tke boiler

1

2

PENTINGNYA KONSERVASI ENERGI PADA BOILER

Boiler adalah peralatan pengguna energi paling intensif di sebagian besar industri

Efisiensi peralatan senantiasa berubah terhadap beban operasi

Konsumsi energi pada alat konversi ini merupakan salah satu faktor biaya produksi yang cukup signifikan

Biaya energi semakin mahal

3

Kurangnya perhatian terhadap perlunya perbaikan-perbaikan yang potensial

Kurangnya kesadaran akan pentingnya penerapan teknologi konservasi energi yang baru

Kurangnya kesadaran akan keuntungan finansial yang akan diperoleh apabila boiler dioperasikan secara optimal

Rendahnya prioritas yang diberikan untuk penghematan energi dibandingkan dengan peningkatan investasi untuk produksi

PENYEBAB PENGOPERASIAN BOILERPENYEBAB PENGOPERASIAN BOILERDENGAN EFISIENSI RENDAHDENGAN EFISIENSI RENDAH

4

Boiler Pipa Api (Boiler Pipa Api (Fire/shell Tube BoilerFire/shell Tube Boiler))

Air mengalir melalui shell dan menerima panas dari gas pembakaran yang mengalir melalui susunan pipa api

Tekanan operasi standar max. 250 psi (16 bar), umumnya kurang dari 7 ton/jam

Konstruksi relatif sederhana dan umumnya kokoh serta relatif murah

Keuntungan lain, fleksibel terhadap perubahan beban secara cepat

Kekurangan, lambat dalam mencapai tekanan operasi pada start dingin

Jenis Jenis Boiler

5

Boiler Pipa Air (Boiler Pipa Air (Water Tube BoilerWater Tube Boiler))

Air mengalir di dalam susunan pipa dan menerima panas dari luar pipa

Tekanan operasi dapat lebih dari 24 bar, atau kapasitas bisa lebih dari 20MW

Cocok untuk produksi uap superheated dengan jumlah besar

Karena konstruksinya untuk beban besar, relatif lebih mahal

Jenis Jenis Boiler

6

Apa itu pembakaran ?

Proses/reaksi kimia antara bahan bakar dengan Oksigen (O2) dari udara.

Hasil pembakaran

Utama : Karbondioksida (CO2), uap air (H2O) dan disertai energi panas

Lainnya : Karbonmonoksida (CO), abu (ash), Nox, atau sulfur (S) bergantung pada jenis bahan bakar

C + O2 dari bahan bakar dari udara

CO2 + panas

2H2 + O2 dari bahan bakar dari udara

2H2O + panas

Bahan bakar + Jumlah udara teoritis Karbondioksida + Uap air +Nitrogen dan gas-gas lainnya(kecuali Oksigen)

pembakaranstoikiometrik

PRINSIP PEMBAKARANPRINSIP PEMBAKARAN

7

Rasio Udara (Air Ratio) danUdara Berlebih (Excess Air)

Bagaimana menilai suatu pembakaran berlangsung efisien atau tidak ?

Dapat diketahui dari angka perbandingan antara jumlah udara aktual denganjumlah udara teoritisnya. Atau dengan melihat seberapa besar kelebihan udaraaktual dari kebutuhan udara teoritisnya (dalam %).

Untuk mengetahui jumlah udara aktual harus diketahui kandungan O2 atau CO2 dalam gas buang(%volume, basis kering) melalui pengukuran, sedangkan udara teoritis tergantung bahanbakar.

Rasio Udara = (Jumlah udara pembakaran aktual)

(Jumlah udara pembakaran teoritisnya)

( 21 )

( 21 - %O2 ) =

% Excess Air = %O2

21 - %O2 X 100%

Jumlah udara aktual tergantung pada faktor-faktor berikut :

• Jenis bahan bakar dan komposisinya• Disain ruang bakar (furnace)• Kapasitas pembakaran atau firing rate (optimum: 70-90%)• Disain dan pengaturan burner

8

Komposisi

Deficient Air Excess Air

CO2

CO

1 2 3 4

O2

5

Hubungan Antara Excess Air, CO2, O2, dan CO dalam Flue Gas

10

Profil PembakaranProfil PembakaranDi Dalam BoilerDi Dalam Boiler

A

Bahan bakar

Udara

CO2

Uap Air

N2

Rasioideal

Perpindahan panasideal/ teoritis

Panas hilangideal B

Bahan bakar

Udara lebih

CO2

Uap Air

N2

Rasiooptimum

Perpindahan panasmaksimum

Panas hilangminimum

C

Bahan bakar

Udara berlebih

Panas hilangbersama udaraberlebih

CO2Uap Air

O2

N2

Perpindahan panastidak merata

D

Bahan bakar

Udara kurang

Panas hilangbersama bahanbakar tak terbakar

Bahanbakartak terbakar

Uap AirCO2

CO

N2

Perpindahan panasberkurang

<O2

11

Komposisi Oksigen Dan KarbondioksidaPada Gas Buang

BAHAN BAKAR O2 (%) CO2 (%)

LNG 1.5 10Minyak (BBM) 2 12Minyak No. 6 2.5 12.5Batubara 3.5 13.5Ampas tebu 4 17Kayu bakar 4 18

KOMPOSISI YANG DIREKOMENDASIKAN PADA GAS BUANG

KOMPOSISI UDARA PEMBAKARAN

% volume % berat

Oksigen 20.9 23.2Nitrogen 79.1 76.8

12

BURNERBURNER

Nyala api yang stabil

Pembakaran yang lengkap

Pengontrolan yang baik

Perlindungan dari pengoperasian yang berbahaya

Unjuk kerja yang tetap konsisten

SASARAN YANG DIHARAPKAN :

PENGERTIAN :

Suatu alat untuk mensuplai udara dan bahan bakar ke dalam suatu daerah (zone) pembakaran, sehingga bisa terjadi reaksi pembakaran

Liquid fuel burner

Gas burner

Pulverized coal burner

3 (TIGA) JENIS BURNER :

13

Gas Burner

14

Liquid Fuel Burner

15

Pulverized Coal Burner

16

METODA LANGSUNG (direct method)

Efisiensi (%) =Panas berguna dalam uap x 100

Energi total dalam bahanbakar

METODA TAK LANGSUNG (indirect method)

Efisiensi (%) = 100% -Rugi-rugi/Panas hilang) (%)

Rasio antara panas yang diambil oleh air untuk berubah menjadi uap, dengan energitotal yang terdapat dalam bahanbakar yang dibakar.

DEFINISI :

EFISIENSI BOILEREFISIENSI BOILER

17

Bahanbakar

Uap Gas buang

Blowdown

combustible ash

radiasi dankonveksi

100%heat

75% 18%

3%

4%

Boiler

Efisiensi 75%

Panas yang terbawa keluar oleh gas buang, tanpa uap air (dry flue gas loss) Panas yang terbawa keluar oleh uap air panas, termasuk panas sensibel dan laten Komponen bahanbakar yang tak terbakar dan produk pembakaran tak sempurna, termasuk solid-ash combustible dan CO dalam gas buang Kehilangan panas dari dinding boiler melalui isolasi (radiasi dan konveksi) Panas yang terbawa keluar bersama air blowdown

Rugi-Rugi/Panas Hilang

18

Rugi-Rugi Efisiensi

Tingkat Pembebanan (%)

0 20 40 60 80 1000

5

10

Ru

gi-

rug

i Efi

sien

si (

%)

15

20

25

30

Gas dapat bakar/Combustibles (CO) Radiasi + Konveksi

Dry Flue Gas

Flue Moisture

Rugi EfisiensiTotal

19

Rugi Efisiensi Boiler KarenaPeningkatan Temperatur Flue Gas

4

Ru

gi E

fisi

ensi

(%

)

6

8

10

2

0

Peningkatan Temperatur Flue gas (oC)

0 50 100 150 200

20

Kehilangan Panas Radiasi & Konveksi

pada Permukaan Datar Boiler

Ru

gi P

anas

(kW

/m2)

5

0

Perbedaan Temperatur Dalam-Luar (oC)

0 100

20

25

30

35

200 300 400 500 600

10

15

21

Pengaturan Air Blowdown

Proses penguapan air dalam boiler menimbulkan endapan padat CaCO3 dan CaCO4.Endapan padat tersebut harus dihindari agar tidak menyumbat pipa-pipa boiler.

Jumlah endapan dapat dikurangi dengan membuang keluar (blowdown) bersama air,namun blowdown harus diatur sesuai ukuran, sebab apabila berlebihan dapat mening-katkan jumlah kehilangan energi.

% Blowdown = Sf

Sb - Sf x 100%

Sf = TDS dalam air umpan (ppm) atau mg/l

Sb = TDS max. dalam air boiler (ppm) atau mg/l

PETUNJUK TDS

Tekanan pada Total Total Endapan

outlet boiler padatan Alkalinitas padatpsig bar ppm ppm ppm

0 - 300 0 - 20 3,500 700 300301 - 450 21 - 30 3,000 600 250451 - 600 31 - 40 2,500 500 150601 - 750 41 - 50 2,000 400 100751 - 900 51 - 60 1,500 300 60901 - 1000 61 - 67 1,250 250 401001 - 1500 68 - 100 1,000 200 201501 - 2000 101 - 133 750 150 10

>= 2001 >= 134 500 100 5

22

Efek Laju Air BlowdownTerhadap Pemborosan Bahan Bakar

2

Bah

anb

akar

Ter

bu

ang

(%

)

3

4

1

0

Blowdown (%)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

3.5 barg

7 barg

10.5 barg

14 barg

Temperatur Air Umpan 15.5oC

% Bahanbakar Terbuang = % Rugi Efisiensi

23

Pemborosan Bahan Bakar Karena Endapan Kerak di Pipa Air

4Bah

anb

akar

Ter

bu

ang

(%

)

6

8

2

0

Ketebalan Endapan Kerak (inchi)

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12

10

12

14

16

24

Rugi-Rugi/Panas Hilangdan Strategi

Pengendaliannya

No Panas Hilang Sumber Kontrol Operasi Kontrol Investasi

1 Panas laten uap air Hidrogen dalambahanbakar

Tidak berarti Mengganti bahanbakar

2 Panas sensibel darigas buang

Temperatur gasbuang

Kurangi udara lebih Panas gas buang direcovery

3 Bahanbakar tak ter-bakar (CO, abu)

Pembakaran taksempurna

Setel burner kembali,atur excess air

Kontrol pembakaran de-ngan sistem burner baru

4 Radiasi Radiasi panas mela-lui permukaan boiler

Tidak ada Perbaiki/atau isolasi ke-mbali permukaan boiler

5 Blowdown % Blowdown • Menjaga TDS air um- pan dan air boiler pd. jumlah optimumnya• Mengatur laju air blowdown

• Memanfaatkan steam flash

• Panas blowdown di recovery

25

Upaya-Upaya Penghematan Upaya-Upaya Penghematan EnergiEnergi

1. Penurunan Excess Air & Temperatur Flue Gas

2. Pemanfaatan Panas Buang

3. Blowdown Heat Recovery

4. Penghematan Bahan Bakar Boiler Melalui Pemanfaatan Kembali Kondensat

5. Mengontrol Suhu Cerobong

6. Mengontrol Pembakaran

7. Meminimalkan Kehilangan Panas karena Radiasi dan Konveksi

8. Kontrol Variasi Kecepatan untuk Fan, Blower and Pompa

9. Memaksimalkan Beban Boiler

10.Penggantian Boiler

26

1. Perbaikan Efisiensi Boiler Melalui Penurunan Excess Air & Temperatur Flue Gas

Temperatur Flue Gas (oC)

0

60Efi

sien

si (

%)

70

80

90

100

0 100 200 300 400 500

50

40

Excess Air (%) 0

50 100 150

Kontrol Udara Berlebih :

• Diperlukan untuk menjamin kesempurnaan pembakaran

• Pembakaran sempurna membutuhkan jumlah udara berlebih yang tepat

27

2. Pemanfaatan Panas Buang

Flue Gas Heat Recovery (Feed Water Preheating)

28

Grafik Perbaikan Efisiensi Boiler Melalui

Feed Water Preheating

4

Per

bai

kan

Efi

sien

si (

%)

6

8

10

12

2

0

Temperatur Preheat Air Umpan (oC)

0 10 20 30 40 50 60

29

Temperatur Titik Embun AsamVs Kandungan Sulfur

40

60

80

100

Dew

po

int

asam

(oC

)

0.0

Sulfur dalam Bahanbakar (%)

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

120

140

160

180

30

Flue Gas Heat Recovery (Air Preheating)

31

Flue Gas Heat Recovery (Recuperator)

Convection Type Convection & Radiation Type

32

GrafikPerbaikan Efisiensi Boiler Melalui Pemanasan Awal Udara

Pembakaran dengan Air Preheater

2

Per

bai

kan

Efi

sien

si (

%)

3

4

5

6

1

0

Temperatur Preheat Udara Pembakaran (oC)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

33

3. Blowdown Heat Recovery

34

4. Penghematan Bahan Bakar Boiler Melalui Pemanfaatan Kembali Kondensat

0

2

4

6

Pen

gh

emat

an B

ahan

bak

ar (

%)

0Temperatur Kondensat (oC)

20

40 60 80 100

8

10

12

14

25

50

75

100

% Kondensat kembali

35

5. Mengontrol Suhu Cerobong

Jika suhu > 200°C terdapat potensi untuk pemanfaatan panas buangan

6. Mengontrol Pembakaran

7. Meminimalkan Kehilangan Panas karena Radiasi dan Konveksi

a. Mengurangi pembakaran tidak sempurna yang dapat disebabkan kurangnya suplai udara, kelebihan bahan bakar atau kurang baiknya distribusi bahan bakar

b. Mengontrol udara berlebih agar pembakaran mencapai kondisi optimum

a. Kehilangan panas ini terjadi pada melalui dinding boiler

b. Dapat diturunkan dengan memperbaiki isolasi

36

8. Kontrol Variasi Kecepatan untuk Fan, Blower and Pompa

Penggunaan damper untuk beban boiler yang bervariasi sebaiknya diganti dengan menggunakan VSD (Variable Speed Drive)

9. Memaksimalkan Beban Boiler

Jika beban optimum boiler hanya 65 % dari beban maksimum, dapat dilakukan penggabungan sehingga beban boiler maksimum

10. Penggantian Boiler Layak dilakukan jika boiler yang ada sudah tua dan tidak efisien; tidak memungkinkan untuk diganti bahan bakarnya dengan bahan bakar yang lebih efisien; ukurannya terlalu kecil atau terlalu besar dari kebutuhan; dan tidak dirancang untuk kondisi beban ideal

37

TERIMA KASIH