Water Tube Boiler

Water tube boiler adalah jenis boiler di mana air dipanaskan di dalam tabung dan gas panas mengelilinginya. Ini adalah definisi dasar boiler tabung air. Sebenarnya boiler ini merupakan kebalikan dari fire tube boiler dimana gas panas dilewatkan melalui pipa-pipa yang dikelilingi oleh air. Water tube boiler diklasifikasikan menurut cara sirkulasi air/uap: sirkulasi alami, sirkulasi paksa atau terbantu, sekali melalui dan tipe sirkulasi gabungan boiler. Semua boiler pembangkit listrik saat ini adalah water tube boiler.

Natural Circulation/Sirkulasi Alami

Sirkulasi alami adalah salah satu prinsip tertua untuk sirkulasi uap/air di boiler. Penggunaannya telah menurun selama dekade terakhir karena kemajuan teknologi dalam jenis sirkulasi lainnya. Prinsip sirkulasi alami biasanya diterapkan pada boiler berukuran kecil dan menengah. Penurunan tekanan untuk boiler sirkulasi alami sekitar 5-10% dari tekanan uap di dalam uap drum dan suhu uap maksimum bervariasi dari 540 hingga 560 °C.

Sirkulasi air/uap dimulai dari tangki feed water, dimana umpan air dipompa. Pompa feed water meningkatkan tekanan air umpan ke tekanan boiler yang diinginkan. Dalam praktiknya, tekanan uap akhir harus di bawah 170 bar agar sirkulasi alami untuk bekerja dengan baik.

Air umpan kemudian dipanaskan terlebih dahulu di economizer pada titik suhu air hampir mendidih. Untuk mencegah air umpan dari mendidih dalam pipa economizer, suhu air keluar dari economizer suhu sengaja disimpan sekitar 10 derajat di bawah suhu didih. Dengan kata lain, pendekatan suhu 10 K. Dari economizer air umpan mengalir ke steam drum boiler. Di steam drum airnya tercampur rata dengan air yang ada di steam drum. Hal ini mengurangi tekanan termal di dalam drum uap.

Jenis sirkulasi ini disebut sirkulasi alami, karena tidak ada pompa sirkulasi air di sirkuit. Sirkulasi terjadi dengan sendirinya karena perbedaan massa jenis air/uap antara downcomer dan riser.

Prinsip sirkulasi alami

Forced Circulation/Sirkulasi Paksa

Berbeda dengan boiler sirkulasi alami, sirkulasi paksa didasarkan pada sistem sirkulasi internal yang dibantu pompa sirkulasi air/uap. Pompa sirkulasi adalah pembeda utama antara sirkulasi alami dan paksa. Dalam jenis boiler sirkulasi paksa yang paling umum, boiler La Mont, prinsip sirkulasi paksa pada dasarnya sama dengan sirkulasi alami, kecuali untuk pompa sirkulasi. Tingkat tekanan operasi boiler sirkulasi paksa dapat sedikit lebih tinggi dari boiler sirkulasi alami, tetapi karena pemisahan uap/air dalam uap drum didasarkan pada perbedaan massa jenis antara uap dan air, boiler ini juga tidak cocok untuk tekanan superkritis (>221 bar). Tekanan operasi maksimum untuk boiler sirkulasi paksa adalah 190 bar dan penurunan tekanan dalam boiler sekitar 2-3 bar.

Sirkulasi air/uap dimulai dari tangki air umpan, dimana air umpan dipompa. Pompa air umpan menaikkan tekanan dari air umpan ke tekanan boiler yang diinginkan. Dalam praktiknya, tekanan uap akhir di bawah 190 bar untuk menjaga uap tetap masuk daerah subkritis. Air umpan kemudian dipanaskan di economizer hampir sampai titik tekanan didih air.

Dalam sirkulasi paksa, pompa sirkulasi memberikan gaya pendorong untuk sirkulasi uap/air. Karena pompa memaksa sirkulasi, tabung evaporator dapat dibangun di hampir semua posisi. Kehilangan tekanan yang lebih besar dapat ditoleransi dan oleh karena itu tabung evaporator masuk boiler sirkulasi paksa lebih murah dan memiliki diameter lebih kecil (dibandingkan dengan sirkulasi alami).

Air jenuh mengalir selanjutnya dari steam drum melalui tabung downcomer ke mud drum. Biasanya ada beberapa tabung downcomer, yang tidak dipanaskan dan terletak di luar boiler. Header yang mendistribusikan air ke tabung evaporator dilengkapi dengan choker (pembatas aliran) untuk setiap tabung dinding untuk mendistribusikan air secara merata. Air berlanjut ke tabung riser, di mana ia menguap. Uap dipisahkan di dalam drum uap dan diteruskan melalui superheater, seperti di sirkulasi alami.

Prinsip sirkulasi paksa. Simbol yang sama digunakan seperti pada Gambar sebelumnya, kecuali untuk pompa sirkulasi, ditandai dengan panah.

Once-through/Sekali Lewat

Boiler once-through (atau tekanan universal) dapat disederhanakan sebagai tabung panjang yang dipanaskan secara eksternal. Berbeda dengan jenis boiler tabung air lainnya (sirkulasi alami dan terkontrol), sekali melalui boiler tidak memiliki uap drum. Dengan demikian, panjang evaporator (di mana air jenuh mendidih menjadi uap) tidak tetap untuk boiler once-through.

Boiler once-through juga disebut boiler tekanan universal karena dapat digunakan ke semua tekanan dan temperatur. Namun, boiler ini biasanya boiler berukuran besar dengan tekanan uap subkritis tinggi atau tekanan uap superkritis. Desain boiler once-through pada unit pembangkit listrik besar (900 MWth) bisa lebih tinggi dari 160 m dengan tinggi furncae lebih dari 100 m.

Jenis boiler once-through adalah satu-satunya jenis boiler yang cocok untuk tekanan superkritis (dapat mencapai 250-300 bar). Kisaran suhu untuk jenis once-through yang tersedia saat ini 560-600 °C. Kehilangan tekanan bisa setinggi 40-50 bar. Boiler ini membutuhkan otomatisasi dan sistem kontrol yang canggih karena volume air/uap yang relatif kecil.

Penyerdehanaan boiler once-through

Sirkulasi Gabungan

Jenis boiler ini adalah kombinasi dari boiler sirkulasi paksa dan boiler sekali lewat/once-through. Sirkulasi gabungan dapat digunakan untuk tekanan uap subkritis dan superkritis. Ketika laju pembakaran antara 60 dan 100%, boiler beroperasi sebagai boiler once-through. Pada kapasitas beban lebih rendah dari 60%, boiler gabungan beroperasi sebagai boiler sirkulasi paksa untuk mempertahankan aliran air/uap dalam tabung dinding yang memadai.

Keuntungan terbesar dari sirkulasi gabungan jenis boiler berkurang permintaan energi pompa karena mode operasi berubah tergantung pada beban kapasitas. Kerugian utama adalah kerjasama yang merepotkan antara pompa air umpan dan pompa sirkulasi dan juga kebutuhan air yang tinggi untuk pengolahan air.

Skema sirkulasi gabungan

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR KONVERSI ENERGI LAINNYA!

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Tier, Sebastian. 2003. Steam Turbine Technology 2nd Edition. Helsinki: Helsinki University of Technology Department of Mechanical Engineering.

Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments