Boiler merupakan suatu perangkat mesin yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap. Boiler pada intinya adalah alat pemanas cairan (biasanya air) agar berada diatas titik didihnya sehingga air tersebut menguap. Proses memproduksi uap ini disebut “Steam Raising” (Pembuat Uap). Boiler sering disebut sebagai “Steam Generator” yang artinya pembangkit uap atau ketel uap. Boiler adalah jenis bejana tertutup dimana masa 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. 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. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan 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 peralatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar agar menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem. Air yang disuplai ke boiler untuk diubah menjadi steam disebut air umpan. Dua sumber air umpan adalah kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses, dan air make up (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar ruang boiler dan plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang (Djokosetyardjo 1990)

Klasifikasi boiler secara umum dibagi menjadi dua yaitu, Boiler pipa api dan Boiler pipa air. Jenis Boiler pipa api banyak digunakan oleh industri yang memerlukan tekanan uap yang relatif rendah sampai sedang. Fire tube boiler kompetitif untuk kecepatan steam sampai 12.000/kg dengan tekanan sampai 18 kg/cm². Fire tube boilers dapat menggunakan bahan bakar minyak bakar, gas atau bahan bakar padat dalam operasinya. Sedangkan jenis pipa air digunakan oleh industri/pembangkit listrik yang memerlukan tekanan uap yang tinggi. Water tube boiler yang sangat modern dirancang dengan kapasitas steam antara 4.500-12.000 kg/jam, dengan tekanan sangat tinggi. Water tube boiler dapat menggunakan bahan bakar minyak bakar, gas dan padat.

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. Pada boiler jenis pipa air ini, air berada didalam pipa sedangkan gas panas berada diluar pipa. Boiler pipa air dapat beroperasi dengan tekanan sangat tinggi (lebih dari 100 Bar).

Secara umum, komponen pada boiler dibagi menjadi 2 bagian yaitu komponen utama dan komponen pendukung. Komponen utama terdiri dari ruang pembakaran (furnace), drum air dan drum uap, pemanas lanjut (super heater), air heater, dust collector dan sloot blower. Furnace adalah dapur sebagai penerima panas bahan bakar untuk pembakaran, yang terdapat fire gate di bagian bawah sebagai alas bahan bakar dan yang sekelilingnya adalah pipa-pipa air ketel yang menempel pada dinding tembok ruang pembakaran yang menerima panas dari bahan bakar secara radiasi, konduksi, dan konveksi. Drum air terletak pada bagian bawah yang berisi dari tangki kondensat yang dipanaskan dalam daerator, disamping itu berfungsi sebagai tempat pengendapan kotoran-kotoran dalam air yang dikeluarkan melalui proses blowdown. Drum uap terletak pada bagian atas yang berisi uap yang kemudian disalurkan ke steam header. Super heater adalah bagian-bagian ketel yang berfungsi sebagai pemanas uap, dari saturated steam (±250°C) menjadi super heated steam (±360°C). Air heater adalah alat pemanas udara penghembus bahan bakar. Dust collector adalah alat pengumpul abu atau penangkap abu pada sepanjang aliran gas pembakaran bahan bakar sampai kepada gas buang. Soot blower adalah alat yang berfungsi sebagai pembersih jelaga atau abu yang menempel pada pipa-pipa (Djokosetyardjo 1990)

Komponen pendukung dari boiler terdiri dari air pengisi ketel (boiler feed water), dearator, high pressure feed water pump, induced draft fan, Force draft fan, secondary fan, conveyor, dan cerobong asap. Air pengisi ketel (boiler feed water) didapatkan dari 2 sumber yaitu : air kondensat, didapatkan dari hasil pengembunan uap bekas yang telah digunakan sebagai pemanas pada evaporator, juice heater dan vacuum pan. Air condensate ini ditampung dan kemudian dialirkan ke station boiler sebagai air umpan pengisi ketel dengan persyaratan Ph: 8,5, Iron (ppm) : 0,002, Oxygen (ppm) : 0,02. Dearator merupakan pemanas air sebelum dipompa kedalam ketel sebagai air pengisian. Media pemanas adalah exhaust steam pada tekanan ± 1 kg/cm2 dengan suhu ±

150°C, sehingga didapatkan air pengisian ketel yang bersuhu antara 100°C-105°C. Fungsi utamanya adalah menghilangkan oksigen (O₂) dan untuk menghindari terjadinya karat pada dinding ketel. High pressure feed water pump berfungsi untuk melayani kebutuhan air pengisi ketel yang dijadikan uap, sampai dengan kapasitas ketel yang maksimum, sehingga ketel uap akan dapat bekerja dengan aman. Kapasitas pompa harus lebih tinggi dari kapasitas ketel, minimum 1,25 kali, tekanan pompa juga harus lebih tinggi dari tekanan kerja ketel, agar dapat mensupply air kedalam ketel. Induced Draft Fan (I.D.F) Alat bantu ketel yang berfungsi sebagai penghisap gas asap sisa pembakaran bahan bakar, yang keluar dari ketel. Force Draft Fan (F.D.F) merupakan alat bantu ketel yang berfungsi sebagai penghembus bahan bakar. F.D.F. ini dijalankan apabila I.D.F. sudah dijalankan terlebih dahulu. Udara yang dihembuskan oleh F.D.F. dilewatkan melalui air heater terlebih dahulu, supaya mendapatkan udara penghembus bersuhu tinggi antara 250°C-350°C. Secondary Fan merupakan alat bantu ketel yang berfungsi sebagai alat penghembus pembakaran bahan bakar yang kedua sebagai pembantu F.D.F. untuk mendapatkan pembakaran yang lebih sempurna lagi. Conveyor merupakan alat pembawa atau pengangkut abu dari sisa-sisa pembakaran bahan bakar, baik yang dari rangka bakar (fire grate) ataupun juga dari alat-alat pengumpul abu (dust collector), untuk dibuang dan diteruskan ke kolam penampungan dan akan di angkut oleh truck sebagai kompos. Cerobong asap (Chimney) berfungsi untuk membuang udara sisa pembakaran (Djokosetyardjo 1990)

Boiler pipa air dan pipa api memiliki prinsip kerja yang hampir sama. Pada boiler pipa air, air pengisi ketel dipompa masuk ke deaerator untuk mengeluarkan gas oksigen yang terikut, kemudian masuk lagi ke drum atas, dari drum atas, air disirkulasikan ke drum bawah dan ke seluruh header (side header, front header, rear header) dengan pipa penyalur (down comer tube). Disekeliling ruang bakar dipasang pipa penguap atau pemanas yang disebut wall tube, pipa-pipa ini dihubungkan antara header dengan drum atas sehingga air yang terkumpul diseluruh header akan menguap dan uap akan langsung terkumpul di drum atas. Demikian juga dianatara drum bawah dan drum atas dipasang pipa-pipa penguap yang memenuhi ruangan itu dan diberi nama steam generating tube, sehingga air di drum bawah akan diuapkan oleh pipa ini dan uap langsung mengalir ke drum atas. Pada saat air dipanaskan dalam generating tube, gelembung uap terbentuk dan campuran antara uap air dan air yang dipanaskan naik karena berat air dari down comers mendesak campuran uap dan air tersebut ke atas sehingga terjadi sirkulasi. Untuk menjaga agar sirkulasi berjalan dengan baik maka perlu dijaga level air yang diharuskan pada drum atas selama ketel beroperasi. Air pengisi yang masuk melalui drum atas yang biasanya dibawah

temperatur didih diarahkan ke down comers untuk mencegah terbawanya gelembung uap ke dalam down comers dimana dapat mengganggu jalannya sirkulasi alami. Seluruh uap yang dihasilkan oleh pipa-pipa penguap di atas terkumpul di drum atas dan di dalam drum atas ini uap dipisahkan dari kandungan airnya dengan pemisah steam separator dan uapnya dinamakan uap jenuh (saturated steam) sedangkan uap jenuh dari drum atas dipanaskan lanjut ke pamanas uap lanjut (super heater). Super heater ini terdiri dari pipa-pipa yang dipanaskan oleh gas hasil pembakaran dibagian luarnya dan di dalamnya dialirkan uap jenuh shingga diperoleh uap panas lanjut (superheated steam), uap inilah yang dihasilkan oleh ketel uap untuk menggerakkan turbin uap dan untuk kebutuhan suplesi uap untuk proses. Proses pembentukan uap yaitu dengan menguapkan air di dalam ketel. Air yang digunakan harus diupayakan air murni. Air yang tidak murni akan dapatmenyebabkan berbagai keburukan di dalam ketel (Silalahi abel)

Prinsip kerja boiler pipa api ini yaitu pengubahan dan pemnidahan energi yang dikandung bahan bakar menjadi energi yang dikandung uap air. Proses pelepasan energi bahan bakar dilakukan dengan cara mereaksikan bahan bakar dengan oksien yang diambil dari udara. Pencampuran antara unsur-unsur yang dapat terbakar pada bahan bakar dengan oksigen akan menyebabkan terlepasnya energi yang dikandung bahan bakar. Energi tersebut akan menaikkan tingkat energi gas asap sehingga temperatur gas tersebut naik. Kenaikan temperatur gas yang tinggi menyebabkan terjadinya perpindahan energi panas, baik radiasi maupun konveksi dari gas asap kedinding air. Energi tersebut diperlukan untuk menaikkan temperatur air menjadi uap. Gas asap yang telah melepaskan energi mengalami penurunan temperatur. Air yang telah diolah di water treatment plant (WTP) yang memiliki konduktifitas nol dan kandungan SiO₂ rendah, biasanya disebut demineralisasi water. Demineralisasi water masuk ke dalam deaerator untuk menghilangkan gas 0₂ yang dapat menimbulkan pengkaratan. Di dalam daearator, air dijatuhkan dari atas dan uap dialirkan ke atas agar pemanasan berlangsung efektif. Air yang telah dipanaskan dialirkan ke dalam boiler untuk dinaikkan temperaturnya dan dijadikan uap. Udara yang diperlukan untuk pembakaran diambil dari ruangan sekitar oleh blower. Udara tersebut kemudian dialirkan ke masing-masing burner dan dicampur dengan bahan bakar dengan komposisi tertentu (Hamonangan 2012).

Hamonangan S. 2012. Water Tube Boiler. Medan : Politeknik Negeri Medan

Djokosetyardjo 1990. Ketel uap. Jakarta : pradnya paramita

Silalahi abel. Ketel uap feed water and water boiler. Malang : ITN