BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1
Dasar Teori
A. Siklus Rankine Siklus rankine merupakan siklus standard untuk pembangkit daya yang menggunakan tenaga uap. Siklus rankine nyata yang digunakan dalam instalasi pembangkit daya jauh lebih rumit dari pada siklus rankine ideal asli yang sederhana. Siklus rankine juga disebut siklus uap-cair, siklus ini biasanya digambarkan pada kedua diagram, yaitu P-V dan TS dengan garis-garis yang menunjukkan uap jenuh dan cairan jenuh. Fluida kerjanya biasanya adalah H2O, tetapi tidak harus menggunakan fluida tersebut.
Gambar 1. Bagan diagram alir siklus rankine
7
Pada gambar diatas menunjukkan proses aliran sederhana dimana uap yang
dihasilkan
dalam
boiler
diperlukan
oleh
turbin
untuk
menghasilkan kerja. Aliran yang keluar dari turbin melewati kondensor dimana aliran itu dipompa kembali ke boiler. Daya yang diproduksi oleh turbin lebih besar dari yang diperlukan oleh pompa dan output daya bersih sama dengan selisih antara kecepatan input panas dalam boiler dan kecepatan penolakan panas dalam kondensor.
Gambar 2. T-S diagram alir siklus rankine
Pada gambar 1 dan 2 ditunjukkan siklus Rankine ideal pada adiagram P-v dan b diagram T-s. Garis lengkung di sebelah kiri titik kritis (CP = Critical Point) pada kedua titik tersebut merupakan tempat kedudukan semuatitik cairan jenuh dan merupakan garis cairan jenuh. Daerah di sebelah kirinya merupakan daerah cairan dingin lanjut. 8
Garis
lengkung di sebelah kanan CP merupakan kedudukan semua titik uap jenuh dan merupakan garisuap jenuh. Daerah di sebelah kanan garis ini adalah daerah panas lanjut. Daerah di bawah kubah merupakan daerah campuran dua fase (cairan dan uap).
Siklus rankine terdiri dari 4 langkah yang ditunjukkan pada gambar diatas dan dijelaskan sebagai :
1-2
Proses pemanasan dengan tekanan konstan. Jalur yang ada disepanjang isobar (tekanan boiler), dan terdiri dari 3 bagian, yaitu pemanasan dari air sampai temperatur saturasinya, penguapan pada temperatur dan tekanan konstan, dan pemanasan tinggi dari uap sampai temperatur diatas temperatur saturasinya.
2-3
Ekspansi adiabatik (isentropik) reversibel dari uap dalam turbin menuju tekanan kondenser. Jalur yang umumnya memotong kurva saturasi, menghasilkan gas buang yang mengandung air.
1-2
Namun pemanasan tingkat tinggi yang dicapai pada langkah menggeser jalur cukup jauh kekanan pada gambar, dimana kandungan embun tidak terlalu besar.
3-4
Proses dengan suhu dan tekanan konstan dalam kondensor untuk menghasilkan cairan tersaturasi pada titik 4.
9
4-1
Pemompaan adiabatik (isentropik) reversibel dari cairan terkondensasi sampai ke tekanan boiler.
B. Karakteristik Boiler 1. Tipe-tipe Boiler Tipe-tipe
boiler
dapat
dibedakan
menurut
tujuan
dan
konstruksinya, daerah yang mengalami pemanasan, sumber panasnya, sirkulasinya, dan dinding penyangganya.
a. Berdasarkan pada tujuan dan konstruksinya boiler dibedakan menjadi 1. Package boiler 2. Industrial boiler 3. Utility boiler 4. Circulating fluidized bed boiler (CFB) 5. Supercritical boiler 6. Marine boiler b. Berdasarkan daerah yang mengalami pemanasan boiler dibedakan menjadi : 1. Fire tube boiler 2. Water tube boiler c. Berdasarkan sumber panasnya boiler dibedakan menjadi : 1. Conventional boiler 10
2. Heat Recovery Steam Generator d. Berdasarkan sirkulasinya boiler dibedakan menjadi : 1. Natural circulation 2. Forced circulation e. Berdasarkan dinding penyangganya boiler dibedakan menjadi : 1. Bottom supported 2. Top supported
2. Bagian-bagian Boiler Secara umum bagian utama dari boiler terdiri dari : a. Main equipment -
Furnace (ruang bakar)
-
Main steam drum
-
Super heater
-
Reheater
-
Risers (pipa penguap)
-
Economizer
-
Burner
b. Auxiliary equipment -
Force draft fan (PAF&SAF)
-
Induce draft fan
-
Valves, control, dan instrument
11
c. Balance of boiler -
Deaerator Deaerator adalah salah satu jenis alat pemanas yang digunakan
oleh
banyak pembangkit
listrik didunia.
Deaerator berfungsi untuk menghilangkan oksigen dan gasgas lainnya yang terkandung dalam feedwater ( air boiler ). -
Feed water heater Feedwater heater merupakan salah satu jenis heat exchanger yang biasa digunakan di industri proses untuk menukarkan/mengalirkan panas dari suatu fluida ke fluida lainnya.
-
Blowdown system Blowdown System adalah suatu system yang terdiri dari peralatan penampung semua drain air dan uap bekas yang ada pada boiler equipment. Countinous Blowdown itu sendiri bebentuk vessel yang mampu menahan air panas dan tekanan yang kuat dari steam.
C. Teori Perpindahan Panas Pada Boiler 1. Perpindahan panas secara pancaran (radiation) Perpindahan panas secara radiasi adalah perpindahan panas antara suatu benda ke benda yang lain dengan jalan melalui gelombanggelombnag elektromagnetik tanpa tergantung kepada ada atau tidak 12
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.
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 melayanglayang 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 didalam fluida itu sendiri. Dalam gerakannya, molekul-molekul api tersebut tidak perlu 13
melalui lintasan yang lurus untuk mencapai dinding bidang yang dipanasi.
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 kebenda padat yang lain karena terjadinya persinggungan fisik (kontak fisik atau menempel) tanpa terjadinya perpindahan panas molekul-molekul dari benda padat itu sendiri.
Didalam dinding ketel, panas akan dirambatkan oleh molekulmolekul 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.
D. Kehilangan Panas pada Boiler a. Kehilangan panas karena gas buang kering Gas asap hasil pembakaran yang keluar dari boiler masih memiliki kalor yang tinggi. Kalor yang berasal dari gas buang tersebut dimanfaatkan kembali dengan menggunakan media Air Heater, yaitu berfungsi untuk memanaskan udara pembakaran. Gas asap 14
yang keluar dari Air Heater juga masih memiliki kalor, tetapi sudah tidak dapat dimanfaatkan kembali. Hal ini menimbulkan kerugian yang disebut kehilangan panas karena terbawa gas buang kering.
b. Kehilangan panas karena adanya kandungan air dalam bahan bakar Air dalam bahan bakar tidak akan bereaksi dalam proses pembakaran, dan akan menyerap sebagian kalor dari hasil pembakaran. Akibatnya akan mengurangi kalor yang digunakan oleh boiler untuk menguapkan air umpan (Feed Water). Kerugian ini kandungan air dalam bahan bakar.
c. Kehilangan panas karena kadar air untuk pembakaran hidrogen dalam bahan bakar. Unsur hidrogen yang ada didalam bahan bakar menyebabkan terjadinya uap air (H2O) pada proses pembakaran. Akibatnya kalor yang timbul akibat pembakaran bahan bakar di boiler sebagian diserap oleh uap air ini, sehingga mengurangi kalor yang digunakan oleh boiler untuk menguapkan air umpan (Feed Water). Hal ini menimbulkan kerugian yang berdampak terhadap penurunan effisiensi boiler, dan disebut sebagai kehilangan panas karena kadar air untuk pembakaran hidrogen dalam bahan bakar.
d. Kehilangan panas karena kandungan air didalam udara pembakaran 15
Udara pembakaran yang diambil dari udara bebas, selalu mengandung uap air. Uap air ini tidak bereaksi selama proses pembakaran, tetapi hanya akan bercampur dengan gas – gas asap hasil pembakaran. Uap air ini akan menyerap sebagian kalor yang dihasilkan oleh pembakaran dalam boiler, sehingga mengurangi kalor yang digunakan oleh boiler untuk menguapkan air umpan (Feed Water). Kerugian inilah yang disebut sebagai kehilangan panas karena kandungan air didalam udara pembakaran.
e. Kehilangan panas karena uap untuk pengabutan bahan bakar Uap / Steam digunakan untuk menspray atau mengatomisasi bahan bakar residu sehingga dapat menyemprot ke dalam ruang bahan bakar. Akan tetapi uap / steam ini akan bercampur dengan gas – gas hasil pembakaran dan ikut menyerap sebagian kalor dari hasil pembakaran. Adanya uap air ini dapat mengurangi kalor yang digunakan oleh boiler untuk menguapkan air umpan (Feed Water). Kerugian ini yang disebut sebagai kehilangan panas karena uap untuk pengabutan bahan bakar.
f. Kehilangan panas kaena terdapatnya unsur karbon monoksida Kerugian panas yang terjadi karena abu atau terak yang masih mengandung kalor, yang masih dapat digunakan . Kerugian ini
16
disebut sebagai kehilangan panas kaena terdapatnya unsur karbon monoksida.
g. Kehilangan panas karena perpindahan panas atau radiasi Radiasi panas yang keluar dari dinding – dinding boiler ikut mengurangi kalor yang digunakan oleh boiler untuk menguapkan air umpan (Feed Water). Hal ini menimbulkan kerugian pula yang disebut kehilangan panas karena perpindahan panas atau radiasi.
E. Sistem Pembakaran pada Boiler Pembakaran terjadi secara proses kimia antara bahan-bahan yang mudah terbakar dengan oksigen dari udara untuk menghasilkan energi panas yang dapat digunakan untuk keperluan lain. Komponen utama bahan-bahan yang mudah terbakar adalah carbon, hidrogen, dan campuran lainnya. Dalam proses pembakaran komponen ini terbakar menjadi karbondioksida dan uap air. Sejumlah sulfur juga terdapat pada sebagian besar bahan bakar.
Pada proses pembakaran jumlah oksigen yang digunakan dapat mempengaruhi kualitas pembakaran. Oksigen merupakan salah satu elemen udara yang jumlahnya mencapai 20.9% seluruh komponen dari udara. Komponen yang ada pada udara dapat dilihat pada table 1
17
dibawah ini. Bahan bakar akan terbakar pada keadaan normal jika terdapat udara yang cukup.
1. Neraca Kalor 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. Neraca panas dapat membantu dalam mengidentifikasi kehilangan panas yang dapat atau tidak dapat dihindari.
Uji
efisiensi
boiler
dapat
membantu
dalam
menemukan
penyimpangan efisiensi boiler dari efisiensi terbaik dan target area permasalahan untuk tindakan perbaikan. Proses pembakaran dalam boiler dapat digambarkan dalam bentuk diagram alir energi. Diagram ini menggambarkan secara grafis tentang bagaimana energi masuk dari bahan bakar diubah menjadi aliran energi dengan berbagai kegunaan dan menjadi aliran kehilangan panas dan energi. Panah tebal menunjukan jumlah energi yang dikandung dalam aliran masing-masing.
18
Boiler bertipe CFB (Circulating Fluidized Bed). Boiler jenis ini memiliki tiga peralatan utama, yakni Furnace, Cyclone, serta Backpass. Furnace merupakan ruang dimana terjadi proses pembakaran pada boiler. Cyclone adalah ruang pemisah antara flue gas dan batubara yang belum terbakar berdasarkan berat jenis, dan backpass atau Heat recovery Area (HRA) adalah ruang pemanfaatan kalori dari flue gas, dimana flue gas dimanfaatkan untuk memanaskan suplai udara hasil pembakaran.
Pada peralatan suplai udara pembakaran, ±60% udara pembakaran berasal dari Primary Air (PA) Fan, ±36% dari Secondary Air (SA) Fan, Ditambah ±3 % udara berasal dari fluidizing air blower dan ±1 % udara yang berasal dari limestone dengan total flow udara pada beban 100 MW berkisar 285.985,40 kg/h sementara untuk menghisap gas-gas hasil pembakaran (flue gas) dari ruang bakar menggunakan Induced Draught Fan (IDF).
Tidak seperti kebanyakan PLTU di Indonesia yang menggunakan tipe pembakaran PCC (Pulverized Coal Combustion) yang menyemprotkan batubara dan udara ketika terjadi pembakaran, metode pembakaran CFB ini menjaga material tetap berada dalam posisi mengambang dengan meniupkan udara dengan kecepatan tertentu dari bawah furnace. 19
Keseimbangan antara gaya dorong ke atas dari angin dan gaya gravitasi akan menjaga butiran batubara tetap dalam posisi mengambang sehingga membentuk lapisan seperti fluida yang selalu bergerak. Kondisi ini akan menyebabkan pembakaran bahan bakar yang lebih sempurna karena posisi batubara selalu berubah sehingga sirkulasi udara dapat berjalan dengan baik dan mencukupi untuk proses pembakaran.
Kemudian, bila alat desulfurisasi masih diperlukan untuk penanganan SOx pada metode pembakaran tetap dan PCC, maka pada CFB, desulfurisasi dapat terjadi bersamaan dengan proses pembakaran di boiler. Hal ini dilakukan dengan cara mencampur batu kapur (lime stone, CaCO3) dan batubara kemudian secara bersamaan dimasukkan ke boiler. SOx yang dihasilkan selama proses pembakaran, akan bereaksi dengan kapur membentuk gipsum (kalsium sulfat). Selain untuk proses desulfurisasi, batu kapur juga berfungsi sebagai media untuk fluidized bed karena sifatnya yang lunak sehingga pipa pemanas (heat exchanger tube) yang terpasang di dalam boiler tidak mudah aus.
20
Gambar 3. CFB Boiler Overview
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 energy/ panah tebal menunjukan jumlah energy yang dikandung dalam aliran masing-masing.
Gambar 4. Diagram Neraca Energi Boiler
Diagram Neraca Energi Boiler menggambarkan keseimbangan energi total yang masuk boiler terhadap yang meninggalkan boiler 21
dalam bentuk yang berbeda. Seperti pada gambar berikut memberikan gambaran berbagai kehilangan yang terjadi untuk pembangkitan steam.
Gambar 5. Kehilangan panas pada boiler
2. Heat Exchanger Heat exchanger adalah alat untuk memindahkan energi panas dari suatu fluida ke fluida lain. Fluida panas memberikan panasnya ke fluida dingin melalui suatu media atau secara langsung sehingga akan terjadi perubahan sesuai dengan yang dikehendaki, baik penurunan
maupun
kenaikan
temperatur.
Pada
umumnya
perpindahan panas ini terjadi secara kombinasi antara konduksi dan konveksi.
3. Beda temperatur rata-rata logaritmik (ÄTlmtd) Besarnya ÄTlmtd dapat dihitung berdasarkan jenis susunan aliran yang
diterapkan
dalam
penukar
kalor.
Persamaan
untuk
menghitung ÄTlmtd pada aliran sejajar, berlawanan dan aliran silang (cross flow) dijelaskan dalam penjelasan berikut. Metode 22
beda temperatur rata-rata logaritmik digunakan sebagai langkah awal dalam analisa heat exchanger, bila temperature masuk dan keluar fluida pada heat exchanger diketahui, baik untuk fluida panas maupun dingin, sehingga dapat menentukan beda temperatur rata-rata logaritmik.
F. Suplai Udara Pembakaran pada Boiler PLTU yang menggunakan Boiler CFB (Circulating Fluidized Bed) dimana pada boiler jenis CFB ini material bed (batubara) yang terbakar di dalam furnace semakin lama naik ke bagian atas furnace, karena massanya berkurang batubara menjadi ringan dan ikut terbawa bersama flue gas menuju ke cyclone. Cyclone berfungsi sebagai pemisah antara flue gas dan batubara, batubara tersebut jatuh atau masuk ke dalam cylone, karena batubara di dalam cyclone belum habis terbakar maka batubara disirkulasikan kembali kedalam furnace, sedangkan flue gas menuju ke backpass.
Sistem udara pembakaran pada jenis boiler CFB disuplai dari dua aliran udara utama yaitu udara primary dan udara secondary dan dibantu oleh udara dari Fluidizing Air Blower serta udara dari limestone. Udara primary berasal dari udara luar yang masuk kedalam kipas (fan) kemudian udara di hembuskan menuju Tubular Air Heater dimana pada tubular air heater terjadi pertukaran panas antara udara 23
primary dengan flue gas. Udara primary yang masuk ke dalam tubular air heater dengan temperatur ±50OC dan keluar tubular air heater dengan temperatur ±220OC, sedangkan temperatur flue gas yang masuk ke dalam tubular air heater ±285OC dan temperatur flue gas keluar tubular air heater ±125OC. Setelah melewati tubular air heater udara primary panas masuk ke dalam Win Box yang letaknya di bagian bawah furnace (ruang bakar), didalam winbox udara primary ditampung atau disimpan sebelum di hembuskan kedalam furnace melalui Nozzle-Nozzle bagian bawah didalam furnace. Udara primary ini digunakan dengan jumlah flow yang banyak di bandingkan dengan jumlah flow udara secondary karena fungsi udara primary ini untuk mengangkat batubara di dalam furnace selain sebagai udara pembakaran.
Udara Secondary juga berasal dari udara luar yang masuk kedalan kipas (Fan) kemudian udara secondary ini dihembuskan ke dalam tubular air heater dengan temperatur ±46OC dan keluar tubular air heater dengan temperatur ±248OC didalam tubular air heater ini terjadi perpindahan panas antara flue gas dengan udara secondary, setelah melewati tubular air heater udara panas secondary masuk ke dalam furnace melalui damper-damper yang letaknya di bagian depan yang jumlahnya delapan buah damper sedangkan di bagian belakang
24
jumlahnya empat buah demper, selain itu udara panas secondary digunakan pada saat start-up burner dengan menggunakan HSD.
Selain dari udara primary dan udara secondary udara pembakaran juga dibantu oleh udara dari fluidizing air blower dan udara dari limestone, udara fluidizing air blower ini masuk ke dalam furnace bersama batubara yang belum habis terbakar pada cyclone serta udara udara pembakaran yang berasal dari udara yang masuk bersama limestone.
1. Saluran Transportasi Udara Pembakaran (Air duct system) Saluran udara diperlukan sebagai penghubung antara fan dan komponen utama pada boiler, saluran tersebut sering disebut dengan ducting. Air and Flue Gas System terdiri dari Primary Air (PA) Fans, Forced Draft (FD) Fans, Induced Draft (ID) Fans, Air Heater, Primary Air Ducts, Secondary Air Ducts dan Flue Gas Ducts.
Udara yang akan disuplai ke ruang pembakaran dipanaskan terlebih dahulu agar tercapai efisiensi pembakaran yang baik. Pemanasan tersebut dilakukan oleh Air Heater dengan cara konduksi dengan memanfaatkan panas dari gas buang sisa pembakaran di dalam furnace.
25
Pada CFB Boiler saluran ducting dirancang dalam dua kondisi temperature udara antara lain:
a. Air Cool Ducting Saluran udara PAF/SAF yang dilalui oleh udara bertemperatur ambient, juga merupakan proses pertama dari udara luar sebelum dipanaskan di Air heater.
b. Air Hot Ducting Saluran udara PAF/SAF setelah Air heater dengan perubahan temperature ambient ke temperature panas. Pada normal operasi temperature udara yang keluar dari Air Heater mampu mencapai 220O C yang selanjutnya disuplai ke Duct Burner dan ruang bakar.
2. Piping system Piping system digunakan pada Fluidizing air blower ini berfungsi untuk membuat aliran udara yang berputar (turbulen) yang tujuannya untuk melindungi dinding cyclone pada bagian expansion bellow, agar batubara yang belum habis terbakar dan pasir yang jatuh tidak mengenai atau menempel pada bagian expansion bellow pada dinding cyclone.
26
3. Air Nozzle Air Nozzle merupakan komponen yang terpasang pada dasar furnace dengan jumlah ratusan nozzle. udara yang keluar dari nozzle
mendorong
atau
mengangkat
bed
material
untuk
pembakaran yang sempurna. Posisi air nozzle berada setelah windbox pada dasar boiler.
G. Mekanisme Sistem Penyuplaian Panas Pada Boiler 1. Mekanisme penyuplaian Udara Mekanisme sistem penyuplaian udara ke boiler Selain dari aliran Primary Air Fan (PAF) dan Secondary Air Fan (SAF), udara pembakaran juga dibantu oleh Fluidizing Air Blower, jumlah flow udara dalam proses pembakaran (100% BMCR) di ruang bakar (furnance) membutuhkan ±522 t/h udara panas.
Aliran udara yang berputar (turbulen), tujuannya untuk melindungi dinding cyclone pada bagian expansion bellow, agar batubara yang belum habis terbakar dan pasir yang jatuh tidak mengenai atau menempel pada bagian expansion bellow pada dinding cyclone maka dibantu oleh Fluidizing Air Blower.
Batubara yang belum habis terbakar yang menempel pada bagian expansion bellow akan dapat merusak dan menghambat sirkulasi 27
pada cyclone. Selain untuk melindungi expansion bellow pada dinding cyclone udara yang berasal dari fluidizing air blower ini juga digunakan untuk mendorong batubara yang belum habis terbakar masuk kedalam furnace pada sealpot yang letaknya dibawah cyclone. Sealpot digunakan sebagai penghambat laju aliran batubara yang belum habis terbakar sebelum masuk ke furnace.
Dua sumber aliran udara utama yaitu udara primary dan udara secondary dan dibantu oleh udara dari fluidizing air blower serta udara dari limestone. Udara primary berasal dari udara luar yang masuk kedalam kipas (fan) kemudian udara di hembuskan menuju tubular air heater dimana pada tubular air heater terjadi pertukaran panas antara udara primary dengan flue gas.
Gambar 6. Furnace Nozzle
2. Pengaturan Penyuplaian Udara dan Air Heater •
Pengaturan Tekanan Udara 28
Pengaturan Tekanan udara bebas dikeliling kita disebut dengan tekanan Atmosfir, besar tekanan atmosfir adalah 1,013 bar atau 14,7 Psig dan alat pangkasnya dinamakan barometer. Titik nol barometer diukur dalam ruang hampa udara (hampa mutlak/ non absolute). Sedangkan alat ukur yang dipakai untuk mengukur tekanan selain tekanan udara bebas disebut manometer. Tekanan dapat dibedakan menjadi 3 macam yaitu :
1. Tekanan terukur 2. Tekanan Absolut 3. Tekanan Vakum
Pada pengukuran tekan yang sering di jumpai pada pembangkit termal adalah dengan menggunakan metode, sebagai berikut :
1. Kolom Zat Cair 2. Perubahan Element Elastis
•
Pengaturan Temperatur udara Pengaturan temperatur udara dapat dimonitor dari pengukuran temperatur pada Boiler overview. Pada pembangkit termal ada dua jenis alat pengukuran sering di jumpai yaitu Thermokopel dan Resistance Temperatur Detector (RTD). Thermokopel 29
terdiri dari dua logam berlainan jenis yang digabungkan dari sumber panas pada ujung yang lain akan menimbulkan tegangan listrik berupa mili volt dan pada Resistance Temperatur
Detector
(RTD)
objek
dan
pembacaan
instrumentasinya berada ditempat yang berbeda atau dapat dikatakan pembacaan jarak jauh dengan menggunakan kawat penghubung yang mempunyai tahanan meskipun kecil (0.008 – 0,012/meter).
•
Pengaturan Aliran Udara Pengaturan aliran udara pada CFB Boiler diatur dengan mempertimbangkan laju aliran pada suplai udara yang masuk dan keluar menginggat kondisi tekanan udara didalam ruang bakar yang berbeda. PAF, SAF dan HPA menciptakan kondisi ruang bakar bertekanan plus sedangkan IDF menciptakan kondisi ruang bakar vakum atau minus. Hal ini sesuai dengan filoshopi desain CFB Boiler itu sendiri dimana bahan bakar (coal) terbakar pada bed level (level pasir yang melayang di permukaan furnance) lalu coal yang tidak terbakar masuk ke compact separator untuk dibakar lagi di bed (proses ini terjadi berulang).
30
Untuk pengaturan suplai aliran udara CFB Boiler tergantung pada bukaan damper menggunakan regulator pada setiap fan. Adapun bukaan damper tersebut di disesuaikan dengan kondisi operasi normal tekanan udara plus di pertahankan 6 kPa untuk Lower Furnance (bagian dasar ruang bakar) dan 5 kPa untuk Upper Furnance (bed level) dengan tekanan vakum (-34.1 pa) guna mencapai kesetimbangan udara ruang bakar (100% BMCR).
•
Pengaturan Air Heater Air heater merupakan peralatan tempat perpindahan panas yang besar didalam jalur udara primer dan gas buang dari CFB Boiler. Sebagai media panas air heater berasal dari gas buang (flue gas) hasil pembakaran di boiler sebelum di buang di stack melalui induced Draft Fan (IDF). Air heater terdiri dari jenis elemen-elemen plat yang berfungsi mengambil panas dari gas buang dengan mekanisme pengaturan perpindahan panas konveksi. Pengoperasian normal air heater dibantu dengan motor penggerak yang dihubungkan dengan speed reducer, rotor elemen pemanas diputar dalam suatu yang memiliki sambungan duct pada kedua sisinnya dialiri gas buang dari boiler dan udara dari sisi lainnya. Saat rotor diputar setengah bagiannya memasuki saluran gas buang dan menyerap energi 31
panas yang terkandung didalamnya, sedangkan setengah bagian lain mentranfer panas dari elemen ke udara pada sisi saluran udara sehingga menghasilkan udara panas yang selanjutnya disuplai ke ruang bakar (furnance).
1. Primary Air Fan (PAF)
Gambar 7. Primary Air Fan Overview
2. Secondary Air Fan (SAF)
Gambar 8. Secondary Air Fan (SAF) Overview 32
3. High Pressure Air (HPA)
Gambar 9. High Pressure Fan (HPF) Overview
4. Induced Draft Fan (IDF)
Gambar 10. Induced Draft Fan (IDF) Overview 33
H. Mekanisme penyuplaian air pengumpan pada Boiler Dalam Boiler feed system menyediakan aliran untuk air pengisi boiler/feedwater dari deaerator storage tank ke economizer inlet, menyediakan
sebagian
regenerative
feedwater
heating
dan
menyediakan aliran air desuperheating ke main steam.
Komponen utama Boiler feed system yaitu: 1. Pompa feed boiler dengan penggerak motor listrik yang mempunyai kapasitas 3 x 50%. 2. Dua unit high-pressure closed, U-tube type feedwater heaters. 3. Pipa, katup, fittings dan peralatan penunjang lainnya.
I. Mekanisme Penyuplaian Bahan Bakar Boiler CFB boiler di desain dengan menggunakan dua jenis bahan bakar (dual fuel), Fuel Oil Firing System dan Coal Feed System. Pembakaran awal (first firing) bahan bakar CFB boiler menggunakan bahan bakar HSD hingga
mencapai
temperatur
±595OC
dengan
rentang
waktu
pembakaran ±6 jam (fuel firing system) selanjutnya pemakaian bahan bakar HSD dihentikan setelah ruang bakar disuplai oleh batubara. Penggunaan bahan bakar batubara untuk 1 unit CFB Boiler ±65 t/h dengan mempertahankan temperatur ruang bakar hingga mencapai ±900OC. mekanisme penyuplaian batubara (Coal Feed system) dari
34
daily coal silo ditransfer melalui fuel feeder ±16.25 t/h menuju ruang bakar (furnance).
Gambar 11. Boiler Start Oil System Overview
J. Perhitungan efisiensi boiler Efisiensi adalah suatu tingkatan kemampuan kerja dari suatu alat. Sedangkan efisiensi pada boiler adalah prestasi kerja atau tingkat unjuk kerja boiler atau ketel uap yang didapatkan dari perbandingan antara energi yang dipindahkan atau diserap oleh fluida kerja didalam ketel dengan masukan energi kimia dari bahan bakar. Untuk tingkat efisiensi pada boiler atau ketel uap tingkat efisiensinya berkisar antara 70% hingga 90%.
35
Terdapat dua metode pengkajian efisiensi boiler : a. Metode Langsung: energi yang didapat dari fluida kerja (air dan steam) dibandingkan dengan energi yang terkandung dalam bahan bakar boiler. b. Metode Tidak Langsung: efisiensi merupakan perbedaan antara kehilangan dan energi yang masuk.
2.2
Persamaan Matematika
a. Metode langsung dalam menentukan efesiensi Boiler
Standar acuan untuk pengujian Boiler menggunakan metode tidak langsung adalah British standard, BS 845:1987 dan USA standard ASME PTC-4-1 Power Test Code Steam Generating Unit. ………………(1)
….…………..(2)
b. Metode tidak langsung dalam menentukan efesiensi Boiler
Metode tidak langsung juga dikenal dengan metode kehilangan panas. Efisiensi dapat dihitung dengan mengurangkan bagian kehilangan panas dari 100 sebagai berikut :
36
Efisiensi boiler (n) = 100 – (i+ii+iii+iv+v+vi+vii)
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 fly ash vi. Bahan bakar yang tidak terbakar dalam bottom ash vii. Radiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung.
37
