Bagian bagian Boiler

Boiler merupakan suatu alat untuk menghasilkan uap pada tekanan dan temperatur tinggi (superheated vapor). Perubahan dari fase cair menjadi uap dilakukan dengan memanfaatkan energi panas yang didapatkan dari pembakaran bahan bakar. Boiler pada PLTU menggunakan batubara sebagai bahan bakar utamanya. Sedangkan bahan bakar pendukung adalah solar dan residu, dimana solar dan residu ini digunakan hanya sebagai pemantik awal (ignition) untuk membakar batubara. Penyaluran panas dari bahan bakar ke air demin dapat terjadi secara radiasi, dan konveksi.

Bagian pemindah panas dari boiler terdiri dari pemanas mula (Low Pressure Heater dan High Pressure Heater) , economizer, pemanas lanjut (Superheater), dan  pemanas ulang (Reheater).

Pemindahan panas dalam boiler terjadi dalam proses :

1.      Radiasi di ruang bakar

2.      Konveksi di Economizer dan Air Heater

3.      Kombinasi radiasi dan konveksi di Superheater dan Reheater.

Komponen Utama Boiler

Komponen utama boiler terdiri dari : wall tube, steamdrum /main drum, superheater, reheater, dan economizer

Wall Tube

     Dinding boiler terdiri dari tubes / pipa-pipa yang disatukan oleh membran, oleh karena itu disebut dengan wall tube. Di dalam wall tube tersebut mengalir air yang akan dididihkan. Dinding pipa boiler adalah pipa yang memiliki ulir dalam (ribbbed tube), dengan tujuan agar aliran air di dalam wall tube berpusar (turbulen), sehingga penyerapan panas menjadi lebih banyak dan merata, serta untuk mencegah terjadinya  overheating karena penguapan awal air pada dinding pipa yang menerima panas radiasi langsung dari ruang pembakaran .

     Wall tube mempunyai dua header pada bagian bawahnya yang berfungsi untuk menyalurkan air dari downcomers.

     Downcomer merupakan pipa yang menghubungkan steam drum dengan bagian bawah low header.

     Untuk mencegah penyebaran panas dari dalam furnace ke luar melalui wall tube, maka disisi luar dari walltube dipasang dinding isolasi yang terbuat dari mineral fiber.

Steam Drum

     Steam Drum adalah bagian dari boiler yang berfungsi untuk  :

1.      Menampung air yang akan dipanaskan pada pipa-pipa penguap (wall tube),dan   menampung uap air dari pipa-pipa penguap sebelum dialirkan ke superheater.

2.      Memisahkan uap dan air yang telah dipisahkan di ruang bakar

( furnace ).

3.      Mengatur kualitas air boiler, dengan membuang kotoran-kotoran terlarut di dalam boiler melalui continious blowdown.

4.      Mengatur permukaan air sehingga tidak terjadi kekurangan saat boiler beroperasi yang dapat menyebabkan overheating pada pipa boiler.

     Bagian-bagian dari steam drum terdiri dari : feed pipe, chemical feed pipe, sampling pipe, baffle pipe, sparator, scrubber, dryer, dan  dry box.

     Level air dari drum harus selalu dijaga agar selalu tetap setengah dari tinggi drum. Sehingga banyaknya air pengisi yang masuk ke steam drum harus sebanding dengan banyaknya uap yang meninggalkan drum, supaya level air tetap konstan.

     Pengaturan level air dilakukan dengan mengatur Flow Control Valve. Jika level air di dalam drum terlalu rendah, akan menyebabkan terjadinya overheating pada pipa boiler, sedangkan bila level air dalam drum terlalu tinggi, kemungkinan butir-butir air terbawa ke Turbine dan akan mengakibatkan kerusakan pada Turbine.

Superheater

     Superheater berfungsi untuk menaikkan temperatur uap jenuh menjadi uap panas lanjut dengan memanfaatkan gas panas hasil pembakaran. Uap yang masuk ke superheater berasal dari steam drum. Temperatur masuk superheater  adalah 304^oC dan temperatur keluar sebesar 541^oC. Uap yang keluar dari  superheater  kemudian digunakan untuk memutar HP Turbine.

Reheater

     Reheater berfungsi untuk memanaskan kembali uap yang keluar dari HP Turbine dengan memanfaatkan gas hasil pembakaran yang temperaturnya relatif masih tinggi. Pemanasan ini bertujuan untuk menaikkan efisiensi sistem secara keseluruhan . Perpindahan panas yang paling dominan pada reheater adalah perpindahan panas konveksi. Uap ini kemudian digunakan untuk menggerakkan IP Turbine, dan setelah uap keluar dari IP Turbine, langsung  digunakan untuk memutar LP Turbine tanpa mengalami pemanasan ulang.

Economizer

     Economizer berupa pipa-pipa air yang dipasang ditempat laluan gas hasil pembakaran sebelum air heater. Economizer menyerap panas dari gas hasil pembakaran setelah melewati superheater, untuk memanaskan air pengisi sebelum masuk ke main drum. Pemanasan air ini dilakukan agar  perbedaan temperatur antara air pengisi dan air yang ada dalam steam drum tidak terlalu tinggi,  sehingga tidak terjadi thermal stress (tegangan yang terjadi karena adanya pemanasan) di dalam main drum. Selain itu dengan memanfaatkan gas sisa pembakaran, maka akan meningkatkan efisiensi dari boiler dan proses pembentukan uap lebih cepat.

     Perpindahan panas yang terjadi di economizer terjadi dengan arah aliran kedua fluida berlawanan (counter flow). Air pengisi steam drum mengalir ke atas menuju steam drum, sedangkan udara pemanas mengalir ke bawah.

Siklus Batu bara dan Abu pada PLTU

     Batubara yang dibongkar dari kapal selanjutnya diangkut dengan menggunakan Conveyor menuju tempat penyimpanan sementara (Temporary Stock). Dan selanjutnya batubara tersebut dibawa ke Coal Bunker diteruskan ke Coal Feeder yang berfungsi mengatur jumlah aliran batubara ke Mill Pulverizer.

     Di dalam Mill Pulverizer, batubara ini dihancurkan dari diameter 5 cm menjadi serbuk yang sangat halus seperti tepung dengan ukuran 200 mesh. Serbuk batubara ini dicampur dengan udara primer, yaitu udara panas yang bersumber dari Primary Air Fan. Udara ini dimanfaatkan untuk mendorong batubara dari Pulverizer  melalui Coal Pipe menuju ke Coal Burner di boiler untuk proses pembakaran.

     Dalam Coal Burner, batubara dan udara primer dicampur dengan udara sekunder yang dipanaskan di dalam Secondary Air Heater dan dialirkan oleh Force Draft Fan. Dalam proses pembakaran persentase perbandingan udara adalah 20% udara primer dan 80% udara sekunder.

     Kemudian setelah terjadi pembakaran dihasilkan limbah abu. Abu tersebut terdiri dari 80 % Fly Ash yang terbang terbawa aliran gas buang dan 20% berupa Bottom Ash yang jatuh ke dasar boiler. Fly ash terbawa melewati Electrostatic Prescipitator akibat tarikan Induce Draft Fan. Induce Draft Fan berfungsi untuk menghisap abu terbang hasil pembakaran dan menjaga tekanan boiler pada -10 mm WG, supaya jika terjadi kebocoran pada boiler, api tidak tersembur keluar boiler.

     Electrostatic Prescipitator berfungsi untuk menangkap 99,5% Fly Ash dengan sistem elektrode dan 0,5% sisanya dibuang melalui cerobong (Stack). Dari 99,5% Fly Ash itu dikumpulkan dan diambil dengan alat Pneumatic Gravity Conveyor pada unit 1-4 dan pada unit 5-7 menggunakan kompresor. Abu tersebut digunakan sebagai material untuk bahan pembuat jalan, beton semen dan bahan bangunan (conblock).

     Untuk menjaga agar abu yang dikeluarkan dari cerobong tidak terakumulasi di daerah yang sempit, cerobong untuk unit 1-4 dibuat setinggi 200 meter, dan cerobong untuk unit 5-7 dibuat setinggi 275 m. Sedangkan Bottom Ash jatuh di dasar boiler ditampung oleh bak SDCC (Submerged Drag Chain Conveyor). Abu Bottom Ash ini juga digunakan sebagai material untuk bahan pembuat jalan, beton semen dan bahan bangunan (conblock).

Siklus udara dan gas pada PLTU

Salah satu unsur penting dalam reaksi pembakaran adalah oksigen. Oksigen diperoleh dari udara. Udara yang digunakan untuk pembakaran batubara terdiri atas udara primer dan udara sekunder.

     Udara primer yang bersuhu 40^oC dihisap oleh Primary Air Fan setelah sebelumnya melalui filter udara. Udara ini kemudian dipanaskan pada Primary Air Preheat Steam Coil lalu dipanaskan lagi pada Primary Air Heater atau Mill Air Heater hingga bersuhu 280^oC dengan menanfaatkan gas panas setelah melewati dari Economizer agar kandungan air dalam udara menguap. Udara ini kemudian disalurkan ke penggiling batubara (Mill Pulverizer atau Crusher). Udara panas ini akan memanaskan batubara dan mengeringkan batubara. Lalu udara primer ini membawa batubara yang sudah dihancurkan menjadi serbuk sebesar 200 mesh menuju ke burner pada boiler. Jadi udara primer berfungsi sebagai :

1. Memanaskan batubara.
2. Mentranspor batubara menuju ruang bakar.

     Sedangkan udara sekunder dihisap dengan kipas tekan paksa (Force Draft Fan) setelah sebelumnya juga melalui filter udara, kemudian dipanaskan dengan uap pada Steam Coil Air Heater (SCAH) sampai dengan temperatur sekitar 130^oC. Udara keluar elemen pemanas tersebut kemudian menuju ke Secondary Air Heater untuk dipanaskan lagi dengan memanfaatkan gas pembakaran  setelah melewati Economizer. Tujuan pemanasan ini adalah udara cukup panas (sekitar 340^oC) sehingga memudahkan proses pembakaran. Dari pemanas ini udara sekunder dialirkan ke Wind Box yang dihubungkan ke lubang udara pembakaran pada Burner. Fungsi udara ini selain sebagai pensuplai udara pembakaran juga sebagai pendingin bagian-bagian pembakar (Firing System) agar tidak rusak karena panas (radiasi) api.

     Di dalam boiler terjadi pencampuran antara batubara serbuk, udara primer, dan udara sekunder yang kemudian dibakar. Hasil pembakaran berupa gas panas dan abu. Gas panas yang terjadi dialirkan ke saluran (Duct) untuk memanaskan Steam Drum, pipa-pipa Wall Tube dan Down Comer, pipa pemanas lanjut (Superheater), pemanas ulang (Reheater), dan Economizer. Setelah dari Economizer gas masih bertemperatur tinggi yaitu sekitar 400^oC dan dipergunakan sebagai sumber untuk memanaskan udara pada Air Heater.

     Keluar dari boiler, gas dialirkan ke Electriostatic Precipitator untuk diambil abu hasil pembakarannya dengan efisiensi penyerapan abu sekitar 99,5%. Sedang sisanya terbawa bersama udara dihisap oleh Induced Draft Fan dan akhirnya dibuang ke lingkungan melalui cerobong (stack).

Siklus air pada PLTU

Air yang berasal dari air laut, dimurnikan dalam Desalination Plant. Kemudian air diproses dalam Demineralisasi Plant, yang berfungsi mengecilkan kadar ion hingga mencapai kadar ion dengan konduktivitas 0,2 μv/cm. Air ini ditampung dalam Demin Plant dan sebuah tank Stand By yaitu Reserved Feed Water Tank dimana sewaktu-waktu air siap disirkulasi ke sistem.

Air ini masuk ke kondensor pada suhu 40^oC lalu dipompa dengan Condensate Extraction Pump ke Condensate Polishing untuk menurunkan kadar garam mineral yang terkandung pada air, lalu dilanjutkan ke pemanas dengan memanfaatkan uap panas dari keluaran LP turbin.

Air dipanaskan lagi di dalam Low Pressure Heater (LP Heater) hingga bersuhu 109^oC. Dari situ air dilewatkan Deaerator, dimana air diberikan uap panas agar gas oksigen terpisah dan dapat dibuang. Juga terjadi proses Hidrazine, yaitu pemisahan sisa gas yang masih terkandung pada air. Deaerator juga memanaskan air hingga 140^oC.

Kemudian air dipompa oleh Boiler Feed Pump ke High Pressure Heater (HP Heater) hingga bersuhu 270^oC.

Dari Heater air dialirkan ke Economizer dengan memanfaatkan gas hasil pembakaran yang bertemperatur tinggi. Hal ini bertujuan agar air yang masuk ke boiler temperaturnya tidak jauh berbeda dengan air yang ada di dalam boiler.

Lalu air dialirkan ke Steam Drum. Di Steam Drum terjadi pemisahan air dan uap. Air di Steam Drum disirkulasikan ke pipa-pipa Wall Tube dan Down Comer pada dinding boiler untuk dipanaskan, hingga akhirnya kembali lagi ke Steam Drum. Aliran pada Wall Tube dan Down Comer adalah akibat perbedaan massa jenis air dan uap.

Uap yang telah terbentuk dipanaskan lagi di Superheater yang terdiri atas Primary Superheater dan Secondary Superheater, hingga keluarannya berupa uap Superheated (uap kering) bersuhu 538^oC dengan tekanan 169 kg/cm².

Dari HP Turbine, uap mengalami penurunan tekanan dan temperatur, lalu menuju Reheater untuk dipanaskan kembali hingga mencapai temperatur 538^oC dan tekanan 39 kg/cm². Kemudian uap diekspansikan lagi di Intermediate Pressure Turbine (IP Turbine) dan kemudian langsung masuk ke Low Pressure Turbine (LP Turbine) tanpa mengalami pemanasan ulang. HP Turbine, IP Turbine, LP Turbine dikopel menjadi satu poros untuk menggerakkan generator yang menghasikan energi listrik.

Uap yang keluar dari LP Turbine dimasukkan ke Condensor. Tekanan pada Condensor divakumkan dengan Air Injector agar terjadi kondensasi secara cepat di Condensor dan terjadi perbedaan tekanan yang besar dengan Turbine sehingga gaya penggerak sudu-sudu Turbine yang cukup besar. Uap di Condensor didinginkan dengan air laut. Air yang dihasilkan disirkulasikan lagi ke dalam boiler. Untuk mengatasi terjadinya kebocoran air dan uap, maka air hasil sirkulasi ditambah dengan air murni hasil desalinasi air laut.