MENGHITUNG EFISIENSI BOILER DENGAN INDIRECT METHOD

Energi kalor (panas) yang dibangkitkan dalam sistem boiler memiliki nilai tekanan, temperatur, dan laju aliran yang menentukan pemanfaatan steam yang akan digunakan.

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. Sistem air umpan berfungsi menyediakan kebutuhan air dari boiler selama prosees pemanasan. 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 peralatan 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 system, berikut ini gambaran skematik system boiler :

 

Contoh menentukan efisiensi boiler dgn indirect method

Untuk dapat menetukan tingkat efisiensi boiler dengan baik maka perlu dilakukan pengukuran pada semua komponen pada boiler seperti digambarkan di bawah ini. Pengukuran besaran fisika dan kimia dilakukan pada bagian bagian :

1.  Sistem suplai bahan bakar

2.  Udara luar dan masuk boiler

3.  Unit burner

4.  Permukaan luar boiler

5.  Sistem air umpan (feed water)

6.  Blow down sistem

7.  Saluran gas buang (flue gas)

Besaran besaran fisika yang diukur adalah seperti yang terlihat pada gambar dibawah . alat ukur yang digunakan untuk pengukuran di boiler ini selain menggunakan alat ukur yang ada pada sistem boiler sendiri juga menggunakan alat ukur portable diantaranya :

1.  TDS (Total Dissolve Solution) meter

2.  Flue gas analyzer

3.  Surface thermometer (T)

4.  Flow meter (F)

Setelah semua data terkumpul dari hasil pengukuran dan data log yang ada di boiler sendiri maka selanjutnya dihitung nilai nilai losses panas yang terjadi pada boiler dengan persamaan tertentu. Selain data pengukuran pada perhitungan metode indirect ini perlu juga diketahui  hasil analisa laboratorium dari komposisi kimia dan nilai kalor bahan bakar dari energi primernya (proximate analysis dan ultimate analysis).

 

             Dimana  : T = Temperatur,  F = flow,   P = Pressure

Gambar  Pengukuran pada boiler

Rugi-Rugi/Panas Hilang Pada Boiler  yang dapat  terjadi terdiri atas :

1.    Panas yang terbawa keluar oleh gas buang, tanpa uap air (dry flue gas loss)

2.    Panas yang terbawa keluar oleh uap air panas, termasuk panas sensibel dan laten

3.    Komponen bahan bakar yang tak terbakar dan produk pembakaran tak sempurna,   termasuk solid-ash combustible dan CO dalam gas buang

4.    Kehilangan panas dari dinding boiler melalui isolasi (radiasi dan konveksi)

5.    Panas yang terbawa keluar bersama air blowdown 

 

Contoh : 

Berikut ini adalah contoh boiler yang menggunakan bahan bakar (energi primer) minyak (oil). Dengan data hasil audit. Perhitungan efisiensinya dengan indirect method adalah sebagai berikut :

DATA INPUT

·  Tipe boiler : Oil fired

·  Ultimate analysis dari Oil yaitu persentase kandungan unsur

C : 84.0 %   (carbon)

H2 : 12.0 % (hydrogen)

S : 3.0 %  (sulfur)

O2 : 1.0 % (oksigen)

• GCV dari  Oil : 10200 kCal/kg  (gross caloric value)

DATA OUTPUT

·  Tekanan dari Steam: 7kg/cm2(g)-saturated

·  Enthalpy dari  steam : 660 kCal/kg

·  Temperature  dari Feed water: 60 °C

·  Percentase dari  Oxygen di flue gas : 7%

·  Percentase dari  CO2 di flue gas : 11%

·  Temperature  dari  Flue gas (Tf) : 220 °C

·  Temperature  Ambient (Ta) : 27 °C

·  Humidity dari udara : 0.018 kg/kg dari udara kering

·  Diketahui Actual massa dari udara suplai per kg dari bahan bakar (AAS) = 21 kg udara/kg oil

·  Diketahui suplai bahan bakar = 1 kg oil per jam

·  Heat capacity udara (Cp) = 0,45 = kcal/kg. ^oC

a). Perhitungan Losses

i. Persentase heat loss dari dry flue gas

Dihitung dengan persamaan,

% Dry flue gas Heat loss   =

  

Total mass dari flue gas (m) = Actual massa dari udara suplai + suplai bahan bakar

                                             = 21 + 1 = 22

 flue gas  => Cp  =  0.23 kcal/kg. ^oC

    % Dry flue gas Heat loss   =

          

                                          =   9,57 %

ii. Persentase Heat loss dari evaporasi uap air yang terbentuk dari H₂ dan O₂

Dihitung dengan persamaan,

% Heat loss H₂ =

 Dimana, H2   adalah percentase dari  H2 dalam bahan bakar

% Heat loss H₂  =                                       

% Heat loss H₂  =      7,10 %

 

iii. Persentase Heat loss karena adanya kandungan uap air dalam udara masuk

 % Heat loss uap dari udara masuk = 

                 

 % Heat loss uap dari udara masuk =

 

   % Heat loss uap dari udara masuk =     0,322 %

iv. Persentase Heat loss dari radiasi permukaan boiler

Angka perkiraan umumnya untuk boiler kecil adalah sekitar 2%

 

V. Persentase Heat Loss di Blow down.

Loses di blow down bervariasi tergantung banyaknya steam yang diblow down. Estimasi umum loses dari blow down adalah  sekitar  3 %

 

b). Maka dapat kita hitung efisiensi boiler sebagai berikut :

Efficiency Boiler = 100- [9.14 + 7.10 + 0.322 + 2+ 3]

                             = 100 – 21.56 = 78 %  (dibulatkan)

Angka efisiensi boiler yang didapatkan dari hasil audit energi selanjutnya dibandingkan dengan data manual book dari boiler bersangkutan, jika hasil audit nilainya lebih rendah berarti boiler beroperasi pada kondisi tidak efisien.