Pendahuluan

Gambaran umum tentang peraturan ketel uap, beserta evaluasi jenis bahan bakar dan perbandingannya.

Blok Ruang Ketel Uap dari Sirkuit Uap dan Kondensat ini akan berfokus pada desain dan isi dari ruang ketel uap, dan aplikasi di dalamnya. Ruang ketel uap yang dirancang dengan baik, dioperasikan, dan dipelihara adalah jantung dari pabrik uap yang efisien.

Namun, sejumlah hambatan dapat menghalangi kondisi ideal ini. Ruang ketel uap dan isinya kadang-kadang dipandang sebagai ketidaknyamanan yang diperlukan dan bahkan di lingkungan yang sadar energi saat ini, pengukuran aliran uap yang akurat dan alokasi biaya yang benar kepada berbagai pengguna, tidak universal. Ini dapat berarti bahwa peningkatan efisiensi dan proyek penghematan biaya yang berkaitan dengan ruang ketel uap mungkin sulit dibenarkan kepada pengguna akhir. Dalam banyak kasus, ruang ketel uap dan ketersediaan uap menjadi tanggung jawab Manajer Teknik, sehingga masalah efisiensi apa pun dilihat sebagai miliknya. Penting untuk diingat bahwa ketel uap adalah bejana bertekanan yang berisi air panas yang melepuh dan uap pada suhu lebih dari 100°C, dan desain serta operasinya diatur oleh sejumlah standar dan peraturan yang kompleks.

Untuk alasan yang tercantum di atas, pengguna harus mengonfirmasi peraturan nasional dan lokal yang berlaku.

Tujuan Modul ini adalah untuk memberikan wawasan kepada perancang, operator, dan pemelihara ruang ketel uap tentang pertimbangan yang diperlukan dalam pengembangan ketel dan peralatan terkaitnya. Ketel uap modern tersedia dalam berbagai ukuran untuk memenuhi aplikasi besar dan kecil. Secara umum, ketika lebih dari satu ketel diperlukan untuk memenuhi permintaan, menjadi layak secara ekonomis untuk menempatkan pabrik ketel di lokasi terpusat, karena biaya instalasi dan operasi dapat secara signifikan lebih rendah dibandingkan dengan pabrik yang terdesentralisasi. Misalnya, sentralisasi menawarkan manfaat berikut dibandingkan penggunaan ketel kecil yang tersebar:

• Lebih banyak pilihan bahan bakar dan tarif.
• Ketel identik sering digunakan di ruang ketel terpusat mengurangi suku cadang, inventaris, dan biaya.
• Pemulihan panas mudah diterapkan untuk pengembalian terbaik.
• Pengurangan pengawasan manual membebaskan tenaga kerja untuk tugas lain di lokasi.
• Ukuran pabrik ketel yang ekonomis sesuai dengan permintaan yang beragam.
• Emisi buang lebih mudah dipantau dan dikontrol.
• Protokol keselamatan dan efisiensi lebih mudah dipantau dan dikontrol.

Bahan bakar untuk ketel uap

Tiga jenis bahan bakar yang paling umum digunakan dalam ketel uap adalah batu bara, minyak, dan gas. Namun, limbah industri atau komersial juga digunakan pada ketel tertentu, bersama dengan listrik untuk ketel elektroda. Batu bara Batu bara adalah istilah generik yang diberikan untuk keluarga bahan bakar padat dengan kandungan karbon tinggi. Ada beberapa jenis batu bara dalam keluarga ini, masing-masing berhubungan dengan tahapan pembentukan batu bara dan jumlah kandungan karbon. Tahapan ini adalah:

• Gambut.
• Lignit atau batu bara coklat.
• Bituminus.
• Semi bituminus.
• Antrasit. Jenis bituminus dan antrasit cenderung digunakan sebagai bahan bakar ketel. Di Inggris, penggunaan batu bara bongkahan untuk membakar ketel shell sedang menurun. Ada sejumlah alasan untuk ini termasuk: Ketersediaan dan biaya - Dengan banyak lapisan batu bara yang sudah habis, jumlah batu bara yang diproduksi di Inggris lebih sedikit dari sebelumnya, dan penurunannya diharapkan akan berlanjut. Kecepatan respons terhadap perubahan beban - Dengan batu bara bongkahan, ada jeda waktu yang substansial antara:
• Munculnya permintaan panas.
• Pembakaran batu bara ke dalam ketel.
• Penyalaan batu bara.
• Uap yang dihasilkan untuk memenuhi permintaan. Untuk mengatasi keterlambatan ini, ketel yang dirancang untuk pembakaran batu bara perlu mengandung lebih banyak air pada suhu jenuh untuk menyediakan cadangan energi untuk menutupi jeda waktu ini. Ini, pada gilirannya, berarti ketel lebih besar, dan karenanya lebih mahal dalam biaya pembelian, dan menempati ruang manufaktur produk yang lebih berharga. Abu - Abu dihasilkan saat batu bara dibakar. Abu mungkin sulit untuk dihilangkan, biasanya melibatkan intervensi manual dan pengurangan jumlah uap yang tersedia saat de-ashing berlangsung. Abu kemudian harus dibuang, yang sendiri mungkin mahal. Peralatan pembakaran - Sejumlah pengaturan berbeda ada termasuk stoker stepper, penyiram, dan stoker chain-grate. Tema umumnya adalah bahwa semuanya membutuhkan pemeliharaan yang substansial. Emisi - Batu bara mengandung rata-rata 1,5% sulfur (S) berdasarkan berat, tetapi level ini mungkin setinggi 3% tergantung di mana batu bara ditambang. Selama proses pembakaran:
• Sulfur akan bergabung dengan oksigen (O2) dari udara membentuk SO2 atau SO3.
• Hidrogen (H) dari bahan bakar akan bergabung dengan oksigen (O2) dari udara membentuk air (H2O). Setelah proses pembakaran selesai, SO3 akan bergabung dengan air (H2O) menghasilkan asam sulfat (H2SO4), yang dapat mengembun di cerobong menyebabkan korosi jika suhu cerobong yang benar tidak dipertahankan. Atau, ia dibawa ke atmosfer bersama gas cerobong. Asam sulfat ini dibawa kembali ke bumi bersama hujan, menyebabkan:
• Kerusakan pada struktur bangunan.
• Gangguan dan kerusakan pada tanaman dan vegetasi. Abu yang dihasilkan dari batu bara ringan, dan sebagian pasti akan terbawa bersama gas buang, ke dalam cerobong dan dikeluarkan sebagai materi partikel ke lingkungan. Namun, batu bara masih digunakan untuk membakar banyak ketel tabung air sangat besar yang ditemukan di pembangkit listrik. Karena skala besar operasi ini, menjadi ekonomis untuk mengembangkan solusi untuk masalah yang disebutkan di atas, dan mungkin juga ada tekanan pemerintah untuk menggunakan bahan bakar yang diproduksi domestik, untuk keamanan nasional pasokan listrik.
• Batu bara yang digunakan di pembangkit listrik digiling menjadi bubuk yang sangat halus, umumnya disebut ‘bahan bakar terpulverisasi’, dan biasanya disingkat ‘pf’.
• Ukuran partikel kecil pf berarti rasio area permukaan terhadap volumenya sangat meningkat, membuat pembakaran sangat cepat, dan mengatasi masalah laju respons yang dihadapi saat menggunakan batu bara bongkahan.
• Ukuran partikel kecil juga berarti pf mengalir sangat mudah, hampir seperti cairan, dan dimasukkan ke dalam tungku ketel melalui burner, menghilangkan stoker yang digunakan dengan batu bara bongkahan.
• Untuk lebih meningkatkan fleksibilitas dan rasio turndown ketel, mungkin ada 30+ burner pf di sekitar dinding dan atap ketel, masing-masing dapat dikontrol secara independen untuk meningkatkan atau mengurangi panas di area tertentu dari tungku. Misalnya, untuk mengontrol suhu uap yang meninggalkan superheater. Mengenai kualitas gas yang dilepaskan ke atmosfer:
• Gas ketel akan diarahkan melalui presipitator elektrostatik di mana pelat bermuatan listrik menarik abu dan partikel lain, menghilangkannya dari aliran gas.
• Material sulfurous akan dihilangkan dalam scrubber gas.
• Emisi akhir ke lingkungan memiliki kualitas tinggi. Sekitar 8 kg uap dapat diproduksi dari pembakaran 1 kg batu bara. Minyak Minyak untuk bahan bakar ketel dibuat dari residu yang dihasilkan dari minyak bumi mentah setelah didistilasi untuk menghasilkan minyak yang lebih ringan seperti bensin, parafin, kerosin, diesel, atau gas oil. Berbagai grade tersedia, masing-masing cocok untuk peringkat ketel yang berbeda; grade-nya adalah sebagai berikut:
• Kelas D - Diesel atau gas oil.
• Kelas E - Minyak bakar ringan.
• Kelas F - Minyak bakar sedang.
• Kelas G - Minyak bakar berat. Minyak mulai menantang batu bara sebagai bahan bakar ketel pilihan di Inggris selama tahun 1950-an. Ini terjadi sebagian dari sponsor Kementerian Tenaga Bakar dan Daya saat itu terhadap penelitian untuk meningkatkan pabrik ketel. Keuntungan minyak dibandingkan batu bara meliputi:
• Waktu respons yang lebih singkat antara permintaan dan jumlah uap yang dihasilkan.
• Ini berarti lebih sedikit energi yang harus disimpan dalam air ketel. Ketel bisa lebih kecil, memancarkan lebih sedikit panas ke lingkungan, dengan konsekuensi peningkatan efisiensi.
• Ukuran yang lebih kecil juga berarti ketel menempati lebih sedikit ruang produksi.
• Stoker mekanis dihilangkan, mengurangi beban pemeliharaan.
• Minyak hanya mengandung jejak abu, hampir menghilangkan masalah penanganan dan pembuangan abu.
• Kesulitan yang ditemui dalam penerimaan, penyimpanan, dan penanganan batu bara dihilangkan. Sekitar 15 kg uap dapat diproduksi dari 1 kg minyak, atau 14 kg uap dari 1 liter minyak. Gas Gas adalah bentuk bahan bakar ketel yang mudah dibakar, dengan sangat sedikit udara berlebih. Gas bahan bakar tersedia dalam dua bentuk berbeda:
• Gas alam - Ini adalah gas yang diproduksi (secara alami) di bawah tanah. Digunakan dalam kondisi alaminya (kecuali untuk penghilangan pengotor), dan mengandung proporsi metana yang tinggi.
• Gas minyak cair (LPG) - Ini adalah gas yang diproduksi dari pemurnian minyak bumi dan kemudian disimpan di bawah tekanan dalam keadaan cair hingga digunakan. Bentuk LPG yang paling umum adalah propana dan butana. Pada akhir 1960-an ketersediaan gas alam (seperti dari Laut Utara) menyebabkan perkembangan lebih lanjut dalam ketel. Keuntungan pembakaran gas dibandingkan pembakaran minyak meliputi:
• Penyimpanan bahan bakar bukan masalah; gas disalurkan langsung ke ruang ketel uap.
• Hanya jejak sulfur yang ada dalam gas alam, yang berarti jumlah asam sulfat dalam gas cerobong hampir nol. Sekitar 42 kg uap dapat diproduksi dari 1 Therm gas (setara dengan 105,5 MJ) untuk ketel 10 bar g, dengan efisiensi operasi keseluruhan 80%. Limbah sebagai bahan bakar utama Ada dua aspek untuk ini: Material limbah - Di sini, limbah dibakar untuk menghasilkan panas, yang digunakan untuk menghasilkan uap. Motifnya mungkin termasuk pembuangan material berbahaya yang aman dan tepat. Rumah sakit akan menjadi contoh yang baik:
• Dalam keadaan ini, mungkin pembakaran yang tepat dan lengkap dari material limbah sulit, membutuhkan burner canggih, kontrol rasio udara, dan pemantauan emisi, terutama material partikel. Biaya pembuangan ini mungkin tinggi, dan hanya sebagian biaya yang dipulihkan dengan menggunakan panas yang dihasilkan untuk memproduksi uap. Namun, ekonomi keseluruhan dari skema tersebut, dengan mempertimbangkan biaya pembuangan limbah dengan cara lain, mungkin menarik.
• Menggunakan limbah sebagai bahan bakar mungkin melibatkan pemanfaatan ekonomis dari limbah mudah terbakar dari suatu proses. Contohnya termasuk kulit kayu yang dikupas dari kayu di pabrik kertas, batang tebu (bagas) di pabrik gula tebu, dan kadang-kadang bahkan sampah dari peternakan ayam. Proses pembakaran lagi-lagi akan cukup canggih, tetapi ekonomi keseluruhan dari biaya pembuangan limbah dan pembangkitan uap untuk aplikasi lain di lokasi, dapat membuat skema seperti itu menarik. Panas limbah - Di sini, gas panas dari suatu proses, seperti tungku peleburan, dapat diarahkan melalui ketel dengan tujuan meningkatkan efisiensi pabrik. Sistem jenis ini bervariasi dalam tingkat kecanggihannya tergantung pada permintaan uap dalam pabrik. Jika tidak ada permintaan uap dari proses, uap mungkin dipanaskan berlebih dan kemudian digunakan untuk pembangkitan listrik. Jenis teknologi ini menjadi populer di pembangkit Gabungan Panas dan Daya (CHP):
• Turbin gas menggerakkan alternator untuk menghasilkan listrik.
• Gas buang turbin yang panas (biasanya 500 °C) diarahkan ke ketel, yang menghasilkan uap jenuh untuk digunakan di pabrik. Efisiensi sangat tinggi tersedia dengan jenis pabrik ini. Manfaat lain mungkin termasuk keamanan pasokan listrik di lokasi, atau kemampuan untuk menjual listrik dengan harga premium ke pemasok listrik nasional.

Keamanan pasokan

Apa konsekuensi dari tidak tersedianya uap untuk pabrik? Gas, misalnya, mungkin tersedia dengan tarif yang menguntungkan, selama pasokan yang dapat diputuskan dapat diterima. Ini berarti perusahaan gas akan memasok bahan bakar selama mereka memiliki surplus. Namun, jika permintaan bahan bakar mendekati batas pasokan, mungkin karena variasi musiman, maka pasokan dapat diputus, mungkin dengan pemberitahuan yang sangat singkat. Sebagai alternatif, pengguna ketel dapat memilih untuk menentukan burner bahan bakar ganda yang dapat dibakar dengan gas saat tersedia dengan tarif lebih rendah, tetapi memiliki fasilitas untuk beralih ke pembakaran minyak saat gas tidak tersedia. Fasilitas bahan bakar ganda jelas merupakan opsi modal yang lebih mahal, dan kemungkinan gas tidak tersedia mungkin kecil. Namun, biaya waktu henti pabrik akibat ketidaktersediaan uap biasanya secara signifikan lebih besar dari biaya tambahan.

Penyimpanan bahan bakar

Ini bukan masalah saat menggunakan pasokan gas jaringan, kecuali di mana sistem bahan bakar ganda digunakan. Namun ini menjadi semakin menjadi masalah jika gas tabung, minyak ringan, minyak berat, dan bahan bakar padat digunakan. Masalahnya meliputi:

• Berapa banyak yang akan disimpan, dan di mana.
• Cara menyimpan material yang sangat mudah terbakar dengan aman.
• Berapa biaya untuk mempertahankan suhu minyak berat sehingga berada pada viskositas yang sesuai untuk peralatan.
• Cara mengukur laju penggunaan bahan bakar secara akurat.
• Pengabaian untuk kehilangan penyimpanan.

Desain ketel

Produsen ketel harus mengetahui bahan bakar yang akan digunakan saat mendesain ketel. Ini karena bahan bakar yang berbeda menghasilkan suhu nyala dan karakteristik pembakaran yang berbeda. Misalnya:

• Minyak menghasilkan nyala yang bersinar, dan proporsi besar panas ditransfer oleh radiasi di dalam tungku.
• Gas menghasilkan nyala biru transparan, dan proporsi panas yang lebih rendah ditransfer oleh radiasi di dalam tungku. Pada ketel yang dirancang hanya untuk digunakan dengan minyak, pergantian bahan bakar ke gas dapat menyebabkan gas bersuhu lebih tinggi memasuki lintasan pertama tabung-api, menyebabkan tekanan termal tambahan, dan menyebabkan kegagalan ketel dini.

Jenis ketel

Tujuan dari ketel adalah:

• Melepaskan energi dalam bahan bakar seefisien mungkin.
• Mentransfer energi yang dilepaskan ke air, dan menghasilkan uap seefisien mungkin.
• Memisahkan uap dari air siap untuk diekspor ke pabrik, di mana energi dapat ditransfer ke proses seefisien mungkin. Sejumlah jenis ketel yang berbeda telah dikembangkan untuk memenuhi berbagai aplikasi uap.