Pengertian Boiler Pada PLTU

      Boiler merupakan peralatan penukar panas  yang memiliki fungsi utama yaitu mengubah air menjadi uap pada tekanan dan temperature tinggi untuk memutar steam turbine. Proses perubahan air menjadi uap terjadi dengan memanaskan air yang berada didalam pipa-pipa dengan panas
hasil pembakaran bahan bakar di dalam ruang bakar dengan mengalirkan bahan bakar dan udara dari luar.

Tipe-tipe Boiler

Tipe-Tipe Boiler dibagi-bagi menjadi beberapa kelompok, yaitu:

1. Klasifikasi Berdasarkan Isian Pipa ( Pipa api & Pipa air ).
2. Klasifikasi Berdasarkan Bahan Bakar Yang Digunakan.
3. Klasifikasi Berdasarkan Tekanan Ruang Bakar.

Klasifikasi Berdasarkan Isian Pipa ( Pipa api & Pipa air )

1.    Boiler Pipa Api

Pada jenis boiler pipa api, gas panas hasil pembakaran (flue gas) mengalir melalui pipa-pipa yang dibagian luarnya diselimuti air sehingga terjadi perpindahan panas dari gas panas ke air dan air berubah menjadi uap.

Keterbatasan dari boiler pipa api adalah tekanan uap tidak dapat dibuat terlampau tinggi karena ketebalan drum akan sedemikian tebalnya
sehingga  tidak  menguntungkan.  Boiler  seperti  ini  banyak  digunakan dipabrik-pabrik gula karena tidak memerlukan tekanan uap yang tinggi.

2.    Boiler Pipa Air

Pada boiler jenis ini kebalikanya dari boiler pipa api, sistem pembakaran air berada didalam pipa sedangkan gas panas berada diluar pipa. Boiler pipa air memiliki kemampuan dapat beroperasi dengan tekanan sangat tinggi (lebih dari 10 MPa).

Klasifikasi Berdasarkan Bahan Bakar Yang Digunakan.

Berdasarkan bahan bakar yang digunakan, maka PLTU dapat dibedakan menjadi :

• PLTU Batubara
• PLTU Minyak
• PLTU gas

Jenis PLTU batu bara masih dapat dibedakan berdasarkan proses pembakarannya, yaitu PLTU dengan pembakaran batu bara bubuk (Pulverized Coal / PC Boiler) dan PLTU dengan pembakaran batu bara curah (Circulating Fluidized Bed / CFB Boiler) serta Stoker Boiler.

Perbedaan antara PLTU Batu bara dengan PLTU minyak atau gas adalah pada peralatan dan sistem penanganan dan pembakaran bahan bakar serta penanganan limbah abunya. PLTU batubara mempunyai peralatan bantu yang lebih banyak dan lebih kompleks dibanding dengan PLTU minyak atau gas. PLTU gas merupakan PLTU yang paling sederhana peralatan bantunya.

1.    Pulverized Coal / PC Boiler

Pada boiler tipe ini, batubara di grinding menggunakan mill/pulverizer sampai halus kurang lebih 200 mess bentuknya seperti bedak kemudian baru dihembuskan menuju ruang bakar melalui burner. Tujuan grinding batubara ini supaya bahan bakar dapat teratomisasi sempurna dengan udara sehingga didapatkan pembakaran yang sempurna.

2.    Circulating Fluidized Boiler (CFB)

Seperti jenis boiler lainnya, pertama-tama dilakukan Purging selama 5 menit untuk membersihkan ruang bakar dari gas-gas yang berpotensial menimbulkan ledakan pada saat burner dinyalakan. Setelah purging selesai 2 burner (sisi berseberangan) dinyalakan. Kenaikan temperature furnace di jaga tidak lebih dari 95 derajat celcius per jam untuk menjaga material dari termal stress dan menjaga refractory agar tidak retak.

Setelah temperature Furnace 530 derajat celcius Batubara dimasukkan melalui 3 coal feeder pada minimum flow rate (6 Ton/jam) / coal feeder sambil kedua burner masih menyala. Setelah temperature furnace mencapai 660 derajat celcius kedua burner dimatikan satu persatu. Selanjutnya pembakaran dilakukan dengan batubara. Selama boiler beroperasi tidak diperlukan support burner karena dapat menyebabkan materal bed meleleh. Burner hanya digunakan pada saat proses start up sampai temperature yang diizinkan diatas.

3.    Boiler 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.

Seperti kita ketahui unsur utama yang mempengaruhi pembakaran adalah udara dan bahan bakar (batubara). Sempurna/baik tidaknya suatu pembakaran sangat dipengaruhi oleh rasio udara dan batubara. Sangat sulit untuk menentukan rasio tersebut pada bahan bakar padat seperti batubara dimana kandungan dan ukurannya tidak selalu sama. Jadi kita harus juga menyesuaikan kondisi batubara yang kita bakar. Berikut adalah uraian dan beberapa patokan untuk mencapai pembakaran yang sempurna.

Pada keadaan batubara yang cukup baik (normal) abu yang keluar dari ash conveyor berwarna putih kecoklatan, atau dengan kata lain carbon habis teroksidasi jadi tidak ada sisa batubara yang tidak terbakar atau arang.

Klasifikasi Berdasarkan Tekanan Ruang Bakar

Ditinjau dari tekanan ruang bakar boilernya, PLTU dapat dibedakan menjadi:

• PLTU dengan Pressurised Boiler
• PLTU dengan Balanced Draft Boiler
• PLTU dengan Vacuum Boiler

PLTU dengan Pressurised 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 positif) digunakan untuk pembakaran bahan bakar minyak atau gas. Tekanan ruang bakar yang positif disebabkan oleh hembusan dorongan udara dari kipas tekan paksa FDF(Forced Draft Fan). Gas buang keluar dari ruang bakar ke atmosfer karena perbedaan tekanan.

Boiler Balanced Draft Boiler  

PLTU dengan Balanced Draft Boiler (tekanan seimbang) biasa digunakan untuk pembakaran bahan bakar batubara. Tekanan ruang bakar dibuat sedikit dibawah tekanan atmosfir, biasanya sekitar –10 mmH2O. Tekanan ini dihasilkan dari pengaturan dua buah kipas, yaitu kipas hisap paksa (Induced Draft Fan, IDF) dan kipas tekan paksa (Forced Draft Fan, FDF). FDF berfungsi untuk menyuplai udara pembakaran menuju ruang bakar (furnace) di boiler, sedangkan IDF berfungsi untuk menghisap gas dari ruang bakar dan membuang ke atmosfir melalui cerobong.

Pressurised Boiler Vacuum

PLTU dengan pressurised boiler  vacum hanya menggunakan IDF sebagai pembuat vakum ruang bakar. IDF berfungsi untuk menghisap gas dari ruang bakar dan membuang ke atmosfir melalui cerobong. PLTU dengan vacum boiler tidak dikembangkan lagi, sehingga saat ini tidak ada lagi yang menerapkan PLTU dengan boiler bertekanan negatif.

Ruang bakar adalah bagian dari Boiler yang berfungsi untuk tempat berlangsungnya proses pembakaran antara bahan bakar dan udara. Tekanan gas panas yang berada didalam ruang bakar (Furnance) dapat lebih besar dari pada tekanan udara luar (Tekanan ruang bakar positip) dan dapat juga bertekanan lebih kecil dari tekanan udara luar (Tekanan ruang bakar negatif) atau bertekanan seimbang (Balance Draft).

                                              Peralatan Utama Boiler dan Fungsi

1. Steam Drum
2. Downcomer
3. Economizer Tubes
4. Wall tube / Riser
5. Superheater Tube
6. Reheater Tube
7. Desuperheater Spray
8. Sootblower

1.    Steam Drum

Boiler Drum adalah bejana tempat menampung air yang datang dari Economizer dan uap hasil penguapan dari wall tube (Riser). Pada steam drum separuh dari drum berisi air dan separuhnya lagi berisi uap. Bagian dalam Boiler Drum terdapat peralatan-peralatan Screen dryer (pengering uap) dan Steam separator (pemisah uap). Level air didalam drum harus dijaga agar selalu tetap kira-kira separoh dari tinggi drum. Banyaknya air pengisi yang masuk ke dalam drum harus sebanding dengan banyaknya uap yang meninggalkan drum menuju superheater, sehingga level air terjaga konstan.

Pengaturan level didalam Boiler Drum dilakukan dengan mengatur besarnya pembukaan Flow Control Valve. Apabila level didalam air drum terlalu rendah/tidak terkontrol akan menyebabkan terjadinya Overheating pada pipa-pipa Boiler, sedangkan bila level drum terlalu tinggi, kemungkinan butir-butir air terbawa ke turbin yang dapat mengakibatkan kerusakan pada turbin.

Level air didalam boiler drum dapat dimonitor dengan menggunakan perlatan level gauge/level indikator yang terdapat didekat boiler drum (lokal), atau dengan cara remote (jarak jauh) di control room, juga dicatat pada level recorder.

Uap yang dihasilkan dari dalam tube wall (riser), terkumpul didalam boiler drum. Uap akan mengalir ke arah puncak boiler drum melewati steam separator dan screen dryer lalu keluar dari dalam drum dalam keadaan kering menuju separator dan akhirnya ke turbin. Butir-butir air yang terpisah dari uap akan jatuh dan bersirkulasi kembali bersama air yang baru masuk.

2.    Downcomer

Salah satu bagian dari boiler adalah down comer. Down comer ini berada diluar ruang bakar, menghubungkan antara boiler drum dengan bagian bawah wall tube (Riser). Selanjutnya air dan uap yang ada didalam riser akan naik menuju steam drum sedangkan air yang ada didalam down comer akan turun dan mengisi riser. Dengan demikian terjadilah sirkulasi air didalam boiler secara alami. Sedangkan sirkulasi paksa, air didalam drum dipompakan ke wall tube dengan menggunakan pompa. Uap yang dihasilkan ditampung didalam boiler drum kemudian dialirkan menuju turbin melewati superheater.

3.    Walltube/Riser

Didalam tube wall terdapat air yang bersirkulasi dari boiler drum melalui down comer dan low header. Panas yang dihasilkan dari proses pembakaran didalam furnance sebagian diberikan kepada air yang ada didalam walltube sehingga air berubah menjadi uap. Selain berfungsi untuk membuat air menjadi uap, walltube juga mencegah penyebaran panas dari dalam furnance ke udara luar dan untuk lebih menjamin agar panas tersebut tidak terbuang ke udara luar melewati walltube, maka dibalik walltube (arah udara luar) dipasang dinding isolasi yang terbuat dari mineral fiber.

4.    Economizer

Economizer adalah Heat Exchanger (penukar kalor) yang dipasang pada saluran air pengisi sebelum air masuk ke Steam drum. Bentuk Economizer berupa sekelompok pipa-pipa kecil yang disusun berlapis-lapis. Di bagian dalam pipa mengalir air pengisi yang dipompakan oleh Boiler Feed Pump dan dibagian luar pipa mengalir gas panas hasil pembakaran yang terjadi di ruang bakar.

Karena temperatur gas panas lebih tinggi dari temperatur air pengisi maka air pengisi menyerap panas gas buang sehingga temperatur air pengisi menjadi naik dan diharapkan mendekati titik didihnya, tapi jangan melampaui titik didih karena akan menyebabkan terbentuknya uap di dalam pipa Economizer dengan akibat terjadi overheating pada pipa tersebut.

5.    Superheater

Uap jenuh dari steam drum dialirkan ke ceiling SH yaitu pipa yang mengikat pipa-pipa SH yang menggantung, pipa ceiling SH dialiri steam bertujuan untuk pendingin pipa agar tidak overheat.
kemudian steam dari ceiling SH dipanaskan pada Low SH yang terletak di atas economizer. Kemudian steam diteruskan ke Larger Platen SH yang terletak di atas bola api, yang mendapat panas radiasi langsung. Dari larger platen SH dipanaskan di rear platen SH yang terletak dibelakang larger platen SH yang mendapat panas radiasi-konveksi superheater. Dari rear platen SH steam dipanaskan di pipa high SH yang mendapat panas konveksi. Kemudian uap yang keluar dai high SH dialirkan ke turbin tekanan tinggi (HP Turbine).

6.    Reheater

Fungsi reheater adalah memanaskan kembali uap yang telah digunakan untuk memutar HP turbine. Uap yang kelur dari HP turbine disebut cold SH masuk ke boiler melalui inlet header cold SH kemudian melewati wall reaheat. Dari wall reheat steam masuk ke header platen RH yang terletak di area konveksi di belakang rear platen SH. Kemudian steam dipanaskan di high RH kemudian dialirkan ke turbin tingkat menengah (Intermediet Turbine).

7.    Superheater Desuperheater Spray

Superheater Desuperheater merupakan komponen pada boiler yang berfungsi untuk menurunkan/ mengatur temperature steam dengan cara spray water sebelum uap masuk ke dalam HP Turbine

8.    Reheater Desuperheater Spray

Reheater Desuperheater merupakan komponen pada boiler yang berfungsi untuk menurunkan/ mengatur temperature reheat steam dengan cara spray water juga sebelum masuk ke dalam IP Turbine.

9.    Sootblower

Boiler-boiler modern dilengkapi dengan pembersih jelaga (sootblower) yang dapat dioperasikan dari jarak jauh (remotely operated) dan dikendalikan secara bergantian dan berurutan .

Fungsi dari sootblower adalah untuk membersihkan abu, debu atau jelaga yang menempel pada pipa-pipa boiler, superheater, Economizer dan pada elemen air heater. Tujuan dari pembersihan tersebut adalah untuk menaikkan efisiensi dari boiler dan menghindari kerusakan pipa-pipa pada bolier/superheater. Biasanya sootblower menggunakan uap untuk membersihkan pipa-pipa boiler/superheater. Uap yang digunakan untuk pembersihan abu biasanya diambil langsung dari boiler, dari rear platen SH. Uap dari auxiliay steam juga dapat digunakan tapi Cuma hanya untuk sootblower APH.
\