Ketel Uap
Criteria for Steam Boilers
Ketel uap didefinisikan sebagai kapal yang menangkap dan menghasilkan uap untuk memanaskan rumah dan bisnis, atau untuk menyediakan energi untuk berbagai fungsi industri. Nama “ketel uap” biasanya digunakan untuk merujuk pada peralatan yang menghasilkan panas, tetapi istilah ini secara teknis dapat diterapkan pada setiap peralatan yang menggunakan uap untuk fungsi utamanya.
Ketel uap masuk dalam kategori ketel bertekanan tinggi . Di dalam mesin, uap menjadi bertekanan dan dapat melepaskan energi setelah menumpuk dalam jumlah yang cukup. Ketika pelepasan energi ini dikontrol, uap dapat digunakan untuk menyalakan berbagai jenis mesin. Mesin uap adalah mesin bertenaga uap yang paling terkenal.
Mesin uap, serta mesin bertenaga uap lainnya, pertama kali muncul kira-kira dua abad yang lalu dan memainkan peran penting dalam Revolusi Industri, dan masih digunakan sampai sekarang untuk menghasilkan listrik. Sejak diperkenalkannya mesin uap, semakin banyak kegunaan untuk uap telah ditemukan, dan penggunaan baru sedang ditemukan saat ini.
Ketel uap, dalam hal jenis ketel uap yang digunakan sebagai pembangkit panas untuk fungsi bangunan dan industri, terdiri dari beberapa bagian umum yang dimiliki semua jenis ketel uap, terlepas dari bentuk, ukuran, atau tujuannya.
Komponen pertama adalah bejana tekan . Bejana tekan adalah ruang yang menampung uap sebelum didistribusikan di tempat lain. Bejana tekan dapat dibuat dalam berbagai ukuran dan bentuk, dan biasanya berbentuk tangki baja yang dibangun untuk menahan tekanan tingkat tinggi karena mereka memegang bahan tertentu.
Uap dilepaskan dari bejana tekan ke lokasi yang sesuai oleh sumber panas dan mekanisme katup. Katup ini sangat penting untuk sistem boiler, karena digunakan untuk tidak hanya mengatur dan mengarahkan uap bertekanan, tetapi melepaskannya jika terjadi keadaan darurat.
Pada masa-masa awal ketel uap, banyak kegagalan ketel terjadi karena konstruksi bejana tekan yang salah. Karena tidak berfungsinya kapal yang menampung uap dengan tekanan tinggi dapat menyebabkan ledakan bencana, Perhimpunan Teknisi Mekanik Amerika (ASME) telah menetapkan sistem peraturan yang ketat untuk konstruksi mereka.
Selain itu, sumber pemanas alternatif telah dikembangkan, seperti listrik, kayu, bahan bakar fosil, gas alam, dan batubara. Masing-masing sumber energi alternatif ini memiliki serangkaian manfaat dan kerugiannya sendiri dalam hal biaya, kebersihan, ramah lingkungan, dan efisiensi. Pemanasan listrik 100% efisien, artinya setiap bit listrik diubah menjadi panas.
Ini sangat mengurangi dampak lingkungan, karena tidak melepaskan karbon dioksida atau emisi lainnya. Tidak banyak biaya untuk menginstal dan memungkinkan kontrol suhu yang mudah. Meskipun biaya awalnya minimal, bisa jadi mahal untuk beroperasi dalam jangka panjang.
Pemanasan kayu menghasilkan sejumlah besar panas dari sejumlah kecil kayu. Seperti listrik, ini adalah sumber daya terbarukan, bukan pembakaran bahan bakar fosil. Namun, pemanasan kayu memiliki potensi melepaskan karbon dioksida dan emisi lainnya ke udara. Bahan bakar fosil murah dan dapat diandalkan, tetapi merupakan sumber daya tidak terbarukan yang tidak berkelanjutan dan melepaskan jumlah karbon yang membingungkan ke atmosfer.
Gas alam dapat disimpan secara efisien dan aman, dan dapat diperbarui bila dibuat dari bahan-bahan tertentu. Namun, hal itu dapat menghasilkan emisi gas rumah kaca, dapat berbahaya jika tidak ditangani dengan benar, dan mungkin sulit untuk memeriksa kebocoran karena sifatnya yang tidak berbau dan tidak berwarna. Akhirnya, batubara datang dalam pasokan berlimpah, relatif murah, hemat energi, dan dapat dikonversi menjadi gas atau cairan. Namun, batubara adalah sumber daya yang tidak terbarukan dan mengandung karbon dioksida dalam jumlah terbesar per BTU, menjadikannya penyumbang terbesar pemanasan global dari semua sumber energi lainnya.
Dari semua sumber energi ini, ketel uap adalah salah satu yang paling sehat. Namun, aplikasi sensitif seperti proses dan fungsi laboratorium dalam industri makanan dan minuman membutuhkan tingkat sanitasi yang sangat tinggi. Oleh karena itu, ada beberapa jenis ketel uap yang tersedia yang dirancang khusus untuk aplikasi ini. Ketel uap “bersih” ini menjaga air di dalamnya tetap bersih menggunakan reverse osmosis serta proses pemurnian lainnya.
Tidak ada desain ketel uap tunggal yang cocok untuk semua aplikasi. Oleh karena itu, pertimbangan sumber energi, serta konfigurasi mesin, penting untuk diingat ketika mencari jenis yang tepat.
Menentukan ketel uap yang akan dibeli biasanya ditentukan oleh biaya peralatan. Dan sementara biaya merupakan pertimbangan penting, kriteria tunggal ini tidak mempertimbangkan ketidakefisienan operasional suatu produk, yang dapat menyebabkan biaya seumur hidup yang berlebihan. Sebaliknya, pemilihan peralatan harus didasarkan pada kinerja keseluruhan peralatan relatif terhadap persyaratan permintaan sistem dan biaya operasional seumur hidup. Untuk itu, proses evaluasi harus memeriksa atribut penting berikut dari ketel uap dan peralatan terkait:
- Efisiensi
- Respons Beban yang Tepat
- Turndown tinggi / modulasi penuh
- Pemeliharaan
- Perawatan tepi sungai
Hari ini, istilah “efisiensi” dapat ditafsirkan dalam berbagai cara, seperti efisiensi pembakaran, efisiensi termal, bahan bakar-to-uap efisiensi, dll Menurut definisi, “efisiensi” adalah “ yang ukuran efektivitas energi mesin” atau “Jumlah energi yang digunakan oleh mesin dengan jumlah pekerjaan yang dilakukan olehnya” seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 1. Sebagai contoh, jumlah panas [energi] yang dihasilkan per unit bahan bakar ketika semua bahan bakar telah dibakar adalah ukuran efisiensi ketel uap.
Ketika mengevaluasi ketel uap, orang harus memahami faktor-faktor variabel yang memengaruhi operasi ketel atau “efisiensi dalam-layanan” di bawah semua kondisi pengoperasian pembangkit uap. Tidak ada boiler berbahan bakar “bahan bakar” yang beroperasi pada efisiensi 100%.
Digambarkan dalam Gambar 1 adalah faktor variabel yang mempengaruhi efisiensi ketel uap. [Efisiensi steady state nominal boiler bahan bakar berbahan bakar gas tanpa economizer, beroperasi pada 125 psig adalah 82%.]
Energi yang hilang [tidak terpakai] datang dalam beberapa bentuk. Sumber relatif terbesar adalah gas buang dari proses pembakaran, yang dapat menurunkan efisiensi hingga 18% atau lebih. Area kehilangan berikutnya berkaitan dengan panas yang dipancarkan dari boiler, apakah beroperasi atau dalam mode siaga, yang dapat menghasilkan kerugian hingga 4%. Siklus blowdown yang terlalu sering dapat menyebabkan hilangnya panas sebanyak 3% atau lebih.
Seperti yang dapat dilihat, mengurangi [atau memulihkan] kerugian radiasi, blowdown, dan gas buang akan meningkatkan efisiensi pengoperasian peralatan. Pemilihan boiler akhir harus dievaluasi pada apa yang dapat disediakan vendor untuk mengurangi kerugian ini dan meningkatkan efisiensi operasi boiler. Desain sistem secara keseluruhan juga harus mempertimbangkan kerugian perpipaan, isolasi yang tepat dari sistem uap, kondensat yang terbuang atau dikembalikan, operasi sistem, dll., Karena faktor-faktor ini juga bergabung untuk menentukan biaya setiap pon uap yang dihasilkan.
Selain kehilangan energi, orang juga perlu mempertimbangkan lokasi ketel uap. Apakah ada ruang yang cukup untuk layanan dan pemeliharaan peralatan di sisi api dan pijakan? Ruang kepala yang cukup untuk pemipaan overhead? Jika ruang terbatas, apakah ruang lantai berkurang akan mengganggu akses peralatan untuk melakukan perawatan dan inspeksi tahunan? Jika ruang terbatas dan peralatan tidak dirancang untuk akses mudah, layanan, dan penggantian tabung, pemeliharaan peralatan yang benar akan sulit, yang dapat menyebabkan peningkatan biaya operasi dan mengurangi harapan hidup boiler.
Secara pasti, boiler tidak beroperasi pada kondisi statis atau pada satu laju pembakaran khusus untuk kebutuhan permintaan uap yang khas. Perubahan permintaan uap, suhu air umpan masuk, siklus blowdown, perawatan kimia, kehilangan radiasi dari peralatan selama siaga operasi, pengaturan udara berlebih, suhu udara pembakaran, suhu kamar sekitar, kemampuan pelacakan beban burner, kebersihan api unggun, dan kebersihan tepi sungai semuanya memengaruhi “Dalam-layanan” efisiensi boiler dan produksi uap akhir dengan biaya yang masuk akal. Masing-masing “influencer” ini menentukan efisiensi boiler untuk menghasilkan setiap pon uap ke sistem. Namun, faktor-faktor lain seperti konsumsi listrik, pipa uap, pengembalian kondensat, dan biaya perawatan juga akan menjadi faktor dalam keseluruhan biaya produksi uap yang efisien.
- Respon Beban Cepat – ini tidak boleh disamakan dengan start-up dingin ketika boiler telah mati dan tidak ada tekanan di dalam kapal. Seringkali boiler dipilih berdasarkan seberapa cepat ia akan berputar dari awal yang dingin, yang berarti tidak ada tekanan pada boiler dan suhu air internal berada di sekitar. Sementara boiler volume air rendah dapat dibawa ke tekanan uap dalam periode waktu yang sangat singkat, jarang steam memuat proses batch di mana boiler steam berputar dan mendingin sebelum permintaan uap berikutnya. Mengubah beban uap mengharuskan boiler mengikuti perubahan beban cepat ini tanpa perubahan kualitas uap yang berlebihan atau penurunan tekanan uap.
- Turndown tinggi– boiler harus dilengkapi dengan burner yang secara konsisten dapat mencapai modulasi dari laju pembakaran minimum hingga maksimum dengan rasio bahan bakar / udara yang konsisten karena permintaan uap berubah sepanjang permintaan harian.
- Burner turndown yang tinggi akan meminimalkan on / off siklus [kehilangan efisiensi] dan menjaga aliran dan kualitas uap terlepas dari permintaan sistem. Misalnya, boiler 100 HP dengan turndown 10: 1 dapat beroperasi dengan output minimum 10 HP, sambil tetap mempertahankan efisiensi tinggi. Beberapa pabrikan boiler “on / off” mencoba untuk memperkirakan modulasi boiler turndown tinggi melalui konfigurasi “modular” tetapi tidak dapat beroperasi secara efisien di mana beban uap variabel terjadi. Konsekuensinya, seseorang harus memastikan apakah boiler yang dipilih memiliki kemampuan untuk beroperasi secara efisien pada tingkat input minimum atau mid-fire tanpa bersepeda on / off atau udara berlebih. Perlu dicatat bahwa muatan uap jarang beroperasi pada laju pembakaran “on / off” atau “rendah / tinggi / rendah” dari unit modular sehingga sering terjadi pergantian pada boiler non-turndown.
- Kebersihan Fireside / Waterside berkontribusi pada perpindahan panas yang efektif. Desain yang menawarkan kemudahan akses untuk inspeksi dan pembersihan akan berkontribusi pada efisiensi yang menguntungkan. Umumnya, boiler volume air yang rendah membutuhkan pengolahan air yang intensif, dan variabel dalam program perawatan dapat menyebabkan penskalaan cepat dan penurunan efisiensi transfer panas yang signifikan. Demikian juga, jika api unggun sulit diakses, diperiksa, dan dibersihkan, itu akan menjadi area yang terlalu sering diabaikan, yang mengakibatkan penurunan transfer energi.
- Pemeliharaan – perawatan yang tepat termasuk blowdown bawah, blowdown permukaan, pengkondisian air, fungsi kontrol, komponen pembakaran bahan bakar, peralatan dan kontrol umpan air. Dengan demikian, desain peralatan berkontribusi pada fungsi ini yang mudah dilakukan. Apakah burner mudah diakses pada tingkat kerja normal? Apakah mudah untuk membuka dan memeriksa tanpa harus membongkar sebagian atau semua komponen utama? Seberapa sering boiler harus mengalami blowdown bawah atau permukaan? Semakin besar frekuensi blowdown, semakin besar kehilangan panasnya. Seberapa mudah tabung yang gagal / terganggu dapat diganti? Jika penggantian tabung tidak dapat dilakukan dengan biaya yang masuk akal, seluruh penukar panas mungkin harus diganti, yang meningkatkan biaya siklus hidup boiler.
- Kualitas Air – Walaupun volume air rendah, boiler bermassa rendah dapat menghasilkan uap dengan cepat, kualitas air harus luar biasa untuk menghindari penskalaan dan penumpukan lumpur. Misalnya, boiler 100 Hp dengan permukaan pemanas yang besar dan volume air kurang rentan terhadap penskalaan dan korosi dibandingkan dengan unit yang memiliki setengah permukaan pemanas dan sepertiga dari volume air. Setiap kaki persegi dari permukaan pemanas harus menguapkan 11,5 pon uap. Jika Boiler A memiliki permukaan pemanas 500 kaki persegi dan Boiler B memiliki 250 kaki persegi, Boiler B akan memiliki konsentrasi padatan yang lebih besar karena permukaan pemanasnya yang lebih kecil. Boiler dengan permukaan pemanas kecil membutuhkan blowdown yang lebih sering untuk mempertahankan siklus konsentrasi yang tepat dan peningkatan make-up kimia.
Jejak ruang boiler harus menjadi pertimbangan selama pemilihan produk. Memasang produk yang sulit diservis, diperiksa, atau diperbaiki karena ruang akses yang terbatas dapat menyebabkan biaya pemeliharaan keseluruhan yang lebih tinggi. Permukaan pemanas dermawan boiler Firetube adalah boiler paling efisien tanpa economizer; Namun ruang terbatas dapat menghalangi pemilihannya. Dalam hal ruang ketel kecil, desain Flex-Watertube (atau Flextube) harus dipertimbangkan.
Boiler Flextube tidak memerlukan ruang tambahan untuk melepas tabung, menjaga area perawatan permukaan tabung seminimal mungkin di setiap sisi. Boiler Flextube sudah on line dalam beberapa menit dari awal yang dingin dan dengan pembakar modulasi penuh [turndown 10: 1 pada Bahan Bakar Gas] dan kontrol tingkat proporsional, ia melacak beban uap secara efisien dengan kualitas uap 99,5%. Perangkat tambahan untuk paket
Flextube dasar dapat mencakup: economizer untuk meningkatkan efisiensi operasi dan mengurangi konsumsi bahan bakar; kontrol linkageless untuk pengurangan pemeliharaan rasio udara / bahan bakar, pelacakan muatan yang unggul dan pengurangan adalah tingkat udara berlebih; dan blowdown paket pemulihan air panas dan pengolahan air umpan dari tangki air umpan sederhana ke paket deaerator yang lebih canggih. Peningkatan ini dapat meningkatkan efisiensi paket dalam-layanan hingga lebih dari 85%.
Boiler Firetube membutuhkan ekstensi panjang ruang boiler untuk melepas tabung; Namun, area perawatan di sisi boiler minimal. Desain Firetube yang lebih baru telah mengurangi volume air yang memungkinkan pengurangan waktu respons sebesar 25% dibandingkan dengan boiler Firetube “tradisional”. Penonaktifan bahan bakar gas 10: 1 memungkinkan boiler untuk mengikuti persyaratan beban tanpa bersepeda boiler.
Bersepeda mengurangi efisiensi boiler. Kualitas uap 99,5% mudah dipertahankan tanpa persyaratan pemisah uap. Boiler Firetube tanpa pemulihan panas memiliki efisiensi tertinggi, dan menambahkan economizer akan meningkatkan efisiensi operasi dan mengurangi konsumsi bahan bakar dan emisi. Kontrol linkageless akan meningkatkan efisiensi pengoperasian boiler Firetube. Tambahkan ke pemulihan panas blowdown ini dan paket deaerator canggih,
