Furnace

FURNACE

Furnace adalah suatu ruangan yang digunakan sebagai tempat pembakaran bahan bakar untuk menghasilkan kalor dan kemudian kalor yang dihasilkan digunakan untuk memanaskan air agar memproduksi uap penggerak turbin uap.

KLASIFIKASI FURNACE

1.  Berdasarkan konstruksi dinding,yaitu :

a)      Solid refractory

b)      Air cooled refractory

c)      Water wall (water cooled)

2.  Berdasarkan tekanan boiler, yaitu :

a)      balanced draft

b)      pressurized

c)      supercharger

3.  Berdasarkan jenis bahan bakar, yaitu :

a)      batubara

b)      minyak

c)      gas

d)     sisa bahan bakar yang tidak terbakar dalam furnace.

4.  Berdasarkan metode pembakaran, yaitu :

a)      hand fired

b)      stoker fired

c)      pulverized coal fired

d)     dutch oven

BOILER FURNACE WALL
 A. Refractory Wall

       Biasanya digunakan dengan hand-firing dan stoker-firing. Refractory bila diterjemahkan secara bebas adalah Material Tahan Panas. Karena panas sering dihubungkan dengan api, maka dapat disebut juga Material Tahan Api. Bahan utama penyusun Refractory adalah mirip dengan keramik yaitu unsur-unsur tanah yang dimurnikan. Unsur utama refractory biasanya adalah Alumina atau Al2O3 dan silika atau SiO2. Unsur penunjang tambahan antara lain MgO , Zircon ZrO2 dan Fe2O3. Aplikasi refractory banyak dipakai atau dibutuhkan di industri yang menggunakan Furnace, Kiln atau dapur peleburan seperti industri Gelas, Kaca, Steel, Aluminium dan pembakaran seperti Industri Keramik, sebagai bahan penyekat antara produk yang bersuhu tinggi dengan udara luar, atau sebagai wadah tempat produk mengalami proses peleburan. Material penyusun berbeda untuk setiap aplikasi, misalkan untuk Gelas banyak menggunakan Alumina, Silika, Zircon ; sedang untuk Steel mengandung banyak Magnesium. Pembuatannya ada beberapa cara, yaitu seperti proses pembuatan batu bata. Adukan material dimasukkan ke cetakan, atau seperti membuat puding, cairan dituang ke cetakan lalu dibiarkan dingin, lalu dibakar pada suhu sekitar 1250 Deg Celcius hingga mengeras. Untuk refractory yang berupa cement, biasanya dipakai untuk menambal atau menambah ketebalan refractory tersebut, material langsung dipakai di bagian yang ingin disekat.

B. Water Cooled Wall

          

Merupakan ruang furnace dengan air yang mengalir secara menyeluruh atau hanya sebagian yang dikelilling oleh tubes pembawa air. Dengan menyerap panas  maka tubes dapat mencegah kerusakan furnace pada suhu tinggi.

Lebih mahal daripada Refractory Walls akan tetapi dapat Water-cooled Walls bisa dalam kondisi pengoperasian yang lebih baik.

Furnace water walls termasuk bagian dasar dan atap dari furnace didesain sebagai bareplat bare tube, dan extended surface tube.

·     Bare-plate Wall

semua boiler baik portable atau integral mempunyai bare plat wall. bareplate wall kuat terhadap gas dan tidak diletakkkan pada refractory.

·     Plain-tube wall

terletak didepan refractory wall, sepert dinding bayangan, untuk mengurangi jumlah hubungan dari ujung masing-masing tube ketika tube dibersihkan

·     Extended Surface wall

untuk memberikan penyerapan pans lebih banyak ke dalam tubes, terdapat pada pada tube dan dilas pada fin pada tip2 tube.

·     Protected tube wall

             melindungi tube dari api dengan menutupi tube menggunakan metal block atau refractory block, untuk mengurangi erosi dan korosi yang disebabkan oleh hasil pembakaran atao waste heat, dan slag (terak).

Beberapa bagian yang terdapat pada furnace adalah sebagai berikut:

1.      Riser

2.      Header

3.      Tube wall

4.      Burner

5.      Flaming detector

6.      Ignitor

7.      Oil burner

1.      Riser

Riser adalah sekumpulan pipa-pipa yang menghubungkan antara boiler drum dengan header. Pada riser terjadi sirkulasi air secara alami yaitu air pada boiler drum yang memiliki masa jenis lebih tinggi akan turun ke header melalui riser. Sedangkan air yang memiliki masa jenis lebih rendah akan naik ke boiler drum melalui tube wall.

2.      Header

Header adalah tempat penampungan air dari boiler drum yang turun melalui riser. Lokasi header berada di bagian terbawah dari riser dan tube wall. Sama seperti tube wall, salah satu ujung riser berada pada boiler drum dan ujung yang satunya berada pada header, namun terdapat perbedaan yaitu tube wall berada di dalam furnace sedangkan riser berada di luar furnace.

3.      Tube wall

Tube wall adalah dinding pada furnace yang merupakan sekumpulan pipa-pipa yang berisi air. Pipa-pipa tersebut mendapatkan panas secara langsung dari furnace untuk memanaskan air yang berada di dalamnya karena letaknya yang berada di dalam furnace.

4.      Burner

Burner adalah peralatan yang digunakan untuk pembakaran awal di dalam furnace. Untuk bisa menghasilkan api di dalam furnace pada saat start awal, furnace membutuhkan pembakaran awal dengan bantuan burner. Bahan bakar yang digunakan pada burner adalah HSD.

5.      Flaming Detector

Flaming detector merupakan peralatan pendeteksi nyala api pada burner dan digunakan pada saat pembakaraan awal.

6.      Ignitor

Ignitor merupakan peralatan pemantik yang berfungsi untuk menghasilkan percikan api. Ignitor memiliki fungsi yang sama seperti busi pada kendaraan bermotor. Percikan api pada ignitor ini kemudian akan menjadi api pembakaran dengan skala yang lebih besar dengan bantuan bahan bakar HSD.

7.      Oil Burner

Oil burner adalah HSD yang digunakan sebagai bahan bakar utama pada saat pembakaran awal di dalam furnace.

Proses pembakaran dalam Furnace

1.      Coal dan limestone dimasukkan ke dalam Furnace, serta fluidizing air / primary air dari air plenum melalui nozzle grate. Tekanan primary air menyebabkan bed material melayang dibagian bawah furnace.

2.      Aliran udara turbulen menyebabkan coal cepat bercampur dengan limestone secara merata dengan bed material. Fluidizing air/primary air danbed temperatur menyebabkan material terbakar dan sirkulasi.

3.      Material Batubara yang telah terbakar semakin lama naik ke bagianupper furnace karena massanya berkurang kemudian masuk cyclone melalui transition piece. Sebelum masuk ke cyclone batubara menabrak vortex vendor sehingga flue gas dan fly ash terpisah dari material.

4.      Material solid berputar menuju cyclone outlet cone dengan bantuan udara dari fuidizing air blower menuju seal pot dan diinjeksikan kembali kefurnace melalui seal pot return duct.

Tipe- tipe Furnace :

1.      Tipe silinder vertical

Tipe ini berbentuk silinder tegak, tube pada daerah radiasi dipasang secara vertical. Tube yang satu dengan yang lainnya disambung dengan menggunakan U bend. Burner terletak pada lantai bagian bawah, sehingga nyala api sejajar dengan tube dapur. Bentuk lantai adalah lingkaran, sedang Burner dipasang dilantai dengan arah pancaran api vertikal. Tube di ruang pembakaran dipasang vertikal. Furnace jenis ini bisa didisain tanpa atau dengan ruang konveksi. Jenis tube yang dipasang di ruang konveksi bisa Bare Tube, Finned Tube, tetapi pada umumnya digunakan Finned Tube untuk mempercepat proses perpindahan panas karena konveksi.

2.      Tipe box  

Mempunyai bentuk kotak atau box, daerah radiasi dan konveksi dipisahkan oleh great wall. Dapur ini digunakan untuk kapasitas besar (lebih dari 100 MBtu/jam). Tube-tube dapur dipasang pada bagian atap, lantai dan sisi dari "brigde dapur”, burner dipasang secara horizontal pada dinding furnace. Pada heater jenis ini antara ruang pembakaran (radiant fire box) dengan ruang konveksi (convection section) dipisahkan oleh satu atau lebih dinding penyekat yang dinamakan Bridge Wall. Burner dipasang pada dinding dengan arah pancaran api mendatar. Semua tube dipasang pada arah mendatar. Box Heater sudah jarang dipakai karena harganya mahal.

3.      Tipe kabin

Tipe kabin ini mempunyai kamar terdiri dari daerah radiasi dan konveksi. Tube-tube dipasang secara horizontal sedangkan burner terletak pada lantai furnace, sehingga nyala api tidak lurus dan sejajar dengan dinding dapur. Susunan tube di ruang pembakaran dibuat dekat dengan dinding atau dekat dengan penyekat (Baffle) dengan arah mendatar. Ruang konveksi terletak di atas ruang pembakaran . Dua lapis pertama tube di ruang konveksi yang langsung “menghadap” ke ruang pembakaran (radiant fire box) dinamakan Shield Tubes. Burner dipasang di lantai heater sedang pancaran api diarahkan vertikal. Sering dijumpai heater jenis ini mempunyai dinding penyekat di bagian tengahnya (Center Wall Baffle).

Macam-macam furnace

1.      Muffle Furnace

Muffle furnace   adalah tungku dimana bahan subyek dan semua produk pembakaran termasuk gas dan abu terisolasi dari bahan bakar. Setelah pengembangan pemanas listrik temperatur tinggi  dengan elemen dan elektrifikasi yang berkembang di  negara-negara maju, muffle furnace dengan cepat berubah ke listrik. Saat ini, muflle furnace biasanya berupa sebuah front-loading kotak-jenis oven atau kiln untuk aplikasi suhu tinggi seperti kaca sekering, menciptakan lapisan enamel, keramik dan barang solder dan mematri. Muffle furnace juga digunakan dalam banyak penelitian, misalnya oleh ahli kimia untuk menentukan berapa proporsi sampel yang mudah terbakar dan non-volatile. jenis Vecstar, sekarang bisa menghasilkan kerja suhu sampai 1800 derajat Celcius, yang memfasilitasi aplikasi metalurgi lebih canggih. Muffle furnace yang  panjang juga dapat digunakan untuk memanaskan benda yang dibangun di banyak prinsip yang sama dengan jenis kiln kotak tersebut, bentuk tabung hampa panjang, lebar, dan tipis yang digunakan dalam roll untuk menggulung proses manufaktur. Kedua furnace yang disebutkan di atas biasanya dipanaskan sampai suhu yang diinginkan untuk konduksi, konveksi, atau radiasi dan hambatan listrik dari elemen pemanas. Oleh karena itu biasanya tidak ada pembakaran yang terlibat dalam kontrol suhu sistem, yang memungkinkan untuk kontrol jauh lebih besar keseragaman suhu dan menjamin isolasi bahan yang dipanaskan dari produk sampingan pembakaran bahan bakar.

Sebuah muffle furnace, digunakan untuk anil, pengerasan, dan tempering; panas yang diperolehdengan minyak, yang terkandung dalam tangki A, dan disimpan di bawah tekanan oleh pemompaan padasuatu interval dengan gagang kayu, sehingga bila katup B dibuka minyak yang menguap dengan lewat melaluikumparan pemanas di pintu masuk tungku, dan ketika dinyalakan akan membakar api gas. Kemudianmasuk ke dalam tungku C melalui dua luban,  dan memutar di bawah D dan di meredam D, berdiri di slabclay  tahan api. Pintu ini ditutup oleh dua blok clay tahan api di E. A suhu lebih dari 2000 ° F dapatdiperoleh dalam tungku dari ruang ini, dan panas yang memang di bawah kendali yang sempurna

2.      Salt Bath Furnace

 Salt bath furnace modern digunakan untuk sejumlah aplikasi perlakuan panas seperti:

Preheating

• Austenitizing

• Martempering

• Pengerasan netral

• High-Speed Tool Pengerasan

• Tempering Nitridasi

• karburizing

• heat treatment solution

  • Dip brazing

sistem modern menawarkan keseragaman kecepatan ramp-up dan pemanasan tinggi dengan suhu dipertahankan untuk dalam waktu 5 derajat di seluruh bath  sehingga memberikan hasil pengolahan yang tinggi dan seragam.sekarang ini furnace dipanaskan oleh listrik, minyak atau gas. Dalam pengadaan Salt harus diberikan perhatian khusus pada Bath Furnace sehingga standar keselamatan operator dan persyaratan lingkungan lokal dipenuhi dan teknologi pengolahan limbah yang terlibat memenuhi peraturan pemerintah dan memberikan untuk pengelolaan sampah yang komprehensif dan biaya-efektif seperti sistem pembuangan lumpur efektif. sistem modern termasuk tahap modular untuk mengakomodasi pra-dan pasca-perawatan yang dikombinasikan dengan kontrol penuh Programmable yang menawarkan kemampuan dan pengolahan yang tepat.

perlakuan panas yang diaplikasikan dalam alat ini antara lain:

·         annealing

•nitridasi

•melting

•tempering

•pengerasan

•pemateri

•galvanizing

•aluminizing

 serta perlakuan Permukaan berbagai logam & paduan 

3.       VACUUM FURNACE

Vacuum furnace adalah jenis furnace yang dapat memanaskan bahan, biasanya logam, pada temperatur sangat tinggi dan melaksanakan proses seperti mematri, sintering dan perlakuan panas dengan konsistensi tinggi dan kontaminasi rendah.Dalam sebuah vacuum furnace produk dalam tungku dikelilingi oleh ruang hampa. Tidak adanya udara atau gas lainnya mencegah perpindahan panas dengan produk melalui konveksi dan menghilangkan sumber kontaminasi.

Beberapa manfaat dari vakum furnace adalah:  

1. Uniform dalam rentang temperatur 2000-2800 ° F (1100-1500 ° C)  

2. Suhu dapat dikontrol dalam area kecil   

3.kontaminasi dari karbon oksigen dan gas-gas lain pada produk rendah 

4. pendinginan produk  cepat

5. Proses dapat dikendalikan komputer untuk memastikan berulangnya fasa dalam metalurgi.

Pemanas logam untuk temperatur tinggi biasanya menyebabkan oksidasi cepat, yang tidak diinginkan.Vakum furnace menghilangkan oksigen dan mencegah hal ini terjadi.Gas inert,seperti Argon,biasanya digunakan untuk mempercepat pendinginan logam sampai kembali ke tingkat non-metalurgi (di bawah 400 ° F) setelah proses yang diinginkan dalam tungku. Gas inert dapat ditekan untuk dua kali perlakuan atau lebih, kemudian mengalir melalui daerah zona panas untuk mengambil panas sebelum melalui sebuah penukar panas untuk membuang panas. Proses ini diulang sampai suhu yang diinginkan tercapai.

Penggunaan umum dari vakum furnace adalah untuk heat treatment baja paduan. Banyak perlakuan panas yang dapat menggunakan vakum furnace misalnya  hardening dan tempering dari baja untuk menambah kekuatan dan ketangguhan. Pengerasan melibatkan pemanasan baja ke suhu yang sudah ditentukan, kemudian didinginkan secara cepat.

Vacuum furnace yang ideal untuk aplikasi mematri. Mematri merupakan proses perlakuan panas yang digunakan untuk menggabung  dua atau lebih komponen dasar logam dengan pelelehan lapisan tipis logam pengisi dalam celah antara logam tersebut.

Aplikasi lainnya dari vakum furnace adalah Vacuum karburasi, yang juga dikenal sebagai Tekanan Rendah karburasi atau LPC.Dalam proses ini, gas (seperti asetilen) dimasukkan dengan tekanan parsial ke zona panas pada suhu biasanya antara 1600F dan 1950F. Gas dimasukkan ke dalam molekul konstituen (dalam hal ini karbon dan hidrogen). karbon tersebut kemudian menyebar ke daerah permukaan logam. Hal ini biasanya diulang dalam berbagai durasi input gas dan waktu difusi. Setelah benda kerja sesuai dengan apa yang diinginkan kemudian diinduksi biasanya menggunakan minyak atau gas bertekanan tinggi (HPGQ) berupa nitrogen atau helium kemudian diquenching dengan cepat. Proses ini juga dikenal sebagai pengerasan khusus.

4.      Fluidized Bed Furnace 

Fluidized-bed furnace adalah tungku berbentuk silinder atau persegi dan terdiri sebuah tungku Panjang Dari Ruang dan Reaksi Ruang untuk penyediaan ledakan Udara atau distribusi gas ke perapian. Perapian, yang dirancang untuk menyediakan distribusi seragam ledakan di atas penampang seluruh ruang reaksi, adalah sebuah kisi logam atau plat beton dengan sebuah klep. Perapian,Yang dirancang untuk mengatur distribusi ledakan yang seragam di seluruh penampang ruang Reaksi tetap permanent, sebuah kisi logam atau plat bukaan yang terbuat dari beton atau teradang dibuat dari blok keramik berpori yang berupa butiran padat tersuspensi oleh udara atau gas yang mengalir melalui grid dan membentuk fluidized bed di mana interaksi antara bahan padat dan gas berlangsung. Butiran padat tersuspensi dibuat dari udara atau gas yang mengalir membentuk grid di dalam fluidized bed di mana Interaksi antara Bahan berlangsung dalam bentuk padat dan gas. Produk jadi (misalnya, sinter) dibuang dari tungku melalui sebuah pintu di bagian atas dari fluidized bed. Alat penukar panas dipasang di zona fluidized untuk melakukan pemanasan dalam bed selama proses eksotermik (pembakaran) atau untuk memasok panas ke fluidized bed selama proses endotermik (pengurangan).Tungku fluidized-bed Multichamber dengan beberapa bed fluidized sekuensial digunakan untuk proses yang melibatkan pengolahan bahan dalam beberapa langkah pada berbagai suhu dan berbagai komposisi fasa gas.Dibandingkan dengan furnace listrik jenis lain (misalnya, rotary kiln), di dalam fluidized-bed furnace gas dan bahan lebih efektif berinteraksi dan lebih seragam pada produk akhir, fluidized bed furnace juga membuat seintensive mungkin dan otomatisasi proses berlangsung di dalamnya.