan Primary air untuk pengerin pengeringan, dan kemudian batubara yang telah di tumbuk bersama-sama bersama dengan Primary air akan mengalir menuju burner.
Gambar 2.24 Coal Feeder
Boiler
39
Metode pengukuran engukuran laju umpan batubara dapat dilakukan dengan dua cara. Yaitu metode Gravimetric dan Volumetric. Gravimetric menggunakan sensor berat pada belt conveyor. Sehingga berat batubara yang diangkut oleh conveyor akan menentukan kecepatan belt. Metode ini merupakan metode utama ma karena lebih akurat untuk mengatur laju aliran batubara. Sedangkan volumetric mengukur kapasitas conveyor untuk menentukan laju qaliran batubara.
2.3.3. Pulveriser/ Mill
Gambar 2.25 Pulveriser dan Bagian-Bagiannya
Boiler
40
Batubara dari Silo melalui Coal Feeder diisikan ke Pulverizer untuk proses penghalusan (kehalusan 200 mesh) yang lolos mencapai 70 % dengan jumlah / rate sesuai dengan kebutuhan beban yang dibangkitkan unit pembangkit.
Gambar 2.26 Siklus pada pulveriser
Pada pulverizers terjadi 3 proses yaitu : a. Grinding Merupakan proses penggerusan oleh mill (roller mill)) untuk menghancurkan batubara. b. Drying Merupakan proses pengeringan batubara. Udara panas didapatkan dari air heater yang disalurkan oleh PA fan. Udara tersebut juga berfungsi sebagai pengangkut batubara menuju burner.
Boiler
41
c. Classification Berfungsi untuk menyaring batubara yang telah digrinding. Batubara yang telah mencapai mesh yang tertentu, akan diloloskan untuk dibaka dibakar. r. Namun, batubara yang masih kasar, akamn jatuh ke fludized bed untuk dihaluskan kembali.
2.3.4. Burner
Gambar 2.27 Coal Burner
Burner berfungsi untuk membakar batubara. Selain dari PA fan, udara pembakaran juga didapatkan dari Secondary air yang berasal dari FD fan. Untuk pembakaran awal, digunakan HSD (High Speed Diesel)) karena lebih mudah terbakar dari pada batubara. Kemudian secara berkala, laju aliran HSD dikurangi untuk digantikan dengan batubara. Pada akhirnya HSD berhenti dan batubara digunakan secara penuh.
Boiler
42
2.4.
FURNACE CLEANING SYSTEM
Sootblower
Gambar 2.28 Letak sootblower pada boiler.
Sootblower berfungsi untuk membersihkan deposit, abu atau slag dengan menggunakan steam. Boiler-Boiler modern dilengkapi dengan pembersih abu (sootblower (sootblower) yang dapat dioperasikan dari jarak jauh (remotely operated) dan dikendalikan secara bergantian dan berurutan. Hal ini untuk mencegah adanya kesalahan waktu (timing errors), menghemat tenaga kerja dan menjamin bahwa blower-blower blower tersebut dioperasikan dengan urutan urutan yang benar. Sehingga debu, abu atau jelaganya dapat terbawa oleh aliran gas. Uap yang digunakan untuk pembersihan p abu biasanya diambil langsung dari boiler, dari sisi keluar pemanas lanjut primer atau dari sisi masuk cold reheater. re . Namun, uap dari Boiler bantu (auxiliary boiler)) pun dapat digunakan. Tekanan uap yang menuju ke masing masing-masing blower diturunkan seperlunya oleh plat-plat plat orifis (orifice plate). Pada pusat pembangkit lain, udara
Boiler
43
bertekanan juga digunakan sebagai media pembersih. Sistem sootblowing sootblowing dengan udara bertekanan ini memerlukan tambahan modal dan biaya untuk kompressor yang berkapasitas besar.
(a) Sootblower
(b) Bagian-Bagian Sootblower
Gambar 2.29 Sootblower dan Bagian-Bagiannya
Boiler
44
A. Jenis Jenis penempatan,, ukuran dan tekanan serta frekuensi penggunaan sootblower sangat bervariasi sesuai dengan desain Boiler dan karakter deposit/endapannya. Oleh karena itu, adalah tidak mungkin untuk menguraikan semua pemakaian-pamakaiannya. pemakaian pamakaiannya. Tetapi, secara umum jenisjenis jenis utama dari sootblower yang digunakan adalah seperti pada gambar 2.26, yaitu :
Gambar 2.30 Jenis-jenis Sootblower
Boiler
45
a)
Blower-blower blower yang dapat ditarik (retractable gun blower) dengan nozzle jet yang berlawanan untuk membersihkan pipa-pipa pipa air ruang bakar.
b)
Blower-blower blower yang dapat ditarik (retractable gun blower) yang mempunyai nozzle jet tunggal untuk diarahkan pada susunan pipa-pipa pipa Boiler dan superheater.
c)
Blower-blower blower panjang yang dapat ditarik (long retractable lance blowers) yang bergerak/bergeser diantara tara susunan pipa-pipa pipa pipa dengan nozzle berputar dan mempunyai jet yang berlawanan untuk mengimbangkan gaya dorong. Jenis inilah yang paling efektif untuk pemanas lanjut pada Boiler modern sehingga memungkinkan mencapai sasaran yang lebar dengan merata dan sebanding.
d)
Blower dengan nozzle jet banyak (multi jet tube blowers) digunakan untuk zone temperature yang lebih rendah seperti economizer dan air heater.. Blower tersebut tidak dapat ditarik (non (nonretracting) tetapi dapat berputar dan/atau bergeser.
e)
Sama dengan n Multi Jet Blower dengan nozzle jet yang dapat digunakan pada posisi tetap untuk membersihkan lorong-lorong lorong diantara pipa pipa-pipa. pipa. Blower ini hanya cocok untuk temperature yang lebih rendah dan pada zone yang deposit/endapannya ringan. Oleh karena itu, tidak perlu daya yang besar untuk beberapa nozzle kecil.
B. Pengoperasian Frekuensi sootblowing ditentukan oleh pengalaman pada masing-masing masing masing Boiler dan tidak boleh terlalu sering karena menurunkan efisiensi dan mahalnya harga uap yang digunakan. Secara umum, saat diperlukannya sootblowing diperlihatkan dengan turunnya temperatur superheater, naiknya temperatur gas asap bagian belakang atau indikasi bahwa bahwa tarikan turun, namun pada bagian tertentu naik. Pada waktu mengoperasikan sootblower (sootblowing) harus dilaksanakan tindakan pengaman sebagai berikut : a)
Tekanan di ruang harus dijaga untuk melindungi operator dari hembusan keluar gas gas-gas panas.
b)
Diperlukan drain yang cukup pada pipa-pipa pipa supply uap ke supply sootblower dan biasanya dipasang valve drain otomatis, agar uap yang digunakan benar-benar benar kering.
c)
Sootblower tidak boleh dibiarkan terus menerus pada posisi kerja dengan uap didalamnya, karena menyebankan ebankan erosi pipa setempat.
Boiler
46
d)
Bila sootblower tertinggal dalam ruang bakar tanpa uap, maka akan terjadi kerusakan. Bila supply listrik terganggu atau blower macet, maka harus dikeluarkan dengan tangan.
e)
Suhu metal air heater harus dijaga setinggi mungkin ketika soot blowing dengan mem mem-by-pass udara atau resirkulasi udara panas.
2.5. 2.5.1
ALAT BANTU LAINNYA Safety Valve Safety valve berfungsi untuk melindungi dari bahaya tekanan berlebih pada uap boiler.
Sebelum Boiler dinyatakan siap operasi, Safety valve harus diperiksa dan bila perlu diset ulang sesuai dengan daerah kerjanya. Prosedur ini sangat penting mengingat setelah Boiler firing akan menghasilkan tekanan.Safety valve digunakan untuk melindungi perpipaan dan alat alat-alat proses dari kelebihan tekanan. Penggunaan dan seleksi yang tepat serta lokasi dan pemeliharaan Safety valve sangat penting untuk melindungi personel dan equipment dengan mengacu kepada kode kode-kode dan aturan-aturan yang ada.
Gambar 2.31 Safety Valve Tipe ASME
Boiler
47
Spring-loaded loaded pressure devices yang didesain untuk terbukanya valve secara penuh (full opening) dengan kelebihan tekanan (overpressure) yang minimum. Tekanan statik yang ditahan dalam ruang yang sempit pada valves valve serta energi kinetik dari gas atau uap digunakan untuk melawan tekanan spring pada disk yang selanjutnya akan terbuka dan terangkat, yang menghasilkan ‘pop action’. Closing pressure akan didapat pada nilai dibawah set pressure dari valve tersebut dan dicapai setelah tahap Blowdown habis. Kekuatan spring menentukan besarnya tekanan maksimum yang ditahan oleh Safety valve. Besarnya tekanan tergantung dari desain dan kebutuhan.
2.5.2
Valve
Selain itu, beberapa tipe valve yang digunakan dalam sirkulasi sesuai dengan fungsi dan kegunaannya adalah sebagai berikut :
a. Boiler Stop Valve
Gambar 2.32 Boiler Stop Valve Tipe Parallel Slide Valve
Boiler stop valve terletak pada sisi keluar uap utama dari Boiler ke turbin pada suatu tempat dimana uap utama keluar meninggalkan boiler. Jenis valve tersebut adalah valve parallel slide dengan konstruksi seperti terlihat pada gambar 2.28 berikut ini :
Boiler
48
Valve tersebut digunakan dengan valve bypass dengan dua alasan :
Karena Boiler beroperasi pada tekanan yang sangat tinggi, valve parallel slide yang besar sukar bergerak. Oleh karena itu, valve bypass digunakan untuk memberi tekanan diseberang valve utama.
Valve bypass dapat digunakan untuk mengalirkan uap dalam jumlah kecil, sehingga saluran uap utama dari Boiler ke turbine dapat diberi tekanan dan dipanasakan secara perlahan.
b. Drain Valve Drain valve (buangan) Boiler terdiri dari dua kelompok, drain air dan drain uap. Drain valve digunakan untuk membuang air sampai habis atau mengosongkan Boiler dan drain uap digunakan untuk :
Memastikan bahwa pipa uap bebas dari air pada waktu start up. Memastikan bahwa ada aliran uap pada pipa superheater,, ketika uap tidak mengalir ke turbin.
Up Stream Drain Valve Down Stream Drain Valve Drain Drain
Gambar 2.33 Posisi Drain Valve
Saluran drain dari Boiler biasanya mempunyai dua (2) valve yang terletak pada posisi terbawah dari main pipe dimana pada bagian tersebut terjadi pengendapan. Valve tersebut adalah up stream valve dan down stream valve. valve Pada kondisi normal operasi, up stream valve dalam kondisi tertutup dan down stream valve terbuka. Up stream valve berfungsi untuk menutup saluran drain
Boiler
49
dan membukanya pada saat yang diperlukan. Down stream valve berfungsi sebagai back b up apabila terjadi kerusakan/kebocoran pada up stream valve. Kerusakan ini terlihat ketika valve tersebut pada posisi tertutup, tetapi uap atau air tetap mengalir walau kecil. Drain valve biasanya berupa slide gate valve atau ball valve.
(a)
(b)
Gambar 2.34 (a) Gate Valve, (b) Ball Valve Gambar 2.35
c. Venting Valve Venting Valve Steam Drum
Gambar 2.36 Posisi Venting Valve
Valve udara ditempatkan pada bagian atas Drum Boiler dan bagian atas superheater dan header reheater. Venting valve juga terdiri dari 2 buah valve dimana prinsip dan cara kerjanya serupa dengan drain valve. Valve udara mempunyai kegunaan : Ketika melakukan tes Boiler (hidrostatik), yaitu ketika semua Boiler diisi dengan air,
Boiler
Venting valve tetap dibuka sampai sam semua udara keluar dari boiler. 50
Pada beberapa pusat pembangkit digunakan pada saat start dan stop Boiler untuk meyakinkan adanya hembusan uap. Namun pada pembangkit lain mempergunakan valve drain uap. d. Valve Resirkulasi Economizer Ketika sedang berlangsung penaikan tekanan pada Boiler yang sedang start up, air di dalam Boiler akan memuai. Karena air di dalam Boiler memuai, berarti tidak diperlukan pengisian air ke economizer untuk menaikkan level Drum.. Jika pembakaran pada Boiler berlebihan, rlebihan, maka menyebabkan air di dalam econimiser akan mendidih. Sehingga akan membawa uap tersebut turun ke dalam downcomerss dan dengan demikian sirkulasi Boiler dapat terpengaruh. Untuk menjamin bahwa economizer dapat beroperasi, maka digunakan valve resirkulasi economizer yang berfungsi untuk memotong saluran diantara header dan pipa air ruang bakar bagian bawah (furnace bottom water wall headers) dan header sisi masuk economizer (economizer inlet header). Dengan demikian, begitu economizer menjadi panas, anas, air akan naik dan diganti oleh air dingin yang berasal dari downcomer. e.
Spray Attemperator Valve Desuper Desuperheater
BFP (Spray Attemperator) Primary
Superheater heater
Secondary Superheater
HP TURBIN
STEAM DRUM
BFP
Desuper Desuperheater
Valve Spray Attemperator
(Spray Attemperator)
Gambar 2.37 Posisi Spray Attemperator Valve Valve Spray attemperator digunakan untuk mengatur temperature uap panas lanjut dengan menyemprotkan air,, untuk menurunkan temperaturnya. Besarnya semprotan (spray) yang digunakan perlu dikendalikan, karena memiliki dua (2) kerugian yaitu : Menyebabkan turunnya efisiensi.
Jika semprotannya berlebihan, air bisa terkumpul di dalam pipa superheater heater
Boiler
51
Oleh karena itu, adalah tidak wajar untuk menyemprot sampai beban melebihi kira kira-kira 30 %, dann lakukan hanya jika temperaturnya tidak turun dibawah temperature jenuh pada tempat penyemprotan. Merupakan suatu kebiasaan kerja yang baik untuk menutup valve isolasi spray attemperator ketika bebannya naik, sehingga ketika valve ini mengalirkan semprotan, superheater heater tidak terisi air. Karena spray attemperator terdapat pada bagian atas Boiler dan pengeluaran pompa pengisi ada pada bagian bawah, maka perlu selalu diperhatikan ketika mengoperasikan valve isolasi spray attemperator untuk meyakinkan bahwa pi pipa pa saluran yang panjang tersebut selalu terisi air. Hal ini dapat dicek dengan membuka ventilasi pada bagian atas Boiler dan valve bypass sekitar valve isolasi spray attemperator.
f.
Valve Pengatur Air Pengisi (High ( Feed Regulating Valve) Valve pengatur air pengisi berfungsi mengatur jumlah air yang mengalir ke dalam boiler.
Saat steam Drum menunjukkan low level, maka sinyal tersebut akan memerintahkan valve pengatur air pengisi untuk membuka. Apabila level kembali normal, maka katur tersebut menutup dan aliran dialirkan kembali ke storage tank melalui by pass karena BFP terus berjalan Low Level Signal
Steam
Economizer
Storage Tank Deaerator
Drum High Pressure
By Pass
Heater
High Feed Regulating Valve
BFP
(Boiler Feed Pump)
Gambar 2.38 Posisi Valve Pengatur Air Pengisi
Boiler
52
. Seringkali valve tersebut harus bekerja pada kondisi yang sangat sukar karena ia harus mengatur air yang bertekanan tinggi dari pompa-pompa pompa air pengisi Boiler menjadi tekanan yang rendah ketika Boiler tidak berbeban. Agar supaya tugas tu pengaturan ini lebih mudah, maka valve tersebut dibuat dua buah. Dengan demikian, apabila diperlukan air dalam jumlah yang kecil untuk Boiler dengan beban rendah, tugas gas pengaturan dapat dilaksanakan oleh valve kontrol yang kecil yang biasa disebut sebagai valve pengaturan pengisian start-up start (start-up Feed regulating valves).
Gambar 2.39 High Feed Regulating Valve 2.5.3
Blowdown System (Steam Steam Drum) Drum Fungsi utama Blowdown adalah untuk mengenalikan kualitas air di dalam boiler. Hal ini
dilakukan dengan membuang keluar sebagian air di dalam Boiler tersebut. Jika air dididihkan dan dihasilkan steam, padatan terlarut yang terdapat dalam air akan tinggal di boiler 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 terbentunya kerak di bagian dalam boiler,, mengakibatan pemanasan setempat menjadi berlebih dan akhirnya menyebabkan kegagalan pada pipa boiler.
Boiler
53
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 diganti dengan air umpan (make up). Dengan engan demikian akan tercapai tingkat optimum total padatan terlarut (TDS (TDS/Total Disolved Solid) dalam air Boiler dan membuang padatan yang sudah rata keluar dari larutan dan yang cenderung tinggal pada permukaan boiler. Blowdown penting untuk tuk melindungi permukaan penukar panas pada boiler.. Walau demikian, Blowdown dapat menjadi sumber kehilangan panas yang cukup berarti, jika dilakukan secara tidak benar. Dikarenakan pekerjaan mengukur TDS pada sistim air Boiler merupakan pekerjaan yang membosankan dan memakan waktu, maka digunakan pengukuran konduktivitas untuk memantau TDS keseluruhan yang ada dalam boiler. boiler Peningkatan dalam konduktivitas menunjukan kenaikan “pencemaran” air boiler.. Metode konvensional untuk mem mem-Blowdown Boiler tergantu gantung pada dua jenis Blowdown, yaitu sewaktu-waktu waktu dan kontinyu.
a. Blowdown Sewaktu-waktu (Intermittent ntermittent) Blowdown yang sewaktu-waktu waktu dioperasikan secara manual menggunakan sebuah valve yang dipasang pada pipa pembuangan pada titik terendah Boiler untuk mengurangi rangi parameter (TDS atau konduktivitas, pH, konsentasi Silica dan Fosfat) dalam batasan yang sudah ditentukan sehingga tidak berpengaruh buruk terhadap kualitas steam. Jenis Blowdown ini juga merupakan metode efektif untuk membuang padatan yang telah lepas dari larutan dan menempati permukaan dalam pipa-pipa air boiler. Pada Blowdown yang sewaktu-waktu, jalur yang berdiameter besar dibuka untuk waktu sesaat, yang didasarkan pada aturan umum misalnya “sekali dalam satu shift untuk waktu 2 menit”. Blowdown yang sewaktu-waktu waktu menyebabkan harus ditambahkannya air umpan ke dalam Boiler dalam jumlah besar dan dalam waktu singkat, sehingga membutuhkan pompa air umpan yang lebih besar daripada jika digunakan Blowdown kontinyu. Juga, tingkat TDS akan bervariasi, sehingga menyebabkan fluktuasi ketinggian air dalam Boiler karena perubahan dalam ukuran gelembung steam dan distribusinya yang setara dengan perubahan dalam konsentrasi padatan. Juga, sejumlah besar energi panas hilang karena Blowdown yang sewaktu-waktu.
b. Blowdown Kontinyu Terdapat pemasukan yang tetap dan konstan sejumlah kecil aliran air Boiler kotor, dengan penggantian aliran masuk air umpan yang tetap dan konstan. Hal ini menjamin TDS yang konstan
Boiler
54
dan kemurnian steam pada beban steam tertentu. Valve Blowdown hanya diatur satu kali untuk kondisi tertentu, dan tidak perlu lagi diatur setiap saat oleh operator. Adapun fungsi dari Blowdown valve adalah untuk membuang air.. Hal ini diperlukan jika air Boiler mengalami pencemaran. Valve Blowdown ini dapat ditempatkan dalam dua posisi : Pada Drum boiler.. Kelemahan pemasangan cara ini adalah bahwa proses Blowdown hanya efektif ketika Boiler bertekanan. Pada dasar bawah economizer. economizer. Kelemahan pemasangan cara ini adalah bahwa bukaan valve Blowdown harus di diatur untuk meyakinkan bahwa pipa air ruang bakar tidak kekurangan air. Walaupun sejumlah besar panas diambil dari boiler,, tetapi ada peluang pemanfaatan kembali panas ini dengan mengembuskannya ke flash tank dan mengasilkan flash steam. Flash steam ini dapat digunakan untuk pemanasan awal air umpan boiler. Jenis Blowdown ini umum digunakan pada Boiler bertekanan tinggi. Residu Blowdown yang meninggalkan flash vessel masih mengandung meng ung energi panas yang cukup dan dapat dimanfaatkan kembali dengan me masang masang sebuah penukar panas untuk memanaskan air make-up up dingin. Sistim pemanfaatan kembali panas Blowdown yang lengkap seperti yang digambarkan dibawah dapat memanfaatkan hingga 80% energi yang terk terkandung dalam Blowdown,, yang dapat diterapkan pada berbagai ukuran uku Boiler steam dengan waktu pengembalian modalnya bisa kembali hanya dalam beberapa bulan.
Gambar 2.40 Skema Pemanfaatan Kembali Panas dari Blowdown Boiler (Spirax Sarco)
Boiler
55
Perhitungan Blowdown : Besarnya jumlah Blowdown yang diperlukan untuk mengendalikan konsentrasi padatan air Boiler dihitung dengan menggunakan rumus berikut : TDS Air make up x % Air make up
Blowdown (persen) =
TDS maksimum dalam boiler yang diijinkan Jika batasan maksimum TDS yang diperbolehkan sebagaimana dalam Boiler paket adalah sebesar 3000 ppm, persen air make up adalah 10 persen dan TDS dalam air make up adalah 300 ppm, maka persentase Blowdownnya nya adalah sebagai berikut: = 300 x 10 / 3000 =1% Jika laju penguapan Boiler sebesar 3000 kg/ jam maka laju Blowdown yang diperlukan adalah: = 3000 x 1 / 100 = 30 kg/jam
Keuntungan pengendalian Blowdown Pengendalian Blowdown Boiler yang baik dapat secara signifikan menurunkan biaya perlakuan dan operasional yang meliputi: • Biaya perlakuan awal lebih rendah • Konsumsi air make-up up lebih sedikit • Waktu penghentian untuk perawatan menjadi berkurang • Umur pakai Boiler meningkat • Pemakaian bahan kimia untuk pengolahan air umpan menjadi lebih rendah
2.5.4
Chemical Injection System Fungsi utama dari chemical injection system adalah untuk mengendalikan pH dan
pengendalian korosi pada metal pipa air dan uap boiler. Air umpan Boiler sering meng mengandung kotoran, yang merusak operasi Boiler dan efisiensi. Aditif ditif kimia dapat digunakan untuk memperbaiki masalah yang disebabkan oleh kotoran. Untuk meningkatkan kualitas air umpan, dan kemurnian uap, bahan kimia ini bisa disuntikkan langsung ke dalam air umpan atau uap. •
Manfaat Perawatan Kimia
•
Meningkatkan efisiensi boiler; boiler
Boiler
56
•
Mengurangi bahan bakar, operasi dan biaya pemeliharaan;
•
Minimalkan pemeliharaan dan downtime
•
Melindungi dari korosi dan memperpanjang umur peralatan.
Chemical treatments for waterside of Boiler tubes Air umpan Boiler terdiri dari air makeup dan kondensat. Air tersebut biasanya mengandung kotoran, yang dapat menyebabkan deposit dan masalah terkait lainnya di dalam boiler. Pada umumnya kotoran dalam air termasuk alkalinitas, silika, besi oksigen, terlarut dan kal kalsium dan magnesium. Beberapa pengotoran gotoran yang ada pada Boiler dan cara pencegahannya ada dalam tabel berikut :
Sebuah fakta yang sering diabaikan adalah bahwa water treatment biasanya merupakan persentase kecil dari keseluruhan biaya operasi boiler.. Namun, perlakuan buruk atau kinerj kinerja peralatan dapat membuat domino efek kenaikan biaya operasi dan biaya pemeliharaan. Untuk hasil terbaik, semua bahan kimia untuk internal tratment fasilitas pembangkit uap harus dikontrol terus menerus dan pada titik injeksi yang tepat.
Boiler
57
Gambar 2.41 Skema Titik injeksi Phosphate Pada Boiler
Mono-, di-atau atau trisodium fosfat dan natrium polifosfat polifosfat dapat ditambahkan untuk memperbaiki kualitas air umpan boiler. Fosfat buffer (penampungan sementara) air untuk meminimalkan fluktuasi pH. Termasuk endapan kalsium atau magnesium yang menjadi deposit. Selain itu, ia memberikan lapisan pelindung pada logam permukaan boiler.. Fosfat biasanya diinjeksikan langsung ke steam drum rum boiler, meskipun mereka juga diinjeksikan ke dalam aliran Feedwater pada kondisi tertentu. Perlakuan mengandung meng ung ortofosfat memungkinkan untuk menghasilkan kalsium fosfat deposit. Oleh karena itu, mereka harus diinjeksikan pada aliran Feedwater boiler.. Poliphospat tidak boleh ditambahkan pada aliran Feedwater ketika economizer, HE atau pemanas bertingkat pada sistem persiapan boiler.. Jika peralatan tersebut tidak masuk dalam sistem persiapan boiler,, poliphospat dapat ditambahkan ke dalam pipa Feed Feedwater dengan kandungan ungan tidak leboh dari 2 ppm. Dari semua kasus, penambahan rata-rata ra rata tergantung dari Feed water hardness level phosphate harus ditambahkan atau diencerkan dengan kondensat atau air murni.
Boiler
58
BAB III SISTEM KERJA BOILER
3.1 BOILER SYSTEM
Gambar 3.1 Siklus pada Boiler
Gambar diatas menunjukkan siklus dari Boiler. Air keluaran dari High Pressure Heater akan mengalami pemanasan lanjut pada economizer dengan memanfaatkan flue gas dari Boiler. Setelah melewati economizer,, air menuju steam drum. Didalam steam drum,, level air dijaga 50% dari volume steam drum.. Kondisi air dalam steam drum berupa cair jenuh (liquid liquid vapor vapor). Dari steam drum,, air akan mengalir turun melalui downcomer hingga mencapai bottom header. Karena pipa pada Boiler membentuk huruf U, maka air akan mengalir ke atas pada Waterwall. Water Pada Waterwall,, air mengalami pemanasan oleh burner hingga mencapai kondisi uap jenuh. Air yang telah menjadi uap jenuh, akan kembali ke steam drum untuk mengalami pemanasan lanjut pada
Boiler
59
superheater. Dari steam drum uap akan di filter oleh mis separator. Uap akan dipa dipanaskan lagi oleh primary superheater kemudian dilanjutkan dipanaskan kembali oleh secondary superheater dan final superheater.. Kemudian uap tersebut akan diekspansikan ke turbin. Exhaust pada IP (intermediet intermediet turbin), turbin), turbin akan mengalami pemanasan ulang oleh reheater yang memanfaatkan flue gas (gas buang) dari Boiler.. Setelah mengalami pemanasan, uap menjadi superheated kembali dan diekspansikan ke IP turbin.
3.2 WATER & STEAM SYSTEM 3.2.1 Water system
Gambar 3.2 Water system
Boiler
60
Water system pada Boiler ditunjukkan pada gambar 2.1. Pemanasan awal dalam Boiler dilakukan pada economiser dimana panas sensibel (panas yang hanya digunakan untuk menaikkan suhu tanpa mengubah wujud) hingga temperature air mendekati temperature jenuhnya. Dari economizer, air dialirkan steam drum. drum Kemudian dari steam drum,, air turun melewati furnace well dan mulai berubah menjadi steam karena panas dari furnace.
a. Main Water system (Sistem Air Utama) Didalam PLTU sistem stem Air Utama dibedakan menjadi 2 bagian antara lain : 1. Air pengisi 2. Air penambah 1) Air pengisi Air pengisi yaitu air yang digunakan untuk mengisi steam drum yang berasal dari sirkulasi steam.. Air pengisi terdiri dari : • Condensat Water Condensat Water yaitu aitu air condensasi dari uap bekas yang telah dipakai untuk memutar turbine dan ditampung di Hot-Well dan dipompa oleh Condensate Pump melewati Low Pressure Heater (pemanas awal tekanan rendah) sampai dengan Deaerator. Deaerator
Keterangan : MUT CP SJAE LPH BFP
Boiler
: Make Up Water Tank : Condensat Pump : Steam Jet Air Ejector : Low Pressure Heater : Boiler Feed Pump
Gambar 3.3 Flow Diagram Condensate Water 61
• Feed Water Feed Water yaitu aitu air pengisi yang dimulai dari Deaerator Storage Tank dan dipompa oleh Boiler Feed Pump melewati High Pressure Heater (pemanas nas tekanan tinggi) dan Economizer selanjutnya menuju Steam drum.
Keterangan : HPH : High Pressure Heater BFP : Boiler Feed Pump
Gambar 3.4 Flow Diagram Feed Water 2) Air Penambah Air penambah yaitu air yang digunakan untuk mengisi steam drum melalui kondensor jika levelnya kurang. Dimana air tesebut berasal dari Raw Water Tank (RWT) yang dimurnikan di Water treatment dengan persyaratan sebagai berikut : • Conductivity ≤ 1 µ/Cm • Chlorida (Cl ) ≤ ≤ 100 ppb • Ferro ( Fe ) ≤ 50 ppb
Boiler
• SiO2 ≤ 20 ppb 62
Kemudian hasil pemurnian dari Water treatment (demin Water)) ditampung pada Make Up Water Tank (MUT) yang telah memenuhi persyaratan sebagai air penambah pada Hot-Well Kondensor.
Keterangan : MUTP : Make Up Transfer Pump MUT : Make Up Water Tank CP : Condensat Pump
Gambar 3.5 Flow Diagram Air Penambah
b. Jenis-Jenis Boiler Berdasarkan Sirkulasi Air Di Dalam Wall Tube Dalam sistem sirkulasi air, aliran air dapat mengalir secara alamiah atau secara paksa.
1)
Boiler
Sirkulasi Alami
Gambar 3.6 Sirkulasi Alamiah 63
Sirkulasi alami terjadi kaena perbedaan densitas antara sisi downcomer dengan sisi Wall Tube seperti dalam gambar 3.6. Gambar Gambar tersebut menunjukkan air dari drum mengalir ke bawah melalui pipa downcomer (pipa-turun) masuk ke dalam header yang terleak dibagian bawah. Ketika air didalam pipa evaporation (penguap) menerap panas, terbentuklah gelembung-gelembung gelembung uap. Gelembung-gelembung Gelembung gelembung uap dan air panas ini mempunyai kerapatan yang ng lebih rendah dibanding air didalam downcomer dan menyebabkan campuran air panas dan gelembung uap air masuk ke dalam drum. Dalam drum,uap dipisahkan dari air. Uap meninggalkan drum untuk dipanaskan lebih lanjut dan air disirkulasikan kembali turun melalui downcomer. Dengan kemajuan sirklus uap, yang melibatkan Boiler dengan tekanan yang lebih tinggi, perbedaan volume jenis ((specific volume)) antara uap dan air menjadi lebih kecil. Dengan demikian, perbedaan tekanan ((head) antara downcomer dan pipa ppenguap yang mempertahankan sirkulasi alamiah juga berkurang. Pada saat tekanan Boiler mendekati 221 Bar, perbedaan volume jenis dapat diabaikan. Dalam beberapa rancangan Boiler ditemukan bahwa hwa dengan bertambahnya tekanan tekanan,, maka akan mempunyai sirkulasi yang ridak memadai sehingga harus berpindah ke metode sirkulasi yang lain. Sirkulai alami digunakan menghasilkan siklus dengan tekanan rendah. 2)
Boiler
Sirkulasi Paksa
Gambar 3.7 Sirkulasi Paksa 64
Sirkulasi paksa adalah sirkulasi aliran air dari downcomer ke wall tube yang dibantu dengan pompa sirkulasi. Sirkulasi paksa memiliki beberapa kelebihan yaitu : a.
Pengendalian panas lebih efektif karena aliran lebih cepat
b.
Ukuran pipa Wall Tube menjadi lebih kecil karena dengan adanya pompa, menghasilkan tekanan yang lebih tinggi sehingga dapat mengalirkan air melalui pipa yang lebih kecil.
3.2.2 Steam System
Gambar 3.8 Steam System pada Superheater dan Reheater
Boiler
65
Gambar 3.9 Steam flow
Gambar 3.5 menunjukkan steam yang dihasilkan dari steam drum setelah kemudian dipanaskan lagi di dalam superheater agar menjadi superheated steam.. Kemudian diekspansi untuk menggerakkan turbin (High High Pressure Heater Heater). Keluaran dari HP Heater kemudian dilewatkan dalam reheater agar temperatur naik kembali untuk masuk kembali ke dalam Intermediet Turbin. Dimana panas reheater didapatkan dari flue gas. Selain itu, superheater didinginkan dengan spray Water agar tidak mengalami overheated dengan tujuan menjaga temperatur uap.
3.3 AIR & GAS SYSTEM 3.3.1 Proses Pembakaran
Gambar 3.10 Prinsip Pembakaran
Boiler
66
Pada proses pembakaran, diperlukan bahan bakar dan udara (sebagai sumber oksigen). Pembakaran adalah reaksi kimia yang cepat antara oksigen dan bahan yang dapat terbakar, disertai timbulnya cahaya dan menghasilkan kalor. Dalam suatu pembakaran bahan bakar akan terjadi reaksi kimia antara komponen bahan bakar dengan Oksigen, dimana hasil reaksi ini akan membentuk gas CO2, H20 dan gas-gas gas lain. Tujuan darii proses pembakaran adalah melepaskan seluruh panas yang dihasilkan dengan meminimalkan kerugian-kerugian kerugian kerugian yang terjadi. Reaksi pembakaran elemen-elemen elemen yang dapat terbakar dalam bahan bakar sehingga menghasilkan panas merupakan proses yang kompleks, yang memerlukan memerlukan turbulensi atau pencampuran reaktan yang tepat, temperatur yang cukup, dan waktu yang cukup untuk reaktan terjadi kontak dan bereaksi. Pada kondisi yang ideal proses pembakaran akan terjadi proses pencampuran oksigen dan bahan bakar yang tepat (pembakaran sempurna) dan menghasilkan gas CO2 dan H20. Sehingga tidak ada lagi bahan yang dapat terbakar (combustible ( matter)) tersisa. Tetapi kondisi seperti ini sangat sulit terjadi dan bahkan tidak akan pernah terjadi pada suatu pembakaran di Boiler dengan tingkat excess oksigen nol persen. Pada kondisi praktis excess oksigen didapatkan dalam bentuk excess udara dari udara atmosfer dan jumlah excess udara ini bervariasi tergantung dari bahan bakar, Boiler load dan tipe dari perangkat pembakaran. Komponen Komponen utama dalam bahan bakar adalah karbon (C) dan hidrogen (H). contoh reaksi pembakaran adalah sebagai berikut : C + O2 CO2 + Panas 3.3.2 Sirkulasi
Boiler
Gambar 3.11 Air and Gas System Coal Burner 67
Hampir semua instalasi pembangkit listrik yang besar menggunakan dua (2) buah Forced Draught Fan dan dua ua (2) buah Induced Draught Fan. Gambar 2.15 menunjukkan skema aliran flue and gas system pada Boiler yang tidak menggunakan bahan bakar batu bara. Dimana dalam desain tersebut tidak ada PA Fan. Udara luar dihisap dan didorong oleh FD fan hingga masuk ke dalam Boiler melewati steam coils dan air heater untuk pemanasan awal agar udara yang masuk akan lebih mudah bereaksi dengan bahan bakar hingga terjadi pembakaran. Gas hasil pembakaran (flue flue gas) gas) dihisap dan dodorong oleh ID Fan hingga keluar cerobong (stack). Namun sebelumnya flue gas tersebut digunakan untuk memanaskan Water hingga menjadi steam pada Water wall dan superheater. superheater Selain itu, setelah superheater, flue gas juga dilewatkan reheater dan air heater. Selanjutnya, flue gas melewati precipitator untuk menyaring abu (ash) yang terbawa. Setelah disaring, flue gas dikeluarkan melewati stack. Agar supaya Boiler dapat dikontrol secara baik dan benar, keseimbangan yang tepat antara udara yang dimasukkan ke dalam Boiler dan gas yang dibuang harus dijaga. Keseimbangan ini dipertahankan dengan mengontrol tekanan ruang bakar. Dimana tekanan ruang bakar sedi sedikit dibawah tekanan atmosfir (0,50 mb). Proses ini disebut sebagai balance draught. Alasan utama untuk mengatur tekanan di dalam ruang bakar sedikit lebih dari atmosfir (negatif) adalah untuk menjamin bahwa ada aliran gas dalam Boiler. Jika Boiler (ruang bakar) dioperasikan dengan tekanan lebih tinggi dari tekanan atmosfir (positif), maka aka nada bahaya api dari partikel-partikel partikel partikel panas yang berhembus keluar. Disamping bahaya api, rumah Boiler juga menjadi lebih kotor. Gambar 3.11 menunjukkan air and ggas system pada coal burner.. Perbedaannya terdapat pada penggunaan PA fan yang berfungsi untuk megalirkan batubara yang telah dihaluskan di pulverizer menuju burner.
Boiler
68
3.4 FUEL & FIRING SYSTEM 3.4.1 Coal BURNER (COAL + HOT AIR)
SILO (COAL)
BURNER (COAL + HOT AIR) COAL FEEDER (COAL)
BURNER (COAL + HOT AIR)
PULVERIZER (COAL + HOT AIR)
PA FAN (HOT AIR)
AIR HEATER (HOT AIR)
FD FAN (AIR)
Gambar 3.12 Skema Fuel and Firing System
Dalam fuel and firing system untuk bahan bakar batu bara, komponen utama yang diperlukan yaitu batubara dan udara pembakaran. Batubara berasal dari coal yard disuplai ke hopper (silo) sebagai penampungan sementara melalui conveyor. Pada bagian bawah silo, terdapat coal Feeder er yang mengatur jumlah batu bara yang masuk ke dalam pulverizer. Didalam pulverizer, batubara dihaluskan dengan bantuan hot air sebagai media sirkulasinya. Selain sebagai sirkulasi, hot air juga berfungsi untuk mengeringkan dan sebagai pemanasan pemanasan awal batubara agar nantinya lebih mudah terbakar. Namun suhu tersebut dibatasi tidak boleh melebihi 600C karena untuk menghindari batubara terbakar dengan sendirinya sebelum masuk burner. Atau bahkan dapat terbakar di dalam pulverizer.
Boiler
69
SILO
COAL FEEDER
Gambar 3.13 Skema Fuel and Firing System
Hot air didapatkan dari PA fan dan air heater. Dimana suplai air utama berasal dari FD fan. Air yang disuplai oleh FD fan masih dingin karena didapatkan dari atmosfir. Kemudian dinaikkan suhunya dengan cara dilewatkan air heater yang mendapatkan panas dari flue gas gas. Kemudian PA fan mengalirkan hot air tersebut ke dalam pulverizer. Setelah batubara halus, maka disuplai ke burner dengan dorongan PA fan. Firing system dapat dibedakan menjadi 2, sesuai dengan keadaan tekanan pada furnace : 1. Boiler positif. Yaitu Boiler dimana tekanan pada furnace diatas tekanan atmosfir. Boiler ini menggunakan bahan bakar minyak. 2. Boiler negative. Yaitu Boiler dimana tekanan pada furnace dibawah tekanan atmosfir (vakum). Boiler ini menggunakan bahan bakar batubara.
3.4.2 Oil (Minyak) Pada PLTU yang menggunakan bahan bakar minyak, proses starting menggunakan HSD (high speed diesel) untuk kemudian menggunakan RO (residual oil) selama normal operasi. Karena HSD lebih mudah terbakar dari pada RO, sehingga dapat memudahkan proses starting.
Boiler
70
Dari unloading arm Auxiliary steam Auxiliary steam Menuju burner FilterFlowmeter Heater
filter Pompa
Filter Service tank
Pompa Heater Auxiliary steam
Auxiliary steam Menuju burner
P-51 Heater
filter pompa
Filter Flowmeter
Filter Pompa Heater Service tank
Main storage tank
Gambar 3.14 Skema Residual Oil •
Proses pertama penanganan minyak residu adalah menampung minyak tersebut di residual oil storage tank.. Pada unit pembangkitan PT. PJB minyak residu ditransportasikan dengan menggunakan kapal laut, urutan prosesnya adalah :
•
Proses kedua adalah mentransfer minyak residu ke residual oil service tank, urutan perlakuan untuk proses ini adalah : 1. Minyak inyak residu akan memasuki preheater dan dipanaskan sampai temperatur 45oC 2. Penyaringan an dengan menggunakan filter. 3. Minyak residu akan dipompakan menggunakan screw Pump dan kembali disaring sebelum memasuki flowmeter. flowmeter
Boiler
71
Gambar 3.15 Filter di UP Gresik
4. Pada flowmeter akan terbaca laju aliran dari minyak residu yang ditransfer.
Gambar 3.16 Flowmeter di UP Gresik
Boiler
72
5. Minyak residu ditampung pada residual oil service tank.
Gambar 3.17 Residual oil srevice tank di UP Gresik
•
Proses ketiga adalah mentransfer minyak residu ke burner pada furnace,, urutan perlakuan untuk proses ini adalah : 1. Dari residual oil service tank akan disaring dengan menggunakan filter.
Boiler
73
Gambar 3.18 Filter di UP Gresik 2. Setelah memasuki filter,, minyak residu akan dipompakan dengan screw Pump untuk memasuki heater.
Gambar 3.19 Pompa di UP Gresik
3. Pada heater minyak residu akan dipanaskan sampai temperatur 85oC. Pemanasan menggunakan auxiliary steam. steam
Boiler
74
Gambar 3.20 Heater di UP Gresik 4. Minyak residu akan memasuki flowmeter untuk menghitung laju alirannya.
Gambar ambar 3.21 Flowmeter di UP Gresik
5. Tekanan minyak residu akan dibatasi oleh control valve,, sebelum memasuki burner valve rack terdapat tripping valve yang digunakan ketika burner trip.
Gambar 3.22 Control Valve di UP Gresik
Boiler
75
6. Minyak residu dibakar pada burner. burner
Gambar 3.33 Control Valve di UP Gresik
Pada burner terjadi pengkabutan bahan bakar (atomizing)) dengan cara menyemprotkan steam bertekanan tinggi. Pada burner tersebut terdapat 3 nozzle yaitu saluran udara, bahan bakar dan steam untuk atomizing.
Boiler
76
BAB IV PEMELIHARAAN BOILER
4.1
BOILER CLEANING Ketika mengoperasikan boiler selalu ada resiko bahwa bahan bakar yang masuk ke dalam
boiler tidak terbakar dengan sempurna. Ini dapat terjadi karena beberapa hal, tetapi penyebab utama antara lain : Nyala api burner yang tidak stabil, bahan bakar buruk.
Pembakar-pembakar pembakar minyak yang tidak baik (poor oil burner) Tidak cukup udara dan distribusi udara yang jelek. Penggiling/mill yang tidak baik.
Pengaruh-pengaruh pengaruh dari luar pada nyala api, seperti ada pipa-pipa pipa pipa boiler yang bocor. Selama operasi boiler,, apabila apabila penyalaan di dalam ruang bakar mati, maka burner harus dimatikan. Hal ini dilakukan untuk mencegah masuknya lebih lanjut bahan bakar ke dalam ruang bakar yang dapat menyebabkan ledakan. Sebelum burner dinyalakan pada setiap ruang bakar, maka ruang bakar harus dibilas/dibersihkan dari segala bahan bakar yang tidak terbakar. Jumlah udara yang diperlukan untuk pembilasan (purging) ( ) dan waktu yang diperlukan terdapat di dalam uraian tata cara pengusahaan Pembangkit Listrik dengan bahan bakar batubara. Sebagai rata-rata rata : 50 % aliran udara total. Sebelum starting
Ketika mematikan
Sesudah penyalaan mati
: minimum 2 menit : minimum 2 menit : minimum 5 menit
Semua bagian dari boiler harus dibilas (purge), yakni damper-damper damper damper utama dan bypass dibuka dan lain-lain.
4.2
PEMBERSIHAN OUTSIDE BOILER (BOILER MINYAK) Chemical cleaning adalah pembersihan yang dilakukan dengan menggunakan bahan kimia
dalam prosesnya. Proses Chemical cleaning ini bertujuan untuk menghilangkan kotora kotoran-kotoran
Boiler
77
yang berupa kerak, deposit, posit, sulfur atau produk korosi, carbon reside atau jelaga, laga, cupilan-cupilan cupilan karat (Fe203), dan kotoran-kotoran kotoran lain dari sisa-sisa sisa pembakaran. Chemical cleaning dilakukan dengan prinsip kerja reaksi asam dan basa. Kotoran Kotoran-kotoran yang bersifat asam dibersihkan dengan bahan kimia yang bersifat basa, demikian pula sebaliknya. Hal yang perlu diperhatikan di sini adalah bahwa daya reaksi asam dan basa tersebut jangan sampai menimbulkan kerusakan yang berkelanjutan erkelanjutan terhadap peralatan yang akan dibersihkan. Pada outside boiler PLTU dapat dilaksanakan dengan metode Chemical cleaning. Chemical cleaning pada outside boiler PLTU dilaksanakan jika perhitungan efisiensi unit telah turun minimal 10% dari kondisi normal. Chemical cleaning dilaksanakan pada saat unit shutdown ketika dilaksanakan Simple Inspection (SI). Waktu pengerjaannya minimal 10 hari.
Gambar 4.1 Outside boiler PLTU
Pekerjaan Chemical cleaning pada outside boiler PLTU ini dibagi dalam tiga tahap pekerjaan, yaitu: 1. Tahap Persiapan Persiapan Chemical cleaning outside boiler meliputi pemasangan Vinyl pada burner, pemasangan Vinyl pada refractory furnace, pemasangan penerangan dan koordinasi dengan lingkungan dan K3. 2. Pelaksanaan Pekerjaan Cleaning Pekerjaan cleaning boiler atau disebut juga start water jet cleaning boiler, boiler meliputi: pembersihan tube boiler dengan water jet, netralisasi limbah cair, dan an pembuangan limbah cair. 3. Pekerjaan Finishing
Boiler
78
Sedangkan yang meliputi pekerjaan finishing adalah inspeksi boiler,, pembersihan limbah kerak padat, pembuangan limbah kerak padat, pekerjaan pekerjaan selesai, dan terakhir demobilisasi alat. Uraian pekerjaannya sebagai berikut. Seperti pada Chemical cleaning di HRSG, petugas laboratorium, rendal pemeliharaan dan rendal operasi melakukan inspeksi ke dalam ruang boiler.. Pelaksanaannya dilakukan setelah unit shutdown dan temperatur dalam ruang boiler mendekati temperatur lingkungan, yaitu sekitar 2 hari setelah shutdown. shutdown. Hal¬hal yang dilakukan saat inspeksi adalah mengambil gambar atau foto, mengambil contoh kotoran berupa berupa kerak carbon dan sulfur. Selain itu sambil membuktikan kebenaran-kebenaran kebenaran perhitungan pada daerah-daerah daerah di boiler yang efisiensinya telah menurun. Kebenaran-kebenaran Kebenaran kebenaran perhitungan tersebut dapat dibuktikan dengan banyaknya kotoran yang menutup sisi outside tube boiler. Ketika pembuktian adanya kotoran-kotoran kotoran kotoran kerak carbon dan sulfur dalam jumlah besar sudah dilakukan dan dinyatakan benar, petugas inspeksi dapat membuat berita acara yang menyatakan bahwa harus dilakukan Chemical cleaning pada unit. Semen Sementara itu, petugas laboratorium menganalisa kotoran-kotoran kotoran kotoran tersebut dengan test pH 1%. Hasil analisa dari test tersebut digunakan untuk menentukan formula kimia yang tepat bagi proses cleaning selanjutnya.
Gambar 4.2 Kotoran-kotoran Kotoran pada Sisi Outside Tube Boiler Petugas laboratorium memanggil pihak ketiga atau pelaksana cleaning untuk melakukan simulasi cleaning dan menentukan formula kimia yang tepat. Formula kimia yang digunakan untuk cleaning boiler berbeda dengan formula kimia yang digunakan untuk cleaning di HRSG. Bahan kimia yang digunakan pada boiler diantaranya
Boiler
79
adalah campuran TSP atau trisodium phosphate (Na3PO4) sebanyak 2% dan sodium carbonat (Na2CO3) sebanyak 1%. Kedua unsur tersebut dijaga dengan pH antara 12 - 13. Setelah semua tahapan di atas selesai dilakukan, pihak ketiga (pelaksana cleaning) mulai melaksanakan Chemical cleaning pada outside boiler. Pekerjaan Chemical cleaning pada boilerdilakukan dilakukan selama 7 hari. Karena tubes water boiler tidak memiliki vime atau tidak bersirip, setelah selesai pembi pembilasan boiler tubess bisa langsung kering. Kondisi ini berbeda dengan Chemical cleaning pada HRSG yang harus selesai dilakukan minimal 11 hari sebelum unit start. Pada Chemical cleaning outside boiler, setelah prosesnya selesai, unit dapat langsung dioperasikan.
Gambar 4.3 Tubes water boiler
Pada boiler yang menggunakan bahan bakar minyak resin (MFO) menyebabkan terdapat banyak sulfur. Berbeda dengan HRSG, karena tidak terdapat bahan bakar yang dekat dengan pembakaran. Kondisi tersebut menyebabkan kandungan sulfur yang lebih tinggi terjadi di boiler, meskipun keduanya sama-sama sama bersifat asam. Karena itu pertimbangan pemakaian formula kimia bahan cleaning yang digunakan juga harus berbeda. Bila di HRSG digunakan TSP, NaOH dan NaNO, pada boiler digunakan TSP dan sodium carbonate (Na2CO3) . Namun perlu diing diingat, bahwa pemakaian caustic soda (NaOH) juga tidak boleh, karena dikhawatirkan akan terjadi kesulitan pada saat pembilasannya. Hal itu dapat menyebabkan keretakan basa (caustic embaldement atau cracking insident). Jadi sebaiknya TSP harus lebih banyak daripada dari sodium carbonate (Na2CO3). Chemical cleaning pada outside boiler PLTU dilakukan dengan tahapan sebagai berikut. 1. Tahap Awal/Pembasahan
Boiler
80
Pekerjaan pembersihan awal dimulai dengan menggunakan bahan kimia I. Tujuannya untuk menghilangkan kerak karbon dan sulfur yang ada di sisi outside tube boiler boiler. Pekerjaan ini dilakukan mulai dari tempat yang paling tinggi, agar kotoran atau kerak yang jatuh tidak mengotori kembali bali bidang yang telah dibersihkan. Urutannya mulai dari Primary SuperHeater,, Secondary SuperHeater, Super , Economizer, hingga Wall Furnace. Pembersihannya dilakukan dengan pompa water jet bertekanan sekitar 300 bar, dan menggunakan bahan kimia I dengan pH yang dijaga ijaga tetap sekitar 10-12. 10 Selama proses pembersihan, pH dan konsentrasi Chemical yang masuk ke dalam pompa diawasi agar pH tetap 10 - 12. Artinya, pH dalam tangki minimum 12 - 13. Tujuannya agar kerak berupa karat dan debu sisa pembakaran, yang melekat pada pa outside tube boiler dapat larut dan tidak menimbulkan penurunan pH yang besar, sehingga dapat mengakibatkan korosi terhadap pipa boiler karena lamanya pelaksanaan pekerjaan. 2. Tahap Pembersihan Setelah proses pembasahan dengan bahan kimia, sistem dibiarkan dibiarkan selama sekitar 1 jam. Tujuannya agar terjadi pelunakan kerak yang masih melekat. Setelah itu dilakukan pembersihan dengan pompa water jet bertekanan 500 500-700 bar dengan menggunakan service water. Urutannya mulai dari Primary SuperHeater SuperHeater, Secondary SuperHeater,, Economizer, Down Comer, hingga Wall Furnace. Setelah itu dilakukan pembilasan. 3. Tahap Pembilasan Setelah dilakukan pembersihan perlu dilakukan pembilasan dengan menggunakan service water. Tujuannya adalah agar sisa-sisa sisa bahan kimia dan kotoran an yang masih ada dapat hilang. Sehingga dapat diperoleh hasil cleaning seperti yang diharapkan, yakni bersih dengan sempurna. Pembilasan dilakukan dalam waktu yang cukup lama, yakni sekitar 2 hari. Tujuannya, agar pH pada pipa terjaga pada kondisi pH normal norm yaitu 7. 4. Tahap Pengolahan Limbah Air limbah dari hasil pelaksanaan pembersihan ditampung dan diolah agar pH air yang akan dibuang menjadi pH 6 – 8. Setelah pH air yang diolah tersebut telah mencapai 6 – 8, air dapat dibuang ke saluran WWTP. Proses ini sama dengan proses pengolahan limbah pada Chemical cleaning di HRSG. Untuk limbah padat, dikumpulkan dalam karung untuk kemudian dibuang pada lokasi yang telah ditentukan pihak K3 dan lingkungan hidup.
Boiler
81
Selama proses water jet cleaning baik pada boiler dan HRSG, analisa pH ter terus dilakukan oleh leh pelaksana atau pihak ketiga. Hasil analisa tersebut dicatat pada lampiran log sheet dalam bentuk buku laporan. Seperti juga pada pekerjaan Chemical cleaning di HRSG, pada proses yang sama di boiler,, petugas laboratorium juga memiliki wewenang untuk menghentikan menghentikan proses cleaning dan dapat menyatakan untuk dilakukan cleaning, pasivasi, rinsing, dan flushing ulang. Hal tersebut dapat dilakukan jika hasil uji pH tidak sesuai dengan persyaratan yang telah ditetapkan.
4.3
PEMBERSIHAN HP HEATER Chemical cleaning pada High Pressure Heater (HPH) secara umum bertujuan untuk
menghilangkan atau mengurangi adanya deposit dan kerak yang dihasilkan dari fluida yang bermula dari seringnya kebocoran tube condenser, sehingga tidak terjadi hambatan perpindahan pangs yang disebabkan adanya deposit-deposit deposit yang dihasilkan dari HPH.
Gambar 4.4 Inside High Pressure Heater (HPH) Chemical cleaning pada HPH ini dilaksanakan bila perhitungan efisiensi turbin turun minimal 15% dari normal. Dalam kondisi demikian heat transfer menjadi terganggu. Untuk membuat heat transfer normal kembali, perlu dilakukan cleaning yang dilakukan secara rutin setahun sekali. ali. Kondisi HPH erat hubungannya dengan kebocoran kondensor, karena semakin sering ring terjadi kebocoran kondensor, semakin banyak terdapat kerak di HPH. Apabila temperatur di HPH terakhir paling tinggi, menyebabkan kerak di HPH enam tersebut jumlahnya paling besar. Tahap pelaksanaannya sebagai berikut. 1. Persiapan Mekanik dan Elektrikal
Boiler
82
Meliputi pekerjaan mobilisasi peralatan, pemasangan sistem line sirkulasi HPH, pemasangan sistem sirkulasi (pompa, tangki, dan perpipaan), pemasangan line elektrikal, dan pemasangan ngan jalur pembuangan limbah 2. Pelaksanaan Chemical Cleaning HPH Meliputi pekerjaan pengecekan line kebocoran pada sistem HPH, sirkulasi dengan formula kimia, pembilasan, sirkulasi dengan formula kimia pembilasan, netralisasi dan pasivasi dengan formula kimia, serta netralisasi limbah. 3. Inspeksi Water Box Meliputi pekerjaan inspeksi HPH dan pengesahan report Chemical cleaning.
Bahan kimia yang digunakan untuk proses Chemical cleaning di HPH adalah 1. Larutan Cleaner Citric Acid : 2% - 3%
Ammonium Bi Flour (ABF) (A : 0.25% - 0.5% Inhibitor Acid : 0.01% - 0.02%
Untuk Ammonium Bi Flour konsentrasinya tergantung tergantung kandungan Silica (SiO2) 2. Larutan Pasivator Sodium Nitrit (NaNO 2) : 0.5%
Ammonia QUE (NH 1)2CO, : 0.25%
Ammonia (NH 4 OH) dengan pH 9.5 - 10.0 3. Wet Lay Up (Oxygent Scavenger) Hidrazine (N2H4) 100 - 125 ppm Prosedur pelaksanaan Chemical cleaning pada HPH sebagai berikut. 1. Persiapan Tahap persiapan adalah tahapan yang sangat penting dan menjadi penentu berhasil atau tidaknya pekerjaan ini. Persiapan pekerjaan ini meliputi: Mengisolasi dan mengamankan semua valve-valve valve valve penting seperti valve feed, jalur instrumentasi sistem HPH atau instruments lines, dan lainnya. Memasang sistem peralatan Chemical cleaning yang meliputi tangki kimia, pompa sirkulasi, dan selang pembuangan limbah. Memasang dan menyambungkan peralatan Chemical cleaning dengan inlet HPH (blowdown line) dan outlet HPH (feed water line). 2. Chemical Cleaning
Boiler
83
Tujuan tahapan ini adalah untuk melepaskan melepask atau membersihkan kerak-kerak kerak pada HPH, yang dari hasil analisa menunjukkan banyak mengandung kerak anorganik yang menempel pada permukaan pipa line HPH. Pekerjaan Chemical cleaning ini meliputi: Melakukan sirkulasi awal untuk mengetahui kebocoran pada sistem yang akan dibersihkan. Pekerjaan ini dilakukan selama 1 jam untuk pembersihan awal. Menguras (drain) dan mengisi dengan air dermin untuk melakukan rinsing sirkulasi selama 1 jam.
Memasukkan bahan cleaner dan melakukan sirkulasi selama 8 – 36 jam, tergantung dari hasil analisa pH, Cu, dan Fe. Nilai pH dan kandungan logam digunakan sebagai kontrol analisa karena cenderung stabil. Sedangkan analisa dari kandungan Cu menunjukkan kandungan yang melonjak naik. Menguras (drain) dan melakukan flushing hingga hingga pH mendekati pH air yang ditambahkan (supply). Memasukkan bahan pasivator (NaNO 2 0,5%), sebagai bahan passivasi dan netralisasi selama 6 jam. Jika terjadi perubahan warna larutan, dapat dilakukan drain dan flushing ulang hingga kondiktiviti air sama dengan dengan atau mendekati kondiktiviti air yang ada. Melakukan Inspeksi. Untuk mengetahui keberhasilan pelaksanaan Chemical cleaning pada HPH, perlu dilakukan evaluasi dan monitoring. Sistem evaluasi dan monitoring dapat dilakukan melalui analisa air, analisa sample metal, atau dengan simulasi. 1. Analisa Air Chemical Cleaning Nilai pH dijaga dengan limit 2 hingga 4, dan diharapkan cenderung akan naik. Jika pH kurang dari satu, harus dilakukan blowdown dan penambahan air. Sedangkan jika pH lebih dari 5, harus ditambahkan inhibited acid cleaner hingga diperoleh nilai pH antara 3-4. 4. Copper (ppm Cu) dan besi (ppm Fe) diharapkan juga cenderung akan naik. Passivasi Nilai pH unit dijaga agar berkisar antara 8-10. 8 10. Jika pH kurang dari 7 atau lebih dari 10, harus dilakukan penambahan larutan passivator, penambahan Acid cleaner secukupnya, penambahan pasivator, perpanjangan waktu passivasi, dan penambahan dosis passivator. 2. Analisa Sample Metal
Boiler
Chemical Cleaning 84
Efektifitas acid inhibitor dicek, dianalisa steel ball atau celup metal. Chemical cleaning telah selesai atau TDS telah relatif stabil. Efektifitas Chemical cleaning juga diawasi (monitor), apakah sample metal telah bersih dari kerak atau deposit. Passivasi Efektifitas passivasi dianalisa, apakah terbentuk warna abu kecoklatan pada sample metal selama kurang lebih 4 jam sirkulasi. Jika terjadi hal tersebut, perlu dilakukan penambahan dosis passivator dan perpanjangan waktu passiv passivasi asi harus dilakukan. Selama proses sirkulasi Chemical cleaning berlangsung, dilakukan analisa kimia oleh pihak laboratorium. Dari hasil analisa tersebut diperoleh jumlah deposit yang dibersihkan.
4.4
EFISIENSI 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 uknya kualitas bahan bakar dan kualitas as 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. 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 n energi dengan berbagai kegunaan dan menjadi aliran kehilangan panas dan energi. Panah tebal menunjukan jumlah energi yang dikandung dalam aliran masing masing-masing.
Gambar 4.5 Diagram Neraca Massa Boiler
Boiler
85
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 4.6 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: Kehilangan gas cerobong: •
Udara berlebih (diturunkan hingga ke nilai minimum yang tergantung dari teknologi burner,, operasi (kontrol), dan pemeliharaan).
•
Suhu gas cerobong (diturunkan dengan mengoptimalkan perawatan (pembersihan), beban; burner yang lebih baik dan teknologi boiler).
Kehilangan karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam cerobong dan abu (mengoptimalkan operasi dan pemeliharaan; teknologi burner yang lebih baik). Kehilangan dari blowdown (pengolahan air umpan segar, daur ulang kondensat) Kehilangan kondensat (manfaatkan sebanyak mungkin kondensat)
Kehilangan konveksi dan radiasi (dikurangi dengan isolasi boiler yang lebih baik) Efisiensi termis boiler didefinisikan sebagai “persen energi energi (panas) masuk yang digunakan secara efektif pada steam yang dihasilkan.” Terdapat dua metode pengkajian efisiensi boiler: 1. Metode Langsung: energi yang didapat dari fluida kerja (air dan steam) dibandingkan dengan energi yang terkandung dalam bahan bakar boiler. 2. Metode Tidak Langsung: efisiensi merupakan perbedaan antara kehilangan dan energi yang masuk.
Boiler
86
4.4.1 Metode Langsung Dikenal juga sebagai ‘metode input-output’ 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 (η) =
Efisiensi Boiler (η) =
Panas Keluar Panas Masuk Q x (hg – hf)
x 100
x 100
q x GCV Dimana : •
hg – Entalpi steam jenuh (kkal/kg kkal/kg steam) steam
•
hf – Entalpi air umpan (kkal/kg kkal/kg air) air
•
Q = Jumlahh steam yang dihasilkan (kg/jam)
•
q = Jumlah bahan bakar akar yang digunakan ((kg/jam)
•
GCV = Jenis bahan bakar dan nilai panas kotor bahan bakar (kkal/kg)
•
Tekanan kerja (dalam kg/cm2(g)) dan suhu lewat panas (oC)
•
Suhu air umpan (oC)
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 4.4.2 Metode Tidak Langsung Standar acuan untuk Uji Boiler dengan menggunakan metode tidak langsung adalah British Standard, BS 845:1987 dan USA Standard ASME PTC-4-1 PTC Power Test Code Steam Generating
Boiler
87
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 di dalam boiler adalah kehilangan panas yang diakibatkan oleh: 1. Gas cerobong yang kering 2. Penguapan air yang terbentuk karena H2 dalam bahan bakar 3. Penguapan kadar air dalam bahan bakar 4. Adanya kadar air dalam udara pembakaran 5. Bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu terbang/ fly ash 6. Bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu bawah/ bottom ash 7. 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)
Boiler
Persen O2 x 100 (21 – persen O2)
88
=
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) k + (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,
Boiler
Cp = panas jenis steam lewat jenuh/superheated steam (0,45 kkal/kg) 89
v. Persen kehilangan panas karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu terbang/ erbang/ 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/ bawah/bottom ash Total abu terkumpul/kg bahan bakar yg terbakar x GCV abu terbang 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 dihasil dihasilkan kan per kilogram bahan bakar yang digunakan. Contohnya adalah: Boiler berbahan bakar batubara: 6 (yaitu 1 kg batubara dapat menghasilkan 6 kg steam)
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.
Keuntungan metode tidak langsung : • Dapat diketahui neraca bahan dan energi yang lengkap untuk setiap aliran, yang dapat memudahkan dalam mengidentifikasi opsi opsi-opsi opsi untuk meningkatkan efisiensi boiler. Kerugian metode tidak langsung : • Perlu waktu lama
Boiler
90
• Memerlukan fasilitas laboratorium untuk analisis .
BAB V PROTEKSI PADA SISTEM BOILER 5.1
PROTEKSI METAL BOILER Suatu boiler atau pembangkit uap yang dioperasikan tanpa kondisi air yang baik , cepat atau
lambat akan menimbulkan masalah--masalah masalah yang berkaitan dengan kinerja dan kualitas dari sistem pembangkit uap. Banyak masalah-masalah masalah yang ditimbulkan akibat dari kurangnya kurangnya penanganan dan perhatian khusus terhadap penggunaan air umpan boiler. Akibat dari kurangnya penanganan terhadap air umpan boiler akan menimbulkan masalah-masalah masalah sebagai berikut : 1. Pembentukan kerak (pada pipa sisi air) 2. Korosi 3. Pembentukan deposit (pada permukaan sisi gas) 4. Priming dan Carry over
5.1.1 Pembentukan Kerak (Inner Inner Tube Surface) Kerak
Tube
Water
Gas
Gambar 5.1 Kerak Pada Boiler
Terbentuk kerak pada dinding boiler terjadi akibat adanya mineral-mineral mineral pembentukan kerak, misalnya ion-ion ion kesadahan seperti Ca2+ dan Mg2+ dan akibat pengaruh gas penguapan. Diamping itu pula dapat disebabkan oleh mekanisme pemekatan didalam boiler karena adanya pemanasan. Jenis-jenis kerak rak yang umum dalam boiler adalah kalsium sulfat, senyawa silikat dan
Boiler
91
karbonat. Zat-zat zat dapat membentuk kerak yang keras dan padat sehingga bila lama penanganannya akan sulit sekali untuk dihilangkan. Silika diendapkan bersama dengan kalsium dan magnesium sehingga membuat kerak semakin keras dan semakin sulit untuk dihilangkan. Kerak yang menyelimuti permukaan boiler berpengaruh terhadap perpindahan panas permukaan dan menunjukkan dua akibat utama yaitu berkurangnya panas yang dipindahkan dari dapur ke airr yang mengakibatkan meningkatkan temperatur disekitar dapur, dan menurunnya efisiensi boiler.
Gambar 5.2 Kerak pada Boiler
Untuk mengurangi terjadinya pembentukan kerak pada boiler dapat dilakukan pencegahanpencegahan pencegahan sebagai berikut : Mengurangi jumlah mineral dengan unit softener Melakukan blowdown secara teratur jumlahnya Memberikan bahan kimia anti kerak
Zat terlarut dan tersuspensi yang terdapat pada semua air alami dapat dihilangkan/dikura dihilangkan/dikurangi pada proses pra-treatment (pengolahan awal wal)) yang terbukti ekonomis. Penanggulangan kerak yang sudah ada dapat dilakukan dengan cara : On-line cleaning yaitu pelunakan kerak-kerak kerak kerak lama dengan bahan kimia selama Boiler beroperasi normal. Off-line cleaning (acid cleaning) cleanin yaitu melarutkan kerak-kerak rak lama dengan asam asam-asam khusus tetapi Boiler harus berhenti beroperasi. Mechanical cleaning : dengan sikat, pahat, scrub, dan lain-lain. lain
Boiler
92
5.1.2 Korosi Korosi dapat disebabkan oleh oksigen dan karbon dioksida yang terdapat dalam uap yang terkondensasi. Korosi merupakan peristiwa logam kembali kebentuk asalnya di alam misalnya besi menjadi oksida besi, alumunium dan lain-lain. lain lain. Peristiwa korosi dapat terjadi disebabkan oleh : Gas-gas gas yang bersifat korosif seperti O2, CO2, H2S Kerak dan deposit
Perbedaan logam ( korosi galvanis )
pH yang terlalu rendah dan lain-lain lain Jenis korosi yang dijumpai pada boiler dan sistem uap adalah ah general corrosion, pitting (terbentuknya lubang) dan embrittlement (peretakan baja). baja). Adanya gas yang terlarut, oksigen dan karbon dioksida pada air umpan boiler adalah penyebab utama general corrosion dan pitting corrosion ( tipe oksigen elektro kimia dan diffrensial ). Kelarutan gas-gas gas gas ini di dalam air umpan boiler menurun jika suhu naik. Kebanyakan oksigen akan memisah pada ruang uap, tetapi sejumlah kecil residu akan tertinggal dalam larutan atau terperangkap pada kantong-kantong kantong kantong atau dibawah deposit, hal ini dapat menyebabkan korosi pada logam-logam logam boiler.. Karena itu pentinguntuk melakukan proses deoksigenasi air boiler. boiler Jumlah rata-rata rata korosi atau serangan elektrokimia akan naik jika nilai pH air menurun. Selain itu air umpan boiler akan dikondisikan secara kimia mencapai nilai pH yang relatif tinggi. Bentuk korosi yang tidak umum tetapi berbahaya adalah bentuk korosi embrittlement embrittlement atau keretakan inter kristalin pada baja yang terjadi jika berada pada tekanan yang tinggi dan lingkungan kimia yang tidak sesuai. Caustic embrittlement atau keratakan inter kristalin pada baja yang terjadi jika berada pada tekanan yang tinggi dan lingkungan gkungan kimia yang tidak tidak sesuai. Caustic embrittlement terjadi pada sambungan penyumbat dan meluas pada ujung tabung dimana celah memungkinkan perkembangan suatu lingkungan an caustic yang terkonsentrasi. Hidrogen embrittlement adalah bentuk lain dari retakan interkristalin yang terjadi pada tabung air boiler yang disebabkan tekanan tinggi dan kondisi temperatur yang tertentu. Untuk mengurangi terjadinya peristiwa korosi dapat dilakukan pencegahan sebagai berikut : Mengurangi gas-gas gas yang bersifat korosif
Mencegah egah terbentuknya kerak dan deposit dalam boiler
Boiler
93
Mencegah korosi galvanis
Menggunakan zat yang dapat menghambat peristiwa korosif Mengatur pH dan alkalinitas air boiler dan lain-lain
Gambar 5.3 Korosi pada Boiler
5.1.3 Pembentukan Deposit Deposit merupakan erupakan peristiwa penggumpalan pada luar Tube yang disebabkan karena gas buang atau abu yang menempel pada Tube tersebut.
Gambar 5.4 Deposit pada Boiler
5.1.4 Priming and Carry over Dimasa lalu proses terjadinya Priming dan carry over dianggap sebagai dua wujud yang terpisah. Carry over adalah suatu semburan halus yang dibawa uap dari drum boiler kedalam superheater.
Boiler
94
Sebaliknya, Priming adalah “lumpur air” yang mengalir dari drum ke superheater dan biasanya disebabkan oleh permukaan air (level) drum tinggi. Saat ini ada dua kecenderungan untuk menganggap kedua proses adalah satu, mengingat jumlah air yang terbawa mungkin sangat bervariasi. Tergantung pada penyebab dari gangguan.
Gambar 5.5 Priming pada boiler
Dalam hal ini pemisah sistim cyclone akan benar-benar benar terendam. Sehingga efisiensinya berkurang dan mengakibatkan dryer menjadi kelebihan bebean. Carry over dapat disebabkan karena pH terlalu tinggi atau kadar garam terlalu tinggi. Dimana pH yang diizinkan antara 9,5-10 (khusus boiler tekanan menengah keatas). Namun, selain itu juga disebabkan oleh cacat pada bagian dalam drum. Jika uap tidak idak melewati separator atau dryer dryer karena berlubang atau salah letak, air tidak dapat dipisahkan dari uap.
(a) Normal buble
(b) Carry over buble
Gambar 5.6 Carry over pada boiler
Priming atau carry over dapat juga diciptakan oleh lonjakan berlebihan yang mengakibatkan kelebihan beban pada bagian dalam dari drum.. Hal ini dapat terjadi karena kenaikan beban boiler yang besar dan mendadak. Pada instalasi boiler uap yang sangat tua, buih (fouming) yang dihasilkan oleh kotoran-kotoran kotoran kimiawi dalam air boiler juga menyebabkan carry over over. Pada instalasi tekanan tinggi yang modern, pengontrolan kimiawi yang sangat ketat membuatnya betul betulbetul tidak mungkin untuk menghasilkan konsentrasi kotoran air boiler mencapai tingkat yang dapat menimbulkan pembuihan.
Boiler
95
5.1.5 Slagging & Fouling Slagging dan Fouling adalah fenomena menempel dan menumpuknya abu batu bara yang melebur pada pipa penghantar panas (heat ( exchanger Tube) ataupun dinding boiler. boiler Kedua hal ini sangat serius karena dapat memberikan dampak yang besar pada operasional boiler boiler, seperti masalah penghantaran panas, penurunan efisiensi boiler,, tersumbatnya pipa, serta kerusakan pipa pipa. Fenomena menempelnya abu ini terutama dipengaruhi oleh suhu melebur abu (ash ( fusion temperature, AFT) dan unsur – unsur dalam abu. Selain kedua faktor faktor tadi, evaluasi terhadap masalah ini juga dapat diketahui melalui perhitungan rasio terhadap beberapa unsur tertentu dalam abu. a.
Slagging Slagging adalah fenomena menempelnya partikel abu batubara baik yang berbentuk padat maupun leburan, pada permukaan dinding dinding penghantar panas yang terletak di zona gas pembakaran suhu tinggi (high high temperature combustion gas zone), zone), sebagai akibat dari proses pembakaran batubara. Terkait hal ini, persoalan penting yang perlu mendapat perhatian terutama adalah dinding penghan penghantar panas konveksi pada bagian outlet dari tungku ((furnace), bila suhu gasnya melebihi temperatur melunak abu (ash (ash softening temperature temperature).
Gambar 5.7 Slagging and Fouling Zone
Boiler
96
Secara umum, mekanisme menempel dan menumpuknya abu pada dinding penghantar panas boiler dapat dijelaskan sebagai berikut: •
Campuran mineral anorganik yang terdapat dalam abu batubara yang terdiri dari lempung (clay), pyrite, calcite, calcite dolomite, serta kuarsa (quarts), ), menerima panas radiasi yang kuat di dalam tungku sampai akhirnya melebur. Saat abu yang melebur ((molten ash)) tadi bersentuhan dengan permukaan pipa yang suhunya relatif lebih rendah, abu akan mengalami pendinginan sehingga akhirnya menempel dan mengeras.
•
Ketebalan lapisan abu yang menempel ini biasanya tidak sampai pada tingkat yang mengganggu performa dinding penghantar panas. Lagi pula, abu tadi dapat dihilangkan dengan penempatan soot blower di dalam tungku secara tepat. Tetapi bila sebagian batubara yang dibakar tersebut memiliki suhu lebur abu (AFT) relatif rendah dan berkadar dar lempung tinggi, maka abu yang menempel akan membentuk lapisan dan lama – kelamaan akan berkembang. Jika hal ini berlangsung terus, maka dapat menyebabkan turunnya kapasitas keluaran boiler akibat beberapa masalah yang muncul, diantaranya adalah menurunnya penyerapan panas oleh tungku dan tersumbatnya lubang ((orifice) pada tungku.
b.
Fouling Fouling adalah fenomena menempel dan menumpuknya abu pada dinding penghantar
panas (super heater maupun re-heater) re ) yang dipasang di lingkungan dimana suhu gas pada pa bagian belakang furnace lebih rendah dibandingkan suhu melunak abu (ash ( softening temperature). Unsur yang paling berpengaruh pada penempelan abu ini adalah material basa terutama Na, yang dalam hal ini adalah kadar Na2O. Bila kadar abu batubara banyak, kemudian unsur basa dalam abu juga banyak, ditambah kadar Na2O yang tinggi, maka Fouling akan mudah terjadi. Evaluasi karakteristik Fouling sama dengan untuk Slagging, Slagging, yaitu dinilai berdasarkan rasio unsur basa dan asam, serta kadar Na2O di dalam abu. Jika nilai – nilai tadi tinggi, maka secara umum kecenderungan Fouling juga meningkat. Selanjutnya, kadar sulfur yang tinggi juga cenderung mendorong timbulnya Fouling melalui pembentukan senyawa bersuhu lebur rendah, melalui persenyawaan dengan engan unsur basa ataupun besi. Fouling yang berkembang akan dapat menyebabkan bermacam – macam masalah seperti penurunan suhu uap pada keluaran ((outlet) super heater dan re-heater,, serta menyempit dan tersumbatnya jalur aliran gas. Untuk menghilangkan abu ini dapat digunakan soot blower,, sama seperti penanganan pada Slagging.
Boiler
97
5.2 PROTEKSI BOILER Boiler juga memiliki beberapa proteksi yang dimaksudkan untuk mengantisipasi apabila terjadi permasalahan pada boiler.. Apaila terjadi kondisi berikut ini, maka signal MFT ((Main Fuel Trip)) akan diaktifkan untuk menghentikan supply bahan bakar ke boiler secara otomatis. Adapun kondisi tersebut adalah sebagai berikut : 1. Drum level very low 2. Drum level high 3. Critical flame out 4. All flame loss 5. Hand trip 6. Furnace pressure high 7. Furnace pressure lom 8. Reheat protection 9. Both FD fan stop 10. Both ID fan stop 11. Both PA fan stop (coal power plant)
5.2.1 Drum Level Very Low Lampu indikator ator alarm ini akan menyala apabila level air pada pad drum turun sampai – 250 mm dan proteksi unit trip (mft) akan bekarja. Hal ini dimaksudkan untuk mengamankan mengamankan drum dari kerusakan (keretakan).
5.2.2 Drum Level High Lampu indikator alarm akan menyala apabila level air pada steam drum terlalu tinggi. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari air masuk ke superheater yang nantinya inya dapat merusak turbin.
5.2.3 Critical Flame Out Lampu indikator alarm akan menyala apabila terjadi kehilangan penyalaan ((flame loss) ≥ 5 pair burner pada ruang bakar boiler..
5.2.4 All Flame Loss Lampu indikator alarm akan menyala apabila terjadi kehilangan semua semua penyalaan burner (all flame loss) pada ruang bakar boiler tetapi kondisi shut off valve bahan bakar masih pada posisi
Boiler
98
buka. Hal ini dimaksudkan supaya tidak terjadi penumpukan bahan bakar pada ruang bakar yang nantinya akan mengakibatkan ledakan pada boiler.
5.2.5 Hand Trip Lampu indikator alarm akan menyala apabila tombol hand trip di tombol. Hal ini dilakukan pada saat terjadi kondisi darurat. Misalkan saat unit beroperasi normal tiba – tiba kondisi mutu air sangat jelek sekali (ph turun terus).
5.2.6 Furnace Pressure High Lampu indikator alarm akan menyala apabila tekanan tekana pada daerah ruang bakar ((furnace) mencapai tekanan 795 mmaq. Hal ini dimaksudkan untuk mengamankan boiler dari bahaya ledakan akibat boiler kelebihan tekanan.
5.2.7 Furnace Pressure Low Lampu indikator alarm akan menyala apabila tekanan tekana pada daerah ruang bakar ((furnace) dibawah rendah. Dimana dapat disebabkan apabila FD Fan trip sedangkan ID Fan berjalan.
5.2.8 Reheat Protection Lampu indikator alarm akan menyala apabila terjadi: Boiler beroperasi roperasi dengan fuel flow > 15% atau > 25%, posisi low press turbin bypass valve dan reheat stop valve close sementara turbin beroperasi tanpa beban. Boiler beroperasi dengan fuel flow > 15% atau > 25%, posisi high press turbin bypass valve close sementara turbinnya trip. Hal ini dimaksudkan untuk mengamankan reheater dari kondisi over heating yg akan menyebabkan kerusakan (pecahnya pipa) pada reheater.
5.2.9 Both Force Draught Fan Stop Lampu indikator alarm akan menyala apabila terjadi kedua force drught fan tersebut mati (trip). Hal ini sudah sangat jelas sekali mengingat tidak akan mungkin terjadi pembakaran yg sempurna pada boiler tanpa adanya tambahan udara bakar.
Boiler
99
5.2.10 Both Induce Draught Fan Stop Lampu indikator alarm akan menyala apabila terjadi kedua induce draught fan tersebut mati (trip). Dikhawatirkan flue gas tidak dapat keluar/mengalir sehingga tekanan/suhu di dalam furnace akan meningkat.
5.2.11 Both Primary Air Fan Stop Lampu indikator alarm akan menyala apabila terjadi kedua primary air fan tersebut mati (trip). Apabila PA fan mati, maka tidak ada batubara yang msauk ke burner sehingga tidak terjadi pembakaran.
Boiler
100
