Perancangan Packaged Boiler Berbahan Bakar Gas Alam

Hardian, Ir. Purnomo, MSME, Ph.D.

2009 | Skripsi | S1 TEKNIK MESIN

Ketel uap merupakan peralatan konversi energi yang menghasilkan uap yang berasal dari pendidihan air. Prinsip kerja ketel uap terdiri dari dua proses utama, yaitu pembakaran bahan bakar, serta pertukaran kalor dari gas asap hasil pembakaran (flue gas) ke air dan uap. Salah satu aplikasi penggunaan tenaga uap yang dominan saat ini adalah sebagai penggerak pesawat mekanis untuk pembangkitan listrik. Dalam suatu unit pembangkit listrik, ketel uap berfungsi mengambil energi kimia dari bahan bakar, kemudian mengubahnya menjadi energi termal yang dikandung oleh uap panas bertekanan tinggi. Agar listrik dapat dihasilkan, energi termal uap dikonversi lebih lanjut dalam turbin. Dalam proses lanjutan ini, energi termal dikonversi menjadi energi mekanis, kemudian menjadi listrik. Agar dapat menjalankan fungsinya dengan baik, suatu ketel uap harus mampu meghasilkan uap dengan kualitas dan kuantitas sesuai spesifikasi yang dibutuhkan, aman, serta memiliki efisiensi yang cukup baik. Dalam perancangan ini, akan dirancang suatu Packaged Boiler jenis pipa air berbahan bakar gas alam yang memiliki spesifikasi teknis dengan kapasitas uap 30 kg/s, temperatur uap 400°C, dan tekanan uap 10 MPa. Gas alam yang digunakan menggunakan spesifikasi gas alam dari PT BADAK NGL dengan nilai HHV sebesar 55.214,03 kJ/kg dan LHV sebesar 49.722,76 kJ/kg. Packaged Boiler merupakan jenis ketel uap yang beberapa bagian utama ketel uap sudah menjadi satu dalam satu paket (shop-assembled) sehingga mudah dalam penggunaannya di suatu power plant. Efisiensi dari ketel uap ini adalah sebesar 80,69 % sehingga untuk menghasilkan uap dengan spesifikasi tersebut diperlukan laju bahan bakar sebesar 6.956,90 kg/hr dan laju udara basah sebesar 126.226,82 kg/hr. Supaya ketel uap yang dirancang mampu memenuhi spesifikasi uap yang dibutuhkan, bagian-bagian utama ketel uap seperti dapur, superheater, ekonomiser, pemanas udara dan pipa didih konveksi dirancang satu persatu dengan dasar prinsipprinsip keseimbangan massa dan energi. Untuk menyempurnakan desain, dibahas juga mengenai pemilihan alat-alat utama yang membantu kerja ketel uap, misalnya pembakar, cerobong, kipas, dan pompa. Pada konstruksi ini digunakan penarikan jenis forced draft yang berfungsi untuk menarik udara atmosfer masuk ke dalam ruang bakar, maka dibutuhkan fan sentrifugal sebagai penghembus udara pembakaran. Pompa air yang digunakan adalah pompa sentrifugal yang digerakkan oleh motor listrik untuk mensirkulasikan air isian.

A steam boiler is an energy conversion device that generates steam by boiling water. Its operating principle involves two main processes: fuel combustion and heat exchange from the resulting flue gas to the water and steam. A prominent application of steam power today is driving mechanical equipment for electricity generation. In a power plant unit, the steam boiler extracts chemical energy from the fuel and converts it into thermal energy carried by high-pressure, high-temperature steam. To generate electricity, this steam's thermal energy undergoes further conversion within a turbine, where it is transformed into mechanical energy and subsequently into electricity. To function effectively, a steam boiler must produce steam of the required quality and quantity, operate safely, and maintain good efficiency. This project involves the design of a natural gas-fired, water-tube packaged boiler with the following technical specifications: a steam capacity of 30 kg/s, a steam temperature of 400°C, and a steam pressure of 10 MPa. The natural gas used meets PT BADAK NGL specifications, with a Higher Heating Value (HHV) of 55,214.03 kJ/kg and a Lower Heating Value (LHV) of 49,722.76 kJ/kg. A packaged boiler is a type of steam boiler in which key components are pre-assembled into a single unit (shop-assembled), facilitating ease of use in power plant applications. The efficiency of this steam boiler is 80.69%; consequently, to produce steam meeting the specified requirements, a fuel flow rate of 6,956.90 kg/h and a wet air flow rate of 126,226.82 kg/h are required. To ensure the designed boiler meets the required steam specifications, its key components—such as the furnace, superheater, economizer, air preheater, and convection boiler tubes—are designed individually based on mass and energy balance principles. To refine the design, the selection of major auxiliary equipment supporting boiler operation—such as burners, stacks, fans, and pumps—is also discussed. The design employs a forced-draft system to draw atmospheric air into the combustion chamber, necessitating a centrifugal fan to supply the combustion air. A centrifugal pump driven by an electric motor is used to circulate the feedwater.

Kata Kunci : ketel uap, spesifikasi teknis, Packaged Boiler, pipa air, gas alam, HHV, LHV, efisiensi, bagian-bagian utama ketel uap