Boiler dan Alat Bantu Untuk Sistem PLTU

Boiler atau ketel uap adalah suatu perangkat mesin yang berfungsi untuk merubah air menjadi uap. Proses perubahan air menjadi uap terjadi dengan memanaskan air yang berada didalam pipa-pipa dengan panas hasil pembakaran bahan bakar. Pembakaran dilakukan secara kontinyu didalam ruang bakar dengan mengalirkan bahan bakar dan udara dari luar. 

Uap yang dihasilkan boiler adalah uap superheat dengan tekanan dan temperatur yang tinggi. Jumlah produksi uap tergantung pada luas permukaan pemindah panas, laju aliran, dan panas pembakaran yang diberikan. Boiler yang konstruksinya terdiri dari pipa-pipa berisi air disebut dengan water tube boiler (boiler pipa air). 

Pada unit pembangkit, boiler juga biasa disebut dengan steam generator (pembangkit uap) mengingat arti kata boiler hanya pendidih, sementara pada kenyataannya dari boiler dihasilkan uap superheat bertekanan tinggi. 

Ditinjau dari bahan bakar yang digunakan, maka PLTU dapat dibedakan menjadi : 
- PLTU Batubara 
- PLTU Minyak 
- PLTU gas 
- PLTU nuklir atau PLTN 

Jenis PLTU batubara masih dapat dibedakan berdasarkan proses pembakarannya, yaitu PLTU dengan pembakaran batubara bubuk (PF boiler) dan PLTU dengan pembakaran batubara curah (chain grate boiler). Perbedaan antara PLTU Batubara dengan PLTU minyak atau gas adalah pada peralatan dan sistem penanganan dan pembakaran bahan bakar serta limbah abunya. PLTU batubara mempunyai peralatan bantu yang lebih banyak dan lebih komplek dibanding PLTU minyak atau gas. PLTU gas merupakan PLTU yang paling sederhana peralatan bantunya. 
Gambar tata letak boiler batubara 
Gambar PLTU minyak 

Ditinjau dari tekanan ruang bakar boilernya, PLTU dapat dibedakan menjadi : 
  • PLTU dengan pressurised boiler 
  • PLTU dengan balanced draft boiler 
  • PLTU dengan vacuum boiler 
Sistem pengaturan tekanan ruang bakar (furnace pressure) biasa disebut draft atau tekanan statik didalam ruang bakar dimana proses pembakaran bahan bakar berlangsung. PLTU dengan pressurised boiler (tekanan ruang bakar positif) digunakan untuk pembakaran bahan bakar minyak atau gas. Tekanan dalam ruang bakar yang positif diakibatkan oleh hembusan udara dari kipas tekan paksa (forced draft fan, FDF). Gas buang keluar dari ruang bakar ke atmosfir karena perbedaan tekanan. 
Gambar diagram balanced draft boiler 

PLTU dengan balanced draft boiler (tekanan berimbang) biasa digunakan untuk pembakaran bahan bakar batubara. Tekanan ruang bakar dibuat sedikit dibawah tekanan atmosfir, biasanya sekitar – 10 mmH2 O. Tekanan ini hasil dari pengaturan dua buah kipas, yaitu kipas hisap paksa (induced draft fan, IDF) dan FDF. IDF berfungsi untuk menghisap gas dari ruang bakar dan membuang ke atmosfir melalui cerobong. Sedangkan PLTU dengan vacum boiler tidak dikembangkan lagi sehingga saat ini tidak ada lagi yang menerapkan PLTU dengan boiler bertekanan negatif. 

Sirkit Air dan Uap 
Sirkit air dan uap dalam boiler merupakan satu mata rantai rangkaian siklus fluida kerja. Boiler mendapat pasokan fluida kerja air dan menghasilkan uap untuk dialirkan ke turbin. 

a. Sirkit air 
Air sebagai fluida kerja diisikan ke boiler menggunakan pompa air pengisi (BFP) dengan melalui economiser dan ditampung didalam drum boiler. Economiser adalah bagian dari boiler yang merupakan pemanas air terakhir sebelum masuk ke drum. Didalam economiser air menyerap panas gas buang yang keluar dari superheater sebelum dibuang ke atmosfir melalui cerobong. 

Sirkit air diboiler adalah, air dari drum turun melalui pipa-pipa down comer ke header bawah (bottom header). Dari header bawah air didistribusikan ke pipa-pipa pemanas (riser) yang tersusun membentuk dinding ruang bakar boiler. Didalam riser air mengalami pemanasan sehingga mendidih dan naik ke drum kembali. Peralatan yang dilalui dalam sirkit air adalah drum boiler, down comer, header bawah (bottom header), dan riser. 

Perpindahan panas dari api/gas ke air didalam pipa-pipa boiler terjadi secara radiasi, konveksi dan konduksi. Akibat pemanasan selain temperatur naik hingga mendidih juga terjadi sirkulasi air secara alami dari drum turun melalui down comer ke header bawah dan naik kembali ke drum melalui pipa-pipa riser. 

Adanya sirkulasi ini sangat diperlukan agar terjadi pendinginan terhadap pipa-pipa pemanas dan mempercepat proses perpindahan panas. Kecepatan sirkulasi akan berpengaruh terhadap produksi uap dan kenaikan tekanan serta temperaturnya. 
Gambar sirkit air di boiler. 

Drum boiler berfungsi untuk menampung dan mengontrol kebutuhan air di boiler. Fungsi lain yang tidak kalah pentingnya adalah memisahkan uap dan air. Untuk mengontrol kebutuhan air boiler, maka level air di drum harus dijaga konstan pada level normalnya. Level ini dapat dilihat di kontrol room maupun di lokal. Kualitas air di boiler juga harus dipantau dengan mengambil sampelnya dari air didrum. 
Gambar konstruksi drum boiler. 

b. Sirkit Uap 
Sirkit uap dalam boiler adalah, uap dari drum boiler dalam kondisi jenuh dialirkan ke superheater I (primary SH) dan ke superheater II (secondary SH) kemudian ke outlet header untuk selanjutnya disalurkan ke turbin. Apabila suhu uap melebihi batas suhu kerjanya, maka de superheater kerja menyemprotkan air untuk menurunkanl suhu sehingga sesuai harga yang diinginkan. Desuperheater terletak diantara superheater I dan Superheater II. 

Superheater berfungsi untuk memanaskan uap agar kandungan energi panas dan kekeringan nya bertambah sehingga menjadi uap superheat (uap panas lanjut). Pemanasan dilakukan dalam dua atau tiga tahap. Sebagai pemanasnya adalah gas hasil pembakaran bahan bakar.

Pada PLTU dengan kapasitas > 100 MW dengan turbin multi cylinder, maka uap dari HP turbin dialirkan kembali ke boiler, yaitu ke reheater. Konfigurasi reheater sama dengan superheater. Reheater berfungsi untuk memanaskan uap dari HP turbin agar kandungan energi panasnya meningkat lagi setelah memutar turbin. Uap ini selanjutnya dialirkan kembali ke turbin (IP turbin). Pemanasan dilakukan dengan gas buang keluar superheater. 

Sistem Udara dan Gas 

a. Sirkit udara 
Udara berfungsi untuk proses pembakaran bahan bakar sehingga disebut udara pembakaran. Udara berasal dari atmosfir dihisap oleh FD fan dan dialirkan ke air heater. Udara panas dari air heater kemudian masuk kedalam windbox dan selanjutnya didistribusikan ke tiap-tiap burner untuk proses pembakaran. 

Peralatan yang berada dalam sirkit udara adalah Forced draft fan (FDF), air heater, dan windbox. FD fan berfungsi sebagai pemasok udara pembakaran, dimana udara ini diambil dari atmosfir. Air heater berfungsi untuk memanaskan udara pembakaran dengan menggunakan gas buang. Wind box berfungsi untuk mendistribusikan udara pembakaran ke masing-masing burner agar terjadi proses pembakaran yang sempurna. 

b. Sirkit gas 
Gas panas hasil pembakaran atau disebut gas buang (flue gas) berfungsi sebagai sumber energi panas. Gas panas dari ruang bakar dialirkan ke pipa-pipa superheater I dan II, pipa-pipa reheater I dan II, ke economiser, dan ke air heater. Dari air heater gas masuk ke alat penangkap abu (EP). dan dari EP gas dihisap oleh ID fan untuk selanjutnya dibuang ke atmosfir melalui cerobong. 

Peralatan yang termasuk dalam sistem gas buang meliputi Air heater (AH), Electrostatic Precipitator (EP), dan induced draft fan (IDF). 
Air heater, berfungsi untuk memanaskan udara pembakaran dengan panas gas buang. 
Electrostatic Precipitator (EP) berfungsi untuk menangkap abu dan debu yang terbawa dalam gas sebelum dibuang ke atmosfir. 
Induced draft fan (IDF) berfungsi untuk menghisap gas dan membuang ke atmosfir melalui cerobong. IDF juga berfungsi mengontrol tekanan ruang bakar agar selalu sedikit vakum. 
Gambar sirkit gas di boiler. 

Sistem Bahan Bakar Minyak 
Bahan bakar minyak yang digunakan terdiri dari 
  • Minyak HSD (solar) 
  • Minyak MFO (residu) 
Fungsi minyak HSD pada PLTU batubara maupun PLTU minyak adalah sebagai bahan bakar penyala awal dan pembakaran awal. Sedangkan fungsi minyak MFO pada PLTU minyak adalah sebagai bahan bakar utama. 

Minyak HSD 
Persediaan minyak HSD ditampung dalam tangki atau bunker. Untuk menyalurkan minyak HSD ke alat penyala (ignitor) digunakan pompa dengan melalui filter, katup penutup cepat, katup pengatur dan flow meter. 

Untuk kesempurnaan proses pembakaran, maka HSD yang disemprotkan ke ruang bakar diatomisasi (dikabutkan) dengan menggunakan uap atau udara. Pengaturan pembakaran atau panas yang masuk boiler dapat dilakukan dengan mengatur aliran HSD atau menambah/ mengurangi ignitor yang operasi. 

Minyak MFO 
Persediaan minyak MFO di PLTU ditampung dalam tangki persediaan (storage tank), sedangkan untuk penggunaan sehari-hari dilayani dengan tangki harian (day tank). Untuk mengalirkan MFO dari day tank ke burner (pembakar) digunakan pompa dengan melalui filter, katup penutup cepat, pemanas (oil heater), katup pengatur dan flow meter. 

Pemanas berfungsi untuk menurunkan kekentalan MFO agar dapat disemprotkan oleh burner. Sebagaimana pada minyak HSD untuk kesempurnaan rekasi pembakaran, maka pada burner minyak MFO dikabutkan dengan menggunakan uap atau secara mekanik. Pengaturan aliran MFO ke burner dengan katup pengatur dapat dilakukan sebelum atau sesudah burner 
Gambar diagram sistem BBM dari storage ke day tank. 
Gambar sirkit bahan bakar MFO. 

Sistem Bahan Bakar Batubara 
Bahan bakar batubara pada PLTU batubara adalah sebagai bahan bakar utama. Persediaan batubara ditampung dilapangan terbuka (coal stock area) dan untuk melayani kebutuhan pembakaran di boiler, batubara ditampung pada bunker (silo) di tiap boiler. Pemasokan batubara dari bunker ke burner ruang bakar dilakukan melalui coal feeder, mill pulveriser, dan coal pipe. Pengaturan dan pencatatan jumlah aliran batubara dilakukan dengan coal feeder. 

Mill pulveriser berfungsi untuk menggerus batubara sehingga menjadi bubuk. Sedang untuk membawa bubuk batubara ke burner, dihembuskan udara primer ke mill. Udara primer dihasilkan oleh primary air fan (PAF) dan dipanaskan pada pemanas udara primer sehingga cukup untuk mengringkan bubuk batubara. 
Gambar sistem bahan bak batubara

Sootblower 
Fungsi soot blower adalah untuk membersihkan abu atau jelaga yang menempel pada bagian boiler yang dilewati gas buang. Hasil reaksi pembakaran bahan bakar dan udara selain api dan gas panas adalah abu dan jelaga. Abu ini terbawa gas dan akan menempel pada pipa-pipa dan saluran yang dilewati gas buang sehingga menimbulakn slaging dan fouling (pengotoran). Apabila hal pengotoran ini dibiarkan menempel pada pipa-pipa (peralatan pemindah panas) akan menghambat perpindahan panas dari gas ke air, uap atau udara yang dipanaskan. Oleh karena itu abu dan jelaga ini harus dibersihkan dan dibuang. 

Bagian yang di soot blowing adalah 
  • Pipa-pipa dinding ruang bakar 
  • Pipa-pipa superheater 
  • Pipa-pipa reheater 
  • Pipa-pipa economiser 
  • Elemen-elemen air heater 
Soot blower dioperasikan pada saat boiler beroperasi (on load cleaning) dengan menggunakan media uap atau udara. 
Gambar jenis-jenis sootblower. 

Pengatur Temperatur uap 
Mutu uap keluar boiler harus dijaga, yaitu dengan mempertahankan temperatur (suhu) dan tekanan pada rentang yang konstan. Untuk menjaga suhu agar tetap konstan pada beban yang berubah dapat dilakukan dengan mengatur pembakaran. Apabila dengan pengaturan pembakaran suhu uap tetap melebihi batas nominalnya, maka dapat dilakukan pengaturan dengan berikut ini. 
  • De superheater (attemperator) 
  • Elevasi burner 
  • Tilting burner 
  • Resirkulasi gas atau damper gas 
  • Excess air 
  • Soot blower 
Semua boiler dilengkapi dengan de superheater untuk mengatur suhu uap yang melebihi batas. Didalam pengaturan ini uap diturunkan suhunya dengan cara menyemprotkan air pada aliran uap. Pengaturan ini sangat efektif karena air kontak langsung dengan uap yang diturunkan suhunya. Penyalaan burner pada elevasi yang berbeda akan mempengaruhi perimbangan penyerapan panas didalam boiler. Akibatnya akan mempengaruhi suhu uap yang dihasilkan. Dengan demikian penyalaan burner dengan elevasi yang berbeda akan dapat mengatur suhu uap. 

Artikel Terkait

0 Response to "Boiler dan Alat Bantu Untuk Sistem PLTU "

Post a Comment