PENINGKATAN EFISIENSI BOILER DENGAN MENGGUNAKAN ECONOMIZER

PENINGKATAN EFISIENSI BOILER DENGAN MENGGUNAKAN ECONOMIZER

MAKALAH

Oleh : IMAM BAHRUDIN, ST

TRAINING CADET ANGKATAN XIV PT REA KALTIM PLANTATIONS 2014

i

HALAMAN PENGESAHAN

Makalah

berjudul

“Peningkatan

Efisiensi

Boiler

dengan

Menggunakan

Economizer” telah diperiksa dan disahkan pada: Hari, Tanggal

:

Desember 2014

Tempat

: Training School PT Rea Kaltim Plantations

Manager of Human Resource, PT Rea Kaltim Plantations

Pembina Training School,

Waryanti

Hendardji Andra W

Head of Human Resource, PT Rea Kaltim Plantations

Zulaedy E. Ginting

ii

DAFTAR ISI

halaman HALAMAN SAMPUL..........................................................................

i

HALAMAN PENGESAHAN...............................................................

ii

DAFTAR ISI..........................................................................................

iii

PRAKATA.............................................................................................

v

BAB 1. PENDAHULUAN.....................................................................

1

1.1 Latar Belakang.................................................................................

1

1.2 Rumusan Masalah...........................................................................

2

1.3 Tujuan dan Manfaat........................................................................

3

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA...........................................................

4

2.1 Ketel Uap...........................................................................................

4

2.2 Bagian-Bagian Boiler.......................................................................

5

2.3 Esensi Ketel Uap yang Baik.............................................................

7

2.4 Pemilihan Ketel Uap.........................................................................

7

2.5 Klasifikasi Ketel Uap........................................................................

7

2.6 Keuntungan dan Kerugian Ketel Pipa Air.....................................

10

BAB 3. PEMBAHASAN........................................................................

11

3.1 Perpindahan Panas pada Boiler......................................................

11

3.1.1 Perpindahan panas secara pancaran (radiation)..............................

11

3.1.2 Perpindahan panas secara aliran (convection).................................

11

3.1.3 Perpindahan panas secara rambatan (conduction)...........................

11

3.2 Proses Pemanasan Air......................................................................

12

3.3 Keterpasangan Peralatan pada Economizer.................................

16

3.4 Economizer sebagai Instrument Pembantu dalam Feed Water Treatment pada Boiler.....................................................................

17

3.5 Mekanisme Economizer...................................................................

20

3.6 Analisa Performansi dari Boiler......................................................

23

3.6.1 Efisiensi boiler................................................................................

23

3.6.2 Perhitungan efisiensi boiler.............................................................

26

3.6.3 Rasio penguapan.............................................................................

29

iii

BAB 4. PENUTUP.................................................................................

33

4.1 Kesimpulan.......................................................................................

33

4.2 Saran.................................................................................................

33

DAFTAR PUSTAKA.............................................................................

34

iv

PRAKATA

Alhamdulillah, puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Shalawat dan salam yang selalu tercurahkan kepada junjungan Nabi Besar Muhammad SAW karena beliau lah panutan seluruh umat di dunia maupun akhirat. Makalah ini berjudul “Peningkatan Efisiensi Boiler dengan Menggunakan Economizer”. Penyusunan makalah ini digunakan untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan Training Cadet PT Rea Kaltim Plantations. Penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1. Ibunda dan Ayahanda tercinta yang selalu tiada henti dan tiada lelah mendidik dan menasehatiku, kakak-kakakku dan adik-adikku, serta saudara-saudaraku semua yang telah memberikan doa dan motivasi. 2. Bapak Zulaedy E. Ginting selaku Head of HR dan Ibu Waryanti selaku Manager of HR yang telah memberikan kesempatan menempuh pendidikan Training Cadet PT Rea Kaltim Plantations. 3. Bapak Hendardji Andra W. selaku pembina Training School yang selalu memberikan ide, saran, dan motivasi selama proses penyusunan makalah ini. 4. Seluruh Head, Manager, beserta staf PT Rea Kaltim Group yang telah memberikan ilmu dan pengetahuan selama pendidikan Training Cadet. 5. Seluruh staf dan karyawan Training School PT Rea Kaltim Plantations. 6. Seluruh teman-teman Training Cadet angkatan XIV telah memberikan banyak dukungan, Wiangga, Arifyanto, Heri, Anwar, Suroto, Agro, Eko, Pak Fatur, Pak Arnol, Pak Nobert, Marga, dan teman-teman lain yang telah banyak membantu selama pendidikan. Penulis menyadari sebagai manusia yang tak lepas dari kekhilafan dan kekurangan, oleh karena itu diharapkan adanya kritik, saran, dan ide yang bersifat konstruktif demi kesempurnaan makalah ini. Semoga makalah ini dapat memberikan manfaat khususnya bagi penulis dan penulis-penulis berikutnya.

Central, Desember 2014

Penulis

v

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Minyak sawit berasal dari buah pohon kelapa sawit (Elaeis guineensis), suatu spesies tropis yang berasal dari Afrika Barat, namun kini tumbuh sebagai hibrida di banyak belahan dunia, termasuk Asia Tenggara dan Amerika Tengah. Minyak sawit menjadi minyak pangan yang paling banyak diperdagangkan secara internasional pada tahun 2007. Minyak yang relatif murah ini digunakan untuk berbagai tujuan. Permintaan dunia akan minyak sawit telah melonjak dalam dua dasawarsa terakhir, pertama karena penggunaannya dalam bahan makanan, sabun, dan produk-produk konsumen lainnya, dan belakangan ini sebagai bahan baku mentah bahan bakar nabati. Naiknya tingkat kemakmuran di India dan Cina, kedua negara importir terbesar di dunia, akan menambah permintaan akan minyak sawit dan minyak sayur yang dapat dimakan lainnya untuk berbagai kegunaan. Buah sawit adalah sumber bahan baku CPO (Crude Palm Oil) dan PKO (Palm Kernel Oil). CPO dihasilkan dari daging buah sawit, sedangkan PKO dihasilkan dari inti buahnya (Fricke, 2009). Dalam pabrik kelapa sawit, ketel uap (boiler) merupakan jantung dari sebuah pabrik kelapa sawit. Dimana, ketel uap ini lah yang menjadi sumber tenaga dan sumber uap yang akan dipakai untuk mengolah kelapa sawit. Ketel uap merupakan suatu alat konversi energi yang merubah air menjadi uap yang bersuhu sekitar 2500-3000oF dengan cara pemanasan dan panas yang dibutuhkan air untuk penguapan diperoleh dari pembakaran bahan bakar pada ruang bakar ketel uap. Air adalah media yang berguna dan murah. Jika air dididihkan sampai menjadi steam, volume steam akan meningkat sekitar 1600 kali dari volume air. Steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses untuk membangkitkan energi. Steam menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak. Boiler tersusun dari beberapa komponen seperti cerobong, superheater, steam drum, economizer, dan komponen penting lainnya. Salah satu komponen terpenting pada sistem boiler adalah economizer yang

1

berperan membantu memanaskan feedwater yang akan digunakan dalam boiler (UNEP, 2004). Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua peralatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem. Air yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi steam disebut air umpan (feed water). Dua sumber air umpan adalah: (1) Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses dan (2) Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar ruang boiler dan plant proses (UNEP, 2004). Berdasarkan gagasan pokok di atas, Parameter kinerja boiler, seperti efisiensi dan rasio penguapan, berkurang terhadap waktu disebabkan buruknya pembakaran, kotornya permukaan penukar panas dan buruknya operasi dan pemeliharaan. Bahkan untuk boiler yang baru sekalipun, alasan seperti buruknya kualitas bahan bakar dan kualitas air dapat mengakibatkan buruknya kinerja boiler. Oleh karena itu dalam makalah ini akan membahas mengenai potensi meningkatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi dengan menggunakan economizer untuk pemanasan awal air umpan (feed water) menggunakan limbah panas dari gas buang (flue gas). 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang permasalahan yang telah diuraikan maka rumusan masalah yang dibahas dalam makalah ini adalah: 1. Bagaimana proses terbentuknya uap? 2. Bagaimana prinsip kerja economizer sebagai komponen ekonomis dalam konsumsi energi? 3. Bagaimana analisa efisiensi boiler dengan menggunakan economizer? 2

1.3 Tujuan dan manfaat Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah: 1. Mengetahui prinsip kerja boiler pipa air (water tube boiler) dan komponen pendukungnya. 2. Mengetahui kehilangan panas (heat loss) pada boiler dan cara pencegahannya. 3. Mengetahui prinsip kerja economizer sebagai usaha meningkatkan efisiensi boiler. 4. Mengetahui cara analisa efisiensi boiler dengan sistem perhitungan langsung dan tidak langsung.

Manfaat dari makalah ini adalah: 1. Memberikan informasi dan data potensi peluang meningkatkan efisiensi boiler dengan menggunakan economizer. 2. Adanya analisa performansi boiler dapat memberikan gambaran mengenai perbaikan pada sistem boiler sehingga kebutuhan dan kualitas uap dapat dijaga dengan baik.

3

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Ketel Uap Dalam

Undang-undang

(stoom

ordonnantie)

verordening

stoom

ordonnantie 1930 yang dimaksud dengan pesawat uap ialah ketel uap dan alat-alat lainnya yang dengan peraturan Pemerintah ditetapkan demikian, langsung atau tidak langsung berhubungan (atau tersambung) dengan suatu ketel uap dan diperuntukan bekerja dengan tekanan yang lebih besar (tinggi) daripada tekanan udara.

Gambar 2.1 Bagian-bagian Boiler

Sebuah ketel uap biasanya merupakan bejana tertutup yang terbuat dari baja Fungsinya adalah memindahkan panas yang dihasilkan pembakaran bahan bakar ke

4

air yang pada akhirnya akan menghasilkan uap. Uap yang dihasilkan bisa dimanfaatkan untuk: 1. Mesin pembakaran luar seperti: mesin uap dan turbin. 2. Suplai tekanan rendah bagi kerja proses di industri seperti pabrik kelapa sawit, pabrik gula, industri revinery dsb. 3. Menghasilkan air panas, dimana bisa digunakan untuk instalasi pemanas bertekanan rendah.

2.2 Bagian-bagian boiler Secara umum bagian utama dari boiler terdiri dari :  Main equipment 1. Ruang Bakar (Furnace) Yaitu tempat terjadinya pembakaran ampas dan minyak atau bahan bakar yang lain. Suhu di dalam ruang bakar berkisar 600oC tergantung dari zat kering bahan bakar. Untuk mendapatkan suhu ruang bakar yang tinggi perlu pengaturan dari udara hembus dan umpan bahan bakar. Untuk pembuangan abu masing-masing ketel menggunakan dumping grade, dan langsung di gorek agar tidak mengganggu proses pembakaran. 2. Baggase Feeder Digunakan sebagai pengumpan ampas agar masuknya ampas ke dalam ruang bakar secara kontinu dan merata. pemasukan ampas menggunakan rotary valve dengan mengatur bukaan pintu ampas. 3. Main steam drum Sebagai tempat masuk air dan sirkulasi air panas karena pembakaran sehingga terbentuk uap. 4. Super heater Digunakan untuk mengubah uap kenyang menjadi uap kering dengan temperatur 325oC karena uap yang mengandung air akan berbahaya bagi turbin. Cara kerjanya yaitu uap yang keluar dari upper drum ketel dimasukkan ke dalam pipa-pipa yang kemudian masuk ke dalam ruang bakar dan uap berubah menjadi uap kering. 5. Penangkap debu (Dust collector)

5

Fungsinya sebagai penangkap debu sebelum gas asap keluar dari cerobong agar tidak terjadi polusi udara di lingkungan. Ketel pipa air menggunakan penangkap debu yaitu dengan cara dispray dengan air. Gas sisa pembakaran ditarik IDF, sehingga terjadi pusaran di spray dengan air disekelilingnya. Butiran-butiran abu yang halus akan jatuh ke talang bersama air lalu ke penampung abu. 6. Economizer Ekonomiser adalah piranti yang digunakan untuk memanaskan air umpan dengan memanfaatkan panas dari gas asap sebelum masuk ke cerobong. 7. Oil burner Sebagai pembakaran tambahan dalam ketel dengan residu.  Auxiliary equipment 1. Force draft fan (FDF) Berfungsi sebagai penghembus campuran uap bahan bakar dan gas-gas dan udara di dalam ruang bakar. 2. Induce draft fan (IDF) Berfungsi untuk membuang atau menghisap gas-gas berikut campuran uap bahan bakar dan udara yang terdapat di dalam ruang bakar. 3. Valves, control, dan instrument Sebagai instrument pengaman serta control terhadap tekanan, temperatur, water level dsb.  Balance of boiler 1. Deaerator Pemisah gas-gas terlarut dalam air (O2) dan memanaskan air umpan boiler sebelum dibakar di dalam boiler. 2. Feed water heater Sistem pemanasan awal pada air pengisi ketel 3. Blowdown system Blowdown kontinyu yang tidak terkendali sangatlah sia-sia. Pengendalian blowdown otomatis dapat terpasang yang merupakan sensor dan merespon pada

6

konduktivitas air boiler dan pH. Blowdown 10 % dalam boiler 15 Kg/cm² menghasilkan kehilangan efisiensi 3%.

2.3 Esensi Ketel Uap yang Baik Berikut ini adalah esensi dari ketel uap yang baik. 1. Harus menghasilkan kuantitas maksimum uap dengan bahan bakar yang diberikan. 2. Harus ekonomis ketika dipasang, dan menghendaki sedikit perhatian ketika beroperasi. 3. Harus secara cepat bisa memenuhi beban yang berfluktuasi. 4. Harus bisa distarter dengan cepat. 5. Beratnya harus ringan. 6. Harus menempati ruang yang kecil. 7. Sambungan harus sesedikit mungkin dan bisa dinspeksi. 8. Lumpur atau endapan lainnya tidak boleh mengumpul pada pelat pemanas. 9. Tube tidak boleh mengakumulasi jelaga atau kotoran air, dan harus mempunyai toleransi ketebalan untuk keausan dan korosi. 10. Rangkaian air dan gas asap harus didesain supaya bisa memberikan kecepatan fluida maksimum tanpa mengakibatkan kerugian gesek yang besar.

2.4 Pemilihan Ketel Uap Pemilihan jenis dan ukuran ketel uap tergantung pada faktor-faktor berikut: 1. Daya yang diperlukan dan tekanan kerja. 2. Posisi geografi dari power house (sumber tenaga). 3. Ketersediaan bahan bakar dan air. 4. Kemungkinan stasiun permanen. 5. Faktor beban yang mungkin.

2.5 Klasifikasi Ketel Uap Ada banyak klasifikasi ketel uap, berikut ini diberikan beberapa klasifikasi ketel uap yang penting.

7

1. Berdasarkan isi tube/pipa. a. Pipa api atau pipa asap Pada ketel pipa api, nyala api dan gas panas yang dihasilkan pembakaran, mengalir melalui pipa yang dikelilingi oleh air. Panas dikonduksikan melalui dinding pipa dari gas panas ke air di sekeliling pipa tersebut. Contoh ketel uap pipa air sederhana: ketel vertikal sederhana, ketel Cochran, ketel Lanchasire, ketel Cornish, kete Scotch marine, ketel lokomotif dan ketel Velcon.

Gambar 2.2 Fire tube boiler

b. Pipa air Pada ketel pipa air, air dimasukkan ke dalam pipa dimana pipa dikelilingi oleh nyala api dan gas panas dari luar. Contoh ketel jenis ini : ketel Babcock dan Wilcox, ketel Stirling, ketel La-Mont, ketel Benson, ketel Yarrow dan ketel Loeffler.

Gambar 2.3 Water tube boiler 8

2. Berdasarkan posisi dapur pembakar. a. Dibakar di dalam Pada ketel uap dibakar di dalam, dapur diletakkan di dalam kulit boiler. Sebagaian besar ketel pipa api mempunyai jenis ini. b. Dibakar di luar Pada ketel uap dibakar di luar, dapur disusun dibawah susunan bata. Ketel pipa air selalu dibakar di luar.

3. Berdasarkan sumbu shell/kulit. a. Vertikal Pada ketel uap vertikal, sumbu shell vertikal. b. Horizontal Sedangkan pada jenis horisontal, sumbu shellnya horisontal.

4. Berdasarkan jumlah pipa. a. Pipa tunggal Pada ketel uap pipa tunggal, hanya ada satu buah pipa api atau pipa air. Ketel vertical sederhana dan ketel Cornish adalah jenis ketel pipa tunggal. b. Pipa banyak Pada ketel pipa banyak, ada dua atau lebih pipa api atau pipa air.

5. Berdasarkan metode sirkulasi air dan uap. a. Sirkulasi alami Pada ketel dengan sirkulasi alami, sirkulasi air adalah dengan arus konveksi alami/natural, dimana dihasilkan karena pemanasan air. b. Sirkulasi paksa Pada ketel uap dengan sirkulasi paksa, ada sirkulasi paksa pada air dengan memakai penggerak pompa. Penggunaan sirkulasi paksa dilakukan pada ketel seperti ketel La-Mont, ketel Benson, ketel Loefler dan ketel Velcon.

9

6. Berdasarkan penggunaannya. a. Stasioner Ketel uap stasioner digunakan di pusat pembangkit tenaga, dan di industri proses. Ketel ini disebut stasioner karena ketel tidak berpindah dari satu ke tempat lainnya. b. Mobil (bergerak) Ketel uap mobil adalah ketel yang bergerak dari satu tempat ke tempat lainnya. Ketel jenis ini seperti ketel lokomotif dan ketel marine.

7. Berdasarkan sumber panas. Sumber panas bisa berupa pembakaran bahan bakar padat, cair atau gas, gas sisa panas yang dihasilkan dari proses kimia, energi listrik atau energi nuklir.

2.6 Keuntungan dan Kerugian Ketel Pipa Air Keuntungan-keuntungan ketel pipa air: 1. Menghasilkan uap dengan tekanan lebih tinggi dari pada ketel pipa api. 2. Untuk daya yang sama, menempati ruang/tempat yang lebih kecil daripada ketel pipa api. 3. Laju aliran uap lebih tinggi. 4. Komponen-komponen yang berbeda bisa diurai sehingga mudah untuk dipindahkan. 5. Permukaan pemanasan lebih efektif karena gas panas mengalir keatas pada arah tegak lurus. 6. Pecah pada pipa air tidak menimbulkan kerusakan ke seluruh ketel.

Kerugian-kerugian ketel pipa air: 1. Air umpan mensaratkan mempunyai kemurnian tinggi untuk mencegah endapan kerak di dalam pipa. Jika terbentuk kerak di dalam pipa bisa menimbulkan panas yang berlebihan dan pecah. 2. Ketel pipa air memerlukan perhatian yang lebih hati-hati bagi penguapannya, karena itu akan menimbulkan biaya operasi yang lebih tinggi. 3. Pembersihan pipa air tidak mudah dilakukan.

10

BAB 3. PEMBAHASAN

3.1 Perpindahan Panas pada Boiler 3.1.1 Perpindahan panas secara pancaran (radiation) Perpindahan panas secara radiasi adalah perpindahan panas antara suatu benda ke benda yang lain dengan jalan melalui gelombang-gelombnag elektromagnetik tanpa tergantung kepada ada atau tidak adanya media diantara benda yang menerima pancaran panas tersebut. Molekul-molekul api yang merupakan hasil pembakaran bahan bakar dan udara akan menyebabkan terjadinya gangguan keseimbangan elektromagnetis terhadap media yang disebut aether (materi bayangan tanpa bobot yang mengisi ruangan). Sebagian panas yang timbul dari hasil pembakaran tersebut diteruskan ke aether yang kemudian diteruskan kepada bidang yang akan dipanasi yaitu dinding atau pipa ketel.

3.1.2 Perpindahan panas secara aliran (convection) Perpindahan panas secara konveksi adalah perpindahan panas yang dilakukan oleh molekul-molekul suatu fluida (cair maupun gas). Molekul-molekul fluida tersebut dalam gerakannya melayang-layang kesana kemari membawa sejumlah panas masing-masing (q) joule. Pada saat molekul fluida tersebut menyentuh dinding atau pipa ketel maka panasnya dibagikan sebagian kepada dinding atau pipa ketel, sedangkan sebagian lagi dibawa molekul pergi. Gerakan-gerakan molekul yang melayang-layang tersebut disebabkan karena perbedaan temperatur di dalam fluida itu sendiri. Dalam gerakannya, molekul-molekul api tersebut tidak perlu melalui lintasan yang lurus untuk mencapai dinding bidang yang dipanasi.

3.1.3 Perpindahan panas secara rambatan (conduction) Perpindahan panas secara konduksi adalah perpindahan panas dari suatu bagian benda padat kebagian lain dari benda padat yang sama atau dari benda padat yang satu ke benda padat yang lain karena terjadinya persinggungan fisik (kontak fisik atau menempel) tanpa terjadinya perpindahan panas molekul-molekul dari benda padat itu sendiri. Di dalam dinding ketel, panas akan dirambatkan oleh 11

molekul-molekul dinding ketel sebelah dalam yang berbatasan dengan api, menuju ke molekul-molekul dinding ketel sebelah luar yang berbatasan dengan air. Perambatan tersebut menempuh jarak terpendek (Djokosetyardjo, 1993) 3.2 Proses Pemanasan Air Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air dididihkan sampai menjadi steam, volumenya akan meningkat sekitar 1.600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik. Sistem boiler terdiri dari : sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai valve disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan valve dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua peralatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem. Air yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi steam disebut air umpan. Dua sumber air umpan adalah: kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses dan air make up (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar ruang boiler dan plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang. Bahan baku yang digunakan untuk membuat steam adalah air bersih. Air dari RO yang telah diproses di alirkan menggunakan pompa ke deaerator tank hingga pada level yang sudah ditentukan. Pemanasan dalam deaerator adalah 12

dengan menggunakan steam sisa yang berasal dari hasil pemutaran turbin. Dalam hal ini terdapat beberapa stage atau tahap sirkulasi steam untuk pemanasan awal deaerator. Tahap 1 Steam sisa yang berasal dari steam yang memutar turbin langsung dikembalikan ke deaerator untuk memanaskan kembali air yang terdapat pada deaerator tank. Sisa steam ini langsung mengalir disebabkan perbedaan tekanan dan massa jenis air dan steam, karena perbedaan massa jenis itu lah steam cenderung menuju ke massa jenis yang lebih besar yaitu air. Sirkulasi pada stage ini terus menerus seperti itu. Tahap 2 Sisa steam hasil pemutar turbin jatuh ke condenser (proses pendinginan). Pada tahap ini pedinginan steam sisa dibantu oleh air laut. Setelah melalui proses pendinginan ini, steam berubah menjadi air kembali kemudian di alirkan ke LPH (low pressure heater) untuk dipanaskan kembali. Setelah dari LPH air yang hampir panas tadi di alirkan lagi ke deaerator untuk pemanasan lanjut. Setelah dipanaskan di deaerator air panas tadi tidak langsung di alirkan ke economizer, tetapi air di alirkan terlebih dahulu ke HPH (High Pressure Heater) untuk dipanaskan lebih dan setelah itu barulah dialirkan ke economizer. Bantuan beberapa heater pada stage 2 ini hanyalah suatu langkah pemeliharaan instrument dimana telah disetting sedemikian rupa untuk penjagaan. Selain itu juga bisa digunakan sebagai safety jika ada dari salah satu system dari stage-stage tadi mengalami kerusakan, selain itu tahap demi tahap ini memang tergantung dari jenis turbin yang digunakan. Dari komponen lain diluar sistem pemanasan air terdapat Chemical Tank yang berfungsi sebagai tempat dibuatnya suatu larutan kimia untuk pemeliharaan pipa-pipa dan instrument-instrument yang lain. Setelah larutan kimia dibuat lalu dialirkan ke deaerator dan ke beberapa instrument lain seperti drum boiler untuk dicampurkan dengan air dan kemudian kembali kedalam proses pemanasan air. Gambar dibawah ini adalah gambar diagram proses pemanasan air menjadi steam hingga memutar turbin dan menghasilkan energi listrtik.

13

Gambar 3.1 Diagram Block Proses

Keterangan gambar : - Line Hitam proses pemanasan air menjadi steam - Line Biru proses stage 1 - Line Merah proses stage 2 Dengan meningkatnya suhu dan air mendekati kondisi didihnya, beberapa molekul mendapatkan energi kinetik yang cukup untuk mencapai kecepatan yang membuatnya sewaktu-waktu lepas dari cairan ke ruang diatas permukaan, sebelum jatuh kembali ke cairan. Pemanasan lebih lanjut menyebabkan eksitasi lebih besar dan sejumlah molekul dengan energi cukup untuk meninggalkan cairan jadi meningkat. Dengan mempertimbangkan struktur molekul cairan dan uap, masuk akal bahwa densitas steam lebih kecil dari air, sebab molekul steam terpisah jauh satu dengan yang lainnya. Ruang yang secara tiba-tiba terjadi diatas permukaan air menjadi terisi dengan molekul steam yang padat. Jika jumlah molekul yang meninggalkan permukaan cairan lebih besar dari yang masuk kembali, maka air menguap dengan bebasnya. Pada titik ini air telah mencapai titik didihnya atau suhu jenuhnya, yang dijenuhkan oleh energi panas. Jika tekananya tetap, penambahan lebih banyak panas tidak mengakibatkan kenaikan suhu lebih lanjut namun menyebabkan air membentuk steam jenuh. Suhu air mendidih dengan steam jenuh dalam sistim ya ng sama adalah sama, akan tetapi energi panas per satuan massa nya lebih besar pada steam. Pada tekanan atmosfir suhu jenuhnya adalah 100°C. Tetapi, jika tekanannya bertambah, maka akan ada

14

penambahan lebih banyak panas yang peningkatan suhu tanpa perubahan fase. Oleh karena itu, kenaikan tekanan secara efektif akan meningkatkan entalpi air dan suhu jenuh. Hubungan antara suhu jenuh dan tekanan dikenal sebagai kurva steam jenuh (Gambar 3.2).

Gambar 3.2 Kurva Steam Jenuh

Air dan steam dapat berada secara bersamaan pada berbagai tekanan pada kurva ini, keduanya akan berada pada suhu jenuh. Steam pada kondisi diatas kurva jenuh dikenal dengan superheated steam/steam lewat jenuh: 

Suhu diatas suhu jenuh disebut derajat steam lewat jenuh.



Air pada kondisi dibawah kurva disebut air sub- jenuh.

Jika steam mengalir dari boiler pada kecepatan yang sama dengan yang dihasilkannya, penambahan panas lebih lanjut akan meningkatkan laju produksinya. Jika steam yang sama tertahan tidak meninggalkan boiler, dan jumlah panas yang masuk dijaga tetap, energi yang mengalir ke boiler akan lebih besar dari pada energi yang mengalir keluar. Energi berlebih ini akan menaikan tekanan, yang pada gilirannya akan menyebabkan suhu jenuh meningkat, karena suhu steam jenuh berhubungan dengan tekanannya. Dalam hal ini pembakaran air di dalam boiler adalah, air yang melalui economizer yang telah melalui pemanasan di dalamnya dialirkan ke drum boiler (penampungan steam) dan kemudian dibakar di dalam boiler untuk dipanaskan lebih lanjut hingga menjadi steam basah. Suhu di dalam boiler ini adalah sekitar 400oC-459oC. Pembakaran menggunakan bahan bakar batu bara dan dibantu dengan udara untuk menjaga kestabilan pembakaran di dalam coumbution system.

15

Sistem pengendalian pembakaran menghubungkan antara pengendalian input panas ke boiler dengan rasio udara/bahan bakar yang masuk ruang pembakaran. Sistem pengendalian ini harus dapat menjamin jumlah udara yang tersedia mencukupi untuk pembakaran sejumlah bahan bakar secara efisien tanpa menimbulkan smoke dan dengan minimum discharge particulate dari cerobong. Setelah proses di dalam boiler ini, aliran steam lalu dilanjutkan ke Superheater untuk menjadi kan steam kering, suhu steam saat itu sekitar 520 oC–600oC dan siap untuk memutar turbin.

3.3 Keterpasangan Peralatan Pada Economizer Konstruksi economizer adalah berdasarkan tipenya, ada tipe economizer yang tidak menyatu dengan boiler, dan ada juga economizer yang menyatu dengan boiler. Perbedaan kedua nya hanyalah pada peletakkan tempat pada penyusunan komponen dalam suatu pabrik. Pada economizer yang dihubungkan langsung dengan boiler, dan terpasang langsung saat dikeluarkan dari pabrikan nya. Dalam hal ini, spesifikasi alatnya bukan lah dari type economizer melainkan type dari boiler itu sendiri yaitu boiler recovery atau bisa juga disebut boiler economizer.

Adapun bagian-bagian dari economizer adalah sebagai berikut: 1. Soot blower Soot blower yang terlihat pada gambar berikut ini adalah suatu peralatan mekanis yang digunakan untuk pembersihan bagian ketel seperti pada economizer dari endapan-endapan abu (ash) yang lengket pada pipa-pipa economizer. Soot blower mengarahkan alat pembersih melalui mulut pipa (nozzle) pada abu yang lengket pada pipa-pipa economizer. Soot blower juga mencegah penyumbatan gas asap yang lewat.

16

Gambar 3.3 Sootblower 2. Ash handling Dalam membantu dan menjaga agar economizer tetap dalam kondisi baik, maka economizer dilengkapi dengan alat pembantu seperti ash handling seperti gambar III.6 berikut, yang berfungsi untuk menangkap abu yang telah dibersihkan oleh soot blower.

Gambar 3.4 Ash Handling System

17

3.4 Economizer sebagai Instrument Pembantu dalam feed water treatment pada Boiler Penggunaan deaerator dan economizer sebagai instrument pembantu dalam pemanasan air sebelum air dibakar di dalam boiler. Air yang didapat dari raw water yang telah ditreatment hingga sesuai dengan standar yang tentukan dialirkan ke deaerator dengan tujuan pemisahan gas-gas terlarut dalam air dan memisahkan mineral-mineral yang terdapat di dalam air guna menjaga seluruh pipa yang dilewati agar terhindar dari korosi. Selain itu juga, di dalam deaerator air tersebut tadi mengalami proses pemanasan awal yang dipanaskan oleh steam sisa yang berasal dari turbin. Fungsi dari deaerator telah dijelaskan pada bab sebelumnya yaitu sebagai pemisah gas-gas terlarut dalam air dan memanaskan air umpan boiler sebelum dibakar di dalam boiler ditunjukkan oleh Gambar 3.5 di bawah ini.

Gambar 3.5 Mekanisme economizer

Economizer adalah alat pemindah panas berbentuk tubular yang digunakan untuk memanaskan air umpan boiler sebelum masuk ke steam drum. Istilah

18

economizer diambil dari kegunaan alat tersebut, yaitu untuk menghemat (to economize) penggunaan bahan bakar dengan mengambil panas (recovery) gas buang sebelum dibuang ke atmosfir. Biro Efisiensi Energi (2004) menyatakan bahwa sebuah economizer dapat dipakai untuk memanfaatkan panas gas buang untuk pemanasan awal air umpan boiler. Setiap penurunan 220oC suhu gas buang melalui economizer atau pemanas awal terdapat 1% penghematan bahan bakar dalam boiler. Setiap kenaikan 60oC suhu air umpan melalui economizer atau kenaikan 200oC suhu udara pembakaran melalui pemanas awal udara, terdapat 1% penghematan bahan bakar dalam boiler. Kinerja economizer ditentukan oleh fluida yang mempunyai koefisien perpindahan panas yang rendah yaitu gas. Kecepatan perpindahan panas dapat ditingkatkan dengan cara meningkatkan koefisien perpindahan panas total dengan cara mengatur susunan tubing/properti fin dan meningkatkan luas kontak perpindahan panas. Respon yang dihasilkan oleh economizer adalah efektifitas perpindahan panas dan biaya operasi. Efektifitas perpindahan panas adalah besarnya energi yang dapat terambil dari total jumlah energi yang dapat diserap. Semakin besar efisiensi perpindahan panas pada economizer, maka panas gas sisa yang terambil akan semakin banyak. Semakin besar efektivitas perpindahan panas yang terjadi, maka alat tersebut semakin efisien. Biaya operasi economizer ditentukan oleh tenaga fan dan tenaga pompa. Fan digunakan untuk mengalirkan udara pembakaran ke boiler melalui economizer. Semakin banyak loop dan semakin rumit susunan tubing pada economizer maka tenaga fan yang dibutuhkan semakin besar. Pompa digunakan untuk mengalirkan air umpan boiler ke steam drum melalui economizer. Semakin panjang dan semakin banyak loop pada economizer, maka tenaga pompa yang dibutuhkan semakin besar. Respon yang optimum diperoleh menggunakan perancangan faktor yang mempengaruhi kinerja economizer sebagai berikut: a. Diameter luar tubing, yaitu besarnya diameter tube yang digunakan dalam menyusun economizer. Semakin besar diameter tube akan mengakibatkan efektifitas perpindahan panas semakin berkurang.

19

b. Transversal spacing, yaitu menyatakan jarak antar tube sejajar ke arah lebar economizer. Semakin lebar jarak antar tube mengakibatkan proses induksi panas dalam economizer semakin berkurang, sehingga efektifitas perpindahan panas menurun. c. Kerapatan fin, yaitu banyaknya fin tiap inci yang dapat disusun untuk menggabungkan beberapa tube dalam economizer. Semakin banyak fin yang tersusun akan mengakibatkan perpindahan panas tidak efektif karena jarak antar tube yang semakin jauh.

Gambar 3.6 Penampang Economizer Berikut ini adalah keuntungan-keuntungan menggunakan ekonomiser: 1. Ada penghematan batubara 15 sampai 20%. 2. Meningkatkan kapasitas menghasilkan uap karena memperpendek waktu yang diperlukan untuk merubah air ke uap. 3. Mencegah pembentukan kerak di dalam pipa air ketel, sebab kerak sekarang mengendap di pipa ekonomiser yang bisa dengan mudah dibersihkan. 4. Karena air umpan memasuki ketel panas, sehingga regangan karena ekspansi yang tidak sama bisa diminimasi.

20

3.5 Mekanisme Economizer Kinerja economizer sangat sensitif terhadap faktor noise temperatur feedwater. Hal ini dikarenakan bila temperatur feedwater tidak baik maka akan mengakibatkan biaya operasi meningkat. Di dalam deaerator ini air akan diapanaskan hingga suhu 100–105oC yang pada awalnya air bersuhu 30–50oC. setelah melalui proses pemanasan awal kemudian air dialirkan ke economizer untuk diapanaskan kembali hingga level 150–160oC dimana pemanasan di dalam economizer menggunakan gas buang dari pembakaran di dalam boiler atau chain grate sebelum gas itu dibuang melalui chimney atau cerobong. Setelah diapanaskan lanjut di dalam economizer, air dialirkan ke drum boiler sebelum air dibakar di dalam boiler guna penyimpanan. Kemudian air dibakar di dalam boiler hingga pada suhu 400–459oC, pada saat ini wujud air sudah berubah menjadi steam sepenuhnya. Tetapi pada level ini air belum bisa digunakan untuk memutar turbin, oleh sebab itu setelah pada level ini air yang berubah menjadi steam dialirkan ke superheater guna meningkatkan suhu steam itu sendiri hingga pada level 500–600oC. Steam pada level ini telah siap untuk memutar turbin dan memutar generator hingga menghasilkan listrik. Sisa steam yang memutar turbin tadi akan kembali dialirkan ke deaerator guna untuk pemanasan awal air di dalamnya, begitulah seterusnya siklus penggunaan deaerator dan economizer sebagai instrument pendukung dalam pemanasan air hingga menjadi steam. Kita ketahui fungsi deaerator adalah untuk membuang gas-gas yang terkandung dalam air umpan boiler, sesudah melalui proses pemurnian air (water treatment). Selain itu deaerator juga berfungsi sebagai pemanas awal air pengisian boiler sebelum dimasukkan kedalam boiler. Deaerator bekerja berdasarkan sifat dari oksigen yang kelarutannya pada air akan berkurang dengan adanya kenaikan suhu. Jika air dari water treatment langsung dibakar di dalam boiler, maka akan menyebabkan korosi hebat karena air tersebut masih mengandung gas-gas yang dapat menyebabkan korosi dan sebagainya. Begitu juga, apabila air tersebut dibakar langsung di dalam boiler maka tidak menutup kemungkinan akan menggunakan bahan bakar yang tidak sedikit, disebabkan karena air yang berasal dari water treatment hanyalah bersuhu 30–50oC dan dibakar di dalam boiler dengan target suhu air menjadi steam sebesar 400 oC

21

keatas. Dari contoh kecil diatas terlihat jelas bahwa pemanasan awal air sangat berguna untuk penghematan bahan bakar. Begitu juga dengan economizer, walau hanya perangkat tambahan, kegunaan alat ini bisa meng-efisiensikan proses kerja boiler. Dimana kita ketahui pembakaran air di dalam economizer ini hanya memanfaatkan gas buang dari hasil pembakaran di dalam boiler dengan tidak menambah bahan bakar untuk memanaskan air di dalamnya. Memang tidak hanya deaerator dan economizer saja yang merupakan heater perndukung, melainkan banyak heater-heater yang lain yang bisa juga digunakan di dalam suatu sistem industri yang membuat air menjadi steam.

Gambar 3.7 Grafik penggunaan economizer

Grafik diatas menunjukkan keuntungan dan kerugian menggunakan economizer sebagai pemanasan awal. Jelas terlihat tanpa menggunakan economizer maka efisiensi kerja boiler menurun, dalam artian tanpa pemanasan yang dibantu

22

oleh economizer, boiler harus bekerja lebih lama dalam pembuatan steam dan selain itu boiler akan memerlukan bahan bakar yang lebih banyak untuk mencapai panas suhu steam yang telah ditentukan. Selain itu juga, apabila boiler tetap dipaksakan bekerja lebih maka akan lebih cepat merusak pipa-pipa di dalam boiler itu sendiri. Apabila telah terjadi seperti ini maka suatu pabrik akan mengalami kerugian yang sangat besar dalam operasional boiler karena pemakaian bahan bakar yang terlalu banyak dan ketahanan suatu alat akan cepat menurun dan harus mengganti peralatan tersebut. Namun apabila suatu boiler menggunakan economizer dan beberapa heater pemanas pembantu lainnya di dalam proses pemanasan air sebelum dibakar, maka akan lebih meningkatkan efisiensi dari kerja boiler itu sendiri, karena suhu air sebelum dibakar di dalam boiler sudah cukup tinggi, berarti pemanasan air menjadi steam di dalam boiler tidak memakan waktu lama dan tidak menggunakan bahan bakar yang banyak untuk mencapai standar suhu yang telah ditentukan, maka biaya operasional dapat lebih di efisienkan dan secara tidak langsung dapat menguntungkan bagi pabrik. Selain itu maintenance atau perawatan dari peralatan atau pergantian peralatan dapat dilaksanakan lebih lama. Jelas terlihat bahwa dengan menggunakan boiler economizer dapat meningkatkan kapasitas boiler dan juga dapat mengefisiensikan pembakaran air menjadi steam di dalam boiler hingga penghematan bahan bakar yang cukup jauh perbedaannya jika boiler tanpa economizer. 3.6 Analisa Performansi Boiler Proses pembakaran dalam boiler dapat digambarkan dalam bentuk diagram alir energi. Diagram ini menggambarkan secara grafis tentang bagaimana energi masuk dari bahan bakar diubah menjadi aliran energi dengan berbagai kegunaan dan menjadi aliran kehilangan panas dan energi. Panah tebal menunjukan jumlah energi yang dikandung dalam aliran masing-masing.

23

Gambar 3.8 Neraca panas energi boiler (Buerau of energy efficiency)

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. Kehilangan energi dapat dibagi kedalam kehilangan yang tidak atau dapat dihindarkan. Tujuan dari produksi bersih atau pengkajian energi harus mengurangi kehilangan yang dapat dihindari, dengan meningkatkan efisiensi energi.

Gambar 3.9 Diagram kehilangan energi pada boiler (UNEP, 2004) 24

Kehilangan berikut dapat dihindari atau dikurangi : 1. 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 perawata (pembersihan), beban burner yang lebih baik dan teknologi boiler). 2. Kehilangan karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam cerobong dan abu. 3. Mengoptimalkan operasi dan pemeliharaan; teknologi burner yang lebih baik. 4. Kehilangan dari blowdown (pengolahan air umpan segar, daur ulang kondensat). 5. Kehilangan kondensat (manfaatkan sebanyak mungkin kondensat). 6. Kehilangan konveksi dan radiasi (dikurangi dengan isolasi boiler yang lebih baik).

3.6.1 Efisiensi boiler Efisiensi termis boiler didefinisikan sebagai persen energi (panas) masuk yang digunakan secara efektif pada steam yang dihasilkan. Efisiensi ini dapat dievaluasi dengan menggunakan rumus:

𝐸𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 𝐵𝑜𝑖𝑙𝑒𝑟 (𝜂)

𝑃𝑎𝑛𝑎𝑠 𝐾𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟 × 100% 𝑃𝑎𝑛𝑎𝑠 𝑀𝑎𝑠𝑢𝑘

𝐸𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 𝐵𝑜𝑖𝑙𝑒𝑟 (𝜂)

𝑄 × (ℎ𝑔 − ℎ𝑓 ) × 100% 𝑞 × 𝐺𝐶𝑉

Parameter yang dipantau untuk perhitungan efisiensi boiler adalah: 

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



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



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



Suhu air umpan (oC)



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

25

Dimana: - hg = Entalpi steam jenuh dalam kkal/kg steam - hf = Entalpi air umpan dalam kkal/kg air Dimana kehilangan yang terjadi dalam boiler adalah kehilangan panas yang diakibatkan oleh: 

Gas cerobong yang kering



Penguapan air yang terbentuk karena H2 dalam bahan bakar



Penguapan kadar air dalam bahan bakar



Adanya kadar air dalam udara pembakaran



Bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu terbang/fly ash



Bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu bawah/bottom ash



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 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)

3.6.2 Perhitungan efisiensi boiler Tahap 1: Menghitung kebutuhan udara teoritis 𝐾𝑒𝑏𝑢𝑡𝑢ℎ𝑎𝑛 𝑈𝑑𝑎𝑟𝑎 = ([(11,43 × 𝐶) + {34,5 × (𝐻2 − 𝑂2 /8)} + (4,32 × 𝑆)]/100 𝑘𝑔)/𝑘𝑔 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟

26

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

𝑝𝑒𝑟𝑠𝑒𝑛𝑂2 × 100 (21 − 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑒𝑛𝑂2 )

Tahap 3: Menghitung massa udara sebenarnya yang dipasok/kg bahan bakar 𝐴𝐴𝑆 = {1 + 𝐸𝐴/100} × 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑠

Tahap 4: Memperkirakan seluruh kehilangan panas  Persentase kehilangan panas yang diakibatkan oleh gas buang yang kering %𝑘𝑒ℎ𝑖𝑙𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠 𝑔𝑎𝑠 𝑏𝑢𝑎𝑛𝑔 𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔 =

𝑚 × 𝐶𝑝 × (𝑇𝑓 − 𝑇𝑎) × 100 𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟

Dimana: m = massa gas buang kering dalam kg/kg bahan bakar m = (massa hasil pembakaran kering / kg bahan bakar) + (massa N2 dalam bahan bakar pada basis 1 kg) + (massa N2 dalam massa udara pasokan yang sebenarnya). Cp = Panas jenis gas buang (0,23 kkal/kg)



Persen kehilangan panas karena penguapan air yang terbentuk karena adanya H2 dalam bahan bakar % 𝑘𝑒ℎ𝑖𝑙𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠 𝐻2 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 =

9 × 𝐻2 {584 + 𝐶𝑝(𝑇𝑓 − 𝑇𝑎)} × 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)  Persen kehilangan panas karena penguapan kadar air dalam bahan bakar % 𝑘𝑒ℎ𝑖𝑙𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠 𝑎𝑘𝑖𝑏𝑎𝑡 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑎𝑝𝑎𝑛 =

𝑀{584 + 𝐶𝑝(𝑇𝑓 − 𝑇𝑎)} × 100 𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟

27

Dimana: M = persen kadar air dalam 1 kg bahan bakar Cp = panas jenis steam lewat jenuh/superheated steam (0,45 kkal/kg)  Persen kehilangan panas karena kadar air dalam udara % 𝑘𝑒ℎ𝑖𝑙𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠 =

𝐴𝐴𝑆 × 𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑘𝑒𝑙𝑒𝑚𝑏𝑎𝑏𝑎𝑛 × 𝐶𝑝(𝑇𝑓 − 𝑇𝑎) × 100 𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟

Dimana: Cp = panas jenis steam lewat jenuh/superheated steam (0,45 kkal/kg)  Persen kehilangan panas karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam fly ash

%=

𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑎𝑏𝑢 𝑡𝑒𝑟𝑘𝑢𝑚𝑝𝑢𝑙/𝑘𝑔 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 × 𝐺𝐶𝑉 𝑓𝑙𝑦 𝑎𝑠ℎ × 100 𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟

 Persen kehilangan panas karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu bawah/ bottom ash %=

𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑎𝑏𝑢 𝑡𝑒𝑟𝑘𝑢𝑚𝑝𝑢𝑙/𝑘𝑔 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 × 𝐺𝐶𝑉𝑏𝑜𝑡𝑡𝑜𝑚 𝑎𝑠ℎ × 100 𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟

 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 𝐸𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 𝐵𝑜𝑖𝑙𝑒𝑟 (𝜂) = 100 − (𝑖 + 𝑖𝑖 + 𝑖𝑖𝑖 + 𝑖𝑣 + 𝑣 + 𝑣𝑖 + 𝑣𝑖𝑖)

28

Dimana : i

Persentase kehilangan panas yang diakibatkan oleh gas buang yang kering

ii

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

iii

Persen kehilangan panas karena penguapan kadar air dalam bahan bakar

iv

Persen kehilangan panas karena kadar air dalam udara

v

Persen kehilangan panas karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam fly ash

vi

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

vii

Persen kehilangan panas karena radiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung

3.6.3 Rasio penguapan 𝐸𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑅𝑎𝑡𝑖𝑜 =

𝑄𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑡𝑦 𝑜𝑓 𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑄𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑡𝑦 𝑜𝑓 𝑓𝑢𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑝𝑡𝑖𝑜𝑛

Rasio penguapan yaitu kilogram steam yang dihasilkan 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. Contoh: - Jenis boiler: Berbahan bakar minyak - Analisis ultimate minyak bakar C

: 84 persen

H2

: 12,0 persen

S

: 3,0 persen

O2

: 1 persen

29

- GCV Minyak bakar : 10200 kkal/kg - Persentase Oksigen : 7 persen - Persentase CO2

: 11 persen

- Suhu gas buang (Tf) : 220 oC - Suhu ambien (Ta)

: 27 oC

- Kelembaban udara : 0,018 kg/kg udara kering Tahap 1: Mengitung kebutuhan udara teoritis = [(11,43 x C) + [{34,5 x (H2 – O2/8)} + (4,32 x S)]/100 kg/kg minyak bakar = [(11,43 x 84) + [{34,5 x (12 – 1/8)} + (4,32 x 3)]/100 kg/kg minyak bakar = 13,82 kg udara/kg minyak bakar

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

= (O2 x 100)/(21-O2) = (7 x 100)/(21-7) = 50 %

Tahap 3: Menghitung massa udara sebenarnya yang dipasok/kg bahanbakar (AAS) AAS/kg bahan bakar = [1 + EA/100] x Udara Teoritis (AAS) = [1 + 50/100] x 13,82 = 1,5 x 13,82 = 20,74 kg udara/kg minyak bakar

Tahap 4: Memperkirakan seluruh kehilangan panas i Persentase kehilangan panas karena gas kering cerobong %𝑘𝑒ℎ𝑖𝑙𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠 𝑔𝑎𝑠 𝑏𝑢𝑎𝑛𝑔 𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔 =

𝑚 × 𝐶𝑝 × (𝑇𝑓 − 𝑇𝑎) × 100 𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟

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

0,84 × 44 0,03 × 64 20,74 × 77 + + (0,07 × 32) 12 32 100

𝑚 = 21,35 𝑘𝑔/𝑘𝑔 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 =

21,35 × 0,23 × (220 − 27) × 100 10200

= 9,29%

30

ii Kehilangan panas karena penguapan kadar air karena adanya H2 dalam bahan bakar 9 × 𝐻2 {584 + 0,45(𝑇𝑓 − 𝑇𝑎)} 𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 9 × 12{584 + (220 − 27)} = 10200 =

= 7,10% dimana H2 = persen H2 dalam bahan bakar

iii Kehilangan panas karena kadar air dalam udara 𝐴𝐴𝑆 × 𝑘𝑒𝑙𝑒𝑚𝑏𝑎𝑏𝑎𝑛 × 0,45 × (𝑇𝑓 − 𝑇𝑎) 𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 20,74 × 0,018 × 0,45(220 − 27) = 10200 =

= 0,317%

iv Kehilangan panas karena radiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung Untuk boiler kecil diperkirakan kehilangan mencapai 2 %

Tahap 5: Menghitung efisiensi boiler dan rasio penguapan boiler 𝐸𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 𝐵𝑜𝑖𝑙𝑒𝑟 (𝜂) = 100 − (𝑖 + 𝑖𝑖 + 𝑖𝑖𝑖 + 𝑖𝑣) i

Kehilangan panas karena gas buang kering : 9,29 %

ii

Kehilangan panas karena penguapan air yang terbentuk karena adanya H2 dalam bahan bakar : 7,10 %

iii

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

iv

Kehilangan panas karena radiasi & kehilangan lain yang tidak terhitung: 2 %

𝐸𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 𝐵𝑜𝑖𝑙𝑒𝑟 (𝜂) = 100 − (𝑖 + 𝑖𝑖 + 𝑖𝑖𝑖 + 𝑖𝑣) = 100 − [9,29 + 7,10 + 0,317 + 2] = 100 – 17,024 = 83%

31

Rasio penguapan = Panas yang digunakan untuk pembangkitan steam/panas yang ditambahkan ke steam = 10200 x 0,83 / (660-60) = 14,11

Secara skala besar penghematan keterpasangan economizer dapat dari tabel di bawah ini:

Tabel 3.1 Tabel penghematan economizer Penjelasan

Sebelum

Sesudah

Pembakaran minyak yang simpan per jam

-

11,418 kg

Energi yang dikembalikan per jam

-

1,975kw

Temperatur pembakaran gas

250oC

157oC

Temperatur hembusan udara

103oC

140oC

-

7,009 ton

Karbon dioksida yang dikurangi Untuk kapasitas boiler 45 ton/jam

32

BAB 4. PENUTUP

4.1 Kesimpulan Performance boiler dapat ditingkatkan dengan menggunakan economizer dengan memanfaatkan limbah panas dari flue gas sisa pembakaran boiler sebanyak 4%-10%. Limbah panas boiler yang bersuhu 200-250oC digunakan untuk memanasi feedwater boiler sampai mendekati suhu 100oC sehingga feedwater boiler ini akan lebih cepat diekstraksi menjadi uap. Setiap penurunan 220oC suhu gas buang melalui economizer atau pemanas awal terdapat 1% penghematan bahan bakar dalam boiler. Setiap kenaikan 60oC suhu air umpan melalui economizer atau kenaikan 200oC suhu udara pembakaran melalui pemanas awal udara, terdapat 1% penghematan bahan bakar dalam boiler.

4.2 Saran Kinerja economizer sangat sensitif terhadap faktor noise temperatur feedwater. Hal ini dikarenakan bila temperatur feedwater tidak baik maka akan mengakibatkan biaya operasi meningkat.

33

DAFTAR PUSTAKA

Akbar et al. 2009. Kinerja Economizer pada Boiler.Jurnal Teknik Industri, Vol. 11, No. 1, Juni 2009, pp. 72-81 ISSN 1411-2485. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Jurusan Statistika Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Kampus Keputih Sukolilo, Surabaya. Asmudi, 2009. Analisa Unjuk Kerja Boiler terhadap Penurunan Daya pada PLTU PT. Indonesia Power UBP Perak. Jurusan Teknik Sistem Perkapalan Fakultas Teknologi Kelautan, ITS Surabaya. Buerau of Energy Efficiency, Energy Performance Assessment of Boilers. Biro Effisiensi Energi, 2004. Pemanfaatan Kembali Limbah Panas. Retrieved from http://www.energyefficiecyasia.org, on 30th March 2008. Djokosetyardjo. M.J, 2003. Ketel Uap. Pradnya Paramita, Jakarta. Fricke, thomas. 2009. Buku panduan pabrik kelapa sawit skala kecil untuk produksi bahan baku bahan bakar nabati (BBN). USAID-Indonesia. Grundfos. 2009. Engineering Manual Industrial Boiler. Management A/S. http://belajarsawit.blogspot.com/2012/12/ketel-uap-boiler-di-pabrik-kelapasawit.html [diakses tanggal 7 desember 2014 8:35] http://mypalmoilindustry.blogspot.com/2012/04/turbine-uap-di-pabrik-kelapasawit.html [diakses tanggal 7 desember 2014 8:38] https://ivanemmoy.wordpress.com/2013/11/29/kelistrikan-pabrik-kelapa-sawit/ [diakses tanggal 7 desember 2014 8:37] Romdiyah, S., 2007. Optimasi Multirespon Kinerja Economizer menggunakan Fungsi Desirability. Skripsi Jurusan Statistika FMIPA-ITS. Surabaya. Sihombing, helmon. 2009. Mekanisme Proses Pemanasan Air di dalam Boiler dengan Mempergunakan Heater Tambahan untuk Efisiensi Pembakaran. Karya akhir. Teknologi Instrumentasi Pabrik, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Medan.and uan Undang-Undang (stoom ordonnantie) Verordening stoom ordonnantie 1930 atau dengan Kata dalam Bahasa Indonesia Undang-undang Uap Tahun 1930. UNEP, 2004. Peralatan Energi Panas: Boiler dan Pemanas Fluida Termis, Retrieved from http://www.energyefficiecyasia.org, on 5th July 2008. PABRIK

34