DASAR PENGETAHUAN BOILER

1.1.    Definisi Ketel Uap (Boiler)

Ketel uap merupakan mesin konversi energi yang mengkonversikan energi kimia bahan bakar menjadi energi panas dari uap melalui proses pembakaran bahan bakar. Ketel uap terdiri dari dua bagian utama yaitu: furnace dan evaporator. Sedangkan komponen lain, yaitu superheater, chimney (cerobong asap), ekonomiser dan air heater (pemanas udara).

Ketel uap digunakan secara luas pada proses pembangkit listrik (power plan) dan pada proses–proses pemanas pada industri kimia. Pada pembangkit listrik ketel uap dihubungkan dengan peralatan lain untuk menghasilkan energi listrik yaitu turbine dan generator.

Sebagai mesin konversi energi, ketel uap merupakan mesin yang unggul ditinjau dari kapasitas dan effisiensinya, ketel uap dapat menghasilkan uap sampai 500 ton uap setiap jam. Dari segi bahan bakar ketel uap dapat beroperasi dengan berbagai macam bahan bakar, baik dari bahan bakar padat, sampai bahan bakar gas, minyak ataupun sampah bekas.

1.2.    Klasifikasi Ketel uap

Ketel uap dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa hal diantaranya :

1.    Berdasarkan fluida yang mengalir dalam pipa.

a.         Ketel Pipa Air (Fire Tube Boiler)

Pada ketel uap pipa api fluida udara mengalir dalam pipa adalah gas nyala (hasil pembakaran), yang membawa energi panas (thermal energi), yang segera mentransfernya ke air ketel melalui bidang pemanas (heating surfance). Tujuan pipa api ini adalah untuk memudahkan distribusi panas (kalor) kepada pipa air ketel. Pada jenis ketel pipa api ini dalam penggunaannya berkapasitas dibawah 10 ton perjam tekanan maksimum 24 Kg/cm², jadi masih tergolong ketel dengan tekanan rendah.yang termasuk ketel ini adalah ketel Cornwall, Lancashire Schots, Cocron dan Ketel lokomotif.

b.        Ketel Pipa Air (Water Tube Boiler)

Ketel pipa air adalah ketel air dimana air berada didalam pipa atau tabung, yang dipanasi oleh api atau asap dibagian luarnya. Pada ketel pipa air, fluida yang mengalir dalam pipa adalah air. Energi panas ditransfer dari luar pipa ke air ketel. Kapasitas uap yang dihasilkan bisa mencapai 250 ton/jam.

2.    Berdasarkan Pemakaianya

a.    Ketel stationer (stationary Boiler) atau ketel tetap.

Ketel stationer atau tetap adalah ketel–ketel yang didudukkan diatas pondasi yang tetap, seperti ketel untuk pembangkit tenaga, industri dan sebagainya.

b.    Ketel mobil (partable boiler) atau ketel pindah.

Ketel pindah atau ketel–ketel yang dipasang pada objek yang bergerak seperti lokomotif, kapal laut.

3.    Berdasarkan Letak Dapur (furnance position)

a.    Ketel dengan pembakaran didalam (internally fired steam boiler), dalam hal ini dapur berada (pembakaran terjadi) dibagian dalam ketel. Kebanyakan ketel pipa api memakai sistem ini.

b.    Ketel dengan pembakaran diluar (outternally fired steam boiler), dalam hal ini dapur berada (pembakaran terjadi) dibagian luar ketel. Kebanyakan ketel pipa air menggunakan sistem ini.

4.    Menurut Jumlah Lorong

a.    Ketel dengan lorong tunggal (single tube steam boiler)

b.    Ketel dengan lorong ganda (multi tubuler steam boiler)

5.    Menurut Posisi Drum

a.    Ketel tegak (vertical steam boiler)

b.    Ketel mendatar (horizontal steam boiler)

6.    Menurut Bentuk dan Letak Pipa

a.    Ketel dengan pipa lurus, bengkok dan berlekuk – lekuk (strainght, bend and sinous tubuler heating surface).

b.    Ketel dengan pipa miring – datar dan miring – tegak (horizontal, inclined or vertival tubuler heating surface).

7.    Menurut Sistem Peredaran Air Ketel

a.    Ketel dengan peredaran alami

Pada ketel ini peredaran air dalam ketel terjadi secara alami, yaitu air yang ringan naik sedangkan air yang berat turun, sehingga terjadilah aliran konveksi yang alami.  

b.    Ketel uap dengan peredaran paksa (buatan)

Pada ketel uap jenis ini aliran paksa diperoleh dari sebuah pompa sentrifugal yang digerakkan dengan electrical motor, misalnya sistem aliran paksa yang dipakai dalam ketel yang bertekanan tinggi.

1.3.    Bagian-bagian dari Ketel uap

1.3.1.      Dapur (furnace)

Dapur adalah tepat didalam ketel uap untuk melakukan pembakaran bahan bakar. Bahan bakar yang dibakar berupa bahan bakar padat (solid fuel), cair (liquid fuel), maupun bahan bakar gas (gasseus fuel). Bahan bakar padat (solid fuel) dapat digolongkan menjadi dua yaitu padat alami (natural solid fuel) dan bahan bakar padat buatan (prepared fuel).

1.3.2.      Evaporator

Adalah bagian yang berfungsi untuk merubah air (liquid) menjadi uap jenuh (saturated steam) dengan bantuan gas panas hasil pembakaran bahan bakar. Evaporator terdiri dari beberapa susunan pipa yang berisi air dimana pipa– ipa tersebut menyerap gas panas dari luar. Biasanya evaporator diletakkan disekeliling dalam dapur (dinding dapur). Hal ini bertujuan agar panas hasil pembakaran bahan bakar mudah diserap oleh evaporator.

1.3.3.      Superheater

Merupakan bagian dari ketel uap yang berfungsi untuk mengubah uap jenuh (saturated steam) menjadi uap kering atau uap yang dipanaskan lanjut (superheated steam) yang mempunyai temperatur dan tekanan yang kita inginkan. Superheater berupa pipa-pipa dan bejana penampung uap (Header).

1.3.4.      Ekonomiser

Adalah bagian ketel uap yang berfungsi untuk memanaskan air sebelum masuk ke drum. Air yang akan digunakan, dipanaskan terlebih dahulu oleh gas panas yang melewati superheater dan reheater, karena gas panas yang telah melewati superheater dan reheater tadi masih mempunyai temperatur yang cukup tinggi kenaikan suhu antara 6 ⁰C - 7 ⁰C. Ekonomiser terbuat dari bahan baja / besi tuang yang sanggup menahan temperatur dan tekanan yang tinggi. Dengan pemanas air pengisi ketel ini maka effisiensi ketel akan meningkat. Disamping itu keuntungan lain yang bisa didapat adalah biaya operasional akan lebih hemat dan harga investasi ketel menjadi lebih murah. Selain itu prinsip kerja dari ekonomiser adalah air pengisi ketel yang ada didalam pipa dipanaskan dengan gas asap yang disalurkan melewati celah–celah pipa sebelum akhirnya keluar ke cerobong. Pada pipa–pipa ekonomiser ini juga dilengkapi dengan pengikis arang yang berfungsi untuk membersihkan pipa–pipa dari arang gas asap. Pengikisan arang ini digerakan naik turun dengan menggunakan kerek.

 

1.3.5.      Reheater

Reheater merupakan alat untuk meningkatkan kualitas uap yang keluar dari turbin. Uap yang keluar dari reheater akan diekspansikan kembali pada turbin kedua. Reheater merupakan alat yang hampir serupa dengan superheater, yang membedakan antara superheater dan reheater adalah ukuran pipanya umumnya reheater mempunyai diameter pipa yang lebih besar.

1.3.6.      Pemanas Udara (air preheater)

Setelah gas asap keluar dari ekonomiser masih bertemperatur 400 ⁰C hingga 700 ⁰C sehingga sayang bila dibuang lewat cerobong, karena panas yang terkandung didalam gas asap tersebut masih dapat dimanfaatkan lagi untuk memanaskan udara sebelum dimasukkan kedalam tungku, sehinga effisiensi thermis ketel uap dinaikkan lagi.

Memanaskan udara pembakaran sebelum dimasukkan kedalam tungku berarti mengurangi kebutuhan panas untuk menaikkan temperatur udara didalam tungku, sehingga api didalam tungku tidak banyak mengalami penurunan temperatur. Hal ini bertujuan untuk mengurangi kemungkinan api didalam tungku didalam tungku padam secara tiba – tiba. Hal ini dapat menyebabkan peledakan tungku jika alat penyudut api dipasang atau dinyalakan. Ini dikarenakan didalam tungku terdapat sejumlah uap bahan bakar dan udara yang telah siap untuk terbakar.

Manfaat lain dengan memanaskan udara pembakar terlebih dahulu sebelum masuk kedalam tungku adalah dapat membantu untuk mempercepat penguapan air yang terkandung dalam bahan bakar (khususnya bahan bakar padat) sehingga akan mempercepat berlangsungnya pembakaran.

1.3.7.      Pengumpul Debu (Dust Collector)

Dust Collector merupakan alat untuk menyaring gas asap yang keluar dari dapur (furnace) sebelum keluar melalui cerobong asap. Fungsinya adalah agar gas asap yang keluar dari cerobong dalam keadaan bersih dan bebas dari debu sehingga tidak mengganggu/mengotori lingkungan di sekitar ketel. Dust collector merupakan susunan dari kerucut-kerucut berdiameter kecil yang menghadap ke atas yang di sambung dengan pipa yang diameternya samadengan diameter terbesar dari kerucut. Semakin kecil diameter kerucut maka semakin bersih pula gas asap yang dikeluarkan pada cerobong asap.

Selain bentuk diatas ada juga dust collector yang bekerja menggunakan system elaktromagnet untuk menangkap debu. Sehingga asap yang keluar dari cerobong lebih bersih. Alat tersebut disebut sebagai Elctro Static Precipitator.

1.3.8.      Cerobong Asap (Chimney)

Cerobong digunakan untuk mengalirkan gas asap keluar dari ketel uap dengan kecepatan tertentu, dan selain itu digunakan untuk mengatasi getaran–getaran yang terjadi terhadap aliran gas asap, mulai dari rangka bahan bakar atau pembakaran (burner), hingga keluar dari cerobong.

Tahanan–tahanan yang terjadi sepanjang saluran asap, antara lain disebabkan adanya tahanan–tahanan pada saat gas asap melewati celah–celah diantara pipa–pipa didaerah konveksi dan pada pemanas udara, serta untuk membelokkan gas asap sepanjang salurannya, demikian juga bila tejadi penyempitan – penyempitan saluran gas asap. Hal ini berakibat kecepatan gas yang keluar menjadi berkurang. Dan untuk memperlancar jalanya gas tersebut maka pada saat ditambahkan blower yang membantu pemasukan atau pengeluaran udara.

1.4.    Alat Kelengkapan Ketel Uap

1.4.1.      Pompa Air Pengisi Ketel

Pompa air berfungsi untuk mengisi air ke dalam drum ketel, sehingga ketinggian air didalam ketel tetap dalam posisi yang telah ditetapkan. Suatu instalasi ketel harus dilengkapi dengan lebih dari satu pompa dengan pergerakan yang berbeda. Hal ini dimaksudkan agar pengisian air ke ketel tidak terhenti jika salah satu pompa pengisi ketel rusak.

1.4.2.      Deaerator

Daerator berfungsi untuk membebaskan air pengisi ketel dari gas–gas yang berbahaya, tertutama O₂. Selain itu deaerator juga berfungsi untuk meningkatkan temperatur air pengisi ketel dan meningkatkan effisiensi ketel. Cara pembersihan air pengisi ketel dari gas adalah air kran persediaan yang kemungkinan besar masih mengandung gas–gas dimasukkan ke daerator dari tekanan penyemprotan. Didalam daerator terdapat pipa yang didalamnya berisi uap sehingga air semprotan tadi meningkat temperaturnya dan gas yang terkandung didalamnya akan menguap dan keluar melalui lubang pelepas udara. Dengan air yang masuk kedalam ketel selain meningkatkan temperaturnya juga sudah terbebas dari gas–gas.

1.4.3.      Peralatan Apendasi Ketel

Peralatan ini digunakan untuk menjamin kelangsungan operasi ketel uap. Peralatan ini keberadaanya telah ditetapkan oleh undang–undang. Peralatan apendasi meliputi :

a.    Katup Pengaman (Safety Valve)

     Berfungsi untuk pengamanan ketel dari tekanan yang melebihi tekanan yang diijinkan. Katub ini akan membuka dengan sendirinya, jika tekanan ketel melebihi tekanan yang diijinkan

b.    Manometer (Pressure gauge)

     Digunakan untuk mengetahui tekanan pada komponen – komponen penting dari ketel uap, misalnya : superheater, drum ketel induk

c.    Gelas Penduga

     Berfungsi untuk mengetahui batas permukaan air yang ada didalam drum ketel

d.   Peluit Tanda bahaya

     Berfungsi untuk memberikan tanda bahaya jika permukaan air ketel terlalu rendah. Peluit tanda bahaya ini dapat berupa bunyi alaram maupun kedipan lampu tanda bahaya.

e.    Pelat Nama

     Berisi informasi mengenai mana dan tempat pabrik pembuat ketel, tahun pembuatan, nomor pabrik, nomor register yang disegel untuk menghindari adanya pemalsuan.

f.     Sumbat Lebur

     Sumbat lebur tebuat dari timah jika ketel kekurangan air maka sumbat lebur akan meleleh dan uap akan keluar mengalir kedalam dapur sehingga secara otomatis akan mematikan api dapur.

g.    Keran Persediaan

     Keran persediaan berfungsi untuk mempercepat pengisian air kedalam ketel jika ketel kehabisan air dan membutuhkan air secara cepat.

h.    Keran Pengurasan dan Pembersih Busa

     Keran ini digunakan untuk mengurangi debit air kedalam ketel jika dianggap perlu, sedangkan pembersihan busa digunakan untuk menghilangkan busa yang terdapat dipermukaan air ketel.

i.      Keran Penutup Uap Induk

     Keran ini digunakan untuk menyambung dan memutuskan hubungan ketel yang satu dengan yang lainnya.

j.      Man Hole

     Lubang untuk lalu lalang para pekerja pada waktu pembersihan bagian dalam ketel.