1
2
PENTINGNYA KONSERVASI ENERGI PADA BOILER
Boiler adalah peralatan pengguna energi paling intensif di sebagian besar industri
Efisiensi peralatan senantiasa berubah terhadap beban operasi
Konsumsi energi pada alat konversi ini merupakan salah satu faktor biaya produksi yang cukup signifikan
Biaya energi semakin mahal
3
Kurangnya perhatian terhadap perlunya perbaikan-perbaikan yang potensial
Kurangnya kesadaran akan pentingnya penerapan teknologi konservasi energi yang baru
Kurangnya kesadaran akan keuntungan finansial yang akan diperoleh apabila boiler dioperasikan secara optimal
Rendahnya prioritas yang diberikan untuk penghematan energi dibandingkan dengan peningkatan investasi untuk produksi
PENYEBAB PENGOPERASIAN BOILERPENYEBAB PENGOPERASIAN BOILERDENGAN EFISIENSI RENDAHDENGAN EFISIENSI RENDAH
4
Boiler Pipa Api (Boiler Pipa Api (Fire/shell Tube BoilerFire/shell Tube Boiler))
Air mengalir melalui shell dan menerima panas dari gas pembakaran yang mengalir melalui susunan pipa api
Tekanan operasi standar max. 250 psi (16 bar), umumnya kurang dari 7 ton/jam
Konstruksi relatif sederhana dan umumnya kokoh serta relatif murah
Keuntungan lain, fleksibel terhadap perubahan beban secara cepat
Kekurangan, lambat dalam mencapai tekanan operasi pada start dingin
Jenis Jenis Boiler
5
Boiler Pipa Air (Boiler Pipa Air (Water Tube BoilerWater Tube Boiler))
Air mengalir di dalam susunan pipa dan menerima panas dari luar pipa
Tekanan operasi dapat lebih dari 24 bar, atau kapasitas bisa lebih dari 20MW
Cocok untuk produksi uap superheated dengan jumlah besar
Karena konstruksinya untuk beban besar, relatif lebih mahal
Jenis Jenis Boiler
6
Apa itu pembakaran ?
Proses/reaksi kimia antara bahan bakar dengan Oksigen (O2) dari udara.
Hasil pembakaran
Utama : Karbondioksida (CO2), uap air (H2O) dan disertai energi panas
Lainnya : Karbonmonoksida (CO), abu (ash), Nox, atau sulfur (S) bergantung pada jenis bahan bakar
C + O2 dari bahan bakar dari udara
CO2 + panas
2H2 + O2 dari bahan bakar dari udara
2H2O + panas
Bahan bakar + Jumlah udara teoritis Karbondioksida + Uap air +Nitrogen dan gas-gas lainnya(kecuali Oksigen)
pembakaranstoikiometrik
PRINSIP PEMBAKARANPRINSIP PEMBAKARAN
7
Rasio Udara (Air Ratio) danUdara Berlebih (Excess Air)
Bagaimana menilai suatu pembakaran berlangsung efisien atau tidak ?
Dapat diketahui dari angka perbandingan antara jumlah udara aktual denganjumlah udara teoritisnya. Atau dengan melihat seberapa besar kelebihan udaraaktual dari kebutuhan udara teoritisnya (dalam %).
Untuk mengetahui jumlah udara aktual harus diketahui kandungan O2 atau CO2 dalam gas buang(%volume, basis kering) melalui pengukuran, sedangkan udara teoritis tergantung bahanbakar.
Rasio Udara = (Jumlah udara pembakaran aktual)
(Jumlah udara pembakaran teoritisnya)
( 21 )
( 21 - %O2 ) =
% Excess Air = %O2
21 - %O2 X 100%
Jumlah udara aktual tergantung pada faktor-faktor berikut :
• Jenis bahan bakar dan komposisinya• Disain ruang bakar (furnace)• Kapasitas pembakaran atau firing rate (optimum: 70-90%)• Disain dan pengaturan burner
8
Komposisi
Deficient Air Excess Air
CO2
CO
1 2 3 4
O2
5
Hubungan Antara Excess Air, CO2, O2, dan CO dalam Flue Gas
10
Profil PembakaranProfil PembakaranDi Dalam BoilerDi Dalam Boiler
A
Bahan bakar
Udara
CO2
Uap Air
N2
Rasioideal
Perpindahan panasideal/ teoritis
Panas hilangideal B
Bahan bakar
Udara lebih
CO2
Uap Air
N2
Rasiooptimum
Perpindahan panasmaksimum
Panas hilangminimum
C
Bahan bakar
Udara berlebih
Panas hilangbersama udaraberlebih
CO2Uap Air
O2
N2
Perpindahan panastidak merata
D
Bahan bakar
Udara kurang
Panas hilangbersama bahanbakar tak terbakar
Bahanbakartak terbakar
Uap AirCO2
CO
N2
Perpindahan panasberkurang
<O2
11
Komposisi Oksigen Dan KarbondioksidaPada Gas Buang
BAHAN BAKAR O2 (%) CO2 (%)
LNG 1.5 10Minyak (BBM) 2 12Minyak No. 6 2.5 12.5Batubara 3.5 13.5Ampas tebu 4 17Kayu bakar 4 18
KOMPOSISI YANG DIREKOMENDASIKAN PADA GAS BUANG
KOMPOSISI UDARA PEMBAKARAN
% volume % berat
Oksigen 20.9 23.2Nitrogen 79.1 76.8
12
BURNERBURNER
Nyala api yang stabil
Pembakaran yang lengkap
Pengontrolan yang baik
Perlindungan dari pengoperasian yang berbahaya
Unjuk kerja yang tetap konsisten
SASARAN YANG DIHARAPKAN :
PENGERTIAN :
Suatu alat untuk mensuplai udara dan bahan bakar ke dalam suatu daerah (zone) pembakaran, sehingga bisa terjadi reaksi pembakaran
Liquid fuel burner
Gas burner
Pulverized coal burner
3 (TIGA) JENIS BURNER :
13
Gas Burner
14
Liquid Fuel Burner
15
Pulverized Coal Burner
16
METODA LANGSUNG (direct method)
Efisiensi (%) =Panas berguna dalam uap x 100
Energi total dalam bahanbakar
METODA TAK LANGSUNG (indirect method)
Efisiensi (%) = 100% -Rugi-rugi/Panas hilang) (%)
Rasio antara panas yang diambil oleh air untuk berubah menjadi uap, dengan energitotal yang terdapat dalam bahanbakar yang dibakar.
DEFINISI :
EFISIENSI BOILEREFISIENSI BOILER
17
Bahanbakar
Uap Gas buang
Blowdown
combustible ash
radiasi dankonveksi
100%heat
75% 18%
3%
4%
Boiler
Efisiensi 75%
Panas yang terbawa keluar oleh gas buang, tanpa uap air (dry flue gas loss) Panas yang terbawa keluar oleh uap air panas, termasuk panas sensibel dan laten Komponen bahanbakar yang tak terbakar dan produk pembakaran tak sempurna, termasuk solid-ash combustible dan CO dalam gas buang Kehilangan panas dari dinding boiler melalui isolasi (radiasi dan konveksi) Panas yang terbawa keluar bersama air blowdown
Rugi-Rugi/Panas Hilang
18
Rugi-Rugi Efisiensi
Tingkat Pembebanan (%)
0 20 40 60 80 1000
5
10
Ru
gi-
rug
i Efi
sien
si (
%)
15
20
25
30
Gas dapat bakar/Combustibles (CO) Radiasi + Konveksi
Dry Flue Gas
Flue Moisture
Rugi EfisiensiTotal
19
Rugi Efisiensi Boiler KarenaPeningkatan Temperatur Flue Gas
4
Ru
gi E
fisi
ensi
(%
)
6
8
10
2
0
Peningkatan Temperatur Flue gas (oC)
0 50 100 150 200
20
Kehilangan Panas Radiasi & Konveksi
pada Permukaan Datar Boiler
Ru
gi P
anas
(kW
/m2)
5
0
Perbedaan Temperatur Dalam-Luar (oC)
0 100
20
25
30
35
200 300 400 500 600
10
15
21
Pengaturan Air Blowdown
Proses penguapan air dalam boiler menimbulkan endapan padat CaCO3 dan CaCO4.Endapan padat tersebut harus dihindari agar tidak menyumbat pipa-pipa boiler.
Jumlah endapan dapat dikurangi dengan membuang keluar (blowdown) bersama air,namun blowdown harus diatur sesuai ukuran, sebab apabila berlebihan dapat mening-katkan jumlah kehilangan energi.
% Blowdown = Sf
Sb - Sf x 100%
Sf = TDS dalam air umpan (ppm) atau mg/l
Sb = TDS max. dalam air boiler (ppm) atau mg/l
PETUNJUK TDS
Tekanan pada Total Total Endapan
outlet boiler padatan Alkalinitas padatpsig bar ppm ppm ppm
0 - 300 0 - 20 3,500 700 300301 - 450 21 - 30 3,000 600 250451 - 600 31 - 40 2,500 500 150601 - 750 41 - 50 2,000 400 100751 - 900 51 - 60 1,500 300 60901 - 1000 61 - 67 1,250 250 401001 - 1500 68 - 100 1,000 200 201501 - 2000 101 - 133 750 150 10
>= 2001 >= 134 500 100 5
22
Efek Laju Air BlowdownTerhadap Pemborosan Bahan Bakar
2
Bah
anb
akar
Ter
bu
ang
(%
)
3
4
1
0
Blowdown (%)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
3.5 barg
7 barg
10.5 barg
14 barg
Temperatur Air Umpan 15.5oC
% Bahanbakar Terbuang = % Rugi Efisiensi
23
Pemborosan Bahan Bakar Karena Endapan Kerak di Pipa Air
4Bah
anb
akar
Ter
bu
ang
(%
)
6
8
2
0
Ketebalan Endapan Kerak (inchi)
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12
10
12
14
16
24
Rugi-Rugi/Panas Hilangdan Strategi
Pengendaliannya
No Panas Hilang Sumber Kontrol Operasi Kontrol Investasi
1 Panas laten uap air Hidrogen dalambahanbakar
Tidak berarti Mengganti bahanbakar
2 Panas sensibel darigas buang
Temperatur gasbuang
Kurangi udara lebih Panas gas buang direcovery
3 Bahanbakar tak ter-bakar (CO, abu)
Pembakaran taksempurna
Setel burner kembali,atur excess air
Kontrol pembakaran de-ngan sistem burner baru
4 Radiasi Radiasi panas mela-lui permukaan boiler
Tidak ada Perbaiki/atau isolasi ke-mbali permukaan boiler
5 Blowdown % Blowdown • Menjaga TDS air um- pan dan air boiler pd. jumlah optimumnya• Mengatur laju air blowdown
• Memanfaatkan steam flash
• Panas blowdown di recovery
25
Upaya-Upaya Penghematan Upaya-Upaya Penghematan EnergiEnergi
1. Penurunan Excess Air & Temperatur Flue Gas
2. Pemanfaatan Panas Buang
3. Blowdown Heat Recovery
4. Penghematan Bahan Bakar Boiler Melalui Pemanfaatan Kembali Kondensat
5. Mengontrol Suhu Cerobong
6. Mengontrol Pembakaran
7. Meminimalkan Kehilangan Panas karena Radiasi dan Konveksi
8. Kontrol Variasi Kecepatan untuk Fan, Blower and Pompa
9. Memaksimalkan Beban Boiler
10.Penggantian Boiler
26
1. Perbaikan Efisiensi Boiler Melalui Penurunan Excess Air & Temperatur Flue Gas
Temperatur Flue Gas (oC)
0
60Efi
sien
si (
%)
70
80
90
100
0 100 200 300 400 500
50
40
Excess Air (%) 0
50 100 150
Kontrol Udara Berlebih :
• Diperlukan untuk menjamin kesempurnaan pembakaran
• Pembakaran sempurna membutuhkan jumlah udara berlebih yang tepat
27
2. Pemanfaatan Panas Buang
Flue Gas Heat Recovery (Feed Water Preheating)
28
Grafik Perbaikan Efisiensi Boiler Melalui
Feed Water Preheating
4
Per
bai
kan
Efi
sien
si (
%)
6
8
10
12
2
0
Temperatur Preheat Air Umpan (oC)
0 10 20 30 40 50 60
29
Temperatur Titik Embun AsamVs Kandungan Sulfur
40
60
80
100
Dew
po
int
asam
(oC
)
0.0
Sulfur dalam Bahanbakar (%)
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
120
140
160
180
30
Flue Gas Heat Recovery (Air Preheating)
31
Flue Gas Heat Recovery (Recuperator)
Convection Type Convection & Radiation Type
32
GrafikPerbaikan Efisiensi Boiler Melalui Pemanasan Awal Udara
Pembakaran dengan Air Preheater
2
Per
bai
kan
Efi
sien
si (
%)
3
4
5
6
1
0
Temperatur Preheat Udara Pembakaran (oC)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
33
3. Blowdown Heat Recovery
34
4. Penghematan Bahan Bakar Boiler Melalui Pemanfaatan Kembali Kondensat
0
2
4
6
Pen
gh
emat
an B
ahan
bak
ar (
%)
0Temperatur Kondensat (oC)
20
40 60 80 100
8
10
12
14
25
50
75
100
% Kondensat kembali
35
5. Mengontrol Suhu Cerobong
Jika suhu > 200°C terdapat potensi untuk pemanfaatan panas buangan
6. Mengontrol Pembakaran
7. Meminimalkan Kehilangan Panas karena Radiasi dan Konveksi
a. Mengurangi pembakaran tidak sempurna yang dapat disebabkan kurangnya suplai udara, kelebihan bahan bakar atau kurang baiknya distribusi bahan bakar
b. Mengontrol udara berlebih agar pembakaran mencapai kondisi optimum
a. Kehilangan panas ini terjadi pada melalui dinding boiler
b. Dapat diturunkan dengan memperbaiki isolasi
36
8. Kontrol Variasi Kecepatan untuk Fan, Blower and Pompa
Penggunaan damper untuk beban boiler yang bervariasi sebaiknya diganti dengan menggunakan VSD (Variable Speed Drive)
9. Memaksimalkan Beban Boiler
Jika beban optimum boiler hanya 65 % dari beban maksimum, dapat dilakukan penggabungan sehingga beban boiler maksimum
10. Penggantian Boiler Layak dilakukan jika boiler yang ada sudah tua dan tidak efisien; tidak memungkinkan untuk diganti bahan bakarnya dengan bahan bakar yang lebih efisien; ukurannya terlalu kecil atau terlalu besar dari kebutuhan; dan tidak dirancang untuk kondisi beban ideal
37
TERIMA KASIH