2
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Uap
Pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) merupakan suatu pusat pembangkit tenaga listrik yang bekerja dengan menggunakan uap air sebagai fluida kerjanya, yaitu dengan memanfaatkan energi kinetik uap untuk menggerakan poros sudu-sudu turbin. Pada prinsipnya, menghasilkan listrik dengan sistem tenaga uap adalah dengan mengambil energi panas yang terkandung di dalam bahan bakar batubara yang terbakar didalam boiler untuk produksi uap, kemudian dipindahkan ke dalam turbin, kemudian turbin tersebut akan mengubah energi panas yang diterima menjadi energi mekanis dalam bentuk gerak putar. Gerakan putar ini kemudian seporos dengan generator yang akhirnya dapat menghasilkan listrik.
PLTU menggunakan fluida kerja air uap yang bersirkulasi secara tertutup. Siklus tertutup artinya menggunakan fluida yang sama secara berulang-ulang. Urutan sirkulasinya secara singkat adalah sebagai berikut :
Pertama air diisikan ke boiler hingga mengisi penuh seluruh permukaan pemindah panas. Di dalam boiler, air ini mendapatkan panas dengan menyerap gas panas hasil pembakaran bahan bakar batubara, HSD serta udara sehingga berubah menjadi uap untuk memutar turbin.
(intermediet Pressure) dan LP (Low Pressure) sehingga menghasilkan daya mekanik berupa putaran.
Ketiga, generator yang dikopel langsung dengan turbin berputar menghasilkan energi listrik sebagai hasil dari perputaran medan megnet dalam kumparan, sehingga ketika turbin berputar dihasilkan energi listrik dari terminal output generator.
Keempat, Uap bekas keluaran turbin masuk kedalam kondensor untuk didinginkan dengan air pendingin agar berubah kembali menjadi air kondensat. Air kondensat hasil kondensiasi uap kemudian digunakan lagi sebagai air pengisian boiler.
Demikian siklus ini berlangsung terus menerus dan berulang-ulang. Pada gambar 2.1 dibawah ini akan menjelaskan garis besar prinsip kerja dari PLTU.
2.2 Siklus Rankine
Gambar 2.2 Diagram T–s Siklus PLTU (Siklus Rankine)
o 1-2 : Air dipompakan oleh pompa (dari tekanan P2 menjadi P1) sehingga mengalami kenaikan temperature dan tekanan. Proses ini terjadi di pompa air pengisi yang disebut kompresi isentropis.
o 2-2’ : Air yang dipompakan ini selanjutnya dipanaskan sampai mencapai titik didihnya. Proses ini terjadi di LP heater, HP heater dan Economiser. o 2’-3 : Pada tahap ini terjadi proses penguapan secara isobar isotermis
karena air yang berubah wujud menjadi uap jenuh.. Proses ini terjadi di boiler yaitu pada wall tube.
o 3-4 : Uap dipanaskan lebih lanjut hingga uap mencapai temperatur kerjanya menjadi uap panas lanjut (superheated vapour). Langkah ini terjadi di superheater boilerdengan proses isobar.
o 5-1 : Pembuangan panas laten uap sehingga berubah menjadi air kondensat. Langkah ini adalah isobar isothermis, dan terjadi didalam kondensor
Proses ini adalah proses sederhana yang berlangsung pada saat memanaskan air. Proses ini hampir sama dengan proses yang terjadi di dalam boiler pada unit pembangkit uap di PLTU. Adapun siklus rankine ideal sederhana terdiri dari :
1. Boiler sebagai alat pembangkit uap
2. Turbin uap sebagai alat mengubah uap menjadi kerja 3. Kondensor sebagai alat pengembun uap
4. Pompa boiler sebagai alat memompa air ke boiler
2.3 Diagram Alir PLTU
2.4 Komponen – komponen Pembangkit Listrik Tenaga Uap
1. Stack /cerobong
Berfungsi untuk membuang Flue Gas hasil pembakaran, setelah dibersihkan di Elektro Static Precipitator (ESP) baru dibuang ke Atmosfir.
2. Conveyor
Conveyor berfungsi untuk menyalurkan batubara dari unloading area sampai ke bunker.
3. Coal Yard
Coal Yard berfungsi sebagai tempat penyimpan batu bara (stock) yang mana batu bara masih dalam keadaan kasar atau harus dilakukan proses penghancuran.
4. Crusher
Crusher berfungsi untuk menghancurkan batu bara yang melalui peralatan tersebut yang mempunyai ukuran lebih besar dari 32 mm peralatan ini di rancang hanya untuk menghancurkan batu bara bukan untuk batu atau material lain .
5. Cool Silo
Coal Silo adalah tempat penampungan batubara terakhir sebelum digunakan untuk pembakaran di boiler.
6. Boiler
Boiler berfungsi untuk mengubah air (feed water) menjadi uap panas lanjut (super heated steam) yang akan digunakan untuk memutar turbin.
7. Elektro Static Precipitator
8. Boiler Drum
Boiler drum berfungsi untuk menampung air dan uap juga untuk menjaga boiler pada suatu tekanan tertentu.
9. High Preasure Turbine
Berfungsi sebagai turbin dengan tekanan uap kering dan temperature yang tinggi, yang mana uap kering awal dari hasil pemanasan air di boiler menuju ke
high pressure turbine untuk menghasilkan putaran. 10.Low Pressure Turbine
Berfungsi sebagai turbin dengan tekanan uap kering dan temperature yang rendah, yang mana uap kering untuk memutar turbin berasal dari sisa putaran high pressure turbine dengan poros yang sama.
11.Generator
Generator berfungsi untuk mengubah energi putar dari turbin menjadi energi listrik.
12.Trafo
Berfungsi untuk memindahkan dan mengubah daya listrik bolak-balik (AC) dari satu rangkaian listrik ke rangkaian listrik lainnya.
13.Condensor
14.Circulate Water Pump
Circulate Water Pump adalah bagian pertama dari sistem pendingin. Pompa ini yang bertugas untuk mengambil air pendingin dari laut. Pompa ini biasanya terletak pada areal Water Intake.
15.Sea
Air laut berfungsi sebagai media air pemanas pada boiler dan media air pendingin untuk mendinginkan komponen-komponen pada PLTU.
16.Reverse Osmosis
Reverse Osmosis berfungsi sebagai upaya untuk menyeimbangkan konsentrasi garam pada kedua sisi.
17.Mixed Bed
Mixed bed berfungsi sebagai pengolah air laut menjadi air demin dengan menggunakan resin penukar ion baik itu ion positf maupun ion negatif.
18.Demin Water Tank
Berfungsi sebagai tempat penyimpanan air demineralizer yang digunakan sebagai air proses pemanasan pada boiler dan sebagai sistem pendingin komponen.
19.Condensate Pump
Condensate pump berfungsi untuk memindahkan condensate dari hotwell
dan Low PressureHeater ke deaerator 20.Low Preassure Heater
21.Dearator
Deaerator berfungsi untuk memanaskan dan menghilangkan gas dan udara terlarut dalam air pengisi. Udara dan gas dapat menyebabkan korosi di dalam pipa-pipa air uap ketel uap.
22.Boiler Feed Pump
Boiler feed pump berfungsi untuk menaikkan tekanan air pengisi sehingga air pengisi tersebut dapat mengalir dan masuk ke dalam boiler drum.
23.High Preassure Heather
High Pressure Heater befungsi untuk menaikkan temperatur secara bertahap atau sebagai pemanas lanjut yang menggunakan uap ekstraksi dari turbin sebagai sumber pemanasan.
24.Oil Tank
Berfungsi sebagai tempat penyimpanan minyak/tangki minyak untuk proses pembakaran awal/pemantik boiler sebelum masuknya batu bara dan campuran lainnya.
2.4.1 Boiler
Jika dioperasikan dengan benar, boiler secara efisien dapat mengubah air dalam volume yang besar menjadi steam yang sangat panas dalam volume yang lebih besar lagi yang akan digunakan untuk memutar turbin. Boiler mempunyai spesifikasi sebagai berikut:
• Manufaktur : Foster Wheler Co.
• Type : Circulating Fluidized Bed (CFB) • Capacity : 423 ton/hour
• Steam temp : 542 °C • Steam pressure : 10,32 Mpa • Fuel : Oil and Coal
Gambar 2.4 Boiler
Boiler terdiri atas beberapa bagian, antara lain :
1. Economizer
superheater sebelum dibuang ke atmosfir melalui cerobong. Sumber panas yang diperlukan oleh alat tersebut berasal dari gas buang dalam boiler dengan suhu ±460,1 oC. Dimana, air pertama-tama masuk ke ekonomiser. Ekonomier berfungsi sebagai pemanas awal. Sesuai namanya alat ini berfungsi untuk meningkatkan efisiensi boiler dengan cara menggunakan panas sisa gas buang untuk memanaskan awal air yang masuk ke boiler.
2. Steam Drum (Evaporator)
Steam drum berfungsi sebagai pemisah uap dan air pada boiler, uap yang dihasilkan akan menuju ke turbin, sebelum ke turbin uap yang dihasilkan masih berupa uap basah dimana uap ini belum effektif untuk memutar turbin karena masih mengandung air yang dapat merusak turbin uap, maka dari itu uap yang basah akan melalui superheater untuk mendapatkan uap kering, lalu menuju ke turbin uap. Tekanan pada steam drum mencapai 127 bar.
3. Superheater
Superheater merupakan kumpulan pipa Boiler yang terletak dijalan aliran gas panas hasil pembakaran. Superheater berfungsi untuk memanaskan uap agar kandungan energi panas dan kekeringannya bertambah sehingga menjadi uap
superheat (uap panas lanjut). Pemasanan dilakukan dalam dua atau tiga tahap, sebagai pemanasnya adalah gas hasil pembakaran bahan bakar. Panas dari gas ini dipindahkan ke Saturated Steam yang ada dalam pipa Superheater, sehingga berubah menjadi Super Heated Steam sebelum disalurkan ke Turbin. Suhu pada
4. Reheater
Setelah tekanan dan temperatur SH Steam turun maka SH Steam tersebut akan dikembalikan ke Boiler untuk pemanasan ulang. Pemanasan ulang ini berlangsung di bagian Boiler yang disebut Re-Heater yang merupakan kumpulan pipa Boiler yang diberi panas dari gas pembakaran seperti
Superheater dengan suhu inlet/outlet 322oC/540oC dan tekanan inlet/outlet
2,7/2,505 MPa.g. Di bagian Re-Heater, SH Steam akan dikembalikan untuk memutar Intermediate Presure Turbine (IP) dan Low Presure Turbine (LP).
5. Air Preheater
Air Pre-Heater adalah instrument yang sistem kerjanya berputar dengan putaran rendah dan berfungsi untuk memanasi udara pembakaran dengan suhu 350oC dan tekanan 500 Pa sebelum dikirim ke Furnace dan mendinginkan udara keluar dengan suhu 140oC dan tekanan 1 kPa menuju stack (cerobong). Furnace
adalah ruang dalam boiler yang dirancang terjadinya proses pembakaran (bahan bakar+udara+api/panas). Pemanas Udara pembakaran tersebut diambil dari gas buang hasil pembakaran dari Furnace yang dialirkan melalui Air Pre-Heater
sebelum dibuang ke Chimney.
2.4.2 Steam Turbin
kondisinya menjadi uap basah.Uap keluar turbin ini kemudian dialirkan kedalam kondensor untuk didinginkan agar menjadi air kondensat, sedangkan tenaga putar yang dihasilkan digunakan untuk memutar generator. Steam Turbine mempunyai spesifikasi sebagai berikut:
• Manufaktur : Shanghai Turbine Co. LTD
• Type : N115-9,32/537
• Speed : 3000 RPM
• No. extraction : 5
• Rotation : Clock wise • Steam flow : 409,437 t/h
Gambar 2.5 Steam Turbin
Turbin uap terdiri atas beberapa bagian, antara lain :
Casing
mendorong sudu gerak pada rotor.
Rotor
Rotor adalah bagian yang berutar terdiri dari poros dan sudu-sudu gerak yang terpasang mengelilingi rotor. Jumlah baris sudu gerak pada rotor sama dengan jumlah baris sudu diam pada casing. Pasangan antara sudu diam dan sudu gerak disebut tingkat (stage).Sudu gerak (rotor) berfungsi untuk mengubah energi kinetik uap menjadi energi mekanik.
Bantalan
Fungsi bantalan adalah untuk menopang dan menjaga rotor turbin agar tetap pada posisi normalnya. Ada dua macam bantalan pada turbin, yaitu:
- Bantalan journal yang berfungsi untuk menopang dan mencegah poros turbin daripergeseran arah radial
- Bantalan aksial (thrust bearing) yang berfungsi untuk mencegah turbin bergeserkearah aksial.
Katup Utama
Katup utama turbin terdiri dari :
Main Stop Valve (MSV)
Governor Valve (GV)
Turbin harus dapat beroperasi dengan putaran yang konstan pada beban yang berubah ubah. Untuk membuat agar putaran turbin selalu tetap digunakan
governor valve yang bertugas mengatur aliran uap masuk turbin sesuai dengan bebannya. Sistem governor valve yang digunakan umumnya adalah mechanic hydraulic (MH) atau electro hydraulic (EH).
Pada turbin dengan kapasitas > 100 MW dilengkapi dengan katup uap reheat, yaitu
Reheat Stop Valve (RSV) dan Interceptor Valve (ICV).
Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut :
1. Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan
2. Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian dibakar.
3. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel (nozzle).
4. Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan.
Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugian- kerugian yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat pada menurunnya performa turbin gas itu sendiri. Kerugian-kerugian tersebut dapat terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas. Sebab-sebab terjadinya kerugian antara lain :
(pressure losses) di ruang bakar.
2. Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya gesekan antara bantalan turbin dengan angin.
3. Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur dan perubahan komposisi kimia dari fluida kerja.
4. Adanya mechanical loss.
2.4.3 Generator
Produksi untuk menghasilkan energi listrik merupakan target dari proses konversi energi di PLTU. Generator yang dikopel langsung dengan turbin akan menghasilkan tegangan listrik ketika turbin berputar. Proses konversi energi didalam generator adalah dengan memutar medan magnet didalam kumparan. Rotor generator sebagai medan magnet menginduksi kumparan yang dipasang pada stator sehingga timbul tegangan diantara kedua ujung kumparan generator. Untuk membuat rotor agar menjadi medan magnet, maka dialirkan arus DC ke kumparan rotor. Generator mempunyai spesifikasi sebagai berikut :
• Exciting current : 1341,6 A
Gambar 2.6 Generator
2.4.4 Ship Unloader
Ship Unloader merupakan peralatan yang di gunakan untuk memindahkan batubara yang terdapat pada kapal angkutan menuju ke coal yard (unloading) atau diteruskan ke coal bunker. Ship Unloader mempunyai spesifikasi sebagai berikut : • TypMfg : Wuhan Power Equipment Work
• e : Stable Catenary Chain Bucket • Kapasitas : 500 ton/jam
Gambar 2.7 Ship Unloader
2.4.5 Stacker & Reclaimer
Stacker adalah alat besar yang digunakan untuk menata batubara yang datang melalui konveyor menuju stockpile. Reclaimer merupakan alat yang berfungsi untuk mengambil batubara dari stockpile menuju konveyor untuk selanjutnya ditransport ke PLTU. Stacker & Reclaimer mempunyai spesifikasi sebagai berikut :
• Type : Traveling Bucket wheel stacker reclaimer • Number : 1 set
• Stacking Capacity : 1500 ton/hr
Gambar 2.8 Stacker & Reclaimer
2.4.6 Coal Yard
Coal Yard merupakan fasilitas atau tempat penyimpanan batubara yang digunakan untuk pemanasan dan menghasilkan energi. Coal Yard mempunyai spesifikasi sebagai berikut :
• Dead storage area 1.24 ha ≈ 76,450 ton batubara.
• Life storage area 0.33 ha ≈15,290 ton batubara.
• Life storage semi open type with shed (roof steel structures).
2.4.7 Reverse Osmosis Plant
Reverse Osmosis Plant merupakan pabrik tempat di mana proses reverse osmosis terjadi. Rata-rata yang pabrik modern, reverse osmosis membutuhkan enam kilowatt-jam listrik untuk menghilangkan garam satu meter kubik air. Reverse Osmosis Plant mempunyai spesifikasi sebagai berikut:
• Type : SWRO dan BWRO
• Mfg : Asian Tec Limited(Hong Kong) • Set / Stage : 2/2
• Capacity : 2 x 1000 ton/day
Gambar 2.10 Reverse Osmosis Plant
2.4.8 Desalination Plant
1. Air laut yang menjadi bahan baku utama dialirkan menuju sea water pit, dan untuk menghambat pertumbuhan biota-biota laut diinjeksikan
Chlorin dengan kadar tertentu. Selanjutnya air laut difiltrasi untuk menghilangkan kotoran- kotoran yang berukuran besar.
2. Dari sea water pit, air laut dialirkan menuju primary filter dengan menggunakan sebuah pompa. Diperjalanan, air tersebut diinjeksi senyawa koagulan FeSO4 yang berfungsi untuk mengumpulkan partikel-partikel berukuran kecil menjadi partikel-partikel berukuran lebih besar sehingga lebih mudah dilakukan proses filtrasi.
3. Kemudian air laut selanjutnya dipanaskan dalam pemanas garam dan kemudian dialirkan ke dalam chamber
4. Air laut yang telah panas mengalir dari tahap bertemperatur tinggi ke tahap bertemperatur rendah melalui suatu bukaan kecil, sementara itu penguapan tiba-tiba (flash evaporates) terjadi dalam chamber
5. Uap air yang terjadi dalam chamber pada setiap tahap mengalir melalui pemisah, dan mengeluarkan panas laten ke dalam tabung penukar panas sementara air laut mengalir melalui bagian dalam dan kemudian uap berkondensasi. Air yang terkondensasi dikumpulkan dalam penampung dan kemudian dipompa keluar sebagai air tawar.
2.4.9 Demineralizer Plant
jika air masih mengandung mineral berarti konduktivitasnya masih tinggi. Hal ini dapat menimbulkan korosi pada peralatan PLTU.
2.5 Bahan Bakar Batubara
Batubara merupakan bahan baku pembangkit energi listrik yang pada umumnya digunakan sebagai bahan bakar untuk pembangkit listrik tenaga uap. Batubara dibedakan berdasarkan nilai kalor serta lama proses pembentukannya. Pengelompokan ini menunjukkan kualitas batubara yang akan membedakan nilai ekonomis serta kegunaan batubara tersebut. Terdapat empat jenis batubara mulai dari kualitas rendah hingga tinggi, yaitu: lignit, sub-bituminous, bituminous, dan antrasit.
Antrasit adalah kelas batu bara tertinggi, dengan warna hitam berkilauan (luster) metalik, mengandung antara 86% - 98% unsur Karbon (C) dengan kadar air kurang dari 8%. Nilai kalor batubara jenis ini lebih dari 6900 kcal/kg.
Bituminous mengandung 68 - 86% unsur Karbon (C) dan berkadar air 8- 10% dari beratnya. Kelas batu bara yang paling banyak ditambang di Indonesia, tersebar di pulau sumatera, kalimantan dan Sulawesi, biasa digunakan untuk proses pemanasan. Bituminous memiliki nilai kalor 5700 kcal/kg hingga 6900 kcal/kg.
hingga 5700 kcal/kg.
Lignit atau batu bara coklat adalah batu bara yang sangat lunak yang mengandung air 35-75% dari beratnya. Lignit atau sering disebut sebagai brown coal. Batubara ini merupakan batubara kelas rendah dengan nilai kalor kurang dari 4165 kcal/kg.
Dari segi kualitas, batubara yang sudah dicuci (washing) yang di kecilkan ukuran butirannya (crushing) kemudian dibakar dan menyisakan abu. Pengotor ini merupakan pengotor bawaan pada saat pembentukan batubara, pengotor tersebut dapat berupa gipsum (CaSO42H2O), anhidrit (CaSO4), pirit (FeS2), silika (SiO2) dapat pula berbentuk tulang-tulang binatang (diketahui dari senyawa-senyawa fosfor dari analisis abu). Pengotor bawaan ini tidak mungkin dihilangkan sama sekali, tetapi dapat dikurangi dengan cara pembersihan. Proses ini dikenal dengan tenologi batubara bersih.
Komposisi kimiawi batubara berpengaruh kuat pada daya pembakarannya. Sifat-sifat batubara secara luas diklasifikasikan kedalam sifat fisik dan sifat kimia. Sifat fisik batubara termasuk nilai panas, kadar air, bahan mudah menguap dan abu. Sifat kimia batubara tergantung dari kandungan berbagai bahan kimia seperti karbon, hidrogen, oksigen, dan sulfur.
2.6 Proses Pembakaran
yang mudah terbakar adalah karbon, hidorgen, dan sulfur.
Tujuan dari pembakaran yang sempurna adalah melepaskan seluruh panas yang terdapat dalam bahan bakar. Hal ini dilakukan dengan pengontrolan “Tiga T” yaitu :
a. T-Temperatur
Temperatur yang digunakan dalam pembakaran yang baik harus cukup tinggi sehingga dapat menyebabkan terjadinya reaksi kimia
b. T-Turbulensi
Turbulensi yang tinggi menyebabkan terjadinya pencampuran yang baik antara bahan bakar dan pengoksidasi
c. T-Time (Waktu)
Waktu yang cukup agar input panas dapat terserap oleh reaktan sehingga berlangsung proses termokimia
Dalam proses pembakaran tidak terlepas dari tahap awal yaitu penyalaan dimana keadaan transisi dari tidak reaktif menjadi reaktif karena dorongan eksternal yang memicu reaksi termokimia diikuti dengan transisi yang cepat sehingga pembakaran dapat berlangsung. Penyalaan terjadi bila panas yang dihasilkan oleh pembakaran lebih besar dari panas yang hilang ke lingkungan. Dalam proses penyalaan ini dapat dipicu oleh energi thermal yang merupakan transfer energi
drying, devolatilization dan char combustion akan berlangsung secara berurutan dengan periode pembakaran char (char burn period) yang relative lebih lama bila dibandingkan pada tahap drying maupun devolatilization.
1.Drying
Drying adalah proses penguapan/pengeringan moisture di dalam batubara. Moisture dalam batubara terbagi menjadi dua jenis yaitu: dalam bentuk free water
(air bebas) yang terletak diantara pori-pori batubara dan dalam bentuk bounded water (air terikat) yang terserap di dalam struktur permukaan batubara.
2. Devolatilization
Ketika proses drying telah selesai maka partikel batubara mulai mengalami perubahan komposisi dengan melepas volatile. Volatile adalah kandungan gas-gas yang ada di batubara. Selama volatile keluar dari pori-pori batubara, external oxygen tidak dapat masuk penetrasi ke dalam partikel. Proses devolatilization
dikenal juga sebagai tahap pyrolysis. Laju devolatilization dan produk pyrolysis tergantung pada temperature dan tipe bahan bakar. Dalam proses pyrolysis akan terjadi pelepasan carbon monoxide, hydrocarbon, dan soot. Bersamaan dengan lepasnya volatile, akan terjadi diffuse oxygen sehingga produk pyrolysis mulai terbakar. Semakin tinggi kadar Volatile Matter maka batubara akan semakin mudah terbakar dan pembakaran akan semakin stabil.
3.Char Combustion
char menembus lapisan luar (externally layer) dan terus ke dalam partikel char. Laju terbakarnya char tergantung pada laju reaksi kimia dari reaksi carbon-oxygen di permukaan char dan laju diffusi internal oxygen dalam lapisan batas (boundary layer). Optimasi pembakaran batubara dicapai bila moisture batubara saat masuk ke ruang bakar hanya tinggal sebesar 1%. Sisanya harus telah menguap (drying)
saat di dalam pulverizer dan coal pipe. Hal ini bertujuan agar batubara saat akan masuk ke ruang bakar telah tepat pada tahap devolatilization, yaitu mulai terbentuk api. Sisa 1% moisture dimaksudkan sebagai batas aman agar tidak terjadi pre-combustion (sebelum terbakar) di dalam pipa. Kandungan batubara Low Rank
mempunyai moisture lebih tinggi sehingga total waktu untuk pembakaran batubara juga semakin tinggi. Artinya akan terjadi delay combustion di furnace. Selain waktu terbakarnya batubara, yang perlu diperhatikan adalah kecepatan aliran batubara ke dalam furnace. Semakin cepat aliran batubara maka jarak tempuh dari pembakaran api akan semakin jauh. Low rank mempunyai nilai kalor lebih rendah sehingga butuh batubara dan udara lebih banyak, otomatis kecepatan aliran juga tinggi. Dua faktor tersebut, waktu dan kecepatan, akan menentukan waktu tinggal batubara (resident time) di dalam furnace.
yang sempurna. Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan jumlah panas yang maksimum. Serbuk batubara ini dicampur dengan udara panas dari primary air fan dan dibawa ke coal bunker yang menyemburkan batubara tersebut ke dalam ruang bakar untuk proses pembakaran dan terbakar seperti gas untuk mengubah air menjadi uap. Udara pembakaran yang digunakan pada ruang bakar dipasok dari
Forced Draught Fan (FDF) yang mengalirkan udara pembakaran melalui Air Preheater .
Hasil proses pembakaran yang terjadi menghasilkan limbah berupa abu. Abu yang jatuh ke bagian bawah boiler secara periodik dikeluarkan dan dikirim Ash Valley. Gas hasil pembakaran dihisap keluar dari boiler oleh Induced Draught Fan
(IDF) dan dilewatkan melalui Elektro Static Precipitator (ESP) yang menyerap 99,5 % abu terbang dan debu dengan sistem elektroda, lalu dihembuskan ke udara melalui Stack/Cerobong. Di elecktro Static Precipitator debu menempel di plat-plat dengan metode elektroda, untuk merontokan Fly Ash (debu) plat di hammer (di pukul). Abu kemudian dikumpulkan dan diambil dengan peneumatic gravity conveyor yang digunakan sebagai material pembuat jalan, semen dan bahan bangunan (Conblock).
dan membuat turbin berputar. Setelah melalui High Pressure Turbine, uap kembalikan kedalam Boiler untuk dipanaskan ulang di Reheater guna menambah kualitas panas uap sebelum uap tersebut digunakan kembali di Intermediate Pressure (IP) dan Low Preasure Turbine (LPT).
Sementara itu, uap bekas dikembalikan menjadi air di Condensor dengan pendinginan air laut yang dipasok oleh Circlation Water Pump. Air kondensasi
akan digunakan kembali sebagai air pengisi Boiler. Air dimpompakan dari kondensor dengan menggunakan Condensate Extraction Pump, pada awalnya dipanaskan melalui Low Preassure Heater, dinaikkan ke Deaerator untuk menghilangkan gas-gas yang terkandung didalam air. Air tersebut kemudian dipompakan oleh Boiler Feed Pump melalui High Preassure Heater, dimana air tersebut dipanaskan lebih lanjut sebelum ke Steam Drum. Siklus air dan uap ini berulang secara terus menerus selama unit beroperasi. Poros turbin dikopel dengan
Rotor Generator, maka kedua poros memiliki jumlah putaran yang sama.
2.7 Spesific Fuel Consumption (SFC)
1. Pemakaian Bahan Bakar Spesifik Bruto (SFCB)
Konsumsi spesifik pemakaian bahan bakar dengan mengukur jumlah bahan bakar yang dipakai dibagi dengan jumlah kWh yang dibangkitkan generator. Dengan demikian formula pemakaian bahan bakar spesifik bruto dapat ditulis sebagai berikut :
( 2.1 )
2. Pemakaian Bahan Bakar Netto (SFCN)
Konsumsi pemakaian bahan bakar dengan mengukur jumlah bahan bakar yang dipakai dibagi dengan selisih jumlah kWh yang dibangkitkan generator dan jumlah kWh yang dibutuhkan untuk pemakaian sendiri.
Dengan demikian formula pemakaian bahan bakar spesifik bruto dapat ditulis sebagai berikut :
( 2.2 )
2.8 Heat Rate
Heat Rate merupakan perbandingan antara jumlah energi yang diberikan kepada suatu sistem dan hasil yang diperoleh dari sistem tersebut dalam suatu periode tertentu. Pada PLTU, heat rate dapat berupa heat rate untuk turbin generator atau heat rate untuk unit. Salah satu cara menilai kinerja PLTU secara keseluruhan adalah dengan menghitung berapa heat rate PLTU tersebut. Heat rate
dapat juga didefinisikan sebagai banyaknya panas yang diperlukan untuk =
ℎ
membangkitkan satu kwh listrik. Heat rate diperoleh dengan cara membagi konsumsi panas per jam dengan output energi listrik dalam satu jam. Karena itu
heat rate dinyatakan dalam satuan KJ/Kwh, BTU/Kwh atau Kcal/Kwh. Secara umum dikenal dua macam heat rate yaitu Heat Rate Bruto dan Heat Rate Netto. Pada heat rate bruto, maka output energi listrik yang diukur adalah energi listrik yang dihasilkan oleh generator. Sedangkan untuk heat rate netto, energi listrik yang diukur adalah energi listrik yang dihasilkan generator dikurangi energi listrik yang dipakai untuk menggerakkan alat-alat bantu PLTU (energi listrik yang bangkitkan generator – pemakaian sendiri) dan juga ditambah dengan losses trafo.
Perhitungan heat rate disini menggunakan rumus berdasarkan SPLN No.80 tahun 1989. Berikut persamaan yang digunakan untuk menghitung heat rate dan efisiensi thermal adalah ;
1. Heat Rate Bruto (HRB)
Heat rate unit brutto (HRB) merupakan jumlah kalor bahan bakar dihitung berdasarkan nilai kalor untuk menghasilkan setiap kWh brutto. Dengan demikian formula heat rate bruto dapat ditulis sebagai berikut ;
( 2.3 )
2. Heat Rate Netto (HRN)
Heat rate unit netto (HRN) merupakan jumlah kalor bahan bakar yang dihitung berdasarkan nilai kalor untuk menghasilkan setiap kWh netto. Dengan demikian formula heat rate netto dapat ditulis sebagai berikut ;
=
( 2.4 )
3. Efisiensi Termal
Efisiensi merupakan perbandingan antara energi yang dihasilkan dengan energi dimasukkan dalam suatu sistem dalam periode yang ditentukan. Besarnya efisiensi termal tergantung pada beban, semakin tinggi beban maka semakin besar efisiensinya. Efisiensi termal unit (ɳth) adalah presentase keluaran energi terhadap masukan kalor.
Adapun energi yang terdapat pada PLTU adalah :
a. Energi yang berasal dari bahan bakar. Energi ini dihitung berdasarkan Nilai Kalori dari bahan bakar yang bersangkutan dengan satuan Kcal/kg.
b. Energi yang ada pada fluida kerja ( Uap )
Besarnya Energi ini dapat diketahui dengan menggunakan diagram Mollier. Jika suhu dan tekanan uap diketahui, maka pada Mollier diagram dapat diketahui entalpinya yaitu perpotongan dari garis tekanan dan suhu yang merupakan besaran entalpi yang dicari.
c. Energi yang dihasilkan berupa tenaga listrik yang berasal dari generator.
Dengan demikian formula efisiensi termal dapat ditulis sebagai berikut ;
( 2.5 )
=
ℎ
ηth = 859,845
Dimana :
• Qf : Bahan bakar yang dipakai selama pengujian (kg) • kWhB : Jumlah kWh yang dibangkitkan generator (kWh) • kWhPS : Jumlah kWh yang dibutuhkan untuk pemakaian sendiri
(kWh)
• ηth : Efisiensi termal (%)
• 1 kJ = 0,2388kKal = 0,2948 BTU = 0,000277 kWh • 1 kcal = 0,001163 kWh = 4,187 kJ
• 1 kWh = 859,845 kkal
