3. Bab III Sistem Kerja Boiler

BAB III SISTEM KERJA

3.1 Boiler System

Gambar 3.1 Siklus pada Boiler

Gambar diatas menunjukkan siklus dari Boiler. Air keluaran dari High Pressure Heater akan mengalami pemanasan lanjut pada economizer dengan memanfaatkan flue gas dari Boiler. Setelah melewati economizer, air menuju steam drum. Didalam steam drum, level air dijaga 50% dari volume steam drum. Kondisi air dalam steam drum berupa cair jenuh (liquid vapor). Dari steam drum, air akan mengalir turun melalui downcomer hingga mencapai bottom header. Karena pipa pada Boiler membentuk huruf U, maka air akan mengalir ke atas pada Waterwall. Pada Waterwall, air mengalami pemanasan oleh burner hingga mencapai kondisi uap jenuh. Air yang telah menjadi uap jenuh, akan kembali ke steam drum untuk mengalami pemanasan lanjut pada superheater. Dari steam drum uap akan di filter oleh mis separator. Uap akan dipanaskan lagi oleh BOILER - 58

primary superheater kemudian dilanjutkan dipanaskan kembali oleh secondary superheater dan final superheater. Kemudian uap tersebut akan diekspansikan ke turbin. Exhaust pada IP (intermediet turbin), turbin akan mengalami pemanasan ulang oleh reheater yang memanfaatkan flue gas (gas buang) dari Boiler. Setelah mengalami pemanasan, uap menjadi superheated kembali dan diekspansikan ke IP turbin.

3.2 Water and Steam System 3.2.1

Water system

Gambar 3.2 Water system

BOILER - 59

Water system pada Boiler ditunjukkan pada gambar 2.1. Pemanasan awal dalam Boiler dilakukan pada economiser dimana panas sensibel (panas yang hanya digunakan untuk menaikkan suhu tanpa mengubah wujud) hingga temperature air mendekati temperature jenuhnya. Dari economizer, air dialirkan steam drum. Kemudian dari steam drum, air turun melewati furnace well dan mulai berubah menjadi steam karena panas dari furnace.

a. Main Water system (Sistem Air Utama) Didalam PLTU sistem Air Utama dibedakan menjadi 2 bagian antara lain : 1. Air pengisi 2. Air penambah

1) Air pengisi Air pengisi yaitu air yang digunakan untuk mengisi steam drum yang berasal dari sirkulasi steam. Air pengisi terdiri dari : 

Condensat Water Condensat Water yaitu air condensasi dari uap bekas yang telah dipakai untuk memutar turbine dan ditampung di Hot-Well dan dipompa oleh Condensate Pump melewati Low Pressure Heater (pemanas awal tekanan rendah) sampai dengan Deaerator.

Keterangan : MUT CP SJAE LPH BFP

: Make Up Water Tank : Condensat Pump : Steam Jet Air Ejector : Low Pressure Heater : Boiler Feed Pump

Gambar 3.3 Flow Diagram Condensate Water BOILER - 60



Feed Water Feed Water yaitu air pengisi yang dimulai dari Deaerator Storage Tank dan dipompa oleh Boiler Feed Pump melewati High Pressure Heater (pemanas tekanan tinggi) dan Economizer selanjutnya menuju Steam drum.

Keterangan : HPH : High Pressure Heater BFP : Boiler Feed Pump

Gambar 3.4 Flow Diagram Feed Water

2) Air Penambah Air penambah yaitu air yang digunakan untuk mengisi steam drum melalui kondensor jika levelnya kurang. Dimana air tesebut berasal dari Raw Water Tank (RWT) yang dimurnikan di Water treatment dengan persyaratan sebagai berikut : 

Conductivity ≤ 1 μ/Cm



Chlorida (Cl ) ≤ 100 ppb



Ferro ( Fe ) ≤ 50 ppb



SiO2 ≤ 20 ppb BOILER - 61

Kemudian hasil pemurnian dari Water treatment (demin Water) ditampung pada Make Up Water Tank (MUT) yang telah memenuhi persyaratan sebagai air penambah pada Hot-Well Kondensor.

Keterangan : MUTP : Make Up Transfer Pump MUT : Make Up Water Tank CP : Condensat Pump

Gambar 3.5 Flow Diagram Air Penambah

b. Jenis-Jenis Boiler Berdasarkan Sirkulasi Air Di Dalam Wall Tube Dalam sistem sirkulasi air, aliran air dapat mengalir secara alamiah atau secara paksa.

1) Sirkulasi Alami

Gambar 3.6 Sirkulasi Alamiah BOILER - 62

Sirkulasi alami terjadi kaena perbedaan densitas antara sisi downcomer dengan sisi Wall Tube seperti dalam gambar 3.6. Gambar tersebut menunjukkan air dari drum mengalir ke bawah melalui pipa downcomer (pipa-turun) masuk ke dalam header yang terleak dibagian bawah. Ketika air didalam pipa evaporation (penguap) menerap panas, terbentuklah gelembung-gelembung uap. Gelembung-gelembung uap dan air panas ini mempunyai kerapatan yang lebih rendah dibanding air didalam downcomer dan menyebabkan campuran air panas dan gelembung uap air masuk ke dalam drum. Dalam drum,uap dipisahkan dari air. Uap meninggalkan drum untuk dipanaskan lebih lanjut dan air disirkulasikan kembali turun melalui downcomer. Dengan kemajuan sirklus uap, yang melibatkan Boiler dengan tekanan yang lebih tinggi, perbedaan volume jenis (specific volume) antara uap dan air menjadi lebih kecil. Dengan demikian, perbedaan tekanan (head) antara downcomer dan pipa penguap yang mempertahankan sirkulasi alamiah juga berkurang. Pada saat tekanan Boiler mendekati 221 Bar, perbedaan volume jenis dapat diabaikan. Dalam beberapa rancangan Boiler ditemukan bahwa dengan bertambahnya tekanan, maka akan mempunyai sirkulasi yang ridak memadai sehingga harus berpindah ke metode sirkulasi yang lain. Sirkulai alami digunakan menghasilkan siklus dengan tekanan rendah.

2) Sirkulasi Paksa

Gambar 3.7 Sirkulasi paksa BOILER - 63

Sirkulasi paksa adalah sirkulasi aliran air dari downcomer ke wall tube yang dibantu dengan pompa sirkulasi. Sirkulasi paksa memiliki beberapa kelebihan yaitu : a.

Pengendalian panas lebih efektif karena aliran lebih cepat

b.

Ukuran pipa Wall Tube menjadi lebih kecil karena dengan adanya pompa, menghasilkan tekanan yang lebih tinggi sehingga dapat mengalirkan air melalui pipa yang lebih kecil.

3.2.2

Steam System

Gambar 3.8 Steam system pada superheater dan reheater

BOILER - 64

Gambar 3.9 Steam flow

Gambar 3.5 menunjukkan steam yang dihasilkan dari steam drum setelah kemudian dipanaskan lagi di dalam superheater agar menjadi superheated steam. Kemudian diekspansi untuk menggerakkan turbin (High Pressure Heater). Keluaran dari HP Heater kemudian dilewatkan dalam reheater agar temperatur naik kembali untuk masuk kembali ke dalam Intermediet Turbin. Dimana panas reheater didapatkan dari flue gas. Selain itu, superheater didinginkan dengan spray Water agar tidak mengalami overheated dengan tujuan menjaga temperatur uap.

3.3 Air and Gas System 3.3.1

Proses Pembakaran

Gambar 3.10 Prinsip Pembakaran BOILER - 65

Pada proses pembakaran, diperlukan bahan bakar dan udara (sebagai sumber oksigen). Pembakaran adalah reaksi kimia yang cepat antara oksigen dan bahan yang dapat terbakar, disertai timbulnya cahaya dan menghasilkan kalor. Dalam suatu pembakaran bahan bakar akan terjadi reaksi kimia antara komponen bahan bakar dengan Oksigen, dimana hasil reaksi ini akan membentuk gas CO2, H20 dan gas-gas lain. Tujuan dari proses pembakaran adalah melepaskan seluruh panas yang dihasilkan dengan meminimalkan kerugian-kerugian yang terjadi. Reaksi pembakaran elemen-elemen yang dapat terbakar dalam bahan bakar sehingga menghasilkan panas merupakan proses yang kompleks, yang memerlukan turbulensi atau pencampuran reaktan yang tepat, temperatur yang cukup, dan waktu yang cukup untuk reaktan terjadi kontak dan bereaksi. Pada kondisi yang ideal proses pembakaran akan terjadi proses pencampuran oksigen dan bahan bakar yang tepat (pembakaran sempurna) dan menghasilkan gas CO2 dan H20. Sehingga tidak ada lagi bahan yang dapat terbakar (combustible matter) tersisa. Tetapi kondisi seperti ini sangat sulit terjadi dan bahkan tidak akan pernah terjadi pada suatu pembakaran di Boiler dengan tingkat excess oksigen nol persen. Pada kondisi praktis excess oksigen didapatkan dalam bentuk excess udara dari udara atmosfer dan jumlah excess udara ini bervariasi tergantung dari bahan bakar, Boiler load dan tipe dari perangkat pembakaran. Komponen utama dalam bahan bakar adalah karbon (C) dan hidrogen (H). contoh reaksi pembakaran adalah sebagai berikut : C + O2  CO2 + Panas 3.3.2

Sirkulasi

Gambar 3.11 Air and Gas System Coal Burner BOILER - 66

Hampir semua instalasi pembangkit listrik yang besar menggunakan dua (2) buah Forced Draught Fan dan dua (2) buah Induced Draught Fan. Gambar 2.15 menunjukkan skema aliran flue and gas system pada Boiler yang tidak menggunakan bahan bakar batu bara. Dimana dalam desain tersebut tidak ada PA Fan. Udara luar dihisap dan didorong oleh FD fan hingga masuk ke dalam Boiler melewati steam coils dan air heater untuk pemanasan awal agar udara yang masuk akan lebih mudah bereaksi dengan bahan bakar hingga terjadi pembakaran. Gas hasil pembakaran (flue gas) dihisap dan dodorong oleh ID Fan hingga keluar cerobong (stack). Namun sebelumnya flue gas tersebut digunakan untuk memanaskan Water hingga menjadi steam pada Water wall dan superheater. Selain itu, setelah superheater, flue gas juga dilewatkan reheater dan air heater. Selanjutnya, flue gas melewati precipitator untuk menyaring abu (ash) yang terbawa. Setelah disaring, flue gas dikeluarkan melewati stack. Agar supaya Boiler dapat dikontrol secara baik dan benar, keseimbangan yang tepat antara udara yang dimasukkan ke dalam Boiler dan gas yang dibuang harus dijaga. Keseimbangan ini dipertahankan dengan mengontrol tekanan ruang bakar. Dimana tekanan ruang bakar sedikit dibawah tekanan atmosfir (0,50 mb). Proses ini disebut sebagai balance draught. Alasan utama untuk mengatur tekanan di dalam ruang bakar sedikit lebih dari atmosfir (negatif) adalah untuk menjamin bahwa ada aliran gas dalam Boiler. Jika Boiler (ruang bakar) dioperasikan dengan tekanan lebih tinggi dari tekanan atmosfir (positif), maka aka nada bahaya api dari partikel-partikel panas yang berhembus keluar. Disamping bahaya api, rumah Boiler juga menjadi lebih kotor. Gambar 3.11 menunjukkan air and gas system pada coal burner. Perbedaannya terdapat pada penggunaan PA fan yang berfungsi untuk megalirkan batubara yang telah dihaluskan di pulverizer menuju burner.

3.4 Fuel and Firing System 3.4.1

Coal BURNER (COAL + HOT AIR) SILO (COAL) BURNER (COAL + HOT AIR) COAL FEEDER (COAL)

BURNER (COAL + HOT AIR)

PULVERIZER (COAL + HOT AIR)

PA FAN (HOT AIR)

AIR HEATER (HOT AIR)

FD FAN (AIR)

Gambar 3.12 Skema Fuel and Firing System BOILER - 67

Dalam fuel and firing system untuk bahan bakar batu bara, komponen utama yang diperlukan yaitu batubara dan udara pembakaran. Batubara berasal dari coal yard disuplai ke hopper (silo) sebagai penampungan sementara melalui conveyor. Pada bagian bawah silo, terdapat coal Feeder yang mengatur jumlah batu bara yang masuk ke dalam pulverizer. Didalam pulverizer, batubara dihaluskan dengan bantuan hot air sebagai media sirkulasinya. Selain sebagai sirkulasi, hot air juga berfungsi untuk mengeringkan dan sebagai pemanasan awal batubara agar nantinya lebih mudah terbakar. Namun suhu tersebut dibatasi tidak boleh melebihi 600C karena untuk menghindari batubara terbakar dengan sendirinya sebelum masuk burner. Atau bahkan dapat terbakar di dalam pulverizer.

SILO

COAL FEEDER

Gambar 3.13 Skema Fuel and Firing System

Hot air didapatkan dari PA fan dan air heater. Dimana suplai air utama berasal dari FD fan. Air yang disuplai oleh FD fan masih dingin karena didapatkan dari atmosfir. Kemudian dinaikkan suhunya dengan cara dilewatkan air heater yang mendapatkan panas dari flue gas. Kemudian PA fan mengalirkan hot air tersebut ke dalam pulverizer. Setelah batubara halus, maka disuplai ke burner dengan dorongan PA fan. Firing system dapat dibedakan menjadi 2, sesuai dengan keadaan tekanan pada furnace : 1. Boiler positif. Yaitu Boiler dimana tekanan pada furnace diatas tekanan atmosfir. Boiler ini menggunakan bahan bakar minyak. 2. Boiler negative. Yaitu Boiler dimana tekanan pada furnace dibawah tekanan atmosfir (vakum). Boiler ini menggunakan bahan bakar batubara.

BOILER - 68

3.4.2

Oil (Minyak) Pada PLTU yang menggunakan bahan bakar minyak, proses starting menggunakan HSD

(high speed diesel) untuk kemudian menggunakan RO (residual oil) selama normal operasi. Karena HSD lebih mudah terbakar dari pada RO, sehingga dapat memudahkan proses starting.

Dari unloading arm Auxiliary steam Auxiliary steam Menuju burner FilterFlowmeter Heater

filter Pompa

Filter Service tank

Pompa Heater Auxiliary steam

Auxiliary steam Menuju burner

P-51 Heater

filter pompa

Filter Flowmeter

Filter Pompa Heater Service tank

Main storage tank

Gambar 3.14 Skema Residual Oil 

Proses pertama penanganan minyak residu adalah menampung minyak tersebut di residual oil storage tank. Pada unit pembangkitan PT. PJB minyak residu ditransportasikan dengan menggunakan kapal laut, urutan prosesnya adalah :



Proses kedua adalah mentransfer minyak residu ke residual oil service tank, urutan perlakuan untuk proses ini adalah : 1. Minyak residu akan memasuki preheater dan dipanaskan sampai temperatur 45oC 2. Penyaringan dengan menggunakan filter. 3. Minyak residu akan dipompakan menggunakan screw Pump dan kembali disaring sebelum memasuki flowmeter.

BOILER - 69

Gambar 3.15 Filter di UP Gresik

4. Pada flowmeter akan terbaca laju aliran dari minyak residu yang ditransfer.

Gambar 3.16 Flowmeter di UP Gresik

BOILER - 70

5. Minyak residu ditampung pada residual oil service tank.

Gambar 3.17 Residual oil srevice tank di UP Gresik 

Proses ketiga adalah mentransfer minyak residu ke burner pada furnace, urutan perlakuan untuk proses ini adalah : 1. Dari residual oil service tank akan disaring dengan menggunakan filter.

Gambar 3.18 Filter di UP Gresik BOILER - 71

2. Setelah memasuki filter, minyak residu akan dipompakan dengan screw Pump untuk memasuki heater.

Gambar 3.19 Pompa di UP Gresik 3. Pada heater minyak residu akan dipanaskan sampai temperatur 85oC. Pemanasan menggunakan auxiliary steam.

Gambar 3.20 Heater di UP Gresik

BOILER - 72

4. Minyak residu akan memasuki flowmeter untuk menghitung laju alirannya.

Gambar 3.21 Flowmeter di UP Gresik

5. Tekanan minyak residu akan dibatasi oleh control valve, sebelum memasuki burner valve rack terdapat tripping valve yang digunakan ketika burner trip.

Gambar 3.22 Control valve di UP Gresik

BOILER - 73

6. Minyak residu dibakar pada burner.

Gambar 3.23 Control valve di UP Gresik

Pada burner terjadi pengkabutan bahan bakar (atomizing) dengan cara menyemprotkan steam bertekanan tinggi. Pada burner tersebut terdapat 3 nozzle yaitu saluran udara, bahan bakar dan steam untuk atomizing.

BOILER - 74