BOILER dan JENIS-JENIS BOILER

BAB I

TINJAUAN UMUM BOILER

1.1  PENGERTIAN BOILER

Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air dididihkan sampai menjadi steam, volumnya akan meningkat sekitar 1.600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik.

Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan (feed water system), sistem steam (steam system) dan sistem bahan bakar (fuel system).

1. Sistem air umpan (feed water system) menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam.Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan.
2. Sistem steam (steam sistem) mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistempemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakankran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan.
3. Sistem bahan bakar (fuel sistem) adalah semuaperalatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yangdibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahanbakar yang digunakan pada sistem.

Air yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi steam disebut air umpan (feed water). Dua sumber air umpan adalah:

1. Kondensat atau steam yang mengembun yang dikembalikan dari proses.
2. Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar ruang boiler danplant proses.

Sistem yang lain adalah penggunaan economizer untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang, untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi.

1.2  MATERIAL PENYUSUN BOILER

Bejana tekan yang digunakan pada boiler biasanya terbuat dari baja atau campuran baja.Sedangkan untuk stainless steel dilarang penggunaannya oleh ASME Boiler Code sebagai material utama bejana ataupun bagian sambungan las dari bejana, namun masih bisa digunakan pada area superheater yang tidak akan bersentuhan langsung dengan air boiler. Sebelumnya, tembaga juga digunakan untuk material pembuat boiler karena sifatnya yang mudah dibentuk dan memiliki nilai konduktifitas termal yang tinggi, namun karena harga material tersebut cenderung meningkat dan mahal, maka saa tini tembaga sudah jarang digunakan. Jaman dahulu, juga sering digunakan wrought iron sebagai material boiler yang difabrikasi dengan menggunakan prinsip pakukeling (rivetting).

Terkadang di beberapa negara, boiler hanya digunakan untuk memproduksi air panas saja, tanpa menghasil kan uap panas. Untuk kondisi tersebut, biasanya material yang digunakan cukup dengan menggunakan besituang (cast iron) karena lebih murah bila dibandingkan dengan baja. Namun, apabila ingin menggunakan boiler tersebut untuk menghasilkan uap panas, dianjurkan tidak menggunakan besi tuang. Hal ini disebabkan karena sifat getas yang dimiliki oleh besi tuang berbahaya bila digunakan untuk boiler penghasil uap yang beroperasi pada tekanan yang sangat tinggi.

1.3  PROSES KERJA BOILER

Energi kalor yang dibangkitkan dalam sistem boiler memiliki nilai tekanan, temperatur, dan laju aliran yang menentukan pemanfaatan steam yang akan digunakan. Berdasarkan ketiga hal tersebut sistem boiler mengenal keadaan tekanan-temperatur rendah (low pressure/LP), dan tekanan-temperatur tinggi (high pressure/HP), dengan perbedaan itu pemanfaatan steam yang keluar dari sistem boiler dimanfaatkan dalam suatu proses untuk memanasakan cairan dan menjalankan suatu mesin (commercial and industrial boilers), atau membangkitkan energi listrik dengan merubah energi kalor menjadi energi mekanik kemudian memutar generator sehingga menghasilkan energi listrik (power boilers). Namun, ada juga yang menggabungkan kedua sistem boiler tersebut, yang memanfaatkan tekanan-temperatur tinggi untuk membangkitkan energi listrik, kemudian sisa steam dari turbin dengan keadaan tekanan-temperatur rendah dapat dimanfaatkan ke dalam proses industri dengan bantuan heat recovery boiler.

Sistem boiler terdiri dari sistem air umpan, sistem steam, dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan dari sistem air umpan, penanganan air umpan diperlukan sebagai bentuk pemeliharaan untuk mencegah terjadi kerusakan dari sistem steam. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steamdialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua perlatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem.

Sebelum menjelaskan keanekaragaman boiler, perlu diketahui komponen dari boiler yang mendukung teciptanya steam, berikut komponen-komponen boiler:

Ø  Furnace

Komponen ini merupakan tempat pembakaran bahan bakar. Beberapa bagian dari furnace siantaranya : refractory, ruang perapian, burner, exhaust for flue gas, charge and discharge door.

Ø  Steam Drum

Komponen ini merupakan tempat penampungan air panas dan pembangkitan steam. Steam masih bersifat jenuh (saturated steam).

Ø  Superheater

Komponen ini merupakan tempat pengeringan steam dan siap dikirim melalui main steam pipe dan siap untuk menggerakkan turbin uap atau menjalankan proses industri.

Ø  Air Heater

Komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan udara luar yang diserap untuk meminimalisasi udara yang lembab yang akan masuk ke dalam tungku pembakaran.

Ø  Economizer

Komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan air dari air yang terkondensasi dari sistem sebelumnya  maupun air umpan baru.

Ø  Safety valve

Komponen ini merupakan saluran buang steam jika terjadi keadaan dimana tekanan steam melebihi kemampuan boiler menahan tekanan steam.

Ø  Blowdown valve

Komponen ini merupakan saluran yang berfungsi membuang endapan yang berada di dalam pipa steam.

1.4  KONDISI AIR UMPAN BOILER

Air yang digunakan pada proses pengolahan dan air umpan boiler diperoleh dari air sungai, air waduk, sumur bor dan sumber mata air lainnya. Kualitas air tersebut tidak sama walaupun menggunakan sumber air sejenis, hal ini dipengaruhi oleh lingkungan asal air tersebut. Sumber mata air sungai umumnya sudah mengalami pencemaran oleh aktivitas penduduk dan kegiatan industri, oleh sebab itu perlu dilakukan pemurnian.

Air umpan boiler harus memenuhi spesifikasi yang telah ditentukan agar tidak menimbulkan masalah-masalah pada pengoperasian boiler. Air tersebut harus bebas dari mineral-mineral yang tidak diinginkan serta pengotor-pengotor lainnya yang dapat menurunkan efisiensi kerja dari boiler. 

Feed water harus memenuhi prasyarat tertentu seperti yang diuraikan dalam tabel di bawah ini :

1.5  MASALAH-MASALAH PADA BOILER

Suatu boiler atau pembangkit uap yang dioperasikan tanpa kondisi air yang baik , cepat atau lambat akan menimbulkan masalah-masalah yang berkaitan dengan kinerja dan kualitas dari sistem pembangkit uap. Banyak masalah-masalah yang ditimbulkan akibat dari kurangnya penanganan dan perhatian khusus terhadap penggunaan air umpan boiler.

Akibat dari kurangnya penanganan terhadap air umpan boiler akan menimbulkan masalah-masalah sebagai berikut :

a)        Pembentukan kerak

Terbentuk kerak pada dinding boiler terjadi akibat adanya mineral-mineral pembentukan kerak, misalnya ion-ion kesadahan seperti Ca²⁺ dan Mg²⁺ dan akibat pengaruh gas penguapan. Diamping itu pula dapat disebabkan oleh mekanisme pemekatan didalam boiler karena adanya pemanasan. Jenis-jenis kerak yang umum dalam boiler adalah kalsium sulfat, senyawa silikat dan karbonat. Zat-zat dapat membentuk kerak yang keras dan padat sehingga bila  lama penanganannya akan sulit sekali untuk dihilangkan. Silika diendapkan bersama dengan kalsium dan magnesium sehingga membuat kerak semakin keras dan semakin sulit untuk dihilangkan.

Kerak yang menyelimuti permukaan boiler berpengaruh terhadap perpindahan panas permukaan dan menunjukkan dua akibat utama yaitu berkurangnya panas yang dipindahkan  dari dapur ke air yang mengakibatkan meningkatkan temperatur disekitar  dapur, dan menurunnya efisiensi boiler.

Untuk mengurangi terjadinya pembentukan kerak pada boiler dapat dilakukan pencegahan-pencegahan sebagai berikut :

-  Mengurangi jumlah mineral dengan unit softener

-  Melakukan blowdown secara teratur jumlahnya

-  Memberikan bahan kimia anti kerak

Zat  terlarut dan tersuspensi yang terdapat pada semua air alami dapat dihilangkan/dikurangi pada proses pra-treatment (pengolahan awal) yang terbukti ekonomis. Penanggulangan kerak yang sudah ada dapat dilakukan dengan cara :

      On-line cleaning yaitu pelunakan kerak-kerak lama dengan bahan kimia selama Boiler beroperasi normal.

      Off-line cleaning (acid cleaning) yaitu melarutkan kerak-kerak lama dengan asam-asam khusus tetapi Boiler harus berhenti beroperasi.

      Mechanical cleaning: dengan sikat, pahat, scrub, dan lain-lain.

b)        Peristiwa korosi

Korosi dapat disebabkan oleh oksigen dan karbon dioksida yang terdapat dalam uap yang terkondensasi. Korosi merupakan peristiwa logam kembali kebentuk asalnya dalam misalnya besi menjadi oksida besi, alumunium dan lain-lain. Peristiwa koros dapat terjadi disebabkan oleh :

-  Gas-gas yang bersifat korosif seperti O₂, CO₂, H₂S

-  Kerak dan deposit

-  Perbedaan logam (korosi galvanis)

-  pH yang terlalu rendah dan lain-lain

Jenis korosi  yang dijumpai pada boiler dan sistem uap adalah  general corrosion, pitting  (terbentuknya lubang) dan  embrittlement  (peretakan baja). Adanya gas yang terlarut, oksigen dan karbon dioksida pada air umpan boiler adalah penyebab utama general corrosion dan pitting corrosion (tipe oksigen elektro kimia dan diffrensial). Kelarutan gas-gas ini di dalam air umpan boiler menurun jika suhu naik. Kebanyakan oksigen akan memisah pada ruang uap, tetapi sejumlah kecil residu akan tertinggal dalam larutan atau terperangkap pada kantong-kantong atau dibawah deposit, hal ini dapat menyebabkan korosi pada logam-logam boiler. Karena itu pentinguntuk melakukan proses deoksigenasi air boiler.

Jumlah rata-rata korosi atau serangan elektrokimia akan naik jika nilai pH air menurun. Selain itu air umpan boiler akan dikondisikan secara kimia mencapai nilai pH yang relatif tinggi. Bentuk korosi yang tidak umum tetapi berbahaya adalah bentuk korosi embrittlement atau keretakan inter kristalin pada baja yang terjadi jika berada pada tekanan yang tinggi dan lingkungan kimia yang tidak sesuai. Caustic embrittlement  atau keratakan inter kristalin pada baja yang terjadi jika berada pada tekanan yang tinggi  dan lingkungan kimia yang tidak sesuai. Caustic embrittlement terjadi pada sambungan penyumbat dan meluas pada ujung tabung dimana celah memungkinkan perkembangan suatu lingkungan caustic yang terkonsentrasi. Hidrogen embrittlement  adalah bentuk lain dari retakan interkristalin yang terjadi pada tabung air boiler yang disebabkan tekanan tinggi dan kondisi temperatur yang tertentu.

Untuk mengurangi terjadinya peristiwa korosi dapat dilakukan pencegahan sebagai berikut:

-  Mengurangi gas-gas yang bersifat korosif

-  Mencegah terbentuknya kerak dan deposit dalam boiler

-  Mencegah korosi galvanis

-  Menggunakan zat yang dapat menghambat peristiwa korosif

-  Mengatur pH dan alkalinitas air boiler dan lain-lain

c)        Pembentukan deposit

Deposit merupakan peristiwa penggumpalan zat dalam air umpan boiler yang disebabkan oleh adanya zat padat tersuspensi misalnya oksida besi, oksida tembaga dan lain-lain. Peristiwa ini dapat juga disebabkan oleh kontaminasi uap dari produk hasil proses produksi. Sumber deposit didalam air seperti garam-garam yang terlarut dan zat-zat yang tersuspensi didalam air umpan boiler. Pemanasan dan dengan adanya zat tersuspensi dalam air pada boiler menyebabkan mengendapnya sejumlah muatan yang menurunkan daya kelarutan, jika temperaturnya dinaikkan. Hal ini menjelaskan mengapa kerak dan sludge (lumpur) terbentuk. Kerak merupakan bentuk deposit-deposit yang tetap berada pada permukaan boiler sedangkan sludge merupakan bentuk deposit-deposit yang tidak menetap atau deposit lunak.

Pada ketel bertekanan tinggi, silika muda mengendap dengan uap dan dapat membentuk deposit yang menyulitkan pada daun turbin.

Pencegahan–pencegahan yang dapat dilakukan untuk mengurangi terjadinya peristiwa deposit dapat dilakukan diantaranya :

      Meminimalisasi masuknya mineral-mineral yang dapat menyebabkan deposit seperti oksida besi, oksida tembaga dan lain – lain.

      Mencegah korosi pada sistem kondensat dengan proses netralisasi (mengatur pH 8,2–9,2) dapat juga dilakukan dengan mencegah terjadinya kebocoran udara pada sistem kondensat.

      Mencegah kontaminasi uap selanjutnya menggunakan bahan kimia untuk mendispersikan mineral-mineral penyebab deposit.

Penanggulangan terjadinya deposit yang telah ada dapat dilakukan dengan acid cleaning, online cleaning, dan mechanical cleaning.

d)        Kontaminasi Uap (steam carryover)

Ketika air boiler mengandung garam terlarut dan zat tersuspensi dengan konsentrasi yang tinggi, ada kecendrungan baginya untuk membentuk busa secara berlebihan sehingga dapat menyebabkan  steam carryover  zat-zat padat dan cairan pengotor kedalam uap.

Steam carryover terjadi jika mineral-mineral dari boiler ikut keluar bersama dengan uap ke alat-alat seperti superheater, turbin, dan lain-lain. Kontaminasi-kontaminasi ini dapat diendapkan kembali pada sistem uap atau zat-zat itu akan mengontaminasi proses atau material-material yang diperlukan steam.

Steam carryover dapat dihindari dengan menahan zat-zat padat terlarut pada air boiler dibawah  tingkat tertentu melalui suatu analisa sistematis dan kontrol pada pemberian zat-zat kimia dan  blowdown. Carryover  karbon dioksida dapat mengembalikan uap dan asam-asam terkondensasi.

BAB II

JENIS - JENIS BOILER

2.1  JENIS-JENIS BOILER

Bagian ini menerangkan tentang berbagi jenis boiler: Fire tube boiler, Water tube boiler, Paket boiler, Fluidized bed combustion boiler, Atmospheric fluidized bed combustion boiler,  Pressurized fluidized bed combustion boiler, Circulating fluidized bed combustion boiler, Stoker fired boiler, Pulverized fuel boiler,  Boiler pemanas limbah (Waste heat boiler) dan Pemanas fluida termis.

A.       Fire Tube Boiler

Pada fire tube boiler, gas panas melewati pipa-pipa  dan air umpan boiler ada didalam shell untuk dirubah menjadi steam.  Fire tube boilers biasanya digunakan untuk kapasitas steam yang relative kecil dengan tekanan steam rendah sampai sedang. Sebagai pedoman,  fire tube boilers kompetitif untuk kecepatan steam sampai 12.000 kg/jam dengan tekanan sampai 18 kg/cm2.  Fire tube boilers dapat menggunakan bahan bakar minyak bakar, gas atau bahan bakar padat dalam operasinya. Untuk alasan ekonomis, sebagian besar fire tube boilers dikonstruksi sebagai “ paket” boiler (dirakit oleh pabrik) untuk semua bahan bakar.

B.       Water Tube Boiler

Pada  water tube boiler,  air umpan boiler mengalir melalui pipa-pipa masuk kedalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakar membentuk steam pada daerah uap dalam drum.

Boiler ini dipilih jika kebutuhan steam dan tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus boiler untuk pembangkit tenaga. Water tube boiler  yang sangat modern dirancang dengan kapasitas steam antara 4.500 – 12.000 kg/jam, dengan tekanan sangat tinggi. Banyak water tube boilers yang dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar minyak bakar dan gas.

Untuk water tube yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum dirancang secara paket.

Karakteristik water tube boilers sebagai berikut:  

      Forced, induced dan balanced draft membantu untuk meningkatkan efisiensi pembakaran.

      Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan air.

      Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi.

C.       Paket Boiler

Disebut boiler paket sebab sudah tersedia sebagai paket yang lengkap. Pada saat dikirim ke pabrik, hanya memerlukan pipa steam, pipa air, suplai bahan bakar dan sambungan listrik untuk dapat beroperasi.  Paket boiler biasanya merupakan tipe shell and tube dengan rancangan  fire tube dengan transfer panas baik  radiasi maupun konveksi yang tinggi.

Ciri -ciri dari packaged boilers adalah: 

      Kecilnya ruang pembakaran dan tingginya panas yang dilepas menghasilkan penguapan yang lebih cepat. 

      Banyaknya jumlah pipa yang berdiameter kecil membuatnya memiliki perpindahan panas konvektif yang baik.

      Sistim forced atau induced draft menghasilkan efisiensi pembakaran yang baik. 

      Sejumlah lintasan/pass menghasilkan perpindahan panas keseluruhan yang lebih baik.

      Tingkat efisiensi thermisnya yang lebih tinggi dibandingkan dengan boiler lainnya.

Boiler tersebut  dikelompokkan berdasarkan jumlah pass  nya –  yaitu  berapa kali gas pembakaran melintasi boiler. Ruang pembakaran ditempatkan sebagai lintasan pertama setelah itu kemudian satu, dua, atau tiga set pipa api.  Boiler yang paling umum dalam kelas ini adalah unit tiga  pass/  lintasan dengan dua set  fire-tube/ pipa api dan gas buangnya keluar dari belakang boiler.

D.      Boiler Pembakaran dengan Fluidized Bed (FBC)

Pembakaran dengan  fluidized bed (FBC) muncul sebagai  alternatif yang memungkinkan dan memiliki kelebihan yang cukup berarti dibanding sistim pembakaran yang konvensional dan memberikan banyak keuntungan –  rancangan boileryang kompak, fleksibel terhadap bahan bakar, efisiensi pembakaran yang tinggi dan berkurangnya emisi  polutan yang merugikan seperti  SOx  dan NOx.  Bahan bakar yang  dapat  dibakar dalam boiler ini  adalah batubara, barang  tolakan dari  tempat pencucian pakaian, sekam padi,  bagas & limbah pertanian lainnya. Boiler  fluidized bed memiliki kisaran kapasitas yang luas yaitu  antara 0.5 T/jam sampai  lebih dari 100 T/jam.

Bila udara atau gas  yang terdistribusi secara merata dilewatkan keatas melalui  bed partikel padat seperti pasir yang disangga oleh saringan halus, partikel tidak akan terganggu pada kecepatan yang rendah. Begitu kecepatan udaranya berangsur-angsur naik, terbentuklah suatu keadaan dimana partikel tersuspensi  dalam aliran udara  –   bed tersebut  disebut “ terfluidisasikan”.

Dengan kenaikan kecepatan udara selanjutnya, terjadi pembentukan gelembung,   turbulensi yang kuat, pencampuran cepat dan pembentukan permukaan  bed yang rapat.  Bed partikel padat menampilkan sifat cairan mendidih dan  terlihat seperti fluida - “ bed gelembung fluida/ bubbling fluidized bed”.

Jika partikel pasir dalam keadaan terfluidi sasikan dipanaskan hingga ke suhu  nyala batubara, dan batubara diinjeksikan secara terus menerus ke bed, batubara akan terbakar dengan cepat dan bed mencapai suhu yang seragam. Pembakaran dengan  fluidized bed (FBC) berlangsung pada suhu sekitar 840^OC hingga 950^OC. Karena suhu ini jauh berada dibawah suhu  fusi  abu, maka pelelehan abu dan permasalahan yang terkait didalamnya dapat dihindari.

Suhu pembakaran yang lebih rendah tercapai disebabkan tingginya koefisien perpindahan panas sebagai akibat pencampuran cepat dalam fluidized bed dan ekstraksi panas yang efektif dari  bed melalui perpindahan panas pada pipa dan dinding bed.  Kecepatan gas dicapai diantara kecepatan fluidisasi minimum  dan kecepatan  masuk partikel. Hal ini menjamin operasi bed yang stabil dan menghindari  terbawanya partikel dalam jalur gas.

E.       Atmospheric Fluidized Bed Combustion (AFBC) Boiler

Kebanyakan boiler yang beroperasi untuk jenis ini adalah  Atmospheric Fluidized Bed Combustion (AFBC) Boiler. Alat ini  hanya berupa shell boiler konvensional biasa yang ditambah dengan sebuah fluidized bed combustor. Sistim seperti  telah dipasang  digabungkan dengan water tube boiler/boiler pipa air konvensional.

Batubara dihancurkan menjadi ukuran 1 – 10 mm  tergantung pada tingkatan batubara dan jenis pengumpan udara ke ruang pembakaran. Udara atmosfir, yang bertindak sebagai udara fluidisasi dan pembakaran, dimasukkan dengan tekanan, setelah diberi pemanasan awal olehgas buang bahan bakar. Pipa dalam bed yang membawa air pada umumnya bertindak sebagai evaporator. Produk gas hasil pembakaran melewati bagian super heater dari boiler lalu mengalir ke economizer, ke pengumpul debu dan pemanas awal udara sebelum dibuang keatmosfir.

F.       Pressurized Fluidized Bed Combustion (PFBC) Boiler

Pada tipe Pressurized Fluidized bed Combustion (PFBC), sebuah kompresor memasok udara Forced Draft (FD), dan pembakarnya merupakan tangki bertekanan. Laju panas yang dilepas dalam  bed sebanding dengan tekanan bed sehingga bed yang dalam digunakan untuk mengekstraksi sejumlah besar panas.  Hal ini akan meningkatkan efisiensi pembakaran dan peyerapan sulfur dioksida dalam bed. Steam dihasilkan didalam dua ikatan pipa, satu di bed dan satunya lagi berada diatasnya.  Gas panas dari cerobong    menggerakan turbin  gas pembangkit  tenaga. Sistim PFBC dapat digunakan untuk pembangkitan  kogenerasi  (steam dan listrik) atau pembangkit tenaga dengan siklus gabungan/combined cycle. Operasi combined cycle (turbin gas & turbin uap) meningkatkan efisiensi konversi keseluruhan sebesar 5 hingga 8 persen.

G.      Atmospheric Circulating Fluidized Bed Combustion Boilers (CFBC)

Dalam sistim sirkulasi, parameter bed dijaga untuk membentuk  padatan melayang  dari  bed.  Padatan diangkat pada fase yang relatif terlarut dalam pengangkat padatan, dan sebuah down-comer dengan sebuah  siklon  merupakan aliran  sirkulasi  padatan. Tidak terdapat pipa pembangkit  steam yang terletak dalam bed. Pembangkitandan pemanasan berlebih steam berlangsung di bagian konveksi, dinding air, pada keluaran pengangkat/ riser. 

Boiler CFBC pada umumnya lebih ekonomis daripada boiler  AFBC, untuk penerapannya di industri memerlukan lebih dari 75 – 100 T/jam steam.  Untuk unit yang besar, semakin tinggi karakteristik tungku boiler CFBC akan memberikan penggunaan ruang yang semakin baik, partikel bahan bakar  lebih besar, waktu tinggal bahan penyerap untuk pembakaran yang efisien dan penangkapan  SO₂ yang semakin besar pula, dan semakin mudah penerapan teknik pembakaran untuk pengendalian NOx daripada  pembangkit  steam AFBC.

H.      Stoker Fired Boilers

Stokers diklasifikasikan menurut metode pengumpanan bahan bakar ke tungku dan oleh jenis gratenya. Klasifikasi utamanya adalah spreader stoker dan chain-gate atau traveling-gate stoker.

1)   Spreader stokers

Spreader stokers memanfaatkan kombinasi  pembakaran suspensi  dan pembakaran  grate. Batubara  diumpankan secara kontinyu ke  tungku  diatas  bed pembakaran batubara. Batubara yang halus dibakar dalam suspensi; partikel yang lebih besar akan jatuh ke  grate, dimana batubara ini akan dibakar dalam  bed batubara yang tipis dan pembakaran cepat. Metode pembakaran ini memberikan fleksibilitas yang baik  terhadap fluktuasi beban, dikarenakan penyalaan hampir terjadi  secara  cepat bila laju pembakaran meningkat. Karena hal ini,  spreader stoker  lebih disukai dibanding jenis stoker lainnya dalam berbagai penerapan di industri.

2)   Chain-grate atau traveling-grate stoker

Batubara diumpankan ke ujung grate baja yang bergerak.Ketika gratebergerak sepanjang tungku, batubara terbakar sebelum jatuh pada  ujungsebagai abu. Diperlukan tingkat keterampilan tertentu, terutama bila menyetel grate, damper udara dan baffles, untuk menjamin pembakaranyang 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.

I.         Pulverized Fuel Boiler

Kebanyakan boiler stasiun pembangkit tenaga yang berbahan bakar batubara menggunakan batubara  halus, dan banyak boiler pipa air di industri yang lebih besar juga menggunakan batubara yang  halus. Teknologi ini  berkembangdengan baik dan diseluruh dunia terdapat ribuan unit dan lebih dari 90 persen kapasitas pembakaran batubara merupakan jenis ini.

Untuk batubara jenis bituminous, batubara  digiling  sampai menjadi  bubuk halus, yang berukuran +300 micrometer (µm) kurang dari 2 persen dan yang berukuran dibawah 75 microns sebesar 70-75 persen. Harus diperhatikan bahwa bubuk yang terlalu halus akan memboroskan energi penggilingan.

Sebaliknya, bubuk yang terlalu kasar tidak  akan terbakar sempurna pada ruang pembakaran dan menyebabkan kerugian yang lebih besar karena bahan yang tidak terbakar.  Batubara bubuk dihembuskan dengansebagian udara pembakaran masuk menuju plant boiler melalui serangkaian nosel  burner.  Udara sekunder dan tersier dapat juga ditambahkan.

Pembakaran berlangsung pada suhu dari 1300 - 1700°C,  tergantung pada kualitas batubara. Waktu tinggal partikel dalam boiler biasanya 2 hingga 5 detik, dan partikel harus cukup kecil untuk pembakaran yang sempurna.

Sistim ini memiliki banyak keuntungan seperti kemampuan membakar berbagai kualitas batubara, respon yang cepat terhadap perubahan beban muatan, penggunaan suhu udara pemanas awal yang tinggi dll.  

Salah satu sistim yang paling populer untuk pembakaran batubara  halus adalah pembakaran tangensial dengan menggunakan empat buah  burner  dari keempat sudut untuk menciptakan bola api pada pusat tungku.

J.        Boiler Limbah Panas

Dimanapun tersedia limbah panas pada suhu sedang atau tinggi,  boiler limbah panas dapat dipasang secara ekonomis.  Jika kebutuhan  steam lebih dari  steam yang dihasilkan  menggunakan gas buang panas,  dapat digunakan  burner  tambahan yang menggunakan  bahan bakar.

Jika  steam  tidak langsung dapat digunakan, steam  dapat dipakai untuk memproduksi daya listrik menggunakan generator turbin  uap. Hal ini banyak digunakan dalam pemanfaatan kembali panas dari gas buang dari turbin gas dan mesin diesel.

K.       Pemanas Fluida Termis

Saat ini, pemanas fluida termis telah digunakan secara luas dalam berbagai penerapan untuk pemanasan proses tidak langsung.  Dengan menggunakan  fluida petroleum sebagai media perpindahan panas, pemanas tersebut memberikan suhu yang konstan.  Sistim pembakaran terdiri  dari sebuah  fixed grate dengan susunan  draft mekanis.

Pemanas fluida thermis modern berbahan bakar minyak terdiri dari sebuah kumparan ganda, konstruksi tiga  pass dan dipasang dengan sistim jet tekanan. Fluida termis, yang bertindak sebagai pembawa panas, dipanaskan dalam pemanas dan disirkulasikan melalui peralatan pengguna.  Disini fluida memindahkn panas untuk proses melalui penukar panas,  kemudian  fluidanya dikembalikan ke pemanas. Aliran fluida termis pada ujung pemakai dikendalikan oleh katup pengendali yang dioperasikan secara pneumatis, berdasarkan suhu operasi. Pemanasberoperasi pada api yang tinggi atau rendah tergantung pada suhu minyak yang kembali yang bervariasi tergantung beban sistim.

Keuntungan pemanas tersebut adalah:  

      Operasi sistim tertutup dengan kehilangan minimum dibanding dengan boiler steam.

      Operasi sistim tidak bertekanan bahkan untuk suhu sekitar  250⁰C  dibandingkan kebutuhan tekanan steam 40kg/cm²dalam sistim steam yang sejenis. 

      Penyetelan kendali otomatis, yang memberikan fleksibilitas operasi. 

      Efisiensi termis yang baik  karena tidak adanya kehilangan  panas  yang diakibatkan oleh blowdown, pembuangan kondensat dan flash steam.  

Faktor ekonomi keseluruhan dari pemanas fluida termis tergantung pada penerapan spesifik dan dasar acuannya. Pemanas fluida thermis berbahan bakar batubara dengan kisaranefisiensi panas 55-65 persen merupakan yang paling nyaman digunakan dibandingkan denganhampir kebanyakan boiler.  Penggabungan peralatan pemanfaatan kembali panas dalam gabuang akan mempertinggi tingkat efisiensi termis selanjutnya.

2.2  JENIS WATER TUBE BOILER

Pada water tube boiler, air umpan boiler mengalir melalui pipa-pipa masuk kedalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakar membentuk steam pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan steam dan tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus boiler untuk pembangkit tenaga. Water tube boiler  yang sangat modern dirancang dengan kapasitas steam antara 4.500 – 12.000 kg/jam, dengan tekanan sangat tinggi. Banyak water tube boilers yang dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar minyak bakar dan gas.Untuk water tube yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum dirancang secara paket.

Tipe fire tube boiler pipa air ini memiliki karakteristik : menghasilkan kapasitas dan tekanan steam yang tinggi.

2.3  CARA KERJA TIPE WATER TUBE BOILER

Cara kerja tipe water tube boiler yaitu: proses pengapian terjadi diluar pipa, kemudian panas yang dihasilkan memanaskan pipa yang berisi air dan sebelumnya air tersebut dikondisikan terlebih dahulu melalui economizer, kemudian steam yang dihasilkan terlebih dahulu dikumpulkan di dalam sebuahsteam-drum. Sampai tekanan dan temperatur sesuai, melalui tahap secondary superheater dan  primary superheater baru steamdilepaskan ke pipa utama distribusi. Didalam pipa air, air yang mengalir harus dikondisikan terhadap mineral atau kandungan lainnya yang larut di dalam air tesebut. Hal ini merupakan faktor utama yang harus diperhatikan terhadap tipe ini.

Ø  Karakteristik lain mengenai water tube boilers sebagai berikut:  

      Forced, induced dan balanced draft membantu untuk meningkatkan efisiensi pembakaran.

      Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan air.

      Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi.

2.4  KEUNTUNGAN DAN KERUGIAN WATER TUBE BOILER

Ø  Keuntungan:

      Kapasitas steam besar sampai 450 TPH

      Tekanan operasi mencapai 100 bar

      Nilai effisiensinya relatif lebih tinggi dari fire tube boiler

      Tungku mudah dijangkau untuk melakukan pemeriksaan, pembersihan, dan perbaikan.

Ø  Kerugian:

      Proses konstruksi lebih detail.

      Investasi awal relatif lebih mahal.

      Penanganan air yang masuk ke dalam boiler perlu dijaga, karena lebih sensitif untuk sistem ini, perlu komponen pendukung untuk hal ini.

      Karena mampu menghasilkan kapasitas dan tekanan steam yang lebih besar, maka konstruksinya dibutuhkan area yang luas.