Bahan Kuliah Boiler

SISTEM BOILER CFB

FURNACE

CYCLONE

TO BAGHOUSE

TO FLYASH

SILO

BACK PASS

Sabtu 22 April 2023

BOILERBoiler atau dikenal dengan Ketel Uap, adalah suatu peralatan atau sistem yang bertujuan untuk merubah air menjadi uap yang berguna. Uap yang dihasilkan dapat digunakan sebagai penggerak atau untuk keperluan industri.

Bentuknya merupakan suatu bejana tertutup, dimana kalor dari pembakaran bahan bakar dipindahkan ke air melalui ruang bakar dan bidang bidang pemanas.

2

SEJARAH BOILER• Boiler uap pertama kali ditemukan pada abad pertama oleh

bangsa Alexsandria yang walaupun penggunaannya uapnya belum untuk keperluan yang berguna tetapi hanya untuk pergerakan sebuah mainan. Kemudian pada tahun 1698 seorang kebangsaan Inggris mempatentkan sebuah pompa yang digerakkan oleh tenaga uap.

Hero Engine

3

Klasifikasi Boiler/Ketel Uap secara

umum ada 2 , yaitu :

1. Boiler Pipa Api

2. Boiler Pipa Air

4

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.

5

BOILER PIPA AIR• Pada boiler (Boiler) jenis ini, air berada didalam pipa sedangkan gas panas

berada diluar pipa. Boiler pipa air dapat beroperasi dengan tekanan sangat tinggi (lebih dari 100 Bar).

6

Jenis Jenis Sistem Pembakaran Boiler :

7

• Stoker Type Boiler• Sistem Pulverized• Sistem Fluidized Bed

PT. PLN (PERSERO) SEKTOR PEMBANGKITAN TARAHAN

Listrik Untuk Kehidupan Yang Lebih Baik

8

JENIS – JENIS BOILER COAL FIRED

Stoker Firing(F ixed Bed )

Fluid ized Bed FiringBFB C FB

G a s

Fue l

A ir A sh

Velo city 8 - 1 0 ft/ sec(2 .3 - 3 .0 m / s)

4 - 1 0 ft/ sec(1 .2 - 3 .0 m / s)

A vera ge BedPa rticle Size

6 ,0 0 0 m

Pulverized Firing(En tra in ed Bed )

G a s

Fue lA ir

A sh

1 5 - 3 3 ft/ sec(4 .6 - 1 0 .0 m / s)

5 0 m

G a s

Fue l &So rben t

A ir A sh

1 ,0 0 0 m 1 0 0 - 3 0 0 m

G a s

Fue l &So rben t

A ir A sh

1 5 - 2 3 ft/ sec(4 .6 - 7 .0 m / s)

A ir

Perhitungan kecepatan flue gas (w; m/s) di furnace (typically di top of furnace) berasal dari - Flue gas flow rate (Q; Nm3/h)- Furnace/bed temperature (T; °C) - Pressure di upper section/top of furnace (P; Pa)- Luas area atau cross section dari upper section/top of furnace (A; m2):

w = ( Q/3600 ) x (T+273)/273 x (101300/P) A

STOKER TYPE BOILER• Stoker Type Boiler adalah sistem pembakaran

dengan memasukan bahan bakar padat pada bed pembakaran yang tetap, udara yang digunakan untuk proses pembakaran dengan kecepatan yang kecil, ukuran untuk tipe boiler ini terbatas sehingga kemampuan untuk menghasilkan uap maksimum ± 50,4 kg/s.

• Keuntungan tipe boiler ini adalah dapat merespon secara tiba-tiba perubahan beban dan dapat membakar bahan bakar dalam jumlah besar sekaligus. Bahan metal tipe ini harus mempunyai ketahanan terhadap panas yang tinggi karena pembakaran di ruang bakar melebihi 1093 oC

9

SISTEM PULVERIZED

• Bahan bakar Padat pada Pulverized ini adalah bahan bakar yang berbentuk tepung halus, bahan bakar yang halus seperti tepung ini bercampur dengan udara di burner yang kemudian menuju boiler. Aliran bahan bakar yang menuju furnace boiler bercampur dengan udara dan terbakar di furnace.

• Keuntungan sistem pulverized ini dibandingkan dengan stoker adalah :• Merespon cepat dalam perubahan beban• Menaikkan efisiensi thermal• Kemampuan memasukkan sejumlah besar bahan bakar melalui

burner

10

Pulverized Type

11

SISTEM FLUIDIZED BED

12

Jenis - Jenis Fluidized Bed Boiler



13

PENGERTIAN CFB

- CIRCULATING : Proses sirkulasi bed material dan batubara yang belum habis terbakar dari FURNACE masuk CYCLONE kemudian turun ke SEAL POT dan kembali ke FURNACE.

- FLUIDIZED : Penghembusan udara primer untuk menjaga bed material dan batubara tetap melayang didalam Furnace.

- BED : Material berupa partikel-partikel kecil (pasir kuarsa, bottom ash) yang digunakan sebagai media transfer panas dari pembakaran HSD ke pembakaran Batubara.



14

CIRCULATING FLUIDIZED BED



15

BAGIAN UTAMA BOILER CFB

1. FURNACE Komponen utama: Wall tube, Panel Evaporator, Panel Superheater .

2. CYCLONEKomponen utama : Cyclone, SealPot, Seal Pot Duct.

3. BACKPASS. Komponen utama : Finishing Superheater, Low Temperature Superheater, Economizer, Tubular Air Heater.



16

Pembakaran dengan SOx dan NOx yang rendah Pembakaran yang efisien (tara kalor rendah) Coal dibakar pada bagian `bed of hot material yang

mengambang dan bersirkulasi dalam furnace karena kecepatan udara yang tinggi sehingga menyebabkan fluidisasi pada bed material.

Bed inventory terdiri dari coal fuel, sorbent, inert sand, dan reinjected coal dari cyclone.



17

PROSES PEMBAKARAN BOILER CFB

Coal dan limestone dimasukkan ke dalam Furnace, serta fluidizing air / primary air dari air plenum melalui nozzle grate.

Aliran turbulen menyebabkan coal cepat bercampur dengan limestone secara merata pada bed material. Fluidizing air dan bed temperatur menyebabkan material terbakar dan sirkulasi.

Material yang telah terbakar semakin lama naik ke bagian atas furnace karena massanya berkurang kemudian masuk cyclone separator melalui transition piece, sehingga flue gas dan fly ash terpisah dari material.

Material solid berputar menuju cyclone outlet cone dengan bantuan udara dari fluidizing air blower menuju seal pot dan diinjeksikan kembali ke furnace melalui seal pot return duct.

GAMBAR NOZZLE TARAHAN, TELUK SIRIH, LABUHAN ANGIN dan GENERASI 4

TARAHAN

TELUK SIRIH

TELUK SIRIH

LABUHAN ANGIN GENERASI 4



19

KONTROL PEMBAKARAN BOILER CFB

Pressure drop of primary zone (chamber utama) yang mengindikasikan

density bed material sebagai variabel kontrol yang digunakan untuk

mengontrol bed temperatur.

Pressure drop of secondary zone (chamber bagian atas) mengindikasikan

density upper furnace digunakan untuk mengevaluasi jumlah material.

Bed temperatur sebagai parameter yang dikontrol untuk menghasilkan

pembakaran yang efisien.

Furnace exit gas temperatur di transition piece sebagai variabel kontrol.

Excess air merupakan parameter yang dikontrol.



20

PERBANDINGAN BOILERCFB VS BOILER PC

NO BOILER CFB BOILER PC

1. Temperatur Pembakaran di Furnace rendah (± 850 °C) Low NOx

Temperatur Pembakaran di Furnace tinggi (> 1000 °C)

2. Kadar SOx yang rendah karena menggunakan Limestone

Kadar SOx dan NOx tinggi karena tidak menggunakan Limestone.

3. Ukuran batu bara yang masuk ke Furnace relatif besar ± 6mm

Ukuran batubara yang masuk ke furnace dalam bentuk serbuk halus (±200 mesh).

4. Dapat menggunakan batubara dengan nilai kalor yang rendah.

Umumnya menggunakan batubara dengan nilai kalor yang tinggi.

5. Menggunakan Panel Evaporator dan Panel Superheater didalam Furnace untuk pemanfaatan radiasi panas dari Pembakaran.

Tidak menggunakan Panel Evaporator dan Panel Superheater.

6. Penggunaan StartUp Burner tidak tergantung dari beban (MW) tetapi temperatur Furnace.

Penggunaan StartUp Burner tergantung beban.



21

PROSEDUR OPERASI / START UP

Start Oil Burner

Start Oil Burner + Coal Fired

Coal Fired

530 °C 660 °C

Prosedur Restart pada saat MFT (Master Fuel Trip)

1. MFT + Fan (PA, SA, ID, FA Blower) Trip Repurge

2. MFT Only (Trip Coal Feeder) Temp Furnace ≥ 660 ºC Start Coal Feeder Directly without RepurgeTemp Furnace ≥ 530 ºC Start Oil Burner Directly without RepurgeTemp Furnace < 530 ºC Repurge and Start Oil Burner

Purging



22

DESIGN PERFORMANCE BOILER CFB PLTU TARAHAN

Parameter Units

Load 100 % Rating

Fuel Coal (± 4900 kkal/kg)

Main Steam Flow Ton/hr 351.09

Feedwater Temperature °C 235

Superheater Outlet Temp. °C 541

Superheater Outlet Press. Kg/cm²g 129

Gas temperature Leving Air Heater °C 124

Air temperature Leaving Air Heater, PA/SA °C 233 / 227

Fuel Fired Ton/hr 48.15

Limestone Flow Ton/hr 0.925

Efficiency % 87.95

Excess Air Leaving Economizer % 20



23

SKETSA BOILER CFB PLTU TARAHAN

SEALPOT

SU BURNER

COAL BUNKER

GRAVITY FEEDER

COLD PA

FA BLOWER

LIMESTONE FEEDING

BOILER DRUM

DESUPERHEATER 2

DOWN

COMER

PANEL SUPER HEATER &

EVAPORATOR

REFRACTORY

ECONOMIZER

LOW TEMP. SUPERHEATER

FINISHING SUPERHEATER

DESUPERHEATER 1

MAIN STEAM

FROMBFP

FURNACE

CYCLONE

TO BAGHOUSE

TO FLYASH

SILO

BACK PASS

NOZZLES

ASH SCREWS

TO BOTTOMASH SILO

TUBULAR AIR

HEATER

PA/SA FAN

HOT PA

HOT PA

COLD SA/PA

HOT SA/PA

HOT

SECONDARY

AIR

HOT

SECONDARY

AIR

Tata Letak Boiler

Batubara CFB

Labuhan Angin

24

PRINSIP KERJA CFB BOILER

• Pada furnace boiler tipe CFB kecepatan gas lebih cepat daripada boiler fluidized bed yang sistem bubling. Agar kepadatan yang ada didalam furnace yaitu bed material dapat terangkat, dan mengalir maka diperlukan nilai kecepatan gas minimum agar partikel dapat terangkat dan keluar furnace.

• Pembakaran bahan bakar padat didalam furnace terjadi akibat turbelensi, berbenturan dengan media pembakar yaitu pasir. Sisa bahan bakar padat yang belum terbakar akan sirkulasi melalui cyclone/compact separator.

25

Kecepatan gas pada jenis-jenis boiler

26

Overview Boiler CFB

27

UDARA INDUCE DRAFT FAN

• Induced Draft Fan (IDF) berfungsi sebagai pengatur tekanan di furnace (ruang bakar) agar tetap minus. IDF merupakan double inlet Sentrifugal fan dengan penggerak motor listrik. Selain itu fungsi IDF adalah memindahkan gas pembakaran (gas buang) dan partikel yang menyertainya ke atmosfir melewati precipitator dan cerobong (stack). Aliran yang melalui fan di kontrol dengan mengatur variable inlet vanes (VIV).

28

Induced Draft Fan

29

Fungsi ID Fan adalah :• Mempertahankan furnace pressure negative• Membuang sisa hasil pembakaran (abu) yang

ditangkap oleh Electro Static Precipitator (ESP) menuju cerobong asap (stack/chimney)

• Memberikan kestabilan dan keseimbangan aliran udara dari operasi fan-fan (IDF, HPAF, SAF, PAF)

30

UDARA HIGH PRESSURE AIR FAN

• HPAF merupakan fan tekanan positif dengan low volume yang berfungsi untuk mensirkulasikan kembali bed material yang terbawa dan sisa batubara yang tidak terbakar menuju furnace melalui Solids Return Legs serta sebagai Wall Seal antara compact separator dan furnace. Kelabihan tekanan pada HPF akan dikurangi menuju SAF.

31

High Pressure Air Fan (HPAF)

32

Aliran udara pada HPAF ini mengalir menuju :• Compact Separator, yang fungsinya

memisahkan batubara/bed material berdasarkan beratnya, yang ringan/abu akan terangkat menuju duct flue gas, sedangkan yang masih berat akan kembali ke ruang bakar (furnace).

• Stripper Cooler, yang fungsinya untuk mendorong aliran bottom ash menuju sisi Stripper.

33

UDARA SECONDARY AIR FAN

• SAF merupakan fan tekanan positif yang berfungsi sebagai penyuplai udara untuk menyempurnakan proses pembakaran serta untuk mereduksi pembentukan emisi gas buang yang membahayakan. Secondary air mengalir melalui line pada front wall dan rear wall. Secondary air juga sebagai penyuplai udara panas (hot air) menuju front wall fuel feed air bustle dan udara dingin (cool air) sebagai seal air pada coal feeder untuk menahan tekanan dari coal feeder.

34

Secondary Air Fan (SAF)

35

UDARA PRIMARY AIR FAN• PAF merupakan fan tekanan positif yang berfungsi sebagai

penyuplai udara pembakaran utama yang dipanaskan terlebih dahulu melalui air heater. Baik dalam pembakaran burner menggunakan HSD maupun pembakaran didalam furnace menggunakan batubara. Primary Air dari PAF digunakan untuk menfluidisasi bed material melalui grid nozzle pada lantai furnace (diatas windbox). Selain itu, primary air juga mengalir melalui nozzle pada front wall dan rear wall yang berada diatas nozzle grid floor fluidisasi sebagai penyempurna pembakaran. PAF menyuplai maksimal 65% udara pembakaran. Cool primary air yang diambil sebelum air heater digunakan pada stripper cooler untuk mengumpulkan dan mendinginkan bed ash.

36

Primary Air Fan

37



38

SKETSA BOILER CFB PLTU TARAHAN

SEALPOT

SU BURNER

COAL BUNKER

GRAVITY FEEDER

COLD PA

FA BLOWER

LIMESTONE FEEDING

BOILER DRUM

DESUPERHEATER 2

DOWN

COMER

PANEL SUPER HEATER &

EVAPORATOR

REFRACTORY

ECONOMIZER

LOW TEMP. SUPERHEATER

FINISHING SUPERHEATER

DESUPERHEATER 1

MAIN STEAM

FROMBFP

FURNACE

CYCLONE

TO BAGHOUSE

TO FLYASH

SILO

BACK PASS

NOZZLES

ASH SCREWS

TO BOTTOMASH SILO

TUBULAR AIR

HEATER

PA/SA FAN

HOT PA

HOT PA

COLD SA/PA

HOT SA/PA

HOT

SECONDARY

AIR

HOT

SECONDARY

AIR

Tata Letak Boiler

Batubara CFB

Labuhan Angin

39

PEMBAKARAN

• Proses pembakaran yang terjadi pada boiler CFB dapat dijelaskan sebagai berikut, pasir sebagai bed material pertama kali akan dipanaskan oleh pembakaran burner sampai temperatur bed 600oC. Fungsi pasir adalah sebagai media penyerap panas, penyimpan panas dan pelepas panas. Setelah temperatur bed tercapai 600oC maka batubara dapat dimasukkan secara perlahan-lahan dengan jumlah yang minimum.Kenaikan temperatur harus tetap dijaga maks. 90 oC – 135 oC (tergantung disain pabrikan)

40

Proses pembakaran yang terjadi di furnace

41

SISTEM BAHAN BAKAR MINYAK

• Bahan bakar minyak digunakan ketika awal start boiler (firing) dengan menggunakan Burner. Pembakaran dengan menggunakan minyak ini digunakan sampai unit berbeban sekitar 30 – 40 MW

• Burner dioperasikan juga bila bed temperatur dibawah 760oC, bila temperatur bed dibawah 650oC tidak ada burner yang operasi maka boiler MFT (tergantung disain pabrikan)

43

Purge Permit PLTU Tarahan

44

Burner System PLTU Tarahan

45

Burner System PLTU Tarahan

46

Diagram alir HSD menuju burner

47

Pemasukan batubara menuju furnace

48

SISTEM GAS BUANG• Pada sistem PLTU terdapat sistem yang memanfaatkan dan

mengatur aliran sistem gas buang (flue gas). Gas buang adalah gas sisa hasil pembakaran.

• Gas buang masih memiliki potensi yang dapat dimanfaatkan kembali yaitu temperaturnya, sehingga dapat digunakan sebagai pemanas steam superheater, udara (air heater) dan pemanas air pengisi di economizer.

51

Heat Recovery Area (HRA)

pada Boiler di PLTU Labuhan

angin

52

Sistem Aliran Udara dan Gas Buang

53

ELECTRO STATIC PRECITATOR (ESP)

• ElectroStatic Precipitator (ESP) adalah salah satu alternatif penangkap debu dengan effisiensi tinggi (mencapai diatas 90%) dan rentang partikel yang didapat cukup besar. Dengan menggunakan electro static precipitator (ESP) ini, jumlah limbah debu yang keluar dari cerobong diharapkan hanya sekitar 0,16 % (efektifitas penangkapan debu mencapai 99,84%).

54

Bagian-bagian dari electrostatic precipitator

55

56

Flue gas awalnya bermuatan netral, setelah melalui suatu medan listrik yang terbentuk antara discharge electrode dengan collector plate, fakan terionisasi sehingga partikel debu tersebut menjadi bermuatan negatif (-). Partikel debu yang sekarang bermuatan negatif (-) kemudian menempel pada pelat-pelat pengumpul (collector plate), Debu yang dikumpulkan di collector plate dipindahkan kembali secara periodik dari collector plate melalui suatu getaran (rapping). Debu ini kemudian jatuh ke bak penampung (ash hopper) dan ditransport ke flyash silo

Proses ionisasi

57

Electrostatic precipitator overview

58

Sistem Bag House

59

Sistem Fly Ash

60

Prinsip Sirkulasi Alami pada Boiler

61

Sirkulasi Air dan Uap di Boiler

62

ECONOMIZER• Economizer adalah Heat Exchanger (penukar kalor) yang

dipasang pada saluran air pengisi sebelum air masuk ke Boiler Drum. Konstruksi Economizer berupa sekelompok pipa-pipa kecil yang disusun berlapis-lapis

• Karena temperatur gas panas lebih tinggi dari temperatur air pengisi maka gas panas menyerahkan panas kepada air pengisi 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 lebih lanjut terjadi overheating pada pipa tersebut.

63

BOILER DRUM• Boiler Drum adalah bejana tempat menampung air yang datang

dari Economizer dan uap hasil penguapan dari Tube Wall ( Riser). Kira-kira separuh dari drum berisi air dan separuhnya lagi berisi uap.

• Level air didalam drum harus dijaga agar selalu tetap kira-kira separuh dari tinggi drum. (Steam Flow ≤ Eco Inlet)

• Pengaturan level didalam Boiler Drum dilakukan dengan mengatur besarnya pembukaan Flow Feedwater 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 uap ke turbin dan mengakibatkan kerusakan pada turbin.

64

TUBE WALL (RISER) DAN DOWN COMER

• Selain berfungsi untuk membuat air menjadi uap, tube wall juga mencegah penyebaran panas dari dalam furnace ke udara luar dan untuk lebih menjamin agar panas tersebut tidak terbuang ke udara luar melewati tube wall, maka dibalik tube wall (arah udara luar) dipasang dinding isolasi yang terbuat dari mineral fiber.

• Sedangkan pada down comer merupakan pipa yang berukuran besar, menghubungkan bagian bawah boiler drum dengan lower header. Down comer (pipa turun) tidak terkena panas secara langsung dari ruang bakar. Dan untuk menghindari kerugian panas yang terbuang pada down comer, maka down comer diberi isolasi.

65

Sirkulasi Uap Menuju SuperheaterAliran sirkulasi uap yang terjadi adalah sebagai berikut :

• Uap jenuh dari steam drum dialirkan ke primary superheater. Primary superheater terletak dibagian belakang dari Boiler dan menerima gas relatif dingin. Pipa-pipa biasanya diatur dengan konfigurasi horizontal.

• Uap yang dipanaskan ini selanjutnya mengalir ke secondary superheater yang terletak pada bagian gas sangat panas. Sebagian dari superheater terletak tepat diatas ruang bakar dan menerima panas radiasi langsung dari ruang bakar. Kemudian dari secondary superheater, uap mengalir ke turbin tekanan tinggi.

66

Sirkulasi Air Pengisi Boiler

67

Sirkulasi Air Pengisi Boiler

68

SISTEM AIR PENGISI BOILERTujuan menaikkan suhu air pengisi Boiler adalah :• Menghindarkan thermal stress• Mengurangi kerja Boiler• Menaikkan effisiensi Boiler.

Tujuan menaikkan kemurnian air pengisi adalah mencegah deposit, kerak dan korosi pada pipa pemanas, pipa boiler, suhu turbin.

Tujuan menaikkan tekanan air pengisi Boiler adalah :• Agar tidak menjadi uap• Agar dapat masuk ke boiler drum.

69

SISTEM SOOTBLOWER• Jenis – jenis atau tipe sootblower ini terbagi 3 (tiga), yaitu : Tipe Fully

Retracable,Half Retracable dan Rotary.– Fully Retracable

Fully retracable adalah tipe sootblower yang pipa Sootblowernya berada diluar dan masuk kedalam ketika beroperasi dan setelah itu kembali keluar, berada pada area superheater.– Half Retracable

Half retracable adalah tipe sootblower yang pipa sootblowernya setengah berada didalam dan setengah lagi berada diluar. Pipa tersebut masuk secara keseluruhan kedalam ketika beroperasi dan setelah itu kembali seperti semula, ini berfungsi untuk membersihkan permukaan pipa economizer. – Rotary

Rotary adalah tipe sootblower yang pipa sootblowernya berada didalam ketika beroperasi pipa akan berputar satu putaran penuh, kesemuanya pipa sootblower ini berada di area air heater.

70

Sootblower system

71

Sootblower system

72

Sootblower system

73

SISTEM PEMBUANGAN BOTTOM ASH• SISTEM BOTTOM ASH SCREW

Sistem pembuangan bottom ash dengan menggunakan Ash Screw ini proses kerjanya bottom ash yang mengalir dari furnace terbuang keluar melalui screm yang didinginkan oleh aliran air pendingin.

• SISTEM BOTTOM ASH STRIPPER COOLERSistem pembuangan bottom ash dengan stripper cooler ini memiliki beberapa ruang dalam proses pendinginan bottom ash yang mengalir dari furnace. Ruang tersebut adalah stripper, cooler 1, cooler 2 dan cooler 3. Urutan aliran bottom ash keluar dari furnace menuju stripper kemudian ke cooler 1 setelah itu ke cooler 2 dan terakhir ke cooler 3, ketika proses aliran didalam stripper dan cooler terjadi ash yang ringan akan kembali kedalam furnace.

74

SISTEM PEMBUANGAN BOTTOM ASH

75

Stripper Cooler

76

Bahan Kuliah Boiler

Documents

Transcript of Bahan Kuliah Boiler