Ketel Uap

1.      Pengertian Ketel Uap

Ketel uap merupakan gabungan yang kompleks dari pipa-pipa penguapan (evaporator), pemanas lanjut (superheater), pemanas air (ekonomiser) dan pemanas udara (air heater). Pipa-pipa penguapan (evapurator) dan pemanas lanjut (superheater) mendapat kalor langsung dari proses pembakaran bahan bakar, sedangkan pemanas air (economiser) dan pemanas udara (air heater) mendapat kalor dari sisa gas hasil pembakaran sebelum dibuang ke atmosfer.

Ketel uap adalah sebuah alat untuk menghasilkan uap, dimana terdiri dari dua bagian yang penting yaitu: dapur pemanasan, dimana yang menghasilkan panas yang didapat dari pembakaran bahan bakar dan boiler proper, sebuah alat yang mengubah air menjadi uap. Uap atau fluida panas kemudian disirkulasikan dari ketel untuk berbagai proses dalam aplikasi pemanasan.

Uap yang dihasilkan bisa dimanfaatkan untuk:

a.       mesin pembakaran luar seperti: mesin uap dan turbin

b.      suplai tekanan rendah bagi kerja proses di industri seperti industri pemintalan, pabrik gula dan sebagainya

c.       menghasilkan air panas, dimana bisa digunakan untuk instalasi pemanas bertekanan rendah.

2.      Komponen Ketel Uap

Komponen sistem ketel uap terdiri dari komponen utama dan komponen bantu yang masing-masing memiliki fungsi untuk menyokong prinsip kerja ketel uap.

Keterangan:

1. Dearator
2. Bagasse distribution conveyor
3. Dapur (furnace)
4. Superheated steam valve
5. Air heather
6. Induced Draft Fan (I.D.F)
7. Cerobong asap (chimney)
8. Secondary fan

Komponen utama ketel uap terdiri dari:

a.      Ruang Pembakaran (Furnace)

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.

b.      Drum Air dan Drum Uap

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.

c.       Pemanas Lanjut (Super Heater)

Super heater adalah bagian-bagian ketel yang berfungsi sebagai pemanas uap, dari saturated steam(±250°C) menjadi super heated steam (±360°C).

d.      Air Heater

Air heater adalah alat pemanas udara penghembus bahan bakar.

e.       Dust Collector

Dust collector adalah alat pengumpul abu atau penangkap abu pada sepanjang aliran gas pembakaran bahan bakar sampai kepada gas buang.

f.       Soot blower

Soot blower adalah alat yang berfungsi sebagai pembersih jelaga atau abu yang menempel pada pipa-pipa.

Sedangkan untuk komponen bantu dalam sistem ketel uap antara lain:

a.       Air pengisi ketel (boiler feed water)

Air pengisi ketel didapatkan dari 2 sumber yaitu: air condensate, didapatkan dari hasil pengembunan uap bekas yang telah digunakan sebagai pemanas pada evaporator, juice heater dan vacuum pan. Air condensateini 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

b.      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.

c.       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.

d.      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.

e.       Induced Draft Fan (I.D.F)

Alat bantu ketel yang berfungsi sebagai penghisap gas asap sisa pembakaran bahan bakar, yang keluar dari ketel.

f.       Force Draft Fan (F.D.F)

Merupakan alat bantu ketel yang berfungsi sebagai penghembus bahan bakar.

g.      Cerobong asap (Chimney)

Berfungsi untuk membuang udara sisa pembakaran. Diameter cerobong  berkisar berukuran 3 m dan tinggi cerobong  40 m, ini berbeda setiap industri.

h.      Ash 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 ini biasanya digunakan sebagai kompos diperkebunan tebu.

3.   Prinsip Ketel Uap

Boiler atau  ketel uap adalah suatu perangkat mesin yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap. Proses perubahan air menjadi uap terjadi dengan memanaskan air yang berada didalam pipa-pipa dengan memanfaatkan panas dari hasil pembakaran bahan bakar. Pembakaran dilakukan secara kontinyu didalam ruang bakar dengan mengalirkan bahan bakar dan udara dari luar.

Uap yang dihasilkan boiler adalah uap superheat dengan tekanan dan temperatur yang tinggi. Jumlah produksi uap tergantung pada luas permukaan pemindah panas, laju aliran, dan panas pembakaran yang diberikan. Boiler yang konstruksinya terdiri dari pipa-pipa berisi air disebut dengan water tube boiler.

 

Pada unit pembangkit, boiler juga biasa disebut dengan steam generator (pembangkit uap) mengingat arti kata boiler hanya pendidih, sementara pada kenyataannya dari boiler dihasilkan uap superheat bertekanan tinggi.

Siklus Air di Boiler

Siklus air merupakan suatu mata rantai rangkaian siklus fluida kerja. Boiler mendapat pasokan fluida kerja air dan menghasilkan uap untuk dialirkan ke turbin. Air sebagai fluida kerja diisikan ke boiler menggunakan pompa air pengisi dengan melalui economiser dan ditampung didalamsteam drum.

Economiser adalah alat yang merupakan pemanas air terakhir sebelum masuk ke drum. Di dalam economiser air menyerap panas gas buang yang keluar dari superheater sebelum dibuang ke atmosfir melalui cerobong.

 

Peralatan yang dilalui dalam siklus air adalah drum boiler, down comer, header bawah (bottom header), dan riser. Siklus air di steam drum adalah, air dari drum turun melalui pipa-pipadown comer ke header bawah (bottom header). Dari header bawah air didistribusikan ke pipa-pipa pemanas (riser) yang tersusun membentuk dinding ruang bakar boiler. Didalam riser air mengalami pemanasan dan naik ke drum kembali akibat perbedaan temperatur.

Perpindahan panas dari api (flue gas) ke air di dalam pipa-pipa boiler terjadi secara radiasi, konveksi dan konduksi. Akibat pemanasan selain temperatur naik hingga mendidih juga terjadi sirkulasi air secara alami, yakni dari drum turun melalui down comer ke header bawah dan naik kembali ke drum melalui pipa-pipa riser. Adanya sirkulasi ini sangat diperlukan agar terjadi pendinginan terhadap pipa-pipa pemanas dan mempercepat proses perpindahan panas. Kecepatan sirkulasi akan berpengaruh terhadap produksi uap dan kenaikan tekanan serta temperaturnya.

Selain sirkulasi alami, juga dikenal sirkulasi paksa (forced circulation). Untuk sirkulasi jenis ini digunakan sebuah pompa sirkulasi (circulation pump). Umumnya pompa sirkulasi mempunyai laju sirkulasi sekitar 1,7, artinya jumlah air yang disirkulasikan 1,7 kali kapasitas penguapan. Beberapa keuntungan dari sistem sirkulasi paksa  antara lain :

a.       Waktu start (pemanasan) lebih cepat

b.      Mempunyai respon yang lebih baik dalam mempertahankan aliran air ke pipa-pipa pemanas pada saat start maupun beban penuh.

c.       Mencegah kemungkinan terjadinya stagnasi pada sisi penguapan

4.   Jenis-jenis Ketel Uap

Klasifikasi ketel uap ada beberapa macam, untuk memilih ketel uap harus mengetahui klasifikasinya terlebih dahulu, sehingga dapat memilih dengan benar dan sesuai dengan kegunaannya di industri. Karena jika salah dalam pemilihan ketel uap akan menyababkan penggunaan tidak akan maksimal dan dapat menyebabkan masalah dikemudian harinya.

Klasifikasi ketel uap :

•Berdasarkan fluida yang mengalir dalam pipa

•Berdasarkan pemakaiannya

•Berdasarkan letak dapur (furnace posisition )

•Berdasarkan jumlah lorong (boiler tube )

•Berdasarkan pada porosnya tutup drum (shell)

•Berdasarkan bentuk dan letak pipa

•Berdasarkan peredaran air ketel ( water circulation )

•Berdasarkan tekanan kerjanya

•Berdasarkan kapasitasnya

•Berdasarkan pada sumber panasnya (heat source )

a.      Berdasarkan fluida yang mengalir dalam pipa

1)      Ketel Pipa api ( Fire tube boiler )

Pada ketel pipa api, gas panas melewati pipa-pipa dan air umpan ketel ada di dalam shell untuk dirubah menjadi steam. Ketel pipa api dapat menggunakan bahan bakar  minyak bakar, gas atau bahan bkar padat dalam operasinya.

2)      Ketel pipa air ( water tube boiler )

Pada ketel pipa air, air diumpankan boiler melalui pipa-pipa masuk kedalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakaran membentuk steam pad daerah uapdalam drum. Ketel ini dipilih jika kebutuhan steam dan tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus ketel untuk pembangkit tenaga.
untuk ketel pipa air yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum dirancang secara paket. Karakteristik ketel pipa air sebagai berikut:

·         Fored, 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.

     

b.      Berdasarkan pemakaiannya

1)      Ketel stasioner ( stasionary boiler ) atau ketel tetap

Ketel uap stasioner adalah ketel-ketel yang didudukan pada suatu pondasi yang tetap, seperti ketel untuk pembangkitan tenaga, untuk industri dll

2)      ketel mobil ( mobile boiler ), ketel pndah / portable boiler

Ketel mobil adalah ketel yang dipasang pada pondasi yang berpindah-pindah (mobil ), seperti boiler lokomotif, loko mobile dan ketel panjang serta lain yan sepertinya termasuk ketel kapal ( marine boiler ).