Trending Topik

Macam-Macam Boiler PLTU

Diposting oleh On Thursday, March 19, 2015

Boiler adalah alat untuk membangkitkan uap dari pendidihan cairan (air). Di dalam sistem pembangkit, boiler mempunyai peranan vital yaitu sebagai penyuplai tenaga penggerak turbine. Boiler sendiri terdiri dari beberapa sistem yang nantinya disini disebut boiler system.

Macam-Macam Boiler PLTU:
  • Pulverizer Fuel (PF) Boiler
Gambar 1. Skematik PF Boiler
Kelebihan dari PF Boiler:
  1. Energi panas yang dibangkitkan adalah yang terbesar dari semua tipe boiler
  2. Pemeliharaan mudah karena sebagian peralatan ada di luar furnace
  3. Diterapkan disebagian pembangkit di Jawa
  4. Untuk menghasilkan daya yang besar >600 MW 
  5. Cepat dalam manuver perubahan load
  6. Membutuhkan udara yang lebih sedikit
  7. Efisiensi pembangkit paling bagus
 Kekurangan dari PF Boiler:
  1. Masalah lingkungan karena emisi gas buang
  2. Sedikit boros bahan bakar
  3. Membutuhkan coal dengan spesifikasi khusus (medium & high rank coal)
  4. Coal size harus sesuai standar desain boiler
  5. Biaya instalasi yang cukup mahal
  6. Penggunaan listrik yang cukup besar terutama untuk peralatan bantunya pulverizer/crusher

Prosesnya seperti dibawah ini:
Demin water hasil dari water treatment system (WTP) dilakukan pre-treatment terlebih dahulu yaitu dipanaskan di unit yang diberi nama low pressure heater (LPH) dan high pressure heater (HPH). Steam yang digunakan di LPH & HPH sebagai pemanas berasal dari suntikan dari turbine (disebut extraction steam). Pre-treatment kemudian berlanjut lagi di economyzer boiler yang memanfaatkan gas buang sisa pembakaran (flue gas) sehingga siklus panas di PLTU benar-benar efisien.Tujuan pemanasan awal adalah agar efisien boiler meningkat karena untuk mencapai titik didih tidak memerlukan lagi panas yang cukup tinggi.
Pembakaran bahan bakar terjadi di area furnace boiler dan umumnya menggunakan bahan bakar jenis batubara yang ditampung di coal silo dan secara gravitasi turun ke pulverizer untuk di-adjust size-nya agar pembakaran batubara bisa lebih sempurna dan merata. Hasil dari pulverizer diarahkan menuju kedalam furnace menggunakan mechanical screw atau dihembuskan oleh exhauster fan. Sebelum batubara dimasukkan, pembakaran di furnace boiler sudah terjadi terlebih dahulu pembakaran awal menggunakan solar HSD ketika awal start. Setelah panas dirasakan sudah cukup maka batubara dimasukkan sehingga api akan terus-menerus menyala dan solar HSD bisa dihentikan.
  • Circulating Fluidized Bed (CFB) Boiler
 
Gambar 2. Boiler CFB PLTU

Proses kerja CFB Boiler:
Cara kerja CFB boiler memiliki kemiripan seperti di PF boiler namun untuk efisiensi ditambahkan cyclone separator untuk recycle pasir dan batubara yang tidak terbakar. CFB boiler didesain untuk batubara berkadar rendah (low rank coal-LRC) sampai tinggi, ketika penggunaan LRC maka banyak kandungan unburned carbon yang membutuhkan pemanasan yang siklus terus-menerus agar bisa terbakar habis. Alasan inilah penambahan cyclone separator pada desainnya. Sistem CFB boiler adalah batu bara akan melayang-layang dengan penambahan pasir sebagai distribusi panas (saat start pembakaran menggunakan minyak HSD kemudian batu bara diumpankan dan setelah terbakar, minyak dihentikan dan pasir dimasukkan), karena pasir memiliki titik leleh yang tinggi maka saat batu bara sudah habis terbakar maka panas masih tersimpan di pasir dan tersambung ke batubara baru yang diumpankan.

Kelebihan CFB Boiler:
  1. Irit bahan bakar
  2. Efisien energi
  3. Ramah lingkungan (karena SO2 terserap oleh limestone & rendah emisi NO2 ), ketika tidak menggunakan umpan limestone maka dengan kondisi idealnya low rank coal sudah mengandung senyawa limestone yang cukup besar sehingga alasan inilah emisi gas buang yang dihasilkan CFB lebih baik dari PF
  4. Tidak ada kerak yang tersisa
  5. Laju korosi rendah 
  6. Hemat karena menggunakan batu bara low rank 
Kekurangan CFB Boiler:
  1. Mahal karena peralatannya besar dan banyak
  2. Masalah pemeliharaan
  3. Kebutuhan udara adalah yang terbesar dari semua tipe boiler
  4. Kadar carbon sisa (unburned carbon) adalah yang terbesar
  • Stoker Boiler 

Gambar 3. Skematik Stoker Boiler
Proses kerja:
Cara kerja mirip panggangan sate, batu bara ditaruh di chain grate/travelling grate (rak besi berjalan) yang berjalan sangat pelan berputar sambil membawa batu bara (jadi awal chain grate batu bara masih utuh dan di akhir chain grate batu bara sudah menjadi abu), abu akan terbuang ke bak penampung ketika chain grate sudah berjalan sampai batas akhir dan siap untuk siklus ulang.

Kelebihan Stoker Boiler:
  1. Irit bahan bakar
  2. Naik-turun beban dengan cepat dan sedikit masalah
  3. Bahan bakar bisa menggunakan apa saja yang penting terbakar
  4. Area sempit bisa dipakai
  5. Murah dalam isntalasi
  6. Bisa diguanakan untuk daya yang minim <1 MW
  7. Maintenance sederhana
  8. Ash yang dihasilkan minim
Kekurangan Stoker Boiler:
  1. Keterbatasan steam yang dibangkitkan 
  2. Hanya untuk pembangkit berdaya kecil
  3. Menghasilkan efisiensi paling rendah dari semua tipe boiler
  4. Permasalahan pada coal size (terlalu kecil tidak bisa dibakar)
  5. Permasalahan overheating pada travelling grate karena sisipan bahan bakar
Tabel 1. Perbandingan Boiler Tipe PF & CFB
 
Dikutip dari Basu (2015) sebagai berikut:

Kutip Artikel ini sebagai Referensi (Citation):
Feriyanto, Y.E. (2015). Macam-Macam Boiler PLTU, Best Practice Experience in Power Plant. www.caesarvery.com. Surabaya

Referensi:
[1] Feriyanto, Y.E. (2015). Best Practice Experience in Power Plant. Surabaya
[2] Woodruff, E.,Lammers, H., dan Lammers, T. (2000). Steam Plant Operation, Eighth Edition Handbook
[3] Basu, P. (2015). Circulating Fluidized Bed Boiler, Design Operation and Maintenance. Canada

Ingin Konsultasi Tim Expert Website www.caesarvery.com, Silakan Hubungi DISINI

Boiler & Permasalahannya

Diposting oleh On Tuesday, February 17, 2015

Teknik pengolahan air boiler meliputi :
  1. Koagulasi & flokulasi (penggumpalan)
  2. Sedimentasi (pengendapan)
  3. Filtrasi (penyaringan)
  4. Demineralisasi (pengurangan ion mineral)
  5. Softening (pelunakan)
  6. Deaerasi (pengurangan gas terlarut)
  7. Organik treatment sebagai pengurang gas CO2 seperti tannin, pemanasa
  8. Anorganik treatment sebagai pencegah kerak seperti Na3PO4, NaOH 
2 Na3PO4 + 3 CaCO3 --- > 3 Na2CO3 + Ca3(PO4)2 (lumpur)
2 NaOH + MgCO3 --- > Na2CO3 + Mg(OH)2 (lumpur)
Penggunaan NaOH baik untuk mengurangi Mg2+ karena dapat membentuk Mg(OH)2 berbentuk lumpur namun kurang baik pada boiler tekanan tinggi, karena jika terakumulasi di satu titik bisa menyebabkan “caustic embrittlement (keretakan logam)” 

BACA JUGA: Analisa Sistem Koagulasi-Flokulasi-Sedimentasi di PLTU dengan Jar Test
  • Chemical penyerap gas O2 seperti : NaHSO3 (sodium bisulfit), N2H4 (hydrazine)
2 NaHSO3 --- > Na2SO3 +  H2O + SO2
Na2SO3 + ½ O2 --- > Na2SO4 (kristal)
N2H4 + O2 --- > H2O + N2
Gambar 1. Hubungan pH dengan Kandungan Oksigen terhadap Derajat Korosi
Penggunaan Na2SO3 baik digunakan pada ketel bertekanan 65 kgf/cm2 karena jika dioperasikan >65 kgf/cm2 akan menghasilkan gas SO2 yang bisa mengkorosi logam.
  • Chemical pencegah karat seperti : amine/ammonia
  • Chemical anti-kesadahan air seperti : Na2CO3 namun penggunaan chemical ini kurang efektif karena menghasilkan gas CO2 
Na2CO3 + CaSO4 --- > Na2SO4 + CaCO3 
Na2CO3 + MgSO4 --- > Na2SO4 + MgCO3
CaCO3 dan MgCO3 berbentuk lumpur dan bisa dihilangkan dengan blowdown
  • Chemical anti-kesadahan air seperti : Na2Al2O4 (sodium aluminat)
Na2Al2O4 + MgCO3 --- > Na2CO3 + MgAl2O4 (floc dan mengendap)

Beberapa Penyebab Kerak atau Korosi pada Boiler adalah:
  • Kesadahan Air
1. Kesadahan sementara disebabkan garam bikarbonat seperti Ca(HCO3)2 dan Mg(HCO3)2 bisa dihilangkan dengan pemanasan
Ca(HCO3)2 + panas --- > CaCO3 (mengendap) + CO2 + H2O
Mg(HCO3)2 + panas --- > MgCO3 (mengendap) + CO2 + H2O
2. Kesadahan tetap disebabkan garam Ca2+ (CaSO4, CaCl2) dan Mg2+ (MgSO4, MgCl2) bisa dihilangkan dengan chemical treatment
  • Senyawa Silikat (SiO2), Asam Bebas dan Karbonat (CO32-)
Senyawa silikat umumnya terkandung pada air sungai yang digunakan sebagai bahan baku. Treatment yang umum digunakan di PLTU adalah pengikatan di multi-media filter dilanjutkan tersaring di membrane reverse-osmosis dan terakhir pertukaran ion di mixed bed. Sedangkan bikarbonat dalam air boiler berasal dari pemanasan air boiler yang masih mengandung tingkat kesadahan tinggi sehingga melepaskan gas CO2 dan bereaksi dengan air menjadi asam karbonat sesuai reaksi :
CO2 + H2O --- > H2CO3
H2CO3 pelan-pelan bereaksi dengan logam dan besi membentuk garam bikarbonat, sesuai reaksi:
2 H2CO3 + Fe --- > Fe(HCO3)2 + H2
Fe(HCO3)2 + H2O --- > Fe(OH)2 (oksida besi penyebab karat) + H2O + 2 CO2
  • Adanya O2, CO2 dan H2S
Gas O2 akan mengoksidasi ferro-oksida (Fe(OH)2) menjadi ferri-hidroksida (Fe(OH)3) yang mempunyai sifat mudah larut dalam air, sesuai reaksi:
Fe(OH)2 + O2 --- > Fe(OH)3 (karat) + H2O
Gambar 2. Hubungan pH vs Derajat Korosi

Pada saat pH rendah, ion H+ akan melapisi permukaan logam sehingga menimbulkan gas yang meninggalkan permukaan logam sehingga menyebabkan korosi
  • Perbedaan Logam (Korosi Galvanis)
Logam campuran yang teroksidasi menurut prinsip Deret Volta
  • Kebanyakan Akumulasi Soda Caustic (NaOH)
Karena terkonsentrasi di satu titik, maka caustic menyerang metal dan terjadi keretakan “caustic embrittlement”
Berdasarkan jurnal EPRI Cycle Chemistry Guidelines tersebut, didapatkan data bahwa caustic gouging/caustic embrittlement ketika penambahan sodium hydroxide (NaOH) >2 ppm di steam drum boiler.
  • Total Dissolved Solid (TDS) Tinggi
  • Adanya Foaming (Busa) yang Mempercepat Timbulnya Kerak
Foaming disebabkan karena kenaikan dissolved, suspended solid dan kontaminasi minyak serta pH air terlalu tinggi

Akibat yang Disebabkan jika Tube Boiler Berkerak/Korosi adalah:
  1. Efisiensi boiler menurun karena konduktifitas thermal pada pipa berkurang
  2. Berkurangnya panas yang dipindahkan dari furnace ke air sehingga temperatur furnace harus tinggi untuk mencapai pertukaran panas yang diinginkan
  3. Boros konsumsi bahan bakar
  4. Tube boiler bisa pecah karena tekanan yang tinggi dan terakumulasi akibat tersumbat kerak
Cara Pencegahan Agar Tidak Ada Kerak/Korosi pada Boiler adalah:
  1. Pengaturan pH air boiler (dengan Na2CO3, NaOH, Na3PO4) tidak boleh terlalu rendah (korosi) dan terlalu tinggi (buih) dan pembentukan lapisan film (dengan tannin, turunan lignin, turunan glukosa, kanji dan NaNO3)
  2. Menghilangakan gas yang bersifat korosif seperti O2 dan CO2
  3. Melakukan blowdown secara teratur
  4. Mencegah korosi galvanis
 
Kutip Artikel ini sebagai Referensi (Citation):
Feriyanto, Y.E. (2016). Boiler & Permasalahannya, Best Practice Experience in Power Plant. www.caesarvery.com. Surabaya

Referensi:
[1] Feriyanto, Y.E. (2016). Best Practice Experience in Power Plant. Surabaya
[2] EPRI. Cycle Chemistry Guidelines for Combined Cycle Heat Recovery Steam Generators