Aplikasi Boiler di Pembangkit Listrik

Aplikasi Boiler di Pembangkit Listrik

Departemen Teknik Sistem Perkapalan

Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Kampus ITS Keputih, Sukolilo, Surabaya 60111

1. PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap)

1.1 Pengertian PLTU

Pembangkit Listrik Tenaga Uap adalah pembangkit yang mengandalikan energi  kinetik dari uap untuk menghasilkan energi listrik. Uap merupakan sumber energi sekunder dalam sistem PLTU, sementara bahan bakar yang digunakan untuk memproduksi uap tersebut merupakan sumber energi primer. Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah generator yang terhubung ke turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari uap panas / kering. Pembangkit listrik tenaga uap menggunakan berbagai macam bahan bakar terutama batu-bara dan minyak bakar serta MFO untuk start awal.

Sistem kerja PLTU menggunakan bahan bakar minyak HSD (solar) dan gas alam. Kelebihan dari PLTU adalah daya yang dihasilkan sangat besar. Konsumsi energi pada peralatan PLTU bersumber dari putaran turbin uap. PLTU adalah suatu pembangkit yang menggunakan uap sebagai penggerak utama (prime mover). Untuk hasil uap, maka ada proses untuk memanaskan air. PLTU merupakan suatu sistem pembangkit tenaga listrik yang mengkonversikan energi kimia menjadi energi listrik dengan menggunakan uap air sebagai fluida kerja, yaitu dengan memanfaatkan energi kinetik uap untuk menggerakkan proses sudu-sudu turbin menggerakkan poros turbin, untuk selanjutnya poros turbin menggerakkan generator yang kemudian dibangkitkannya energi listrik. Energi listrik yang dihasilkan akan menyuplai alat- alat yang disebut beban.

Dengan bahan bakar batubara jika dilihat dari bahan baku untuk memproduksinya maka pembangkit listrik tenaga uap bisa dikatakan pembangkit yang berbahan baku dasar air, karena untuk menghasilkan uap dalam jumlah tertentu. Dalam PLTU ada proses yang terus menerus berlangsung dan berulang-ulang. Prosesnya antara udara menjadi uap kemudian uap kembali menjadi udara dan seterusnya. Proses inilah yang disebut siklus uap pada sistem PLTU.

Pengoperasian Boiler

Pengoperasian Boiler

Departemen Teknik Sistem Perkapalan

Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Kampus ITS Keputih, Sukolilo, Surabaya 60111

1. Water Treatment

Didalam boiler, air diubah menjadi uap, yang meninggalkan drum dalam keadaan relatif murni. Kotoran, selain gas yang masuk dengan air umpan, ditahan dan terkonsentrasi di air ketel. Konsentrasi tinggi padatan penghasil busa di air ketel air memperparah air dan mengimbangi uap. Perubahan murahan dan kelarutan juga terjadi saat suhu meningkat. Air alami mengandung kotoran, yang mungkin berbahaya bagi operasi boiler. Kotoran ini berasal dari bumi dan atmosfer (atau dari limbah kota dan limbah industri), dan secara umum diklasifikasikan sebagai bahan organik dan anorganik terlarut atau terlarut, dan gas terlarut

Dengan sedikit pengecualian, perairan yang ditemukan di alam tidak sesuai untuk digunakan sebagai air umpan boiler tapi bisa digunakan setelah perawatan yang tepat. Pada ekor: pemindahan dari air baku dari bahan organik yang diketahui berbahaya; perawatan tambahan di dalam sistem penghubung nr. yang didinginkan) untuk mengubahnya menjadi bentuk yang tidak berbahaya; dan penghilangan systernatic dengan blowdown air boiler, untuk mencegah akumulasi padatan yang berlebihan di dalam unit.

Tujuan utama pengolahan air umpan dan air ketel adalah menjaga permukaan intemal bebas dari penyimpanan sisik atau lumpur dan untuk mencegah korosi pada unit ini. permukaan. Formasi berskala keras, yang dibentuk oleh unsur-unsur tertentu di zona masukan panas tinggi, menghambat panas sekarang dan menaikkan logam menjadi lebih tinggi daripada temperamen normal. Hal ini dapat menyebabkan overheating dan kegagalan yang dipastikan awal Hoar Siudge, parici urin yang secara nadis dibawa dalam suspensi, dapat menetap secara iocally dan membatasi air pendingin sekarang, atau dalam beberapa kasus, dapat disimpan dalam bentuk lapisan isolasi dengan efek yang serupa. Skala yang sulit skala. minyak dan mencegah pembasahan yang memadai pada permukaan internal ue dan, dengan masukan tinggi, menyebabkan pemanasan berlebihan, juga dapat mengarbonisasi dan membentuk pengikatan yang ketat. lapisan insulasi, Korosi karena konditio asam atau gas terlarut, dapat melemahkan ketel dengan reagen logam. Hal ini biasanya terjadi di daerah lokal berupa rongga dan lubang yang jika dicentang menghasilkan penetrasi dan kebocoran total. Reaksi kapur tertentu menghasilkan serangan intergranular pada logam, yang menyebabkan embrittlement dan fraktur (Harrington, 1992).

Masalah boiler disebabkan oleh presipitasi garam pada sisi air permukaan yang dipanaskan. Turbin bertekanan tinggi tunduk pada silika carry over. Biasanya, pada tanaman makeup tinggi terutama, untuk menyediakan peralatan untuk demineralisasi dan deoksidasi air sebelum memberi makan ke boiler (Shields, 1961).

Desain Boiler

Desain Boiler

Departemen Teknik Sistem Perkapalan

Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Kampus ITS Keputih, Sukolilo, Surabaya 60111

1. Umum                                 

Masalah desain boiler mendasar adalah menentukan proporsi yang tepat dari berbagai permukaan menyerap panas untuk menggunakan panas maksimum yang tersedia pada produk. Desain yang tepat akan mencapai hal ini dengan biaya terendah berdasarkan life-cycle. Masing-masing komponen harus diintegrasikan dengan unsur lain untuk memberikan desain yang seimbang dimana biaya dan bahan bakar, pemeliharaan, dan biaya operasional yang akan berguna di dalam kapal. Tidak harus keselamatan atau reliabilitas dikompromikan oleh pertimbangan biaya ini.

Untuk sistem pembangkit uap, berikut ini harus diperhatikan:

1.     Peralatan pembakaran bahan bakar

2.     Tungku

3.     Boiler menghasilkan permukaan

4.     Pemanasan lanjut (pemanasan ulang jika digunakan)

5.     Pemanas air awal dan pemanas udara

6.     Attemperator (or control) and auxiliary desuperheater

7.     Sirkulasi dan sistem pemisah uap

8.     Casing dan pengarutan

9.     Alat pembersih

10.  Katup pengaman dan pemasang lainnya

11.  Pemanas air umpan dan perawatan

12.  Foundation and tratment

13.  Sistem pemasukan udara pembakaran

14.  Sistem saluran gas dan cerobong

Pertimbangan ini membutuhkan banyak langkah yang saling terkait. Dalam kebanyakan kasus, sejumlah asumsi harus dibuat untuk memulai perancangan. Karena perhitungan desain dilanjutkan, asumsi disempurnakan untuk mencapai akurasi yang diinginkan dalam analisa terakhir. Langkah pertama adalah pemilihan tipe dasar boiler, superheater, dan economizer atau pemanas udara (atau keduanya) yang akan digunakan. Pemilihan ini sebagian didasarkan pada preferensi dan sebagian pada ruang yang tersedia untuk instalasi dan persyaratan operasinya. Jumlah bahan bakar yang dibutuhkan ditentukan dari efisiensi generator uap yang diinginkan, tekanan uap, suhu, dan aliran uap yang diberikan, suhu air umpan, dan nilai pemanasan bahan bakar. Karakteristik dan jumlah bahan bakar membuat peralatan pembakaran bahan bakar untuk bekerja. Hal ini kemudian menetapkan kelebihan kebutuhan udara. Perhitungan pembakaran berikutnya dibuat untuk menentukan jumlah per jam gas buang yang mengalir melalui unit. Suhu gas keluar atau cerobong dimana gas buang harus didinginkan untuk mencapai efisiensi yang diinginkan dan jika menunjukkan bahwa hal itu dapat dicapai atau memuaskan, desain dapat dilanjutkan. Jika tidak, pilihan efisiensi lainnya harus dihitung ulang.

Selanjutnya, suhu gas keluar dari tungku dihitung. Nilainya tergantung pada permukaan radiasi dan konveksi heat-transfer yang terpasang di dinding, lantai, atap, dan layar (hanya cahaya) serta tingkat tahan panas sekarang. Selanjutnya, suhu gas turun dan panas yang diserap oleh cahaya dan pemanasan lanjut rusak. Ukuran dan jarak tabung dan jumlah permukaan pada awalnya diasumsikan. Ini kemudian dimodifikasi untuk memberikan suhu uap yang diinginkan dan suhu tabung konservatif yang diperlukan. Biasanya beberapa kombinasi antara cahaya dan pemanasan lanjut diperiksa untuk menentukan solusi yang paling ekonomis.

Permukaan pada boiler bank, pemanas awal, dan pemanas udara kemudian berukuran untuk memberikan suhu gas penyerapan akhir yang dibutuhkan. Pada masing-masing langkah yang baru diuraikan, pilihan awal ketebalan dan jenis bahan untuk tabung, headers, dan drum yang dibuat.

Dengan permukaan pemanas yang terbentuk, draf kerugian melalui semua komponen dihitung. Jika draf pada kerugian melebihi kemampuan kipas yang diinginkan, perpindahan panas dan draf yang dihitung sebelumnya disesuaikan dengan mengubah jarak tabung, jumlah baris yang dilintasi atau kedalaman atau tinggi komponen boiler. Jumlah atau ukuran pembakar minyak yang berbeda mungkin diperlukan untuk membantu mencapai keseimbangan akhir persyaratan draf dan kemampuan kipas. Tetes tekanan air dan uap melalui semua komponen dari pemanasan awal, pemanasan air umpan masuk ke pemanasan lanjut dan keluarannya dihitung. Pada gilirannya, mereka menciptakan tekanan desain boiler dan economizer yang dibutuhkan dan pengaturan katup pengaman. Analisis sirkulasi kemudian disiapkan dengan menggunakan penyerapan panas yang ditentukan dari perhitungan perpindahan panas. Dari sini, ukuran dan jumlah tabung persediaan dan riser disesuaikan sesuai kebutuhan. Langkah-langkah di atas diikuti untuk setiap perancangan. Namun, dalam pengalaman perancang dapat membuat perkiraan pertama yang sangat dekat dan secara substansial mengurangi waktu yang dibutuhkan untuk menyiapkan desain.

Klasifikasi Boiler

Klasifikasi Boiler

Departemen Teknik Sistem Perkapalan

Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Kampus ITS Keputih, Sukolilo, Surabaya 60111

1.   Sejarah Boiler

Dari awal revolusi industri, perhatian banyak orang yang terfokus pada keuntungan yang didapat dari kapal yang menggunakan tenaga uap. Sebuah studi tentang sejarah boiler awal mengungkapkan bahwa awal perancang dan insinyur tidak kekurangan gagasan baru dan cerdik untuk peralatan penggerak uap. Namun, mereka kekurangan bahan dan peralatan mesin yang dimulai di Amerika Serikat dengan karya James Rumsey (1743-1792) di potomac dan John Fitch (1743-1798) di Delaware.

Robert Fulton meresmikan navigasi uap pada tahun 1807 dengan Clermont, yang populer disebut "Fulton's Folly", dimana mesin dan boilernya diimpor dari Inggris. Keberhasilan kapal ini mendorong yang lain untuk mengikuti jejak Fulton dan segera kapal uap, sehingga kapal uap segera menavigasi seluruh lautan di benua amerika utara, dan sebuah industri baru lahir (Harrington, 1992).

1.1  Pipa asap boiler (Flue boilers)

Pada tahun 1835 ada sekitar 700 kapal bertenaga uap yang digunakan di Amerika Serikat. Tekanan uap yang rendah hanya beberapa kilogram di atas atmosfir dan boilernya hanyalah kotak persegi panjang dengan tungku persegi dan fluks berliku rendah yang cukup besar sehingga bisa dilewati manusia untuk memungkinkan bisa membersihkannya. Pipa asap tersebut terbuat dari pelat tembaga atau besi dan hampir selalu diberi air garam atau air baku. Batubara dan kayu merupakan bahan bakar biasa.

Monitor kapal yang terkenal dilengkapi pada tahun 1861 dengan dua pipa api boiler yang khas pada masa itu, dan dunia tertarik dengan nilai tenaga kapal uap untuk dinas angkatan laut setelah bertemu dengan CS Virginia (ex-Merrimac). Permintaan untuk tenaga dan kecepatan yang lebih tinggi mengakibatkan banyak desain boiler yang semakin baik. Pada tahun 1861, kapal penjelajah Angkatan Laut AS Wampanoag mewakili puncak prestasi teknik kelautan di era Perang Saudara. Kapal ini adalah kapal tercepat pada masanya dan selama uji coba mencapai kecepatan maksimum 19,5 knot, mesin penggeraknya dipasok dari panas empat boiler super panas dan delapan pipa air boiler vertikal. Kenyataannya, unit-unit ini merupakan serentetan pipa air dengan tungku silinder dan mnyerupai yang ditemukan di pipa api dan kembali ke pipa asap. Tekanan boiler dipertahankan selama pemecahan rekor berlangsung sekitar 30 psig, yang tentang batas atas tekanan selama era perang saudara (Harrington, 1992).

1.2  Boiler Schot

Setelah perang saudara, dilanjutkan dengan metalurgi dan rekayasa menghasilkan boiler  silindris pipa api atau boiler "Scotch", menjadi paling populer. Pada akhir 1800-an dan awal 1900-an batu bara scotch boiler digunakan untuk tekanan hingga 250 psig dan suhu uap sampai 650 F. Toleransi terhadap air yang buruk, pelumasan buruk, serta kesalahan umum. Membuat ideal untuk digunakan dengan mesin uap yang juga mencapai puncak popularitas pada periode yang sama. Saat dilengkapi dengan pemanas superheater dan pemanas udara, dan minyak penembak, boiler scotch memiliki efisiensi sekitar 80% (Harrington, 1992).

Gambar 1. Boiler scotch

Jika boiler yang dibicarakan berikut ini direncanakan agar api atau gas asap selalu bersinggungan dengan dinding-dinding yang berbatasan dengan air atau uap. Boiler ini, seperti halnya pada boiler Lancashire, mempunyai dua atau tiga buah silinder api, namun silinder-silinder api tersebut bermuara pada kotak api (flame case). Kotak api tersebut seluruhnya terendam di dalam air yang ada di dalam drum boiler. Api dan gas asap mengalir dari rangka bakar yang terdapat di dalam silinder api, melalui silinder-silinder api sampai ke kotak api, dan dari kotak api melalui pipa-pipa api dan mencapai cerobong asap dan ke luar melaluinya.