Boiler merupakan peralatan yang berfungsi untuk memanaskan fluida dari keadaan cair hingga menjadi campuran maupun uap lanjut dengan menggunakan metode External Combustion (Pembakaran Luar). Boiler yang sering digunakan adalah steam boiler (ketel uap) yang sering digunakan dalam pambangkit, namun boiler sendiri dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kategori. Berikut ini akan dijelaskan lebih detail terkait klasifikasi boiler.

Fire Tube Boiler

Fire Tube Boiler merupakan jenis boiler yang cukup tua, dimana gas panas hasil pembakaran dilewatkan pada tube, sementara air berada dalam sisi shell, sehingga terjadi perpindahan panas yang mengakibatkan air berubah menjadi uap. Fire tube boiler merupakan boiler yang biaya penggunaannya relatif murah, mudah dioperasikan dan memiliki efisiensi pembakaran yang bagus. Namun terbatas hanya untuk kapasitas yang rendah sekitar 2,5 tons/jam, dengan tekanan 17,5 kg/cm² . Bahan yang digunakan dapat berupa gas, minyak bakar atau bahan bakar padat.

Water Tube Boiler

Water Tube Boiler mempunyai proses, Berbanding terbalik dengan fire tube boiler, dimana air yang dialirkan di dalam tube, sedangkan proses pembakaran berada di luar tube (shell). Boiler ini dapat berupa tipe tunggal atau ganda. Pada boiler ini tekanan yang terjadi pada uap relatif tinggi sehingga sering dimanfaatkan dalam pembangkit. Kapasitas uap dapat mencapai 4.500 – 12.000 kg/jam. Untuk pembakaran menggunakan bahan bakar minyak bakar atau gas, water tube boiler disediakan dalam bentuk paket. Namun untuk penggunaan boiler dengan bahan bakar padat, secara umum belum tersedia dalam bentuk paket. Pada boiler jenis ini memungkinkan untuk efisiensi panas yang lebih tinggi namun kurang toleran terhadap kualitas feeedwater hasil dari plant pengolahan air.

Packaged Boiler

Sesuai dengan namanya boiler ini sudah disediakan dari industri pembuatan boiler dalam bentuk paket. Dan untuk pengoperasian boiler cukup menambahkan pipa uap, pipa air, laluan bahan bakar dan instalasi listrik. Secara umum boiler ini berupa shell and tube dan prinsip kerja sesuai dengan fire tube boiler yang dapat memindahkan panas yang bagus baik radiasi maupun konveksi. Adapun beberapa karakteristik dari packaged boiler adalah sebagai berikut:

• Sistem forced atau induced draft menghasilkan pembakaran dengan efisiensi yang baik
• Perpindahan panas secara konveksi relatif baik akibat dari banyaknya tube berdiameter kecil pada boiler ini
• Ruang pembakaran yang kecil dan tingginya temperatur pembakaran sehingga evaporasi relatif lebih cepat
• Perpindahan panas secara keseluruhan yang baik akibat terdapat sejumlah lintasan /pass.
• Efisiensi termal yang relative lebih tinggi daripada boiler lainnya

Pada boiler ini, masih diklasifikasikan lagi berdasarkan jumlah lintasan/pass yaitu berapa kali gas pembakaran melintasi boiler. Secara umum, boiler jenis ini yang sering digunakan adalah unit tiga pass dengan dua set fire tube dan gas buang keluar melalui sisi belakang boiler.

Stoker Fire Boiler

Stoker Fire Boiler diklasifikasikan berdasarkan metode pengumpanan bahan bakar ke dalam furnace dan jenis grate. Klasifikasi utama dari jenis boiler ini adalah sebagai berikut:

1. Chain Grate Atau Travelling –Grate Stoker

Bahan bakar yang digunakan secara umum adalah batu bara (coal). Pada jenis ini batubara dilewatkan pada grate baja yang bergerak. Pada saat grate bergerak batubara terbakar dan menjadi abu sebelum jatuh pada ujung grate. Dalam pengoperasiaanya dibutuhkan kemampuan lebih untuk mengatur grate, baffle dan damper udara. Hal ini untuk meminimalkan produksi jumlah karbon yang tidak terbakar dalam abu.

Coal-feed hopper bergerak di sepanjang ujung coal-feed pada furnace. Sebuah coal grate (grate batubara) digunakan untuk mengendalikan laju pemasukan batubara ke furnace dengan cara mengendalikan ketebalan coal bed dan kecepatan grate. Ukuran dari batubara harus uniform (seragam) karena untuk ukuran batubara yang relative besar tidak akan terbakar sempurna saat mencapai ujung grate.

2. Spreader Stoker

Boiler jenis ini menggunakan kombinasi antara pembakaran suspensi dan pembakaran grate. Pemasukan batubara dilakukan secara kontinu ke furnace di atas bed pembakaran. Untuk batubara yang halus akan terbakar dalam suspense, sementara untuk batubara yang lebih besar akan jatuh di atas grate yang kemudian akan dibakar dalam bed pembakaran batubara yang tipis dan cepat. Untuk metode ini pembakaran yang terjadi akan memberikan fleksibilitas yang baik terhadap fluktuasi beban yang diterima. Hal ini disebabkan oleh penyalaan (ignition) terjadi secara cepat jika laju pembakaran ditingkatkan. Sehingga boiler jenis ini lebih sering di-aplikasikan di industry daripada jenis stoker yang lain.

Fluidized Bed (FBC) Boiler

Ketika gas dan udara tersebar secara merata di atas bed, partikel padat seperti pasir dihadapkan pada penyaring yang halus sehingga partikel tidak akan terganggu pada kecepatan rendah. Kecepatan udara akan secara kontinu meningkat dan membentuk suatu kondisi dimana partikel akan ter-suspensi dalam aliran udara . Lebih jauh lagi, peningkatan kecepatan akan meningkatkan pembentukan gelembung, turbulensi dan pencampuran secara cepat. Dan pada kondisi ini bed dikatakan sedang terfluidisasi.

Ketika partikel pasir dalam kondisi terfluidisasi dipanaskan hingga mencapai suhu pembakaran batubara dan secara kontinu batubara disuplai ke bed, maka batubara akan terbakar dengan cepat hingga mencapai suhu yang seragam (uniform) akibat dari pencampuran yang efektif. Proses pembakaran menggunakan FBC ini beroperasi pada range temperatur 840° C hingga 950° C. Temperatur ini berada di bawah temperature fusi abu, sehingga dapat mengatasi permasalahan terkait proses pelelehan abu dan proses di dalamnya.

Pencampuran dalam fluidized bed dan ekstraksi panas yang efektif dari bed melalui perpindahan panas antara pipa dan dinding bed menyebakan nilai koefisien perpindahan panas menjadi realtif tinggi. Sehingga temperatur pembakaran menjadi semakin rendah. Dan untuk boiler ini dapat menjamin operasi bed yang stabil dan menghindari ikutnya partikel dalam gas, hal ini karena kecepatan gas dicapai diantara kecepatan masuk partikel dan kecepatan fluidasasi minimum.

Pembakaran Fluidized Bed Combustion (FBC) memiliki kelebihan yang signifikan dibandingkan dengan sistem pembakaran konvesional dan memberikan berbagai keuntungan antara lain fleksibilitas bahan bakar, pengurangan emisi dari pollutan yang merugikan seperti SOx dan NOx, desain boiler yang kompetitif dan efisiensi pembakaran yang tinggi. Kapasitas pembakaran pada boiler ini relatif luas, yaitu: antara 0,5 tons/jam hingga lebih dari 100 tons/jam. Adapun bahan bakar yang dapat digunakan untuk boiler jenis ini adalah batubara, sekam padi dan limbah pertanian lainnya.

Pulverized Fuel Boiler

Sebagian besar pembangkit tenaga industri-industri besar menggunakan boiler berbahan bakar batubara, batubara yang digunakan telah dalam bentuk batubara halus (pulverized coal). Terdapat ribuan unit boiler jenis ini yang dioperasikan di seluruh dunia dan 90% kapasitas pembakaran batubara merupakan jenis ini. Untuk batubara bituminous harus digiling hingga berukuran kurang lebih 300 µm kurang dari 2% dan berukuran kurang dari 75 µm sebanyak 70%-75%. Untuk batubara yang terlalu kasar tidak akan terbakar sempurna dan terlalu halus akan memboroskan usaha dalam proses penggilingan. Jadi harus dioptimasi dalam persiapan batubara yang dipakai.

Untuk prinsip kerja boiler ini sendiri, pulverized coal dihembuskan dan sebagian udara masuk menuju boiler melalui burner nozzle. Udara sekunder dan tersier juga dapat ditmbahkan dalam proses ini. Proses pembakaran terjadi pada rentang temperatur 1300°C hingga 1700°C. Temperatur kerja bergantung pada jenis dan kualitas batubara yang digunakan. Partikel harus sehalus mungkin agar pembakaran terjadi secara sempurna dan waktu tinggal partikel dalam boiler hanya 2 hingga 5 detik.

Boiler jenis ini memiliki banyak kelebihan yang dapat membakar berbagai jenis batubara, respon yang sensitive terhadap perubahan beban muatan, proses pemanasan awal terjadi pada temperature yang tinggi. Untuk jenis ini, system yang sering digunakan adalah pembakaran tangensial dengan empat buah burner dari keempat sudut dan menciptakan bola api pada pusat furnace.