Macam Boiler

1. Pendahuluan

Boiler merupakan bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam berupa energi kerja. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air panas atau steam pada tekanan dan suhu tertentu mempunyai nilai energi yang kemudian digunakan untuk mengalirkan panas dalam bentuk energi kalor ke suatu proses. Jika air didihkan sampai menjadi steam, maka volumenya akan meningkat sekitar 1600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga sistem boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik.

1.1. Proses Kerja Boiler

Energi kalor yang dibangkitkan dalam sistem boiler memiliki nilai tekanan, temperatur, dan laju aliran yang menentukan pemanfaatan steam yang akan digunakan. Berdasarkan ketiga hal tersebut sistem boiler mengenal keadaan tekanan-temperatur rendah (low pressure/LP), dan tekanan-temperatur tinggi (high pressure/HP), dengan perbedaan itu pemanfaatan steam yang keluar dari sistem boiler dimanfaatkan dalam suatu proses untuk memanasakan cairan dan menjalankan suatu mesin (commercial and industrial boilers), atau membangkitkan energi listrik dengan merubah energi kalor menjadi energi mekanik kemudian memutar generator sehingga menghasilkan energi listrik (power boilers). Namun, ada juga yang menggabungkan kedua sistem boiler tersebut, yang memanfaatkan tekanan-temperatur tinggi untuk membangkitkan energi listrik, kemudian sisa steam dari turbin dengan keadaan tekanan-temperatur rendah dapat dimanfaatkan ke dalam proses industri dengan bantuan heat recovery boiler.

Sistem boiler terdiri dari sistem air umpan, sistem steam, dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan dari sistem air umpan, penanganan air umpan diperlukan sebagai bentuk pemeliharaan untuk mencegah terjadi kerusakan dari sistem steam. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua perlatan yang digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem.

Sebelum menjelaskan keanekaragaman boiler, perlu diketahui komponen dari boiler yang mendukung teciptanya steam, berikut komponen-komponen boiler:

-     Furnace

Komponen ini merupakan tempat pembakaran bahan bakar. Beberapa bagian dari furnace diantaranya : refractory, ruang perapian, burner, exhaust for flue gas, charge and discharge door.

-      Steam Drum

Komponen ini merupakan tempat penampungan air panas dan pembangkitan steam. Steam masih bersifat jenuh (saturated steam).

-       Superheater

Komponen ini merupakan tempat pengeringan steam dan siap dikirim melalui main steam pipe dan siap untuk menggerakkan turbin uap atau menjalankan proses industri.

-      Air Heater

Komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan udara luar yang diserap untuk meminimalisasi udara yang lembab yang akan masuk ke dalam tungku pembakaran.

-      Economizer

Komponen ini merupakan ruangan pemanas yang digunakan untuk memanaskan air dari air yang terkondensasi dari sistem sebelumnya  maupun air umpan baru.

-      Safety valve

Komponen ini merupakan saluran buang steam jika terjadi keadaan dimana tekanan steam melebihi kemampuan boiler menahan tekanan steam.

-      Blowdown valve

Komponen ini merupakan saluran yang berfungsi membuang endapan yang berada di dalam pipa steam.

1.2. Klasifikasi Boiler

Setelah mengetahui proses singkat, sistem boiler, dan komponen pembentuk sistem boiler, perlu diketahui keanekaragaman boiler. Berbagai bentuk boiler telah berkembang mengikuti kemajuan teknologi dan evaluasi dari produk-produk boiler sebelumnya yang dipengaruhi oleh gas buang boiler yang mempengaruhi lingkungan dan produk steam seperti apa yang akan dihasilkan. Berikut klasifikasi boiler yang telah dikembangkan:

1.2.1.      Berdasarkan tipe pipa :

-      Fire Tube

Tipe boiler pipa api memiliki karakteristik : menghasilkan kapasitas dan tekanan steam yang rendah.

Cara kerja : proses pengapian terjadi didalam pipa, kemudian panas yang dihasilkan dihantarkan langsung kedalam boiler yang berisi air. Besar dan konstruksi boiler mempengaruhi kapasitas dan tekanan yang dihasilkan boiler tersebut.

-     Water Tube

Tipe boiler pipa air memiliki karakteristik : menghasilkan kapasitas dan tekanan steam yang tinggi.

Cara Kerja : proses pengapian terjadi diluar pipa, kemudian panas yang dihasilkan memanaskan pipa yang berisi air dan sebelumnya air tersebut dikondisikan terlebih dahulu melalui economizer, kemudian steam yang dihasilkan terlebih dahulu dikumpulkan di dalam sebuah steam-drum. Sampai tekanan dan temperatur sesuai, melalui tahap secondary superheater dan  primary superheater baru steam dilepaskan ke pipa utama distribusi. Didalam pipa air, air yang mengalir harus dikondisikan terhadap mineral atau kandungan lainnya yang larut di dalam air tesebut. Hal ini merupakan faktor utama yang harus diperhatikan terhadap tipe ini.

Tabel 1.1. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan tipe pipa.

No.	Tipe Boiler	Keuntungan	Kerugian
1	Fire Tube	Proses pemasangan mudah dan cepat, Tidak membutuhkan setting khusus	Tekanan operasi steam terbatas untuk tekanan rendah 18 bar
		Investasi awal boiler ini murah	Kapasitas steam relatif kecil (13.5 TPH) jika diabndingkan dengan water tube
		Bentuknya lebih compact dan portable	Tempat pembakarannya sulit dijangkau untuk dibersihkan, diperbaiki, dan diperiksa kondisinya.
		Tidak membutuhkan area yang besar untuk 1 HP boiler	Nilai effisiensinya rendah, karena banyak energi kalor yang terbuang langsung menuju stack
2	Water Tube	Kapasitas steam besar sampai 450 TPH	Proses konstruksi lebih detail
		Tekanan operasi mencapai 100 bar	Investasi awal relatif lebih mahal
		Nilai effisiensinya relatif lebih tinggi dari fire tube boiler	Penanganan air yang masuk ke dalam boiler perlu dijaga, karena lebih sensitif untuk sistem ini, perlu komponen pendukung untuk hal ini
		Tungku mudah dijangkau untuk melakukan pemeriksaan, pembersihan, dan perbaikan.	Karena mampu menghasilkan kapasitas dan tekanan steam yang lebih besar, maka konstruksinya dibutuhkan area yang luas

1.2.2.      Berdasarkan bahan bakar yang digunakan :

-      Solid Fuel

Tipe boiler bahan bakar padat memiliki karakteristik : harga bahan baku pembakaran relatif lebih murah dibandingkan dengan boiler yang menggunakan bahan bakar cair dan listrik. Nilai effisiensi dari tipe ini lebih baik jika dibandingkan dengan boiler tipe listrik.

Cara kerja : pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara percampuran bahan bakar padat (batu bara, baggase, rejected product, sampah kota, kayu) dengan oksigen dan sumber panas.

-      Oil Fuel

Tipe boiler bahan bakar cair memiliki karakteristik : harga bahan baku pembakaran paling mahal dibandingkan dengan semua tipe. Nilai effisiensi dari tipe ini lebih baik jika dbandingkan dengan boiler bahan bakar padat dan listrik.

Cara kerja : pemanasan yang terjadi akibat pembakaran antara percampuran bahan bakar cair (solar, IDO, residu, kerosin) dengan oksigen dan sumber panas.

-      Gaseous Fuel

Tipe boiler bahan bakar gas memiliki karakteristik : harga bahan baku pembakaran paling murah dibandingkan dengan semua tipe boiler. Nilai effisiensi dari tipe ini lebih baik jika dibandingkan dengan semua tipe boiler berdasarkan bahan bakar.

Cara kerja : pembakaran yang terjadi akibat percampuran bahan bakar gas (LNG) dengan oksigen dan sumber panas.

-      Electric

Tipe boiler listrik memiliki karakteristik : harga bahan baku pemanasan relatif lebih murah dibandingkan dengan boiler yang menggunakan bahan bakar cair. Nilai effisiensi dari tipe ini paling rendah jika dbandingkan dengan semua tipe boiler berdasarkan bahan bakarnya.

Cara kerja : pemanasan yang terjadi akibat sumber listrik yang menyuplai sumber panas.

Tabel 1.2. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan bahan bakar.

No.	Tipe Boiler	Keuntungan	Kerugian
1	Solid Fuel	Bahan baku mudah didapatkan.	Sisa pembakaran sulit dibersihkan
		Murah konstruksinya.	Sulit mendapatkan bahan baku yang baik.
2	Oil Fuel	Sisa pembakaran tidak banyak dan lebih mudah dibersihkan.	Harga bahan baku paling mahal.
		Bahan bakunya mudah didapatkan.	Mahal konstruksinya.
3	Gaseous Fuel	Harga bahan bakar paling murah.	Mahal konstruksinya.
		Paling baik nilai effisiensinya.	Sulit didapatkan bahan bakunya, harus ada jalur distribusi.
4	Electric	Paling mudah perawatannya.	Paling buruk nilai effisiensinya.
		Mudah konstruksinya dan mudah didapatkan sumbernya.	Temperatur pembakaran paling rendah.

1.2.3.      Berdasarkan kegunaan boiler :

-      Power Boiler

Tipe power boiler memiliki karakteristik : kegunaan utamanya sebagai penghasil steam sebagai pembangkit listrik, dan sisa steamdigunakan untuk menjalankan proses industri.

Cara kerja : steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan tipe water tube boiler, hasil steam yang dihasilkan memiliki tekanan dan kapasitas yang besar, sehingga mampu memutar steam turbin dan menghasilkan listrik dari generator.

-      Industrial Boiler

Tipe industrial boiler memiliki karakteristik : kegunaan utamanya sebagai penghasil steam atau air panas untuk menjalankan proses industri dan sebagai tambahan pemanas.

Cara kerja : steam yang dihasilkan boiler ini dapat menggunakan tipe water tube atau fire tube boiler, hasil steam yang dihasilkan memiliki kapasitas yang besar dan tekanan yang sedang.

-      Commercial Boiler

Tipe commercial boiler memiliki karakteristik : kegunaan utamanya sebagai penghasil steam atau air panas sebagai pemanas dan sebagai tambahan untuk menjalankan proses operasi komersial.

Cara kerja : steam yang dihasilkan boiler ini dapat menggunakan tipe water tube atau fire tube boiler, hasil steam yang dihasilkan memiliki kapasitas yang besar dan tekanan yang rendah.

-      Residential Boiler

Tipe residential boiler memiliki karakteristik : kegunaan utamanya sebagai penghasil steam atau air panas tekanan rendah yang digunakan untuk perumahan.

Cara kerja : steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan tipe fire tube boiler, hasil steam yang dihasilkan memiliki tekanan dan kapasitas yang rendah

-      Heat Recovery Boiler

Tipe heat recovery boiler memiliki karakteristik : kegunaan utamanya sebagai penghasil steam dari uap panas yang tidak terpakai. Hasilsteam ini digunakan untuk menjalankan proses industri.

Cara kerja : steam yang dihasilkan boiler ini menggunakan tipe water tube boiler atau fire tube boiler, hasil steam yang dihasilkan memiliki tekanan dan kapasitas yang besar.

Tabel 1.3. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan kegunaan.

No.	Tipe Boiler	Keuntungan	Kerugian
1	Power Boiler	Dapat menghasilkan listrik dan sisa steamdapat menjalankan proses industri.	Konstruksi awal relatif mahal.
		Steam yang dihasilkan memiliki tekanan tinggi	Perlu diperhatikan faktor safety.
2	Industrial Boiler	Penanganan boiler lebih mudah.	Steam yang dihasilkan memiliki tekanan rendah.
		Konstruksi awal relatif murah.
3	Commercial Boiler	Penanganan boiler lebih mudah.	Steam yang dihasilkan memiliki tekanan rendah.
		Konstruksi awal relatif murah.
4	Residential Boiler	Penanganan boiler lebih mudah.	Steam yang dihasilkan memiliki tekanan rendah.
		Konstruksi awal relatif murah.
5	Heat Recovery Boiler	Penanganan boiler lebih mudah.	Steam yang dihasilkan memiliki tekanan rendah.
		Konstruksi awal relatif murah.

1.2.4.      Berdasarkan konstruksi boiler :

-      Package Boiler

Tipe package boiler memiliki karakteristik : perakitan boiler dilakukan di pabrik pembuat, pengiriman langsung dalam bentuk boiler.

-      Site Erected Boiler

Tipe site erected boiler memiliki karakteristik : perakitan boiler dilakukan di tempat akan berdirinya boiler tersebut, pengiriman dilakukan per komponen.

Tabel 1.4. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan konstruksi.

No.	Tipe Boiler	Keuntungan	Kerugian
1	Package Boiler	Mudah pengirimannya.	Terbatas tekanan dan kapasitas kerjanya.
		Dibutuhkan waktu yang singkat untuk mengoprasikan setelah pengiriman.	Komponen-komponen boiler tergantung pada produsen boiler.
2	Site Erected Boiler	Tekanan dan kapasitas kerjanya dapat disesuaikan keinginan.	Sulit pengirimannya, memakan biaya yang mahal.
		Komponen-komponen boiler dapat dipadukan dengan produsen lain.	Perlu waktu yang cukup lama setelah boiler berdiri, setelah proses pengiriman.

1.2.5.      Berdasarkan tekanan kerja boiler :

-      Low Pressure Boilers

Tipe low pressure boiler memiliki karakteristik : tipe ini memiliki tekanan steam operasi kurang dari 15 psig atau menghasilkan air panas dengan tekanan dibawah 160 psig atau temperatur dibawah 250 ⁰F

-     High Pressure Boilers

Tipe high pressure boiler memiliki karakteristik : tipe ini memiliki tekanan steam operasi diatas 15 psig atau menghasilkan air panas dengan tekanan diatas 160 psig atau temperatur diatas 250 ⁰F

Tabel 1.5. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan tekanan kerja.

No.	Tipe Boiler	Keuntungan	Kerugian
1	Low Pressure	Tekanan rendah sehingga penanganannya tidak terlalu rumit	Tekanan yang dihasilkan rendah, tidak dapat membangkitkan listrik.
		Area yang dibutuhkan tidak terlalu besar, dan biaya konstruksi tidak lebih mahal dari high pressure boiler
2	High Pressure	Tekanan yang dihasilkan tinggi sehingga dapat membangkitkan listrik dan sisanya dapat didaur ulang untuk mengoprasikan proses industri	Tekanan tinggi sehingga penanganannya perlu diperhatikan aspek keselamatannya.
			Area yang dibutuhkan besar dan biaya konstruksi lebih mahal darilow pressure boiler

1.2.6.      Berdasarkan cara pembakaran bahan bakar :

-      Stoker Combustion

Tipe stoker combustion memiliki karakteristik : tipe ini memanfaatkan bahan bakar padat untuk melakukan pembakaran, bahan bakar padat dimasukkan kedalam ruang pembakaran melalui conveyor ataupun manual. Tipe ini memiliki sisa pembakaran yang harus diatangani berupa bottom ash atau fly ash yang dapat mencemari lingkungan.

-      Pulverized Coal

Cara kerja : proses ini menghancurkan batu bara dengan ball mill atau roller mill sehingga batu bara memiliki ukuran kurang dari 1 mm. kemudian batu bara berupa bubuk ini disemprotkan ke dalam ruang pembakaran.

-      Fluidized Coal

Cara kerja : proses ini menghancurkan batu bara dengan crusher, sehingga batu bara memiliki ukuran kurang dari 2 mm. Pada proses ini pembakaran dilakukan dalam lapisan pasir, batu bara akan langsung membara jika mengenai pasir.

-      Firing Combustion

Tipe firing memiliki karakteristik : tipe ini memanfaatkan bahan bakar cair, padat, dan gas untuk melakukan pembakaran, pemanasan yang terjadi lebih merata.

Cara kerja : bahan bakar cair digunakan sebagai preliminary firing fueldimasukkan kedalam ruang pembakaran melalui oil gun. Setelah tercapai temperatur yang sesuai, pembakaran diambil alih oleh coal nozzle atau gas nozzle.

Tabel 1.6. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan pembakaran.

No.	Tipe Boiler	Keuntungan	Kerugian
1	Stoker Combustion	Konstruksinya relatif sederhana.	Limbah yang diproduksi pembakaran lebih banyak
			Panas yang dihasilkan kurang merata jika tidak ada komponen pendukung.
			Effisiensi relatif rendah
2	Pulverized	Efisiensi relatif tinggi	Konstruksinya rumit dan membutuhkan dana investasi yang mahal.
		Proses pembakaran lebih merata pada tungku pembakaran.
3	Fluidized Bed	Efisiensi relatif tinggi	Konstruksinya rumit dan membutuhkan dana investasi yang mahal.
		Suhu pembakaran tidak mencapai suhu 10000C sehingga tidak menimbulkan NOX
4	Firing	Limbah yang diproduksi pembakaran lebih sedikit	Konstruksi relatif rumit, perlu nozzle.
		Panas yang dihasilkan lebih merata
		Effisiensi relatif lebih baik

1.2.7.      Berdasarkan material penyusun boiler :

-      Steel

Tipe boiler dari bahan steel memiliki karakteristik : bahan baku utama boiler terbuat menggunakan steel pada daerah steam.

-      Cast Iron

Tipe boiler dari bahan cast iron memiliki karakteristik : bahan baku utama boiler terbuat menggunakan besi cor pada daerah steam.

Tabel 1.7. Keuntungan dan kerugian boiler berdasarkan material.

No.	Tipe Boiler	Keuntungan	Kerugian
1	Steel	Kuat dan tahan lama.	Biaya relatif mahal.
		Dapat dialiri steamuntuk tekanan tinggi.	Konstruksi lebih rumit.
2	Cast Iron	Biaya relatif murah.	Rentan dan mudah rusak.
		Konstruksi lebih sederhana.	Dapat dialiri steam untuk tekanan yang terbatas.

by why_cp