Boiler Fire Tube Boiler Gas

Pengertian Boiler

Boiler atau ketel uap merupakan sebuah kolaborasi yang kompleks dari evaporator, superheater, economizer, dan air heater. Fungsi dari boiler adalah menghasilkan uap air bertekanan yang biasanya digunakan untuk menggerakkan/memutar turbin yang dihubungkan dengan generator dan bisa difungsiakan untuk media pemanas mesin produksi  untuk kalangan industri , maka dari itu saya menciptakan boiler untuk berbagai macam fungsi yang membutuhkan transfer panas .

Boiler adalah alat yang digunakan untuk memanaskan air menjadi uap yang memiliki tekanan dan temperatur tinggi sehingga mampu digunakan untuk menggerakkan turbin yang (biasanya) terhubung dengan generator.

Boiler dapat mengkonversi energi kimia yang terkandung dalam bahan bakar yang kemudian dilakukan proses pembakaran yang menghasilkan energi panas (kalor). Kalor tersebut diserap oleh air dalam boiler untuk berubah fase dari cair ke uap.

Perlu diketahui bahwa kalor/panas dapat digunakan menjadi 2, yaitu menaikkan suhu/temperatur atau mengubah fase. Panas yang digunakan untuk mengubah fase (wujud) zat tanpa mengalami perubahan temperatur disebut panas laten.

Kembali lagi pada boiler.

Seperti yang sudah saya katakan tadi bahwa boiler mampu menghasilkan uap yang bertekanan sehingga mampu menggerakkan turbin yang terhubung dengan generator dan bisa di uplikasikan ke pemanas produk dll. Mengapa uap dari boiler dapat menggerakkan turbin dan media pemanas produk ? Karena uap yang dihasilkan oleh boiler adalah uap yang bertekanan dan bertemperatur tinggi. Tekanan dari uap yang dihasilkan boiler mampu untuk menggerakkan turbin yang terhubung dengan generator dan steam bisa untuk sebagai media pemanas produk dan yang lainya  Setidaknya ada jenis-jenis uap yang harus Anda ketahui adalah uap basah, uap kering, dan uap jenuh. Akan dibahas lebih lanjut mengenai jenis-jenis uap ,Boiler juga bisa disebut sebagai steam generator karena ia adalah mesin pembangkit uap, sedangkan kata boiler berarti ‘pendidih’.

Boiler pipa api (Fire tube boiler)

Gas panas hasil dari pembakaran atau bisa kita sebut flue gas akan mengalir dalam pipa-pipa yang diselimuti oleh air sehingga terjadi proses perpindahan panas dari flue gas ke air. Air yang menyerap panas tersebut kemudian berubah menjadi uap sebagai hasil dari proses yang terjadi di boiler.

Boiler pipa air (Water tube boiler)

Pada boiler pipa air, air yang mengalir berada dalam pipa yang diselimuti gas panas hasil pembakaran yang berada di luar pipa. Air yang mengalir tersebut menerima transfer kalor dari pembakaran yang mampu mengubah fasenya menjadi uap Nah, perbedaan antara boiler pipa air dan boiler pipa api adalah siapakah fluida yang mengalir dalam pipa. Apakah itu airnya atau flue gas-nya.

Klasifikasi Boiler berdasarkan pemakaiannya

Klasifikasi yang kedua ini mengacu pada penggunaan boiler yang terkadang berbeda-beda. Ada boiler yang ‘diam saja’. Artinya, boiler ini saat digunakan tidak dipindahkan posisinya melainkan tetap pada posisinya. Boiler jenis ini disebut Stasionary boiler. Contoh boiler jenis ini adalah boiler untuk pembangkit listrik, industri dan sebagainya.

Selanjutnya adalah mobile boiler atau bisa juga disebut sebagai portable boiler. Boiler jenis ini memungkinkan untuk dipindahkan pada proses penggunaannya. Artinya, tidak seperti stasionary boiler yang diam di tempat melainkan bisa dipindah posisinya. Contohny adalah pada lokomotif.

Klasifikasi Boiler berdasarkan letak dapur pembakaran (furnance position)

Ada dua jenis letak dapur sebagai tempat terjadinya pembakaran pada boiler, yaitu di dalam dan di luar. Ketel uap yang pembakarannya terjadi di dalam disebut (internally fired steam boiler) sedangkan ketel uap yang dapur pembakarannya terjadi di luar disebut (outernally fired steam boiler).

Klasifikasi Boiler berdasarkan pada porosnya tutup drum (shell)

Ini adalah klasifikasi yang saya bilang paling mudah untuk dibedakan. Kita hanya tinggal melihat posisi dari boiler. Ada dua jenis boiler pada klasifikasi berdasarkan pada porosnya tutup dram, yaitu boiler tegak dan boiler mendatar. Boiler tegak juga disebut (vertikal steam boiler) sedangkan boiler mendatar disebut (horizontal steam boiler).

Klasifikasi Boiler berdasarkan pada sumber panasnya (heat source)

Ketel uap dengan bahan bakar alami
Ketel uap dengan bahan bakar buatan
Ketel uap dengan dapur listrik
Ketel uap dengan energi nuklir

Nah, itu adalah beberapa klasifikasi yang dapat kita terapkan untuk boiler. Sebenarnya masih ada beberapa klaifikasi lain untuk boiler, seperti berdasarkan tekanan kerjanya, kapasitasnya, peredaran airnya, namun artikel ini akan sangat panjang jika saya memasukkan semuanya. Untuk itu, mari kita langsung membahas bagaimana cara kerja boiler pada pemaparan di bawah ini.

Cara Kerja Boiler atau Ketel Uap

Ini adalah bagian yang paling penting tentang boiler, yaitu bagaimana sih prinsip kerja boiler? Pertanyaan serupa seperti, bagaimana sih sistem kerja boiler? mungkin sedang ada di kepala dan menunggu penjelasannya. Oke mari kita bahas cara kerja boiler

Secara sederhana, prinsip kerja boiler hampir sama seperti saat kita mendidihkan air menggunakan kompor. Air menerima panas/kalor dari kompor yang kemudian mengubah fase air menjadi uap. Lalu, jika kita menutup panci tersebut menggunakan tutupnya (biasanya tutup panci memiliki satu lubang kecil), akan ada uap yang keluar dari lubang kecil pada tutup panci yang memiliki tekanan yang lebih tinggi daripada dibiarkan terbuka. Nah, seperti itulah sistem kerja boiler secara sederhana.

Namun, apakah tekanan dari uap air tersebut sudah mampu menggerakkan turbin yang terhubung dengan generator? Tentu belum. Untuk itulah boiler didesain agar mampu menghasilkan uap superheated, yaitu uap yang memiliki suhu dan tekanan tinggi.

Saya akan mengambil contoh cara kerja boiler pipa air. Air dialirkan menuju boiler menggunakan pompa.

Untuk mengubah air menjadi uap tentu kita butuh kalor. Darimana kita bisa mendapatkan kalor? dari proses pembakaran yang terjadi pada furnance atau dapur bakar. Kemudian panas tersebut terserap oleh pipa-pipa evaporator yang didalamnya ada air yang sedang dialirkan. Air tersebut kemudian menyerap kalor dari pipa tadi sehingga suhunya meningkat secara terus menerus. Lalu, air akan berubah menjadi uap basah. Sudah selesai tahapannya? Belum. Uap basah bukanlah hasil yang diinginkan. Uap basah kemudian menuju ke pemanas lanjut atau juga disebut Super heater. Super heater ini berfungsi untuk memanaskan uap yang tadi hingga menjadi uap kering dengan temperatur yang sangat tinggi. Uap tersebut siap untuk menggerakkan turbin yang biasanya terhubung dengan generator yang digunakan untuk menghasilkan listrik dan bisa juga uap di alirkan ke line produksi untuk memanaskan produk dalam oven produksi sesuai keinginan suhu temperature yang di butuhkan pada saat pemgoprasian prosess memanaskan produknya.

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.

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 diubah menjadi steam disebut air umpan. 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. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang.

Tipe – tipe Boiler

Boiler terdiri dari bermacam-macam tipe yaitu :

1. Fire Tube Boiler

Pada fire tube boiler, gas panas melewati pipa – pipa dan air umpan boiler adadidalam shell untuk dirubah menjadi steam. Fire tube boiler biasanya digunakanuntuk kapasitas steam yang relatif kecil dengan tekanan steam rendah sampaisedang. Sebagai pedoman, fire tube boiler kompetitif untuk kecepatan steamsampai 12.000 kg/jam dengan tekanan sampai 18 kg/cm. Fire tube boiler dapatmenggunakan bahan bakar minyak bakar, gas atau bahan bakar padat dalamoperasinya. Untuk alasan ekonomis, sebagian besar fire tube boiler dikonstruksisebagai “paket” boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua bahan bakar.

2. Water Tube Boiler

Pada water tube boiler, air umpan boiler mengalir melalui pipa – pipa masuk ke dalam drum. Air yang tersikulasi dipanaskan oleh gas pembakar membentuk steam pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan steam dan tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus boiler untuk pembangkit tenaga. Water tube boiler yang sangat modern dirancang dengan kapasitas steam antara 4.500-12.000 kg/jam, dengan tekanan sangat tinggi. Banyak water tube boiler yang dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar minyak bakar dan gas. Untuk water tube boiler yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum dirancang secara paket.

Karakteristik water tube boiler sebagai berikut :

Forced, induced dan balanced draft membantu untuk meningkatkan efisiensi pembakaran
Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan air
Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi

3. Paket Boiler
Disebut boiler paket sebab sudah tersedia sebagai paket yang lengkap. Pada saat dikirim ke pabrik, hanya memerlukan pipa steam, pipa air, suplai bahan bakar dan sambungan listrik untuk dapat beroperasi. Paket boiler biasanya merupakan tipe shell and tube dengan rancangan fire tube dengan transfer panas baik radiasi maupun konveksi yang tinggi. Ciri-ciri dari packaged boilers adalah:
Kecilnya ruang pembakaran dan tingginya panas yang dilepas menghasilkan penguapan yang lebih cepat.
Banyaknya jumlah pipa yang berdiameter kecil membuatnya memiliki perpindahan panas konvektif yang baik.
Sistem forced atau induced draft menghasilkan efisiensi pembakaran yang baik. Sejumlah lintasan/pass menghasilkan perpindahan panas keseluruhan yang lebih baik.
Tingkat efisiensi thermisnya yang lebih tinggi dibandingkan dengan boiler lainnya.
Boiler tersebut dikelompokkan berdasarkan jumlah pass/lintasannya yaitu berapa kali gas pembakaran melintasi boiler. Ruang pembakaran ditempatkan sebagai lintasan pertama setelah itu kemudian satu, dua, atau tiga set pipa api. Boiler yang paling umum dalam kelas ini adalah unit tiga pass/lintasan dengan dua set fire-tube/pipa api dan gas buangnya keluar dari belakang boiler.

4. Boiler Pembakaran dengan
Pembakaran dengan  muncul sebagai alternatif yang memungkinkan dan memiliki kelebihan yang cukup berarti dibanding sistem pembakaran yang konvensional dan memberikan banyak keuntungan antara lain rancangan boiler yang kompak, fleksibel terhadap bahan bakar, efisiensi pembakaran yang tinggi dan berkurangnya emisi polutan yang merugikan seperti SOx dan NOx. Bahan bakar yang dapat dibakar dalam boiler ini adalah barang tolakan dari tempat pencucian pakaian, sekam padi, bagas & limbah pertanian lainnya. Boiler  memiliki kisaran kapasitas yang luas yaitu antara 0.5 T/jam sampai lebih dari 100 T/jam.

Bila udara atau gas yang terdistribusi secara merata dilewatkan keatas melalui bed partikel padat seperti pasir yang disangga oleh saringan halus, partikel tidak akan terganggu pada kecepatan yang rendah. Begitu kecepatan udaranya berangsur-angsur naik, terbentuklah suatu keadaan dimana partikel tersuspensi dalam aliran udara sehingga bed tersebut disebut “terfluidisasikan”. Dengan kenaikan kecepatan udara selanjutnya, terjadi pembentukan gelembung, turbulensi yang kuat, pencampuran cepat dan pembentukan permukaan bed yang rapat. Bed partikel padat menampilkan sifat cairan mendidih dan terlihat seperti fluida yang disebut “bed gelembung fluida (bubbling fluidized bed)”. Jika partikel pasir dalam keadaan terfluidisasikan dipanaskan hingga ke suhu nyala batubara, dan batubara diinjeksikan secara terus menerus ke bed, batubara akan terbakar dengan cepat dan bed mencapai suhu yang seragam.

Pembakaran dengan fluidized bed (FBC) berlangsung pada suhu sekitar 840C hingga 950°C. Karena suhu ini jauh berada dibawah suhu fusi abu, maka pelelehan abu dan permasalahan yang terkait didalamnya dapat dihindari. Suhu pembakaran yang lebih rendah tercapai disebabkan tingginya koefisien perpindahan panas sebagai akibat pencampuran cepat dalam fluidized bed dan ekstraksi panas yang efektif dari bed melalui perpindahan panas pada pipa dan dinding bed. Kecepatan gas dicapai diantara kecepatan fluidisasi minimum dan kecepatan masuk partikel. Hal ini menjamin operasi bed yang stabil dan menghindari terbawanya partikel dalam jalur gas.

5. Atmospheric Fluidized Bed Combustion (AFBC)
Boiler Kebanyakan boiler yang beroperasi untuk jenis ini adalah Atmospheric Fluidized Bed Combustion (AFBC) Boiler. Alat ini hanya berupa shell boiler konvensional biasa yang ditambah dengan sebuah fluidized bed combustor. Sistem seperti telah dipasang digabungkan dengan water tube boiler/ boiler pipa air konvensional. Batubara dihancurkan menjadi ukuran 1 – 10 mm tergantung pada tingkatan batubara dan jenis pengumpan udara ke ruang pembakaran. Udara atmosfir yang bertindak sebagai udara fluidisasi dan pembakaran, dimasukkan dengan tekanan, setelah diberi pemanasan awal oleh gas buang bahan bakar. Pipa dalam bed yang membawa air pada umumnya bertindak sebagai evaporator. Produk gas hasil pembakaran melewati bagian super heater dari boiler lalu mengalir ke economizer, ke pengumpul debu dan pemanas awal udara sebelum dibuang ke atmosfir.

6. Pressurized Fluidized Bed Combustion (PFBC) Boiler
Pada tipe Pressurized Fluidized bed Combustion (PFBC), sebuah kompresor memasok udara Forced Draft (FD), dan pembakarnya merupakan tangki bertekanan. Laju panas yang dilepas dalam bed sebanding dengan tekanan bed sehingga bed yang dalam digunakan untuk mengekstraksi sejumlah besar panas. Hal ini akan meningkatkan efisiensi pembakaran dan peyerapan sulfur dioksida dalam bed. Steam dihasilkan didalam dua ikatan pipa, satu di bed dan satunya lagi berada diatasnya. Gas panas dari cerobong menggerakan turbin gas pembangkit tenaga. Sistem PFBC dapat digunakan untuk pembangkitan kogenerasi (steam dan listrik) atau pembangkit tenaga dengan siklus gabungan (combined cycle). Operasi combined cycle (turbin gas & turbin uap) meningkatkan efisiensi konversi keseluruhan sebesar 5 hingga 8 persen.

7. Atmospheric Circulating Fluidized Bed Combustion Boilers (CFBC)
Dalam sistem sirkulasi, parameter bed dijaga untuk membentuk padatan melayang dari bed. Padatan diangkat pada fase yang relatif terlarut dalam pengangkat padatan, dan sebuah down-comer dengan sebuah siklon merupakan aliran sirkulasi padatan. Tidak terdapat pipa pembangkit steam yang terletak dalam bed. Pembangkitan dan pemanasan berlebih steam berlangsung di bagian konveksi, dinding air, pada keluaran pengangkat/ riser. Boiler CFBC pada umumnya lebih ekonomis daripada boiler AFBC, untuk penerapannya di industri memerlukan lebih dari 75 – 100 T/jam steam. Untuk unit yang besar, semakin tinggi karakteristik tungku boiler CFBC akan memberikan penggunaan ruang yang semakin baik, partikel bahan bakar lebih besar, waktu tinggal bahan penyerap untuk pembakaran yang efisien dan penangkapan SO2 yang semakin besar pula, dan semakin mudah penerapan teknik pembakaran untuk pengendalian NOx daripada pembangkit steam AFBC.

8. Stoker Fired Boilers

Stokers diklasifikasikan menurut metode pengumpanan bahan bakar ke tungku dan oleh jenis grate nya. Klasifikasi utamanya adalah spreader stoker dan chaingate atau traveling-gate stoker.

Spreader stokers : memanfaatkan kombinasi pembakaran suspensi dan pembakaran grate. Batubara diumpankan secara kontinyu ke tungku diatas bed pembakaran batubara. Batubara yang halus dibakar dalam suspensi; partikel yang lebih besar akan jatuh ke grate, dimana batubara ini akan dibakar dalam bed batubara yang tipis dan pembakaran cepat. Metode pembakaran ini memberikan fleksibilitas yang baik terhadap fluktuasi beban, dikarenakan penyalaan hampir terjadi secara cepat bila laju pembakaran meningkat. Karena hal ini, spreader stoker lebih disukai dibanding jenis stoker lainnya dalam berbagai penerapan di industri.

Chain-grate atau traveling-grate stoker : Batubara diumpankan ke ujung grate baja yang bergerak. Ketika grate bergerak sepanjang tungku, batubara terbakar sebelum jatuh pada ujung sebagai abu. Diperlukan tingkat keterampilan tertentu, terutama bila menyetel grate, damper udara dan baffles, untuk menjamin pembakaran yang bersih serta menghasilkan seminimal mungkin jumlah karbon yang tidak terbakar dalam abu. Hopper umpan batubara memanjang di sepanjang seluruh ujung umpan batubara pada tungku. Sebuah grate batubara digunakan untuk mengendalikan kecepatan batubara yang diumpankan ke tungku dengan mengendalikan ketebalan bed bahan bakar. Ukuran batubara harus seragam sebab bongkahan yang besar tidak akan terbakar sempurna pada waktu mencapai ujung grate.

Hubungi Kami
PT. SUMBER TEKNIK INDUSTRI

Jl. Mangga Pesona Lebak Wangi 2 blok A3 no 15 Kec, Sepatan Timur Kab, tangerang Propinsi Serang Banten 15521

Whatsapp : 0852 8276 2784

Mobile      : 0852 82762 784

Email        : idmslamet@gmail.com

Website    : https://boilersburner.com

Referensi :https://www.jualboileridm.com/