WATER TUBE BOILER

KETEL UAP (BOILER)

Dalam Undang-undang (stoom ordonnantie) verordening stoom ordonnantie 1930 yang dimaksud dengan pesawat uap ialah ketel uap dan alat-alat lainnya yang dengan peraturan Pemerintah ditetapkan demikian, langsung atau tidak langsung berhubungan (atau tersambung) dengan suatu ketel uap dan diperuntukan bekerja dengan tekanan yang lebih besar (tinggi) daripada tekanan udara.

Gambar 2.1 Bagian-bagian Boiler

Sebuah ketel uap biasanya merupakan bejana tertutup yang terbuat dari baja fungsinya adalah memindahkan panas yang dihasilkan pembakaran bahan bakar ke air yang pada akhirnya akan menghasilkan uap. Uap yang dihasilkan bisa dimanfaatkan untuk:

1.      Mesin pembakaran luar seperti: mesin uap dan turbin.

2.      Suplai tekanan rendah bagi kerja proses di industri seperti pabrik kelapa sawit, pabrik gula, industri revinery dsb.

3.      Menghasilkan air panas, dimana bisa digunakan untuk instalasi pemanas bertekanan rendah.

Bagian-bagian boiler

Secara umum bagian utama dari boiler terdiri dari :

v  Main equipment

1.    Ruang Bakar (Furnace)

            Yaitu tempat terjadinya pembakaran ampas dan minyak atau bahan bakar yang lain. Suhu di dalam ruang bakar berkisar 600^oC tergantung dari zat kering bahan bakar. Untuk mendapatkan suhu ruang bakar yang tinggi perlu pengaturan dari udara hembus dan umpan bahan bakar. Untuk pembuangan abu masing-masing ketel menggunakan  dumping grade, dan langsung di gorek agar tidak mengganggu proses pembakaran.

2.    Baggase Feeder

            Digunakan sebagai pengumpan ampas agar masuknya ampas ke dalam ruang bakar secara kontinu dan merata. pemasukan ampas menggunakan rotary valve dengan mengatur bukaan pintu ampas.

3.    Main steam drum

            Sebagai tempat masuk air dan sirkulasi air panas karena pembakaran sehingga terbentuk uap.

4.    Super heater

            Digunakan untuk mengubah uap kenyang menjadi uap kering dengan temperatur 325^oC karena uap yang mengandung air akan berbahaya bagi turbin. Cara kerjanya yaitu uap yang keluar dari upper drum ketel dimasukkan ke dalam pipa-pipa yang kemudian masuk ke dalam ruang bakar dan uap berubah menjadi uap kering.

5.    Penangkap debu (Dust collector)

            Fungsinya sebagai penangkap debu sebelum gas asap keluar dari cerobong agar tidak terjadi polusi udara di lingkungan. Ketel pipa air menggunakan  penangkap debu yaitu dengan cara dispray dengan air. Gas sisa pembakaran ditarik IDF, sehingga terjadi pusaran di spray dengan air disekelilingnya. Butiran-butiran abu yang halus akan jatuh ke talang bersama air  lalu ke penampung abu.

6.    Economizer

Ekonomiser adalah piranti yang digunakan untuk memanaskan air umpan dengan memanfaatkan panas dari gas asap sebelum masuk ke cerobong. 

7.    Oil burner

Sebagai  pembakaran tambahan dalam ketel dengan  residu.

v Auxiliary equipment

1.    Force draft fan (FDF)

            Berfungsi sebagai penghembus campuran uap bahan bakar dan gas-gas dan udara di dalam ruang bakar.

2.    Induce draft fan (IDF)

            Berfungsi untuk membuang atau menghisap gas-gas berikut campuran uap bahan bakar dan udara yang terdapat di dalam ruang bakar.

3.    Valves, control, dan instrument

            Sebagai instrument pengaman serta control terhadap tekanan, temperatur, water level dsb.

v Balance of boiler

1.    Deaerator

            Pemisah gas-gas terlarut dalam air (O₂) dan memanaskan air umpan boiler sebelum dibakar di dalam boiler.

2.    Feed water heater

Sistem pemanasan awal pada air pengisi ketel

3.    Blowdown system

Blowdown kontinyu yang tidak terkendali sangatlah sia-sia. Pengendalian blowdown otomatis dapat terpasang yang merupakan sensor dan merespon pada konduktivitas air boiler dan pH. Blowdown 10 % dalam boiler 15 Kg/cm² menghasilkan kehilangan efisiensi 3%.

Esensi Ketel Uap yang Baik

Berikut ini adalah esensi dari ketel uap yang baik.

1.      Harus menghasilkan kuantitas maksimum uap dengan bahan bakar yang diberikan.

2.      Harus ekonomis ketika dipasang, dan menghendaki sedikit perhatian ketika beroperasi.

3.      Harus secara cepat bisa memenuhi beban yang berfluktuasi.

4.      Harus bisa distarter dengan cepat.

5.      Beratnya harus ringan.

6.      Harus menempati ruang yang kecil.

7.      Sambungan harus sesedikit mungkin dan bisa dinspeksi.

8.      Lumpur atau endapan lainnya tidak boleh mengumpul pada pelat pemanas.

9.      Tube tidak boleh mengakumulasi jelaga atau kotoran air, dan harus mempunyai toleransi ketebalan untuk keausan dan korosi.

10.  Rangkaian air dan gas asap harus didesain supaya bisa memberikan kecepatan fluida maksimum tanpa mengakibatkan kerugian gesek yang besar.

Pemilihan Ketel Uap

Pemilihan jenis dan ukuran ketel uap tergantung pada faktor-faktor berikut:

1.      Daya yang diperlukan dan tekanan kerja.

2.      Posisi geografi dari power house (sumber tenaga).

3.      Ketersediaan bahan bakar dan air.

4.      Kemungkinan stasiun permanen.

5.      Faktor beban yang mungkin.

Klasifikasi Ketel Uap

Ada banyak klasifikasi ketel uap, berikut ini diberikan beberapa klasifikasi ketel uap yang penting.

1. Berdasarkan isi tube/pipa.

a.    Pipa api atau pipa asap

Pada ketel pipa api, nyala api dan gas panas yang dihasilkan pembakaran, mengalir melalui pipa yang dikelilingi oleh air. Panas dikonduksikan melalui dinding pipa dari gas panas ke air di sekeliling pipa tersebut. Contoh ketel uap pipa air sederhana: ketel vertikal sederhana, ketel Cochran, ketel Lanchasire, ketel Cornish, kete Scotch marine, ketel lokomotif dan ketel Velcon.

Gambar 2.2 Fire tube boiler

a.    Pipa air

Pada ketel pipa air, air dimasukkan ke dalam pipa dimana pipa dikelilingi oleh nyala api dan gas panas dari luar. Contoh ketel jenis ini : ketel Babcock dan Wilcox, ketel Stirling, ketel La-Mont, ketel Benson, ketel Yarrow dan ketel Loeffler.

Gambar 2.3 Water tube boiler

2. Berdasarkan posisi dapur pembakar.

a.    Dibakar di dalam

Pada ketel uap dibakar di dalam, dapur diletakkan di dalam kulit boiler. Sebagaian besar ketel pipa api mempunyai jenis ini.

b.    Dibakar di luar

Pada ketel uap dibakar di luar, dapur disusun dibawah susunan bata. Ketel pipa air selalu dibakar di luar.

3. Berdasarkan sumbu shell/kulit.

a. Vertikal

Pada ketel uap vertikal, sumbu shell vertikal.

b. Horizontal

Sedangkan pada jenis horisontal, sumbu shellnya horisontal.

4. Berdasarkan jumlah pipa.

a. Pipa tunggal

Pada ketel uap pipa tunggal, hanya ada satu buah pipa api atau pipa air. Ketel vertical sederhana dan ketel Cornish adalah jenis ketel pipa tunggal.

b. Pipa banyak

Pada ketel pipa banyak, ada dua atau lebih pipa api atau pipa air.

5. Berdasarkan metode sirkulasi air dan uap.

a. Sirkulasi alami

Pada ketel dengan sirkulasi alami, sirkulasi air adalah dengan arus konveksi alami/natural, dimana dihasilkan karena pemanasan air.

b. Sirkulasi paksa

Pada ketel uap dengan sirkulasi paksa, ada sirkulasi paksa pada air dengan memakai penggerak pompa. Penggunaan sirkulasi paksa dilakukan pada ketel seperti ketel La-Mont, ketel Benson, ketel Loefler dan ketel Velcon.

6. Berdasarkan penggunaannya.

a. Stasioner

Ketel uap stasioner digunakan di pusat pembangkit tenaga, dan di industri proses. Ketel ini disebut stasioner karena ketel tidak berpindah dari satu ke tempat lainnya. b. Mobil (bergerak)

Ketel uap mobil adalah ketel yang bergerak dari satu tempat ke tempat lainnya. Ketel jenis ini seperti ketel lokomotif dan ketel marine.

7. Berdasarkan sumber panas.

Sumber panas bisa berupa pembakaran bahan bakar padat, cair atau gas, gas sisa panas yang dihasilkan dari proses kimia, energi listrik atau energi nuklir.

Keuntungan dan Kerugian Ketel Pipa Air

Keuntungan-keuntungan ketel pipa air:

1.    Menghasilkan uap dengan tekanan lebih tinggi dari pada ketel pipa api.

2.    Untuk daya yang sama, menempati ruang/tempat yang lebih kecil daripada ketel pipa api.

3.    Laju aliran uap lebih tinggi.

4.    Komponen-komponen yang berbeda bisa diurai sehingga mudah untuk dipindahkan.

5.    Permukaan pemanasan lebih efektif karena gas panas mengalir keatas pada arah tegak  lurus.

6.    Pecah pada pipa air tidak menimbulkan kerusakan ke seluruh ketel.

Kerugian-kerugian ketel pipa air:

1.    Air umpan mensaratkan mempunyai kemurnian tinggi untuk mencegah endapan kerak di dalam pipa. Jika terbentuk kerak di dalam pipa bisa menimbulkan panas yang berlebihan dan pecah.

2.  Ketel pipa air memerlukan perhatian yang lebih hati-hati bagi penguapannya, karena itu akan menimbulkan biaya operasi yang lebih tinggi.

3.    Pembersihan pipa air tidak mudah dilakukan.