===== BOILER =====

[[Boiler]] (ketel) berfungsi untuk merubah air menjadi uap superheat yang bertemperatur dan bertekanan tinggi. Proses memproduksi uap ini disebut ‘Steam Raising” (Pembuat Uap). Unit/alat yang digunakan untuk membuat uap disebut “Boiler” (Ketel) atau lebih tepat “steam Generator” (Pembangkit Uap) .Dan di boiler juga adalah tempat proses perubahan energy yaitu dari energy kimia ( bahan bakar ) menjadi energy potensial ( panas ).
Klasifikasi boiler secara umum dibagi menjadi dua yaitu, boiler pipa api dan ketel pipa air. Jenis boiler pipa api banyak digunakan oleh industri yang memerlukan tekanan uap yang relatif rendah, misalnya pabrik-pabrik gula. Sedangkan jenis pipa air digunakan oleh industri/pembangkit listrik yang memerlukan tekanan uap yang tinggi, misalnya pada pusat-pusat listrik tenaga uap.


==== 1. Tipe Boiler ====

=== 1.1 Boiler Pipa Api ===

Pada jenis ketel pipa api, gas panas hasil pembakaran (flue gas) mengalir melalui pipa-pipa yang dibagian luarnya diselimuti air sehingga terjadi perpindahan panas dari gas panas ke air dan air berubah menjadi uap.

Gambar boiler pipa api dapat dilihat pada gambar 1 .

{{  :unit_1-4:boiler:ketel_pipa_api.png?300 }}

Keterbatasan dari boiler pipa api adalah tekanan uap tidak dapat dibuat terlampau tinggi karena ketebalan drum akan sedemikian tebalnya sehingga tidak menguntungkan. Boiler seperti ini banyak digunakan dipabrik-pabrik gula karena tidak memerlukan tekanan uap yang tinggi.

=== 1.2 Boiler Pipa Air ===

Pada boiler jenis ini, air berada didalam pipa sedangkan gas panas berada diluar pipa. Ketel pipa air dapat beroperasi dengan tekanan sangat tinggi .

Gambar ketel pipa air dapat dilihat pada gambar 2 dan gambar 3.

{{  :unit_1-4:boiler:ketel_pipa_air_1.png?300 }}

{{  :unit_1-4:boiler:ketel_pipa_air_2.png?300 }}

=== 1.3 Struktur Boiler ====

Struktur boiler berbahan bakar batubara dapat dilihat pada gambar 4 dan gambar 5.

{{  :unit_1-4:boiler:struktur_boiler.png?500 }}


==== 2. RUANG BAKAR ====

Ruang bakar adalah bagian dari boiler yang berfungsi untuk tempat berlangsungnya proses pembakaran antara bahan bakar dan udara.

Tekanan gas panas yang berada didalam ruang bakar (Furnance) dapat lebih besar dari pada tekanan udara luar (Tekanan ruang bakar positip) dan dapat juga bertekanan lebih kecil dari tekanan udara luar (Tekanan ruang bakar negatif) atau bertekanan seimbang (Balance Draught).

=== 2.1 Tekanan Positif ===
Pada boiler dengan tekanan ruang bakar positif, udara luar dihembuskan masuk kedalam ruang bakar dengan menggunakan forced draught fan (Kipas tekan paksa) untuk udara pembakaran , yang sekaligus mendorong gas panas hasil pembakaran ke arah cerobong.
Boiler/ketel dengan tekanan ruang bakar positif banyak digunakan oleh ketel dengan bahan bakar minyak. 

=== 2.2 Tekanan Negatif ===
Pada boiler dengan tekanan ruang bakar negatif, gas panas hasil pembakaran dihisap oleh induced draught fan sekaligus menghisap udara luar masuk kedalam ruang bakar. Boiler/ketel dengan tekanan ruang bakar negatif banyak digunakan oleh ketel dengan bahan bakar batu bara dengan kapasitas kecil.

=== 2.3 Tekanan seimbang ( Balance ) ===
Gabungan dari kedua cara tersebut diatas diterapkan pada balanced draught yang memiliki baik forced draught fan untuk mendorong udara luar masuk kedalam boiler, maupun induced draught fan untuk menghisap gas panas hasil pembakaran.
Pada sistem balanced draught, tekanan ruang bakar dibuat sedikit negatif yaitu sekitar - 10 mmWg (0,001 bar) .
Boiler dengan tekanan ruang bakar tekanan balanced draught (seimbang) banyak digunakan oleh ketel dengan bahan bakar Batubara berkapasitas besar.Karena membutuhkan pasokan udara yang besar.

==== 3. SIRKULASI AIR ====
Air dipompakan kedalam boiler dengan menggunakan pompa air pengisi (Boiler Feed Pump/BFP), melalui katup pengatur. Sebelum masuk kedalam boiler drum, air dipanaskan terlebih dahulu di Low Pressure Heater juga dipanasi di High Pressure Heater dan terakhir dipanasi di Economizer sehingga temperatur air mendekati titik didihnya.

Dari dalam boiler drum air bersirkulasi melalui down comer dan riser sehingga dengan adanya pemanasan dari ruang bakar terbentuklah uap air.

Sirkulasi ini dapat terjadi secara alami (natural circulation) ataupun sirkulasi yang dibantu (assited circulation) dengan menggunakan pompa sirkulasi.

Gambar sirkulasi alami dan paksa pada boiler dapat dilihat pada Gambar 6.

{{:unit_1-4:boiler:sirkulasi_alami.png?200|}}

{{:unit_1-4:boiler:sirkulasi_paksa.png?200|}}

Salah satu bagian dari boiler adalah down comer. Down comer ini berada diluar ruang bakar, menghubungkan antara boiler drum dengan bagian bawah tube wall (Riser). Down comer tidak mendapat pemanasan dari ruang bakar boiler. Karena air didalam riser mendapat pemanasan dari ruang bakar maka akan timbul uap air. Campuran air dan uap yang berada didalam riser berat jenisnya akan lebih kecil dari pada air yang ada didalam down comer, karena air didalam down comer tidak menerima pemanasan.
Selanjutnya air dan uap yang ada didalam riser akan naik sedangkan air yang ada didalam down comer akan turun.

Dengan demikian terjadilah sirkulasi air didalam boiler secara alami. Uap yang dihasilkan ditampung didalam boiler drum kemudian dialirkan menuju turbin melewati superheater. Komponen utama boiler dalam sirkulasi air adalah Ekonomiser, drum boiler, heater, riser dan down comer.

Salah satu bagian dari boiler adalah down comer. Down comer ini berada diluar ruang bakar, menghubungkan antara boiler drum dengan bagian bawah tube wall (Riser). Down comer tidak mendapat pemanasan dari ruang bakar boiler. Karena air didalam riser mendapat pemanasan dari ruang bakar maka akan timbul uap air. Campuran air dan uap yang berada didalam riser berat jenisnya akan lebih kecil dari pada air yang ada didalam down comer, karena air didalam down comer tidak menerima pemanasan.
Selanjutnya air dan uap yang ada didalam riser akan naik sedangkan air yang ada didalam down comer akan turun. 
Dengan demikian terjadilah sirkulasi air didalam boiler secara alami. Uap yang dihasilkan ditampung didalam boiler drum kemudian dialirkan menuju turbin melewati superheater. Komponen utama boiler dalam sirkulasi air adalah Ekonomiser, drum boiler, heater, riser dan down comer.

==== 3.1. Economizer ====
Economizer adalah Heat Exchanger (penukar kalor) yang dipasang pada saluran air pengisi sebelum air masuk ke Boiler Drum (lihat Gambar .7)
Konstruksi Economizer berupa sekelompok pipa-pipa kecil yang disusun berlapis-lapis. Di bagian dalam pipa mengalir air pengisi yang dipompakan oleh Boiler Feed Pump dan dibagian luar pipa mengalir gas panas hasil pembakaran yang terjadi di ruang bakar.
Karena temperatur gas panas lebih tinggi dari temperatur air pengisi maka gas panas menyerahkan panas kepada air pengisi sehingga temperatur air pengisi menjadi naik dan diharapkan mendekati titik didihnya, tapi jangan melampaui titik didih karena akan menyebabkan terbentuknya uap di dalam pipa Economizer dengan akibat lebih lanjut terjadi overheating pada pipa tersebut.

==== 3.2.  Boiler Drum ====
Boiler Drum adalah  bejana tempat menampung air yang datang dari Economizer dan uap hasil  penguapan dari Tube Wall  ( Riser). Kira-kira separuh dari drum berisi air dan separuhnya lagi berisi uap.
Boiler Drum terbuat dari baja yang tebal dan dilengkapi diantaranya :
  * Man hole.
  * Saluran menuju Superheater.
  * Saluran menuju Feedwater Inlet.
  * Saluran menuju Blow Down.
  * Saluran menuju Down Comer
  * Saluran menuju Safety Valve.
  * Pipa  injeksi bahan Kimia.
  * Pipa Sampling.
  * Pipa menuju alat ukur dan alat kontrol
Seperti terlihat pada Gambar 8 di bagian dalam Boiler Drum terdapat peralatan-peralatan Screen dryer (pengering uap) dan Steam separator (pemisah uap).

Pengaturan level didalam Boiler Drum  dilakukan dengan mengatur besarnya pembukaan Flow  Control Valve. Apabila level didalam air drum terlalu rendah/tidak terkontrol akan menyebabkan terjadinya Overheating pada pipa-pipa Boiler, sedangkan bila level drum terlalu tinggi, kemungkinan butir-butir air terbawa uap ke turbin dan mengakibatkan kerusakan pada turbin. Untuk mengamankannya pada boiler  drum dipasang alarm untuk level high dan level low serta trip untuk level very low dan very high.

Level air didalam boiler drum dapat dimonitor dengan menggunakan perlatan level gauge/level indikator yang terdapat didekat boiler drum (lokal), atau dengan cara remote (jarak jauh) di control room, juga dicatat pada level recorder.

Uap yang dihasilkan dari dalam tube wall (riser), terkumpul didalam boiler drum. Uap akan mengalir ke arah puncak boiler drum melewati steam separator dan screen dryer lalu keluar dari dalam drum dalam keadaan kering menuju separator dan akhirnya ke turbin.

Butir-butir air yang terpisah dari uap akan jatuh dan bersirkulasi kembali bersama air yang baru masuk.

{{  :unit_1-4:boiler:boiler_drum.png?400 }}


