Mengenal Sistem Kerja Boiler (pesawat uap)

BOILER (PESAWAT UAP)

Pada dasarnya Boiler adalah alat yang befungsi untuk memanaskan air dengan menggunakan panas pembakaran bahan bakar, panas ini dialirkan ke air sehingga menghasilkan uap dengan temperatur tinggi untuk selanjutnya uap ini digunakan untuk menggerakkan turbin. Umumnya bahan bakar yang digunakan untuk memanaskan boiler adalah Batu bara, Gas dan Bahan Bakar Minyak (BBM).

Boiler atau Ketel Uap adalah suatu perangkat mesin yang berfungsi mengubah air menjadi uap dimana proses perubahannya terjadi dengan memanaskan air di dalam pipa-pipa memanfaatkan panas hasil pembakaran bahan bakar, pembakarannya dilakukan secara berkelannjutan dalam ruang bakar. Silahkan di baca dahulu materi tentang penjelasan umum Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) untuk teman-teman yang belum paham dari dasar mengenai materi ini.

Gambar Boiler (Pesawat Uap)

Uap yang dihasilkan adalah uap superheat dengan tekanan dan tempertur tinggi. Jumlah produksi uapnya tergantung pada luas permukaan pemindah panas, laju aliran dan panas yg diberikan. Boiler yang konstruksinya terdiri dari pipa-pipa berisi air disebut dengan Boiler Pipa Air (Water Tube Boiler).

Gambar Water Tube Boiler

1. Fungsi dan Jenis-jenis Boiler.

A. Boiler Pembakaran Lapisan Tetap / Stoker Boiler.

Boiler jenis ini menggunakan Stoker Boiler untuk proses pembakarannya, bahan bakarnya adalah Batu bara dengan kadar abu yg tidak terlalu rendah dan ukurannya ± 30 mm.

Alasan tidak digunakan batu bara dengan kadar abu yg tdk terlalu rendah adalah karena batu bara dibakar diatas lapisan abu tebal yg terbentuk di atas kisi api (traveling fire grate) pada Stocker Boiler

Gambar Stoker Boiler

B. Boiler Pembakaran Batu bara Serbuk (Pulverized Coal Combustion/PCC).

Pada boiler tipe PCC, batu bara digiling dahulu menggunakan Coal Pulverizer (Coal Mill) sampai berukuran 200 mesh (diameter 74 µm) kemudian ber-sama-sama dengan udara pembakaran disemprotkan ke Boiler untuk dibakar. Pembakaran jenis ini sangat sensitif terhadap kualitas batubara yg digunakan, terutama sifat Ketergerusan (Grindability), sifat Slagging, sifat Fauling dan kadar air (Moisture Content).

Batubara yg rekomendasikan untuk Boiler PCC adalah dengan Hardgrove Grindability Index (HGI) > 40 dan kadar air < 30% serta rasio bahan bakar (Fuel ratio) < 2.

Pembakaran metode PCC akan menghasilkan abu terdiri dari Clinker Ash/bottom ash 15 % dan sisanya Fly Ash.

Gambar Boiler Pulveriser Coal Combustion

C. Boiler Pembakaran Lapisan Mengambang (Fluidized Bed Combustion/FBC).

Pada pembakaran dengan metode FBC batu bara digiling dahulu dengan menggunakan Crusher yang berada di coal handling sampai ukuran maksimum 25 mm dan butiran batubara dijaga dalam posisi mengambang dengan cara melewatkan angin berkecepatan tertentu dari bagian bawah Boiler untuk membuat  proses bubbling terjadi.

Proses bubling menggunakan media pasir silica dengan ketahanan titik lelehnya sampai di 1000⁰C, pasir ini yang akan menggerus batu bara dan menciptakan proses sirkulasi dari ruang bakar ke cyclone lalu kembali ke ruang bakar dengan memanfaatkan masa jenis dari pasir tersebut agar bisa bersikulasi dan tidak keluar dari sistem pembakaran boiler.

Proses ini termaksud yang paling efisien karena batubara yang belum sempurna terbakar kemudian terbawah oleh sirkulasi pasir silica dan arah udara pembakaran yang menuju Electrostatic precipitator (EP) akan langsung di kembalikan ke ruang bakar ketika melewati cyclone karena masa jenis pada batu bara yang belum terbakar sempurna membuatnya bisa di arahkan kembali oleh cyclone ke furnace (ruang bakar) boiler. 

Gambar sistem kerja Boiler FBC

2. Prinsip Kerja Boiler berdasarkan Tekanan Ruang Bakar

PLTU dilihat dari tekanan ruang bakarnya dapat dikelompokkan pada :

a.       PLTU dengan Pressurized Boiler menggunakan Forced Draft Fan untuk menghasilkan tekanan di Boiler.

b.      PLTU dengan Balanced Draft Boiler biasa digunakan untuk bahan bakar batubara dimana tekanan ruang bakar sekitar –10 mmH₂O, PLTU ini menggunakan Kipas Hisap Paksa (Induced Draft Fan/IDF) dan Kipas Tekan Paksa (Forced Draft fan/FDF). Untuk saat ini metode Balance Draft Boiler yang selalu di gunakan pada unit Boiler di setiap industri yang ada.

c.       PLTU dengan Vacuum Boiler sdh tdk dikembangkan lagi.

jenis-jenis tekanan (draft) pada Boiler

Skema Balanced Draft Boiler

3. Bagian Utama Boiler

A. Economiser

Economiser adalah Heat Exchanger (penukar kalor) yg berada pada saluran air pengisi sebelum air masuk ke Boiler Drum dengan konstruksi berupa sekelompok pipa-pipa yg disusun berlapis-lapis. Dibagian dalam pipa mengalir air pengisi yg dipompakan oleh Boiler Feed Pump dan di bagian luar pipa mengalir Gas panas hasil pembakaran di ruang bakar.

Air keluaran dari Economiser diharapkan mempunyai temperatur sedikit dibawah temperatur didihnya dan masih dalam kondisi subcooled water sehingga tidak terbentuk uap dalam pipa Economiser karena bila terbentuk uap dalam pipa Economiser akan menyebabkan terjadinya Over Heating.

B. Boiler Drum/Steam Drum

Adalah suatu peralatan yg berfungsi menampung dan mengontrol kebutuhan air di Boiler disamping fungsi lainnya yaitu untuk memisahkan air dan uap.

Kualitas air di Boiler juga harus dipantau dengan cara mengambil sampel air di boiler drum secara berkala dan di lakukan pengecekan di laboratorium agar air pada boiler drum sesuai dengan standar mutu yang di tetapkan untuk menjaga ketahanan peralatan dan kualitas uap yang di hasilkan.

Gambar Boiler Drum

C. Header

Dari header (pengumpul) air akan masuk ke Tube wall (Riser) untuk diubah menjadi uap dan kembali ke Boiler Drum dan selain itu Low Header juga berfungsi untuk menampung air yg berasal dari Down Comer.

D. Riser (Wall Tube) dan Down Comer.

Didalam Wall Tube terdapat air yg bersirkulasi dari Boiler Drum melalui Down Comer dan Low Header.

Panas hasil pembakaran di transfer ke Air secara radiasi dalam Wall Tube sampai temperature Saturated, wall Tube juga berfungsi mencegah penyebararan panas ke udara luar untuk itu dibalik nya dipasang dinding isolasi yg terbuat dari mineral fiber. (lihat gambar Water Tube Boiler di atas)

E. Down Comer

Adalah pipa ukuran besar yang menghubungkan bagian bawah Boiler Drum dengan Lower Header dan Down Comer tidak terkena panas langsung dari ruang bakar serta pipanya diberi isolasi. (lihat gambar Water Tube Boiler di atas)

F. Primary Superheater

Aliran sirkulasi uap yg terjadi di Primary Superheater adalah sebagai berikut :

·         Uap jenuh dari steam drum dialirkan ke Primary Superheater yg terletak di bagan belakang Boiler dan menerima panas dari Flue Gas yang temperaturnya relatif lebih rendah dengan konfigurasi pipa horizontal.

G. Secondary Superheater

Aliran sirkulasi uap yg terjadi di Secondary Superheater adalah sebagai berikut :

·         Uap yang keluar dari Primary Superheater selanjutnya mengalir ke Secondary Superheater yg terletak pada bagian gas sangat panas dan sebagian terletak tepat diatas ruang bakar dan menerima panas radiasi langsung dari ruang bakar. Kemudian dari secondary Superheater uap mengalir ke Turbin Tekanan Tinggi.

Gambar sirkulasi uap menuju Superheater

4. Reheater

Pada PLTU kapasitas > 100 MW dengan Turbin multi stage/silinder, maka uap dari HP Turbin dialirkan kembali ke Boiler atau biasa disebut Reheater yang berfungsi untuk memanaskn kembaliuap dari HP Turbin agar kandungan energi panasnya meningkat lagi dengan menggunakan gas buang yg keluar dari Superheater.

Gambar siklus Air - Uap PLTU dengan Reheater

Sekian materi tentang Boiler (Pesawat Uap) pada kali ini semoga bisa bermanfaat dan maafkan jika materinya masih kurang baik dan sempurna, untuk saran dan kritik nya agar admin bisa selalu meningkatkan kualitas informasi yang disajikan silahkan di masukan di kolom komentar. sampai berjumpa di materi lanjutan lainnya seputar industri kelistrikan.