SENTRA II -17
ANALISA KOMPARATIF PEMANFAATAN
NATURAL GAS
DAN
HSD
TERHADAP EFISIENSI
HRSG
Gunawan Hidayat,ST.,MT.1 Riki Effendi,ST.2 Dhian T. Setyawan,ST.3
1. Universitas Muhammadiyah Jakarta 2. Universitas Muhammadiyah Jakarta 3. Universitas Muhammadiyah Jakarta
Kontak person:
Gunawan Hidayat
Jalan Cempaka Putih Tengah No. 27 Jakarta Pusat 10510
Telp: 021-4244016, Fak: 021-4256023, Email:gunawan.hidayat@gmail.com
Abstrak
HRSG adalah suatu instalasi terintegrasi antara turbin gas dan turbin uap pada suatu sistem kogenerasi – combine cycle power plant. Instalasi ini berfungsi sebagai utilitas yang memanfaatkan gas buang dari turbin gas untuk memanaskan pipa-pipa dalam HRSG hingga menjadi uap kering yang mampu menggerakkan turbin uap.
Penelitian ini menggunakan metode analisis data kualitatif dengan melakukan studi pustaka, dan studi lapangan, serta wawancara dengan para ahli di bidang ini. Riset ini dimaksudkan untuk menganalisa efisiensi HRSG pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar natural gas untuk dibandingkan dengan pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar HSD. Hasil akhir menunjukkan efisiensi HRSG yang optimal terjadi pada load set 100 %, dimana pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar natural gas, efisiensi yang dicapai sebesar 71.13 % untuk efisiensi energi dan sebesar 83.15 % untuk efisiensi thermal. Sedangkan pada saat beroperasi menggunakan bahan bakar HSD efisiensi yang dicapai sebesar 70.26 % untuk efisiensi energi dan 73.35 untuk efisiensi thermal.
Kata kunci: HRSG, combine cycle power plant, gas turbine, steam turbine, efisiensi
Pendahuluan
Muara Tawar Combine Cycle Power Plant merupakan salah satu Pembangkit thermal milik PT PLN (Persero) yang dioperasiakan oleh PT. Pembangkitan Jawa Bali. Salah satu keunggulan dari Pembangkit Listrik jenis Combine Cycle adalah fleksibilitas dalam pemakaian bahan bakar, meskipun Pemerintah menekankan untuk meminimalisir penggunaan bahan bakar minyak dalam operasi Pembangkit Listrik tapi kenyataannya ketersediaan bahan bakar gas belum dapat terpenuhi[1].
Dalam instalasi Combine Cycle Power Plant terdapat peralatan yang dinamakan HRSG (Heat recovery Steam Generator). Keuntungan penggunaan HRSG yang paling prinsip dibanding boiler adalah peningkatan efisiensi karena HRSG memanfaatkan gas buang dari gas turbine sebagai sumber kalor sehingga tidak memerlukan bahan bakar dan udara sebagai pemanas[2]. Oleh karena itu tujuan dilakukan penelitian ini untuk membandingkan efisiensi yang dicapai oleh HRSG pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar natural gas maupun saat beroperasi menggunakan bahan bakar HSD(high speed diesel).
Metode Penelitian
Pada penelitian ini menggunakan dua variabel dalam proses pengumpulan data, yaitu :
(1) Variabel bebas. Variabel bebas yang digunakan dalam penelitian ini adalah beban operasi dari pembangkit listrik. Pada penelitian ini beban operasi divariasikan dalam tiga kondisi operasi yaitu pada saat Load set 50 %, 75 % dan 100 %
Variabel terikat. Variabel terikat adalah data yang diperoleh dari pengamatan operasi pembangkit listrik berdasar load set seperti yg telah ditentukan pada variabel bebas.
II -18 SENTRA
Hasil Penelitian dan Pembahasan
Penelitian terhadap efisiensi HRSG dilaksanakan pada tiga kondisi operasi, sehingga pengambilan data dilakukan pada tiga kondisi operasi tesebut. ketiga kondisi operasi yang dijadikan acuan adalah :
Load set 50% yaitu pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar natural gas dengan beban 73 MW dan beban steam turbine 46 MW serta pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar HSD dengan beban 65 MW dan beban steam turbine 38 MW
Load set 75% yaitu pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar natural gas dengan beban 115 MW dan beban steam turbine 66 MW serta pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar HSD dengan beban 102 MW dan beban steam turbine 57 MW
Load set 100% yaitu pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar natural gas dengan beban 167 MW dan beban steam turbine 77 MW serta pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar HSD dengan beban 146 MW dan beban steam turbine 65 MW
Efisiensi
HRSG
dengan Bahan Bakar
Natural Gas
Langkah awal adalah menghitung laju aliran energi panas yang dibutuhkan air menjadi uap (Qh) dengan mengambil data operasi yang merupakan parameter pada saat menggunakan bahan bakar natural gas[3]–[5]. Dari data tersebut dapat dicari nilai enthalpy (h). Dari data nilai-nilai enthalpy seperti pada tabel di atas dapat dihitung Laju aliran energi panas yang dibutuhkan air menjadi uap
. Pada HRSG terdapat tiga macam pompa, yaitu condensate pump (CP) untuk memompakan air kondensat dari hotwell kondensor menuju feed water tank, HP feed water pump (HPFWP) untuk memompa air pengisi dari feed water tank menuju ke HP steam drum dan LP feed water pump (LPFWP) untuk untuk memompa air pengisi dari feed water tank menuju ke LP steam drum.
Jenis
Laju aliran energi panas yang dibutuhkan air menjadi uap
Laju aliran energi panas gas buang yang diberikan kepada HRSG
Gambar 1: (a) table daya pompa, (b) tabel laju aliran energy panas, (c) laju aliran panas gas buang
SENTRA II -19 Dari nilai di atas selanjutnya dapat dihitung besar Laju aliran energi panas gas buang yang diberikan kepada HRSG
Dari nilai pada tabel di atas dan besar Laju aliran energi panas yang dibutuhkan air menjadi uap maka besar efisiensi berdasarkan energi balance dan efisiensi thermal dapat dihitung dan dibuatkan grafik.
Dari gambar di atas terlihat bahwa nilai efisiensi yang dicapai oleh HRSG sebanding dengan kenaikan load set operasi, baik untuk efisiensi menggunakan metode energi balance maupun efisiensi dengan metode thermal loss mencapai efisiensi paling optimal pada load set 100 %
Efisiensi
HRSG
dengan Bahan bakar
HSD
Berdasarkan data tentang parameter operasi HRSG pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar HSD, maka dapat dilakukan perhitungan enthalpy untuk masing – masing parameter tersebut menggunakan tabel uap dan interpolasi hingga diperoleh entalphi dari masing – masing parameter yang diperlukan untuk perhitungan efisiensi HRSG seperti tertulis pada tabel :
Parameter
Total daya 1075.86 2110.76 2469.08
(c) Laju aliran energi panas yang dibutuhkan air
menjadi uap Load 50%
Load 75% Load 100%
141.41 MW 189.65 MW 219.19 MW
Gambar 3. (a) table enthalpy , (b) table daya pompa, (c) table laju aliran
Dari data nilai-nilai entalphi seperti pada tabel di atas dapat dihitung Laju aliran energi panas yang dibutuhkan air menjadi uap dengan menghitung daya pompa (WP) terlebih dahulu.
II -20 SENTRA
Selanjutnya dengan diketahui besar nilai WP seperti pada tabel di atas maka besar laju aliran energi panas yang dibutuhkan air menjadi uap dapat dihitung.
Dari tabel hasil perhitungan tersebut selanjutnya kita menghitung besar Laju aliran energi panas gas buang yang diberikan kepada HRSG
Dari nilai pada tabel di atas dan besar Laju aliran energi panas yang dibutuhkan air menjadi uap
maka besar efisiensi berdasarkan energi balance dan efisiensi thermal dapat dihitung dan dibuatkan grafik
Dari gambar di atas terlihat bahwa nilai efisiensi yang dicapai oleh HRSG sebanding dengan kenaikan load set operasi, baik untuk efisiensi menggunakan metode energi balance maupun efisiensi dengan metode thermal loss mencapai efisiensi paling optimal pada load set 100 %
Efisiensi HRSG Bahan-bakar Natural Gas dan HSD
Untuk mengetahui penyebab terjadinya perbedaan efisiensi tersebut dilakukan dengan melihat kembali data parameter operasi yang HRSG pada saat gas turbine menggunakan bahan bakar natural gas dan tabel parameter operasi HRSG pada saat gas turbine menggunakan bahan bakar HSD[7], [8].
Dari pengamatan data terhadap kedua tabel tersebut terlihat perbedaan yang sangat signifikan dari temperatur feed water tank, dimana pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar natural gas temperatur feed water tank 329.15 oK dan temperatur feed water tank naik mencapai 417.15 oK pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar HSD. Perbedaan temperatur yang mencapai 88 oK merupakan konsekuensi dari perbedaan karakteristik kedua jenis bahan bakar tersebut. Dengan kadar sulfur mencapai 0,2 % yang terkandung dalam bahan bakar HSD, maka diperlukan treatment khusus untuk menghindari terjadinya pengendapan sulfur tersebut pada sisi luar tube – tube HRSG terutama pada tubeLP economizer. Untuk mencegah terjadinya pengendapan sulfur dapat dilakukan dengan menjaga temperature gas buang diatas dew point sulfur tersebut, yaitu dengan menjaga temperature stack di atas 410 oK.
Dengan masih tingginya temperature gas buang yang keluar dari stack maka proses penyerapan panas oleh sistem HRSG dipastikan tidak dapat berjalan secara optimal, yang mana terlihat dari efisiensi berdasar metode thermal loss terdapat perbedaan efisiensi mencapai 10 % pada masing – masing load set operasi. Begitu juga dengan adanya kebutuhan steam yang digunakan untuk menaikkan temperature feed water tank mencapai 417.15 oK juga berpengaruh terhadap perhitungan efisiensi dengan metode energi balance karena akan memperbesar laju aliran energi panas yang dibutuhkan air menjadi uap .
Kesimpulan
Dari analisa data-data penelitian diatas dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
(a) Efisiensi HRSG menggunakan metode energi balance , efisiensi HRSG pada saat gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar natural gas dan HSD adalah identik, dengan selisih besar nilai efisiensi kurang dari 3 % pada masing – masing load set operasi.
(b) Efisiensi HRSG dengan metode thermal loss terdapat beda nilai efisiensi mencapai 10 % pada masing – masing load set operasi. HRSG dapat mencapai nilai efisiensi yang optimal sebesar 83.15 % pada saat load set 100 % dengan gas turbine beroperasi menggunakan bahan bakar natural gas.
Load 50 %
Load 75 %
Load 100 %
Qeg (MW) 271.76 298.98 311.97
Qh (MW) 141.41 189.65 219.19
energi (%)
52.03 63.43 70.26
thermal (%)
SENTRA II -21 (c) Perbedaan pencapaian efisiensi HRSG terjadi karena perbedaan karakteristik bahan bakar yang
digunakan oleh gas turbin. Saat gas turbine beroperasi menggunakan HSD, diperlukan preheating pada air pengisi untuk mengurangi besar penyerapan energi panas yang terjadi pada tube – tube evaporator. Kondisi ini bertujuan untuk menjaga supaya temperature gas buang pada stack tidak lebih rendah dari dew point sulfur. Hal ini jelas berpengaruh terhadap efisiensi, akan tetapi dengan perlakuan tersebut diharapkan HRSG mempunyai life time yang lebih panjang karena terhindar dari korosi akibat mengendapnya sulfur pada sisi luar tube – tubeHRSG.
Referensi
[1] EUCI, “Heat Recovery Steam Generator Fundamentals,” 2015.
[2] Alstom, “Heat Recovery Steam Generators for CCPP,” Switzerland, 2003.
[3] Afrian Syahbrahim, “Penentuan Parameter Turbin Gas untuk Penambahan HRSG dan Peningkatan
Performa pada Blok 2 PLTGU Grati,” ITS, 2013.
[4] Bambang Setyoko, “Analisa efisiensi performa HRSG,” Traksi, vol. 4, no. 2, pp. 49–56, 2006.
[5] A. Ilmar and A. Sandra, “Analisis Unjuk Kerja HRSG pada PLTGU Muara Tawar Blok 5,” Sintek
FT Univ. Muhammadiyah Jakarta, vol. 7, no. 1, pp. 23–31, 2013.
[6] F. Burlian and A. Ghafara, “Perancangan Ulang HRSG dengan Sistem Dual Pressure melalui
Pemanfaatan Gas Buang sebuah Turbin Gas Berdaya 160 MM,” Rekayasa Mesin Univ. Sriwij.,
vol. 13 No 1, pp. 21–33, 2013.
[7] E. Yohana and A. Priambodo, “Analisa Efisiensi Low Pressure HRSG (Heat Recovery Steam
Generator) pada PLTGU PT Indonesia Power UBP Semarang,” Rotasi Univ. Diponegoro, vol. 14,
pp. 7–9, 2012.
[8] C. A. Basuki, A. Nugroho, and Bambang Winardi, “Analisis Konsumsi Bahan Bakar Pada
