Boiler Sistem Dan Pengolahan

BOILERTUGAS MATA KULIAH SISTEM UTILITAS PABRIK

Disusun oleh:

Kelompok 9

Kevin Ener 2310100099

Sugitayono Iknes W 2311100014

Verdiana Zahroh 2311100038

Prasetyo Candra 2311100113

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2012

1

1. Pengenalan Boiler

Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air

sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu

kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media

yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air

dididihkan sampai menjadi steam, volumnya akan meningkat sekitar 1.600 kali,

menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak,

sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan

sangat baik. Fungsi utama boiler adalah sebagai pesawat konversi energi kimia

menjadi energi panas. Energi kimia pada bahan bakar dikonversikan melalui

pembakaran menjadi energi panas, yang berikutnya ditransfer ke air.

Berikut adalah sistem-sistem dalam operasi boiler:

1. Sistem Air Umpan : Menyediakan kebutuhan air untuk boiler secara

sistematis sesuai dengan kebutuhan steam

2. Sistem Steam : Mengumpulkan dan mengontrol produksi steam

dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem

pemipaan ke titik pengguna

2

SISTEM BOILER

SISTEM AIR UMPAN

SISTEM STEAM SISTEM

BAHAN BAKAR

3. Sistem Bahan Bakar : Menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan

panas yang dibutuhkan.

Memproduksi steam yang berkualitas tergantung pada pengolahan air yang

benar untuk mengendalikan kemurnian steam, endapan dan korosi. Sebuah boiler

merupakan bagian dari sistim boiler, yang menerima semua bahan pencemar dari

sistim didepannya. Kinerja boiler, efisiensi, dan umur layanan merupakan hasil

langsung dari pemilihan dan pengendalian air umpan yang digunakan dalam

boiler.

Sumber air umpan : 1. Kondensat dari steam yang mengembun dari proses.

2. Make-up water yang diumpankan dari luar boiler.

(Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer

untuk memanaskan awal air umpan).

Jika air umpan masuk ke boiler, kenaikan suhu dan tekanan menyebabkan

komponen air memiliki sifat yang berbeda. Hampir semua komponen dalam air

umpan dalam keadaan terlarut. Walau demikian, dibawah kondisi panas dan

tekanan hampir seluruh komponen terlarut keluar dari larutan sebagai padatan

partikuat, kadang-kadang dalam bentuk Kristal dan pada waktu yang lain sebagai

bentuk amorph. Jika kelarutan komponen spesifik dalam air terlewati, maka akan

terjadi pembentukan kerak dan endapan. Air boiler harus cukup bebas dari

pembentukan endapan padat supaya terjadi perpindahan panas yang cepat dan

efisien dan harus tidak korosif terhadap logam boiler. Berikut adalah persyaratan

dari air umpan boiler :

Persyaratan air umpan : Bebas dari zat penyebab korosi. Korosi

umumnya disebabkan oleh asam atau gas terlarut dalam air umpan. Zat

tersebut akan menyebabkan terjadinya oksidasi pada dinding pipa, yang

dilanjutkan dengan korosi. Bebas dari zat penyebab kerak. Kerak

disebabkan oleh adanya kesadahan atau kandungan silika pada air umpan.

Kesadahan itu sendiri didefinisikan sebagai kandungan garam karbonat.

Bebas dari zat penyebab foaming. Foaming umumnya disebabkan

karena adanya zat organik pada air umpan.

Sistem steam yaitu mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam

boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada

3

keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan

alat pemantau tekanan. Sedangkan untuk Sistem Bahan Bakar adalah semua

peralatan yang digunakan dalam penyediaan bahan bakar untuk menghasilkan

panas yang dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar

tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem tersebut.

2. Komponen Boiler

Boiler atau ketel uap terdiri dari berbagai komponen yang membentuk satu

kesatuan sehingga dapat menjalankan operasinya, diantaranya:

a. Furnace

Komponen ini merupakan

tempat pembakaran bahan

bakar. Beberapa bagian

dari furnace diantaranya:

refractory, ruang perapian,

burner, exhaust for flue

gas,charge and discharge

door. Ruang bakar atau

lorong api ini digunakan

4

untuk memanaskan air. Diameternya kurang dari 1 meter. Api yang dihasilkan

adalah hasil pengabutan dari bahan bakar, udara dan bahan lain yaitu LPG serta

dengan bantuan elektroda untuk penyalaan awal. Api yang dihasilkan tersebut

dihembuskan ke seluruh lorong apioleh motor blower dan melewati pipa-pipa api

sampai terjadi proses penguapan.

Biasanya lorong pipa api di dalam boiler dibuat bergelembung memanjang

dengan tujuan:

-Menghambat jalannya panas atau gas dari hasil reaksi pembakaran

- Memperluas bidang yang dipanaskan

-Pada saat pemuaian akibat pembakaran, lorong api dapat fleksibel

b. Steam Drum

Komponen ini merupakan tempat penampungan air panas dan

pembangkitansteam. Steam masih bersifat jenuh (saturated steam). Tangki atau

drum sering disebut juga badan ketel uap yaitu tempat beroperasinya ketel uap di

dalamnya terdapat instrument-instrumen yang menjalankan proses pemindah

panas seperti lorong api dan pipa api, dalam badan ketel inilah sejumlah air

ditampung untuk dipanaskan.

5

c. Superheater

Tempat pengeringan steam. Pada bagian ini, steam dipanaskan lagi

mencapai kondisi superheated, kemudian siap dikirim melalui pipa steam utama

untuk berbagai keperluan industri.

d. Air Heater

Ruangan pemanas udara luar. Udara luar yang diserap dipanaskan di

bagian ini untuk meminimalisir udara lembab yang masuk ke dalam tungku

pembakaran.

e. Economizer

Komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan

untuk memanaskan air dari air yang terkondensasi dari sistem sebelumnya

maupun air umpan baru sebelum masuk ke dalam ketel. Economizer terdiri dari

pipa-pipa air yang ditempatkan pada lintasan gas asap sebelum meninggalkan

ketel.Gas asapyang akan melewati cerobong temperaturnya masih cukup tinggi

sehingga merupakan kerugian panas yang besar bila gas asap tersebut langsung

dibuang lewatcerobong. Gas asap yang masih panas ini yang akan dimanfaatkan

untuk memanaskan air isian ketel. Adapun keuntungan menggunakan economizer

antara lain:

- Menghemat bahan bakar sehingga biaya operasional lebih murah, karena

air isian masuk ke dalam ketel sudah dalam keadaan panas.

- Memperbesar efisiensi ketel karena memperkecil kerugian panas

yangdialami ketel uap.

6

f. Safety valve

Katup pengaman [Safety valve] mempunyai fungsi untuk menjaga

tekanan kerja ketel uap agar tidak melebihi tekanan maksimum. Katup pengaman

ini akan bekerja dengan sendirinya apabila terjadi kelebihan tekanan kerja yaitu

uap akan dikeluarkan sehingga ketel bekerja sesuai dengan tekanan yang

diinginkan. Namun apabila melebihi tekanan maksimal dan katup ini tidak

berfungsi maka akan menyebabkan peledakan

g. Blowdown valve

Katup buang adalah katup untuk membuang segala kotoran-kotoran yang

mengendap pada dasar tangki, endapan ini apabila tidak dibersihkan atau dibuang

maka akan menyebabkan aliran buntu dan akhirmya membahayakan boiler

tersebut. Katup ini juga berfungsi untuk membuang sebagian air dari dalam ketel

karena permukaan terlalu tinggi. Permukaan air yang terlalu tinggi menyebabkan

uap yangdihasilkan terlalu banyak mengandung air.

3. Tipe-tipe Boiler

Setelah mengetahui proses singkat sistem boiler dan komponen

pembentuk sitem boiler, selanjutnya kita perlu mengetahui tipe-tipe boiler.

Berbagai jenis boiler yang telah berkembang mengikuti kemajuan teknologi dan

evaluasi dari produk-produk boiler sebelumnya. Berikut adalah beberapa tipe

boiler:

i) Berdasarkan tipe pipa

1. Fire Tube Boiler

7

Pada tipe ini, proses pengapian terjadi di dalam pipa, kemudian panas

yang dihasilkan dihantarkan langsung ke dalam boiler yang berisi air. Beberapa

karakteristik untuk tipe Fire Tube Boiler:

Digunakan untuk kapasitas steam yang relatif kecil (12.000 kg/jam)

dengan tekanan rendah sampai sedang (18 kg/cm2)

Menggunakan bahan bakar minyak, gas, atau bahan bakar padat

Sebagian besar dikonstruksi sebagai package boiler untuk semua bahan

bakar (alasan ekonomis)

2. Water Tube Boiler

Pada tipe ini, proses pengapian terjadi di luar pipa. Panas yang dihasilkan

digunakan untuk memanaskan pipa yang berisi air. Air umpan sebelumnya

dikondisikan terlebih dahulu melalui economizer. Beberapa karakteristik untuk

tipe Water Tube Boiler:

Tingkat efisiensi panas cukup tinggi

Kurang toleran terhadap kualitas air umpan

Digunakan untuk kebutuhan tekanan steam yang sangat tinggi.

Kapasitas steam antara 4.500-12.000 kg/jam dengan tekanan tinggi

Menggunakan bahan bakar minyak dan gas untuk yang dirakit pabrik

Menggunakan bahan bakar padat untuk yang tidak dirakit pabrik

8

Berikut ini merupakan tabel keuntungan dan kerugian dari masing-masing

tipe di atas, yaitu:

Tipe Boiler Keuntungan Kerugian

Fire Tube

Proses pemasangan mudah dan

cepat, Tidak membutuhkan

setting khusus

Tekanan operasi steam terbatas

untuk tekanan rendah 18 bar

Investasi awal boiler ini murah

Kapasitas steam relatif kecil (13.5

TPH) jika diabndingkan dengan

water tube

Bentuknya lebih compact dan

portable

Tempat pembakarannya sulit

dijangkau untuk dibersihkan,

diperbaiki, dan diperiksa

kondisinya.

Tidak membutuhkan area yang

besar untuk 1 HP boiler

Nilai effisiensinya rendah, karena

banyak energi kalor yang terbuang

langsung menuju stack

Water Tube

Kapasitas steam besar sampai

450 TPHProses konstruksi lebih detail

Tekanan operasi mencapai 100

barInvestasi awal relatif lebih mahal

Nilai effisiensinya relatif lebih

tinggi dari fire tube boiler

Penanganan air yang masuk ke

dalam boiler perlu dijaga, karena

lebih sensitif untuk sistem ini,

perlu komponen pendukung untuk

hal ini

Tungku mudah dijangkau untuk

melakukan pemeriksaan,

pembersihan, dan perbaikan.

Karena mampu menghasilkan

kapasitas dan tekanan steam yang

lebih besar, maka konstruksinya

dibutuhkan area yang luas

ii) Berdasarkan tekanan kerja boiler

9

1. Low Pressure Boiler

Tipe ini memiliki tekanan operasi kurang dari 15 psig, atau menghasilkan

air panas dengan tekanan di bawah 160 psig atau suhu di bawah 250 °F.

2. High Pressure Boiler

Tipe ini memiliki tekanan steam operasi di atas 15 psig, atau menghasilkan

air panas dengan tekanan di atas 160 psig atau suhu di atas 250 °F




Low Pressure

Tekanan rendah sehingga

penanganannya tidak terlalu rumit

Tekanan yang dihasilkan

rendah, tidak dapat

membangkitkan listrik.

Area yang dibutuhkan tidak

terlalu besar, dan biaya konstruksi

tidak lebih mahal dari high

pressure boiler

High Pressure

Tekanan yang dihasilkan tinggi

sehingga dapat membangkitkan

listrik dan sisanya dapat didaur

ulang untuk mengoprasikan

proses industri

Tekanan tinggi sehingga

penanganannya perlu

diperhatikan aspek

keselamatannya.

Area yang dibutuhkan

besar dan biaya konstruksi

lebih mahal dari low

pressure boiler

iii) Berdasarkan bahan bakar yang digunakan

1. Solid Fuel Boiler memakai campuran bahan bakar padat (batu bara,

baggase, produk buangan, sampah, kayu) . Harga bahan baku relatif

murah, dan nilai efisiensinya lebih baik dengan boiler tipe listrik.

10

Contohnya adalah menggunakan bahan bakar padat batu bara dalam

pembangkit tenaga listrik

Batu bara disuplai sebagai bahan bakar padat, dimasukkan ke dalam boiler

dan dikontakkan langsung dengan udara untuk dibakar. Kemudian panas yang

dihasilkan digunakan untuk memanaskan air yang ada dalam boiler sehingga

menghasilkan steam untuk seanjutnya dikonversikan menjadi energy listrik.

11

Kelas dan nilai kalori pembakaran batubara

antrasit 7222 – 7778 kalori/gram

bituminus 4440-8330 kkal/kg

Sub bituminus 4440-6110 kkal/kg

lignit 3056-4611 kkal/kg

gambut sangat rendah

Bertambah tingginya kelas

dan meningkatnya

jumlah kakandungan

karbon

Meningkatnya kadar air dan menurunnya

kelas batubara

pembakaran batubara

dapat menyebabka

n polutan:

CO2, SO2, NOx dan CxHy

2. Oil Fuel Boiler memakai bahan bakar cair (solar, IDO, residu,

kerosin). Harga bahan baku paling mahal dari antara semua tipe,

namun nilai efisiensinya lebih baik dari boiler bahan bakar padat dan

listrik.

3. Gaseous Fuel Boiler memakai bahan bakar gas (LNG). Harga bahan

baku paling murah, serta nilai efisiensi lebih baik dibandingkan dengan

semua tipe. Pembakaran yang terjadi akibat percampuran bahan bakar

gas (LNG) dengan oksigen dan sumber panas. LNG (Liquified Natural

Gas) adalah gas alam yang dicairkan, yang komposisi kimia

terbanyaknya adalah Methana, lalu sedikit Ethana, Propana, Butana

dan sedikit sekali pentana dan nitrogen. Selain mengandung

hidrokarbon, gas alam juga mengandung beberapa zat pengotor

(impurities) seperti CO2 dan H2S yang sagat merugikan. Sehingga zat

pengotor tersebut harus diminimalisir agar tidak terjadi kerusakan atau

masalah lain yang merugikan pada boiler.

4. Electric Boiler memakai sumber listrik untuk pemanasan. Harga bahan

baku relatif murah, tapi nilai efisiensinya paling rendah dibandingkan

dengan semua tipe.

12




Solid Fuel

Bahan baku mudah didapatkan.Sisa pembakaran sulit

dibersihkan

Murah konstruksinya.Sulit mendapatkan bahan baku

yang baik.

Oil Fuel

Sisa pembakaran tidak banyak

dan lebih mudah dibersihkan.

Harga bahan baku paling

mahal.

Bahan bakunya mudah

didapatkan.Mahal konstruksinya.

Gaseous Fuel

Harga bahan bakar paling

murah.Mahal konstruksinya.

Paling baik nilai effisiensinya.

Sulit didapatkan bahan

bakunya, harus ada jalur

distribusi.

Electric

Paling mudah perawatannya. Paling buruk nilai effisiensinya.

Mudah konstruksinya dan

mudah didapatkan sumbernya.

Temperatur pembakaran paling

rendah.

13

Reaksi Pembakaran yang terjadi pada boiler :

14

Jadi... Kapasitas steam relatif kecil, Tekanan rendah,

Pembersihan dan perbaikan furnace ebih sulit, dan Nilai

efisiensi rendah

Kapasitas steam tinggi, Tekanan tinggi,

Pembersihan dan perbaikan furnace

lebih mudah, dan Nilai efisiensi tinggiEfisiensi tinggi, Harga

bahan bakar murah

FIRE TUB

E BOILER

WATER

TUBE

BOILER

GASEOU

S FUEL

iv) Berdasarkan Aliran Air

1. Natural Circulation Boiler

Sirkulasi air boiler disebabkan oleh perbedaan antara kepadatan air dan

campuran uap dan air. Sekitar 80% dari water-tube boilers menggunakan metode

sirkulasi ini, baik digunakan untuk boiler kecil untuk kapasitas besar. Fig 2.4

menunjukkan contoh struktur diterapkan untuk boiler kecil untuk ukuran medium

air tabung.

2. Forced Circulation Boiler

15

Air boiler beredar dengan menggunakan pompa sirkulasi. Metode ini

cocok untuk boiler tekanan tinggi di mana sirkulasi alami menjadi sulit karena

perbedaan kecil antara kepadatan air jenuh dan uap jenuh.

3. Once-Through Boiler

Air dimasukkan pada salah satu ujung tabung pemanas yang panjang. Air

ini dipanaskan dan diuapkan melalui tabung, dan akhirnya ia meninggalkan uap

panas pada ujung tabung. Hal ini terutama cocok untuk generasi uap tekanan

tinggi karena terbuat dari hanya water-tube bundles, yang berbeda dari sirkulasi

alam dan forced circulation boilers. Boiler Oncethrough sering digunakan untuk

pembangkit listrik termal.

v) Berdasarkan Kegunaan Boiler

1. Power Boiler : Sebagai penghasil steam untuk pembangkit listrik.

Sisa steam dipakai untuk proses industri. Boiler ini merupakan tipe

water tube boiler. Steam yang dihasilkan memiliki tekanan dan

kapasitas besar.

2. Industrial Boiler : Sebagai penghasil steam untuk menjalankan proses

industri dan sebagai tambahan pemanas. Boiler ini dapat berupa fire

16

tube ataupun water tube boiler. Steam yang dihasilkan berkapasitas

sedang dengan tekanan sedang.

3. Commercial Boiler : Sebagai penghasil steam atau air panas

untuk pemanas dan sebagai tambahan untuk menjalankan proses

komersial. Boiler ini dapat berupa fire tube ataupun water tube

boiler. Steam yang dihasilkan berkapasitas besar dengan tekanan

rendah.

4. Heat Recovery Boiler : Sebagai penghasil steam dari uap panas

yang tak terpakai. Hasil steam digunakan untuk menjalankan proses

industri. Boiler ini dapat berupa fire tube ataupun water tube boiler.

Steam yang dihasilkan memiliki tekanan dan kapasitas besar.

5. Penerapan bier pada bidang ain : Pada kapal. Uap yang dihasilkan

oleh boiler digunakan untuk menggerakkan turbin uap yang juga

digunakan sebagai motor penggerak utama kapal, untuk peralatan

pemanas (pemanas ruangan, bahan bakar). Pada kapal tanker

digunakan sebagai pembersih tangki minyak (Tank Cleaning).

Pemasok konsumsi energi listrik pada system proses produksi di

Pabrik. PDAM, menyediakan keran air panas.




Power Boiler

Dapat menghasilkan listrik dan

sisa steam dapat menjalankan

proses industri.

Konstruksi awal relatif

mahal.

Steam yang dihasilkan memiliki

tekanan tinggi

Perlu diperhatikan faktor

safety.

Industrial Penanganan boiler lebih mudah. Steam yang dihasilkan

17

Boiler memiliki tekanan rendah.

Konstruksi awal relatif murah.

Commercial

Boiler

Penanganan boiler lebih mudah. Steam yang dihasilkan

memiliki tekanan rendah.


Residential

BoilerPenanganan boiler lebih mudah.

Steam yang dihasilkan



Heat

Recovery

Boiler

Penanganan boiler lebih mudah. Steam yang dihasilkan



4. Efisiensi Boiler

Evaluasi kinerja boiler, parameter kinerja boiler, seperti efisiensi dan rasio

penguapan, berkurangterhadap waktu disebabkan buruknya pembakaran, kotornya

permukaan penukar panas dan buruknya operasi dan pemeliharaan. Bahkan untuk

boiler yang baru sekalipun, alasan seperti buruknya kualitas bahan bakar dan

kualitas air dapat mengakibatkan buruknya kinerja boiler. Neraca panas dapat

membantu dalam mengidentifikasi kehilangan panas yang dapat atau tidak dapat

dihindari. Uji efisiensi boiler dapat membantu dalam menemukan

penyimpangan efisiensi boiler dari efisiensi terbaik dan target area

permasalahan untuk tindakan perbaikan.

a. Neraca panas

Proses pembakaran dalam boiler dapat digambarkan dalam bentuk

diagram alir energi. Diagram ini menggambarkan secara grafis tentang bagaimana

energi masuk dari bahan bakar diubah menjadi aliran energi dengan berbagai

kegunaan dan menjadi aliran kehilangan panas dan energi. Panah tebal

menunjukan jumlah energi yang dikandung dalamaliran masing-masing.

18

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 dan/atau pengkajian energi harus

mengurangi kehilangan yang dapat dihindari, dengan meningkatkan efisiensi

energi. Kehilangan berikut dapat dihindari atau dikurangi :

1. Kehilangan gas cerobong:

a. Udara berlebih (diturunkan hingga ke nilai minimum yangtergantung dari

teknologi burner,operasi (kontrol), dan pemeliharaan)

b. Suhu gas cerobong (diturunkan dengan mengoptimalkan perawatan

(pembersihan), beban; burner yang lebih baik dan teknologi boiler)

19

2. Kehilangan karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam cerobong danabu

(mengoptimalkan operasi dan pemeliharaan; teknologi burner yang lebih

baik) Kehilangan dari blowdown (pengolahan air umpan segar, daur

ulangkondensat)

3. Kehilangan kondensat (manfaatkan sebanyak mungkin kondensat)

4. Kehilangan konveksi dan radiasi (dikurangi dengan isolasi boiler yanglebih

baik)

b. Efisiensi boiler

Efisiensi termal boiler didefinisikan: “persen energi panasmasuk 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.

Dikenal juga sebagai ‘metode input-output’ karena kenyataan bahwa

metode ini hanya memerlukan keluaran/output (steam) dan panas masuk/input

(bahan bakar) untuk evaluasi efisiensi. Efisiensi ini dapat dievaluasi dengan

menggunakan rumus:

η= panas keluarpanasmasuk

×100 %

η=Q ×(hg−h f )

q×GCV×100 %

Dengan:

Q = jumlah steam yang dihasilkan (kg/jam)

q = jumlah bahan bakar yang digunakan (kg/jam)

GCV = nilai kalori bahan bakar yang digunakan (kkal/kg)

hg = Entalpi steam jenuh (kkal/kg)

hv = Entalpi air umpan (kkal/kg)

Parameter yang dipantau untuk perhitungan efisiensi boiler dengan metode

langsung adalah:

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

20

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

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

4. Suhu air umpan (oC)

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

bahan bakar

Berikut ini adalah contoh perhitungan efisiensi boiler:

Keuntungan metode langsung

1. Pekerja pabrik dapat dengan cepat mengevaluasi efisiensi boiler

2. Memerlukan sedikit parameter untuk perhitungan

3. Memerlukan sedikit instrumen untuk pemantauan

4. Mudah membandingkan rasio penguapan dengan data benchmark

Kerugian metode langsung

1. Tidak memberikan petunjuk kepada operator tentang penyebab dari

efisiensi sistim yang lebih rendah

2. Tidak menghitung berbagai kehilangan yang berpengaruh pada berbagai

tingkat efisiensi

2. Metode Tidak Langsung: efisiensi merupakan perbedaan antara kehilangan

dan energi yang masuk.

21

Standar acuan untuk Uji Boiler di Tempat dengan menggunakan metode

tidak langsung adalah British Standard, BS 845:1987 dan USA Standard ASME

PTC-4-1 Power Test Code Steam Generating Units. Metode tidak langsung juga

dikenal dengan metode kehilangan panas. Efisiensi dapat dihitung dengan

mengurangkan bagian kehilangan panas dari 100 sebagai berikut:

Dimana kehilangan yang terjadi dalam boiler adalah kehilangan panas yang

diakibatkan oleh:

i. Gas cerobong yang kering

ii. Penguapan air yang terbentuk karena H2 dalam bahan bakar

iii. Penguapan kadar air dalam bahan bakar

iv. Adanya kadar air dalam udara pembakaran

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

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

vii. Radiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung

Kehilangan yang diakibatkan oleh kadar air dalam bahan bakar dan yang

disebabkan oleh pembakaran hidrogen tergantung pada bahan bakar, dan tidak

dapat dikendalikan oleh perancangan. Data yang diperlukan untuk perhitungan

efisiensi boiler dengan menggunakan metode tidak langsung adalah:

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

2) Persentase oksigen atau CO2 dalam gas buang

3) Suhu gas buang dalam oC (Tf)

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

kering

5) GCV bahan bakar dalam kkal/kg

6) Persentase bahan yang dapat terbakar dalam abu (untuk bahan bakar

padat)

7) 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.

22

Tahap 1: Menghitung kebutuhan udara teoritis

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

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

(AAS)

Tahap 4: Memperkirakan seluruh kehilangan panas

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

Dimana,

m = massa gas buang kering dalam kg/kg bahan bakar(massa hasil pembakaran

kering / kg bahan bakar) + (massa N2 dalam bahan bakar pada basis 1 kg) +

(massa N2 dalam massa udara pasokan yang sebenarnya).

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

ii. Persen kehilangan panas karena penguapan air yang terbentuk karena

adanya H2 dalam bahan bakar

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

23

Dimana,

M –persen kadar air dalam 1 kg bahan bakar


iv. Persen kehilangan panas karena kadar air dalam udara

Dimana,


v. Persen kehilangan panas karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam

abu terbang/ 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

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

24

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

ditambahkan ke steam

Rasio penguapan yaitu kilogram steam yang dihasilkan per kilogram bahan bakar

yang digunakan. Contohnya adalah:

1. Boiler berbahan bakar batubara: 6 (yaitu 1 kg batubara dapat

menghasilkan 6 kg steam)

2. 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

1. Jenis boiler: Berbahan bakar minyak

2. Analisis ultimate minyak bakar

C: 84%

H2: 12,0%

S: 3,0%

O2: 1%

3. GCV Minyak bakar: 10200 kkal/kg

4. Persentase Oksigen: 7%

5. Persentase CO2: 11%

6. Suhu gas buang (Tf): 220 0C

7. Suhu ambien (Ta): 27 0C

8. Kelembaban udara: 0,018 kg/kg udara kering

Tahap-1: Mengitung kebutuhan udara teoritis

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

25

Udara berlebih yang dipasok (EA)

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

(AAS)

Tahap 4: Memperkirakan seluruh kehilangan panas

i. Persentase kehilangan panas karena gas kering cerobong

Dapat juga digunakan sebuah metode yang lebih sederhana: Persentase

kehilangan panas yang disebabkan oleh gas kering cerobong

26

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

bahan bakar

iii. Kehilangan panas karena kadar air dalam udara

iv. Kehilangan panas karena radiasi dan kehilangan lain yang tidak

terhitung

Untuk boiler kecil diperkirakan kehilangan mencapai 2 %

27

Tahap 5: Menghitung efisiensi boiler dan rasio penguapan boiler

Keuntungan metode tidak langsung

Dapat diketahui neraca bahan dan energi yang lengkap untuk setiap aliran,

yang dapat memudahkan dalam mengidentifikasi opsi-opsi untuk

meningkatkan efisiensi boiler.

Kerugian metode tidak langsung

1. Perlu waktu lama

2. Memerlukan fasilitas laboratorium untuk analisis

5. Tabel %CO2 dalam Gas Buang pada Boiler

28

6. Jumlah Udara Berlebih untuk Berbagai Bahan Bakar

7. Permasalahan yang Terjadi pada Boiler

29

Documents

Boiler Sistem Dan Pengolahan