RUANG BAKAR Temperatur Pembakaran

BAB IV KONSTRUKSI KETEL UAP

4.1 RUANG BAKAR

Ruang bakar merupakan suatu ruangan tempat terjadinya proses bahan bakar guna mendapatkan panas untuk mengubah air menjadi uap. Konstruksi ruang bakar hendaknya direncanakan sedemikian rupa sehingga panas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar dapat diserap sempurna oleh air didalam pipa air ketel uap baik oleh pipa waterwall, pipa superheater, maupun pipa backpass. Ruang bakar direncanakan berbentuk kotak dimana bagian atasnya berbentuk lancip dengan kemiringan α = 15 . Volume ruang bakar yang direncanakan dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: V = rb bb h Q tersebut 4.1 dimana : m bb = jumlah bahan bakar yang digunakan = 3.754.452 kgjam LHV = Nilai kalor bahan bakar dan cangkang = 3.682,30 kkalkg Q bb = m bb LHV × = 3.754.452 kkalkg Q bb = m bb LHV × = 3.754.452 30 , 682 . 3 × Universitas Sumatera Utara = 13.825018,6 kkaljam = 57.885352,88 kjjam h rb = Beban tungku Tabel 4.1 Beban tungku No Jenis Pembakaran Beban Tungku 1 Underfeed stoker besar 1.256.000 ÷1.675.000 2 Rangka bakar rantai 837.500 ÷1.256.000 3 Serbut Batubara 628.000 ÷837.000 4 Tungku pusar Cyclone furnace 1.256.000 5 Minyak bakar 2.093.000 Sumber M.J Djokosetyardjo M.J .” Ketel Uap”,Cetakan Ketiga.Paradya Paramita.Jakarta Direncanakan jenis pembakaran adalah rangka bakar rantai dengan beban tungku 863.200 kJm 3 jam. V rb = 3 200 . 863 88 , 352 . 885 . 57 m kj jam kj V rb = 67,06 m 3 Gambar 4.1 Ruang bakar Universitas Sumatera Utara Direncanakan dimensi ruang bakar : • Panjang Ruang bakar P = 3,5 mm • Lebar ruang bakar = 3 m • Lebar sisi miring = 15 Cos L = 15 cos 3 = 3,1 m • Tinggi ruang bakar bagian atas T 2 = L ×tan 15 o = 3 ×tan 15 o = 0,8 m • Tinggi ruang bakar bagian bawah T 1 Luas total ruang bakar : A rb =LABFE+LCDHG+BCFG+LADHE+LABCD+LEF , G , H+ LEFF , +LGHG , + FGG , F , = 19,5 + 19,5 + 22,75 + 22,75+ 10,5+1,2+1,2+2,8 = 111,4 m 2

4.2 Pipa Water Wall

Pipa water wall merupakan komponen yang paling penting dalam ruang bakar ketel uap, sebagai penyerap utama panas dari hasil pembakaran bahan bakar. Pipa – pipa water wall ditempatkan sedemikian rupa pada dinding sebelah dalam ruang bakar. Universitas Sumatera Utara Hal ini dilakukan agar panas hasil pembakaran bahan bakar dapat diterima secara sempurna oleh pipa water wall. Pipa water wall pada dindng ruang bakar terdiri dari : 1. Pipa water wall bagian depan 2. Pipa waterwall bagian samping kanan dan kiri 3. Pipa water wall bagian belakang Direncanakan ukuran diameter nominal D n pada pipa water wall sebesar 80 mm dengan bahan seamless carbon steell A 53 Grade A. Tebal minimum pipa yang diizinkan dengan bahan Seamless carbon stell A 53 Grade A untuk diameter nominal D n adalah : t m = C yp S P D + + × 2 2 4.2 dimana : P = tekanan kerja ketel uap = 30 bar Psi 6 , 446 ≈ S = tegangan izin untuk bahan seamless carbon stell A 53 Grade A = 4500 Psi lampiran 3 D = Diameter luar pipa = 88,9 mm ≈ 3,5 in C = konstanta untuk ukuran pipa diatas 1 in = 0,065 y= 0,7 lampiran 3 Universitas Sumatera Utara maka tebal pipa yang digunakan adalah : t m = 065 , 6 , 426 7 , 2 500 . 4 2 6 , 426 5 , 3 + × × + × × t m = 0,22 in mm 6 , 5 ≈ Dengan acuan tebal minimum pipa yang dizinkan, maka pipa yang sesuai adalah pipa dengan diameter nominal D n 80 mm untuk schedule 80, dimana: Diameter luar pipa D = 88,9 mm Tebal pipa t = 7,6 mm Diameter dalam pipa D 1 = 73,7 mm

4.2.1 Pipa Water Wall Bagian Depan

Jumlah pipa water wall bagian depan harus disesuaikan dengan ukuran bahan bakar ketel uap tersebut adapun susunan pipa waterwall dapat dilihat pada gambar 4.2 sebagai berikut : Gambar 4.2 Susunan pipa water wall Universitas Sumatera Utara Jarak antara sumbu pipa adalah : C d = 1,5 O D × 4.3 dimana : D  = diameter luar pipa = 88,9 mm Maka jarak antara pipa waterwall adalah : C d = 1,5 ×88,9 =133,35mm Jumlah pipa waterwall bagian depan dihitung dengan persamaan : N d = d h C P 4.4 dimana : P = Panjang header depan = 3000 mm Jarak antara sumbu pipa adalah : C d = jarak antara sumbu pipa = 133,35 mm Maka jumlah pipa waterwall bagian depan adalah: N d = 35 , 133 3000 N d = 22 buah Panjang pipa waterwall bagian depan dari header sampai drum atas dapat dihitung dengan beracuan pada gambar 4.3 penghitungan dilakukan dengan cara pendekatan trigonometri, yaitu : Universitas Sumatera Utara L d = k S L T rb −     +       − + + 375 cos 500 1 α 4.5 dimana : T 1 = tinggi ruang bakar bawah = 6.500 mm L rb = lebar ruang bakar = 3000 mm S = lebar laluan asap = 1.250 mm direncanakan K = Tinggi header depan dari lantai ruang bakar =1.750 mm Panjang pipa waterwall dari header sampai drum atas adalah: L d = k −     +       − + + 375 15 cos 500 1250 3000 6500 L d = 9.007 mm ≈ 9m Maka panjang total pipa waterwall bagian depan adalah : L d tot = L d d N × 4.6 = 9 22 × = 198 m Luas efektif pipa dapat dihitung dengan persamaan: A rd = fe L D tot d × × × π 4.7 Universitas Sumatera Utara dimana: D o = Diameter luar pipa = 0,0889 m fe = faktor efektif pada lampiran 5 pada kurva 10,8 Maka, luas efektif adalah : A wd = 8 , 198 0889 , × × × π = 44,239 m 2

4.2.2 Pipa water wall bagian samping kanan dan kiri

Untuk menentukan jumlah pipa water wall bagian samping harus disesuaikan dengan lebar ruang bakar yaitu: n d = 2 × d h C P 4.8 dimana : P hs = panjang header samping = 2.500 mm C d = jarak antara sumbu pipa = 133,35 mm Maka, jumlah pipa waterwall samping adalah : n s = 2 35 , 133 2500 × n s = 36 buah Jumlah pipa samping kanan 18 buah dan jumlah pipa samping kiri 18 buah. Panjang pipa bagian samping dapat dihitung dengan memperhatikan gambar 4.4 berikut: Universitas Sumatera Utara Gambar 4.3 Susunan Pipa Water Wall Bagian Samping Panjang pipa water wall bagian samping dapat dihitung dengan persamaan: L s tot = 2 × s s P n × 4.9 dimana : P hs = panjang pipa water wall bagian samping n s = jumlah pipa water wall bagian samping Maka panjang pipa water wall samping kanan dan kiri dengan mengacu pada gambar adalah : = tot s L 2 ×18 6000 × = 216.000 mm = 216m Luas pipa efektif dihitung dengan persamaan : A wd = π × D ×L s tot ×fe 4.10 dimana : D o = Diameter luar pipa = 0,0889 m Fe = factor efektif pipa dihitung dari lampiran 5 untuk kurva 1 Universitas Sumatera Utara Fe = 0,8 L s tot = panjang waterwall bagian samping = 216 m Maka luas efektif adalah : A wd = 8 , 216 0089 , × × × π = 48,26 m 2

4.2.3 Pipa Water Wall Bagian Belakang

Jumlah pipa water wall bagian belakang sama dengan jumlah pipa water wall bagian depan, yaitu : n d = n b = 22 buah pipa. Dalam perancangan header panjang header bagian depan sama dengan panjang header bagian belakang. Untuk menghitung panjang pipa water wall bagian belakang, dapat beracuan pada gambar rancangan untuk pipa water wall bagian belakang pada gambar 4.5 Gambar 4.4 Susunan pipa Water wall bagian belakang Dengan beracuan pada gambar pipa water wall bagian belakang maka, pipa water wall bagian belakang dapat dihitung dengan rumus: Universitas Sumatera Utara L b = T 1 + 15 cos S - k 4.11 Dimana : T 1 = Tinggi ruang bakar bagian bawah = 6500 mm S = Lebar laluan gas asap = 1250 mm direncanakan K = tinggi drum bawah dari dasar ruang bakar = 1750 mm Maka panjang pipa water wall bagian belakang adalah: L b = 6500 + 15 cos 1250 - 1750 L b = 6044 mm ≈6 m Panjang total pipa water wall adalah bagian belakang adalah : tot b L = n b ×L b 4.12 dimana : n b = jumlah pipa water wall bagian belakang = 22 buah Maka, panjang total pipa water wall bagian belakang adalah : tot b L = 22 6 × = 132 m Luas efektif pipa dihitung dengan persamaan : Universitas Sumatera Utara A wd = π ×D × b L tot ×fe 4.13 dimana : D = diameter luar pipa = 0,0 889 m Fe = faktor efektif pipa dari lampiran 5 untuk curva 1 Fe = 0,8 Maka luas efektif adalah : A wb = π ×0,0889×132×0,8 = 29,492 m 2 Luas pipa water wall pada ruang bakar adalah : w A tot = A wd tot + A ws tot + A wb tot = 44,329 + 48,328 + 29,492 = 121,991 m 2

4.3 Temperatur Pembakaran

Besarnya temperatur pembakaran bahan bakar dapat dihitung dengan melihat grafik hubungan antara kelembaban dengan entalpi gas asap dalam ruang bakar. Nilai entalpi gas asap dalam ruang bakar adalah : h g = g t m Q 4.15 dimana : Q bb = panas yang terjadi pada ruang bakar = 13.825.018,6 kkaljam  m g = laju aliran gas asap dalam ruang bakar adalah : Universitas Sumatera Utara = 31.522,378 kgjam Maka entalpi gas asap dalam ruang bakar adalah : h g = 378 , 522 . 31 378 , 825 . 13 h g = 438,577 kkalkg ≈789,439 Btu lb Dari lampiran 8 dengan kelembaban 5,70 diperoleh temperatur pembakaran teoritis di ruang bakar T g = 2.758, 823 F = 1.5149,9 C = 1.787,9 K

4.4 Kehilangan Panas