Efisiensi Boiler Efisiensi termis boiler didefinisikan sebagai “persen energi (panas) masuk yang digunakan secara efektif pada steam yang dihasilkan” Terdapat dua metode pengkajian efisiensi boiler: 1. Metode langsung : energi yang diperoleh dari fluida kerja (air atau steam) dibandingkan dengan energi yang terkandung dalam bahan bakar boiler 2. Metode tidak langsung : efisiensi merupakan perbedaan antara kehilangan dan energi yang masuk Ad. 1 Metode langsung Efisiensi boiler (ŋ)
=
panas keluar x 100 panas masuk
=
Q x (hg - hf) x 100 q x HV
di mana: Q
=
jumlah steam yang dihasilkan per jam (kg/jam)
q
=
jumlah bahan bakar yang digunakan per jam (kg/jam)
hg
=
entalpi uap jenuh (kkal/kg steam)
hf
=
entalpi air umpan (kkal/kg air)
HV
=
heating value (kkal/kg)
Example Tentukan efisiensi boiler dengan metode langsung dari data berikut -
Jenis boiler
= berbahan bakar batu bara
-
Jumlah steam kering yang dihasilkan = 10 ton/jam
-
Tekanan steam / suhu
= 10 kg/cm2 / 180oC
-
jumlah pemakaian batu bara
= 2,25 ton/jam
-
suhu air umpan
= 85oC
-
HV batu bara
= 3200 kkal/kg
-
Entalpi steam pada tek. 10 kg/cm2
= 665 kkal/kg jenuh)
-
Entalpi air umpan
= 85 kkal/kg
Efisiensi boiler ŋ = =
10 x (665 - 85) 2,25 x 3200
x 100
80,56%
Keuntungan metode langsung 1. Evaluasi efisiensi boiler dapat dengan cepat dilakukan 2. Parameter untuk perhitungan sedikit 3. Membutuhkan sedikit instrumen untuk pemantauan 4. Mudah membandingkan rasio penguapan Kerugian 1. Tidak memberikan petunjuk kepada operator tentang penyebab efisiensi sistem yang lebih rendah 2. Tidak menghitung berbagai kehilangan yang berpengaruh pada berbagai tingkat efisiensi Ad. 2 Metode tidak langsung Metode tidak langsung juga dikenal dengan metode kehilangan panas. Standar acuan untuk uji boiler dengan menggunakan metode tidak langsung adalah British standard dan USA standard.
Efisiensi boiler, ŋ = 100 – (i + ii +iii + iV + v + vi + vii) Di mana kehilangan yang terjadi dalam boiler adalah kehilangan panas yang diakibatkan oleh: i
= gas cerobong yang kering
ii
= penguapan air yang terbentuk karena H2 dalam bahan bakar
iii
= penguapan kadar air dalam bahan bakar
iv
= adanya kadar air dalam udara pembakaran
v
= bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu terbang/fly ash
vi
= bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu bawah/bottom ash
vii
= radiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung
Data yang diperlukan untuk perhitungan efisiensi boiler adalah: -
Analisis ultimate bahan bakar (H2, O2, S, C, kadar air dan kadar abu)
-
Persentase oksigen atau CO2 dalam gas buang
-
Suhu gas buang, oC (Tf)
-
Suhu ambien (Ta) dan kelembaban udara, kg/kg udara kering
-
HV bahan bakar dalam kkal/kg
-
Persentase bahan yang dapat terbakar dalam abu (untuk bahan bakar padat)
-
HV abu dalam kkal/kg (untuk bahan bakar padat)
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, EA
EA
=
persen O2 x 100 21 - persen O2
Tahap 3 : Menghitung massa udara sebenarnya/kg bahan bakar, AAS =
(1 + EA/100) x udara teoritis
Tahap 4: Memperkirakan seluruh kehilangan panas (i)
% kehilangan panas yang diakibatkan oleh gas buang yg kering =
m x Cp x (Tf - Ta) x 100 HV bahan bakar
dimana: m = massa gas buang kering dalam kg/kg bahan bakar = (massa hasil pembakaran kering/kg bahan bakar) + massa N2 dlam bhn bkr pd basis 1 kg + massa N 2 dlm massa udara sebenarnya Cp= panas jenis gas buang (0,23 kkal/kg) (ii)
Persen kehilangan panas krn penguapan air yg terbentuk krn adanya H2 dlm bahan bkr
(iii)
(iv)
=
9 x H2 {584 Cp(Tf - Ta)} x 100 HV bhn bakar
H2
=
persen H2 dlm 1 kg bhn bakar
Cp
=
panas jenis steam (0,45 kkal/kg)
% kehilangan panas karena penguapan kadar air dlm bhn bkr =
M {584 Cp (Tf - Ta)} x 100 HV bahan bakar
M
=
persen kadar air dlm 1 kg bhn bkr
Cp
=
panas jenis steam (0,45 kkal/kg)
% kehilangan panas krn kadar air dlm udara =
(v)
AAS x faktor kelembaban x Cp (Tf - Ta) x 100 HV bhn bkr
% kehilangan panas krn bhn bkr tdk terbakar dlm abu terbang
= (vi)
total abu terkumpul/kg bhn bkr x HV abu terbang x 100 HV bhn bkr
% kehilangan panas krn bhn bkr tdk terbakar dlm abu bawah =
total abu terkumpul/kg bhn bkr x HV abu bawah x 100 HV bhn bkr
(vii) % kehilangan panas karena radiasi Asumsi Untuk boiler kapasitas 10 MW = 1 – 2% Untuk boiler kapasitas 500 MW = 0,2 – 1% Tahap 5 : Menghitung efisiensi boiler dan rasio penguapan boiler Efisiensi boiler, ŋ = 100 – (i + ii + iii + iv + v + vi + Vii) Rasio penguapan = Panas yang digunakan unt pembangkitan steam / panas yang ditambahkan ke steam Rasio penguapan : kilogram steam yang dihasilkan per kilogram bhn bakar yang digunakan. Misal : Boiler berbahan bakar batu bara : 6 (tiap 1 kg batu bara dpt menghasilkan 6 kg steam) Boiler berbahan bakar minyak : 13 (tiap 1 kg minyak dpt menghasilkan 13 kg steam) Example -
Jenis boiler berbahan bakar minyak
-
Analisis ultimate minyak bakar
C : 84%
H2 : 12%
S : 3%
O2 : 1%
-
HV minyak bakar
= 10200 kkal/kg
-
% oksigen
= 7%
-
% CO2
= 11%
-
Suhu gas buang (Tf)
= 220oC
-
Suhu ambien (Ta)
= 27oC
-
Kelembaban udara
= 0,018 kg/kg udara kering
Tahap 1 : Menghitung kebutuhan udara teoritis = [(11,43 x C) + {34,5 x (H2 – O2/8)} + (4,32 x S)] / 100 kg/kg minyak bakar = [(11,43 x 84) + {34,5 x (12 – 1/8)} + (4,32 x 3)] / 100 kg/kg minyak bakar = 13,82 kg udara/kg minyak bakar
Tahap 2 : menghitung % udara berlebih, EA EA
=
persen O2 x 100 21 - persen O2
=
7 x 100 21 - 7
= 50% Tahap 3 : menghitung massa udara sebenarnya / kg bhn bakar (AAS) AAS = (1 + EA/100) x udara teoritis = (1 + 50/100) x 13,82 = 20,74 kg udara/kg minyak bakar Tahap 4 : memperkirakan seluruh kehilangan panas (i)
% kehilangan panas karena gas kering cerobong =
m x Cp x (Tf - Ta) x 100 HV bahan bakar
dimana,
m = massa CO2 + massa SO2 + massa N2 + massa O2
m=
0,84 x 44 0,03 x 64 20,74 x 77 (0,07 x 32) 12 32 100
m = 21,35 kg/kg minyak bakar =
m x Cp x (Tf - Ta) x 100 HV bahan bakar
=
21,35 x 0,23 x (220 - 27) x 100 10200
= 9,29% (ii)
Kehilangan panas krn penguapan kadar air krn adanya H2 dlm bhn bakar =
9 x H2 {584 Cp(Tf - Ta)} x 100 HV bhn bakar
=
9 x 12 {584 0,45(220 - 27)} x 100 10200
= 7,10% (iii)
Kehilangan panas krn kadar air dlm udara =
AAS x kelembaban x 0,45 x (Tf - Ta)} x 100 HV bahan bakar
=
20,74 x 0,018 x 0,45 x (220 - 27)} x 100 10200
= 0,317% (iv)
Kehilangan panas krn radiasi dan kehilangan lain, asumsi = 2%
Tahap 5 : Menghitung efisiensi boiler dan rasio penguapan boiler Efisiensi boiler, ŋ = 100 – (i + ii + iii + iv + v + vi + vii) = 100 – (9,29 + 7,1 + 0,31 + 2) = 83% Rasio penguapan =
10200 x 0,83 (660 - 60)
= 14,11
Keuntungan metode tidak langsung Dapat diketahui neraca bahan dan energi yang lengkap untuk setiap aliran, yang dapat memudahkan dlm mengidentifikasi dan meningkatkan efisiensi boiler Kerugian Perlu waktu lama Memerlukan fasilitas lab. Untuk analisis
