KAJI PERFORMANCE BOILER CFB (CIRCULATING FLUIDIZED BED) SEBELUM DAN SESUDAH MAINTENANCE OUTAGE
DI PLTU UNIT 3 TARAHAN
SKRIPSI
Disusun Untuk Memenuhi Syarat Dalam Menyelesaikan Pendidikan Strata 1 Pada Program Studi Teknik Mesin
Oleh : APRI PRABOWO
1702220516
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS TRIDINANTI PALEMBANG 2021
ii
iii
iv
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya yang bertanda tangan dibawah ini : Nama : Apri Prabowo
NIM : 1702220516
Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi berjudul “Kaji Performance Boiler CFB (Circulating Fluidized Bed) Sebelum Dan Sesudah Maintenance Outage Di PLTU Unit 3 Tarahan” adalah benar merupakan karya sendiri. Hal –
hal yang bukan karya saya dalam skripsi ini ditunjukan dalam daftar pustaka.
Apabila dikemudian hari terbukti pernyataan saya tidak benar dan ditemukan pelanggaran atas karya skripsi ini, saya bersedia menerima sanksi akademik berupa pencabutan skripsi dan gelar yang saya peroleh dari skripsi tersebut.
Palembang, September 2021 Yang membuat pernyataan
Apri Prabowo NIM 1702220516
v
vi
vii
viii
ix
x
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
Motto :
Pengetahuan adalah kekuatan (knowledge is power), kekuatan untuk menuju kehidupan yang bahagia, baik didunia maupun akhirat.
Restu dan ridho orang tua adalah salah satu hal utama dalam setiap mengambil keputusan.
Menjaga attitude merupakan ciri orang yang berilmu.
Kesombongan dan riya’ adalah hal yang merusak pengetahuan dan ibadah.
Persembahan :
Skripsi ini kupersembahkan untuk :
1. Kedua orang tuaku, ayah dan ibu yang aku sayangi.
2. Dosen Pembimbing, Bapak Ir. Muh Amin Fauzie M.T dan Bapak Martin Luther King S.T., M.T.
3. Teman-teman dan pihak terkait dalam penyusunan skripsi ini 4. Fakultas Teknik Mesin Universitas Tridinanti Palembang
xi ABSTRAK
PLTU Tarahan merupakan pembangkit listrik milik PT. PLN (Persero) yang menggunakan pembangkit listrik tenaga uap. Uap air yang dihasilkan dari produksi boiler. Pembangkit listrik yang beroperasi secara kontinu memerlukan performa boiler yang baik agar handal, aman dan memiliki nilai ekonomis yang baik dalam memproduksi uap. Salah satu indikator yang sering menjadi gambaran mengenai performa boiler yaitu Efisiensi dan rasio penguapan. Pada penelitian ini pengambilan data boiler unit 3 PLTU Tarahan pada saat commissioning, sebelum maintenance outage dan sesudah maintenance outage. Setelah dilakukan perhitungan performa test didapatkan nilai efisiensi dengan metode langsung mengalami penurunan sebesar 1,88 % dari data commissioning, kemudian mengalami kenaikan pada saat sesudah maintenance outage sebesar 1,22 %, sedangkan hasil efisiensi dengan metode tidak langsung mengalami penurunan sebesar 2,10 % dari data commissioning, kemudian mengalami kenaikan pada saat sesudah maintenance outage sebesar 1,28%, begitu juga dengan rasio penguapan mengalami penurunan dari perbandingan commissioning terhadap sebelum maintenance outage sebesar 0,46 kg uap/kg bahan bakar. Kemudian setelah maintenance outage mengalami kenaikan sebesar 0,15 kg uap/kg bahan bakar. Hasil ini menunjukkan bahwa performance boiler terjaga dengan baik.
Kata Kunci : Boiler, Efisiensi, Rasio Penguapan
xii Abstract
Tarahan Power Plant is a power plant owned by PT. PLN (Persero) which uses steam power plants. Water vapor produced from boiler production. Power plants that operate continuously require good boiler performance to be reliable, safe and have good economic value in producing steam. One of the indicators that often become an overview of boiler performance is efficiency and evaporation ratio. In this study, the data collection of boiler unit 3 tarahan power plant at the time of commissioning, before maintenance outage and after maintenance outage. After the calculation of test performance, the result of efficiency direct method decreased by 1,88 % from the commissioning data, then increased after maintenance outage by 1,22 %, while the efficiency results with indirect methods decreased by 2,10 % from data commissioning, then increased after maintenance outage by 1,28%, and then the evaporation ratio decreased from the commissioning by 0,46 kg water vapor/kg fuel, and increased after maintenance outage by 0,15 kg water vapor/kg fuel. These result show that the boiler performance is good maintained.
Keywords : Boiler, Efficiency, Evaporation Ratio
xiii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT karena atas berkat dan karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini yang merupakan syarat untuk menyelesaikan pendidikan pada Program Strata 1 Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tridinanti Palembang. Dalam menyelesaikan skripsi ini, penulis menyadari bahwa skripsi ini masih belum sempurna dan banyak terdapat kesalahan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dalam kelengkapan skripsi ini. Kemudian penulis banyak menerima bimbingan, arahan dan bantuan dari semua pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini dengan segala hormat dan kerendahan hati penulis mengucapkan banyak terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Ibu Dr. Ir. Hj. Nyimas Manisah, M.P., selaku Rektor Universitas Tridinanti Palembang.
2. Bapak Ir. Zulkarnain Fatoni, M.T., M.M., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Tridinanti Palembang.
3. Bapak Ir. H. Muhammad Lazim, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tridinanti Palembang.
4. Bapak Ir. Muh. Amin Fauzie HB, M.T. selaku Dosen Pembimbing I yang telah banyak membantu dan memberi masukan serta saran dalam penulisan dan penyusunan skripsi ini.
xiv
5. Bapak Martin Luther King, S.T., M.T., selaku Sekretaris dan Dosen Pembimbing II dalam Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tridinanti Palembang
6. Bapak Yuli Tri Setyono, Bapak M. Anwar dan Bapak Muslim selaku pimpinan dan mentor saya di PT.PLN (Persero) UPK Tarahan yang telah banyak membantu dan menyetujui dalam pengambilan data penyusunan skripsi ini
7. Seluruh Staf Dosen dan Karyawan Fakultas Teknik Mesin Universitas Tridinanti Palembang.
Akhir kata, penulis berharap semoga skripsi ini dapat berguna bagi semua pihak, baik para pembaca maupun mahasiswa Program Studi teknik mesin Universitas Tridinanti Palembang.
Palembang, September 2021 Penulis,
Apri Prabowo NIM. 1702220516
xv DAFTAR ISI
Halaman HALAMAN JUDUL
HALAMAN PERSETUJUAN DOSEN PEMBIMBING ... i
HALAMAN PENGESAHAN PERSETUJUAN SKRIPSI ... ii
HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI SKRIPSI ... iii
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... iv
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI... v
HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN ... vi
ABSTRAK ... vii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR TABEL ... xv
BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 4
1.3. Batasan Masalah ... 4
1.4. Tujuan Penelitian ... 5
1.5. Manfaat Penelitian ... 5
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Boiler CFB ... 6
2.2. Klasifikasi Boiler. ... 7
2.3. Prinsip Kerja Boiler CFB ... 8
2.4. Komponen Boiler CFB ... 12
2.5. Efisiensi Boiler ... 15
xvi
2.6. Bahan Bakar Batubara ... 21
2.7. Nilai Kalori Batubara ... 22
2.8. Maintenance ... 23
2.9. Jenis-Jenis Maintenance ... 24
2.10. Fungsi Dan Tujuan Maintenance ... 25
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian ... 27
3.2. Metode Penelitian ... 28
3.3. Rancangan Penelitian. ... 28
3.4. Prosedur Pengambilan Data ... 29
3.5. Teknik Pengolahan Data ... 29
3.5.1 Perhitungan Efisiensi Dengan Metode Langsung ... 30
3.5.2 Perhitungan Efisiensi Dengan Metode Tidak Langsung ... 31
3.5.3 Perhitungan Nilai Rasio penguapan (Kelipatan Penguapan) .... 32
3.6. Alat Dan Bahan ... 32
3.6.1 Alat Yang Digunakan ... 32
3.6.2 Bahan Yang Digunakan ... 33
3.7. Tempat Penelitian ... 34
3.8. Waktu Penelitian ... 34
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Data Hasil Penelitian ... 35
4.1.1 Data Hasil Pada saat Commisioning ... 35
4.1.2 Data Hasil Sebelum Maintenance Outage ... 36
4.1.3 Data Hasil Sesudah Maintenance Outage ... 37
4.2. Perhitungan Data Hasil Penelitian ... 38
4.3. Tabel Hasil Perhitungan Penelitian ... 43
4.4. Analisis dan Pembahasan ... 44
4.4.1 Efisiensi ... 46
xvii
4.4.2 Rasio Penguapan ... 46 4.4.3 Kelebihan Udara Yang Dipasok Terhadap Performance Boiler47 4.4.4 Pengaruh Kelebihan gas Buang kering Terhadap Efisiensi ... 48 4.4.5 Pengaruh Penguapan Air Karena H2 Dalam Bahan Bakar ... 49 4.4.6 Pengaruh Nilai Kalor Terhadap Efisiensi... 50
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan ... 51 5.2. Saran ... 52
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xviii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Fluidized Bed Combustion ... 7
Gambar 2.2 Diagram T-S Rankine Cycle ... 9
Gambar 2.3 Proses Flow Diagram PLTU Tarahan ... 11
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 27
Gambar 3.2 PLTU Tarahan, Lampung ... 34
Gambar 4.1 Grafik Perbandingan Persentase Kehilangan Kalor Pada Saat Commisioning, Sebelum Dan Sesudah Maintenance Outage ... 44
Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Efisiensi Boiler Pada Saat Commisioning, Sebelum dan Sesudah Maintenance Outage ... 45
Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Hasil Rasio Penguapan Boiler ... 45
Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Kelebihan Udara Yang Dipasok ... 48
Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Persentase Kehilangan Kalor Akibat Gas Buang Kering ... 49
Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Penguapan Air Yang Terbentuk Karena Terdapat H2 Dalam Bahan Bakar ... 50
xix
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Parameter Metode langsung ... 30
Tabel 3.2 Parameter Metode Tidak langsung ... 31
Tabel 3.3 Data Spesifikasi Boiler Tarahan ... 32
Table 3.4 Rencana Pelaksanaan Penelitian ... 34
Tabel 4.1 Data Hasil Pada Saat Commisioning ... 35
Tabel 4.2 Data Hasil Sebelum Maintenance Outage ... 36
Tabel 4.3 Data Hasil Sesudah Maintenance Outage ... 37
Tabel 4.4 Perbandingan Hasil Perhitungan Performance Boiler ... 43
1
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Tarahan Unit 3 merupakan pembangkit listrik milik PT.PLN (Persero) Sektor Pembangkitan Tarahan dengan serah terima operasi (STO) pada tanggal 26 Desember 2007. Lokasi pembangkit terletak di kelurahan Ranggai Tri Tunggal, Kecamatan Katibung, Kabupaten Lampung Selatan, Provinsi Lampung. PLTU Tarahan menggunakan Boiler tipe CFB (Circulating Fluidized bed) untuk menghasilkan uap (steam), dimana uap (steam) yang dimaksud adalah uap air, uap air (water vapor) diperoleh melalui proses pemanasan atau pendidihan sehingga dapat merubah fase dari berbentuk cairan (liquid) menjadi gas atau uap air (water vapor) dan proses pendidihan dibutuhkan energi panas/kalor yang diperoleh dari pembakaran bahan bakar yang berbentuk padat, cair, dan gas. (Muin, Syamsir.A. 1988 : 109)
Energi panas yang diperoleh dari pembakaran bahan bakar di dalam boiler/ketel uap dimanfaatkan oleh air yang berada di dalam tube untuk menghasilkan uap yang bertekanan dan bersuhu tinggi yang digunakan dalam beberapa keperluan dalam hal ini yaitu menggerakkan turbin uap agar menghasilkan energi mekanis dan selanjutnya dirubah ke energi listrik pada generator. Dalam pemanfaatannya Boiler sangat perlu diperhatikan dalam memproduksi uap yang bertekanan dan bersuhu tinggi, dimana untuk mencapai uap kering yang baik bagi turbin diperlukan pengendalian akan
2
uap itu sendiri dengan data-data dan sifat-sifat uap dari temperature, tekanan, dan entalphy. Uap yang tidak kering atau masih basah (Saturated Steam) akan mempengaruhi komponen-komponen material pembangkit itu sendiri seperti sudu-sudu turbin yang dapat mengakibatkan korosif dan merusak peralatan lainnya, oleh karena itu Performance pada boiler sangat di perlukan dalam Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU).
Boiler dengan tipe CFB (Circulating Fluidized Bed) merupakan salah satu jenis boiler berdasarkan jenis pembakaran dimana bahan bakar padat atau batubara dibakar dengan sistem fluidisasi bed material yang bersikulasi atau yang tersuspensi di udara oleh tekanan udara yang masuk (by inlet air pressure). Bed material yang dimaksud merupakan partikel- partikel kecil (granular solid) yang digunakan sebagai media transfer panas seperti pasir silika, limestone, dan Ash From fuel. Ukuran bahan bakar padat atau batubara dari boiler CFB ini sekitar 0-6 mm sehingga batubara yang tidak dapat terbakar dipisahkan oleh cyclone dan akan dikembalikan kedalam furnace untuk dibakar ulang. Bed material yang dijelaskan di atas umumya mempunyai ukuran 0,1-0,3 mm dan terfluidisasi oleh tekanan udara masuk, yang nantinya dapat digunakan untuk media transfer panas.
Sedangkan “Fluidization is defined as the operation through which granular solids are transformed into a fluid-like state through contact with either a gas or a liquid” (Basu, 2015: 19)
3
Pada PLTU Unit 3 Tarahan terdapat beberapa parameter yang menunjukkan penurunan performance boiler seperti kenaikan temperature flue gas, dan bertambahnya flow bahan bakar pada beban yang sama.
Penurunan tersebut akan dianalisa apakah performance boiler masih dalam keadaan baik untuk beroperasi, maka untuk menjaga performance boiler dilakukanlah maintenance outage yaitu pemeliharaan yang dilakukan dalam keadaan tidak beroperasi atau keluar sistem. Pemeliharaan tersebut merupakan cara baku yang digunakan untuk memperbaiki performance boiler CFB. seperti uraian singkat diatas performance boiler yang turun akan banyak mengakibatkan kerugian yang ditimbulkan nantinya baik kerugian pemakaian bahan bakar maupun kerusakan komponen Pembangkitan itu sendiri, sehingga perawatan (maintenance) untuk menjaga performance Boiler sangatlah diperhatikan untuk kehandalan Unit Pembangkitan tersebut oleh karena itu dalam penelitian ini akan mengkaji bagaimana pengaruh performance boiler sebelum dan sesudah Maintenance
Outage. (Alstom. Inc 2007)
1.2. Perumusan Masalah
Adapun perumusan masalah dalam penelitian ini yaitu :
1. Apa yang mempengaruhi penurunan Performance boiler CFB PLTU Unit 3 Tarahan ?
2. Apa perubahan yang terjadi setelah dilakukan maintenance outage terhadap performance boiler ?
4 1.3. Batasan Masalah
Tentu dalam Penelitian ini terdapat banyak sekali pembahasan yang tidak bisa dijelaskan, untuk itu peneliti membatasi masalah yang ada dalam penelitian ini yaitu :
1. Penelitian ini berfokus kepada perhitungan Performance boiler CFB.
2. Perhitungan dalam penelitian ini berkaitan dengan nilai kalor batubara.
1.4. Tujuan Penulisan
Penelitian ini mempunyai tujuan yang berfokus pada pembahasan tentang Boiler CFB sebelum dan setelah maintenance outage yaitu :
1. Mengetahui beberapa parameter yang dapat mempengaruhi performance boiler CFB
2. Mengetahui perubahan performance boiler boiler CFB (Circulating Fluidized Bed) sebelum dan sesudah maintenance outage
1.5. Manfaat Penulisan
Penelitian ini diharapkan mempunyai manfaat yang nantinya berguna bagi semua pihak. Adapun manfaat dari penelitian ini yaitu :
1. Dapat mengetahui Performance boiler sehingga jika terjadi penurunan dapat dialanisis dan dijadikan perhatian lebih lanjut.
5
2. Mengetahui pengaruh maintenance Outage terhadap performance boiler sehingga dapat dijadikan acuan dalam meningkatkan mutu boiler.
3. Sebagai masukan bagi semua pihak dalam pembahasan maupun penguraian tentang boiler CFB.
DAFTAR PUSTAKA
1. Alstom Inc. (2007). Manual Book Steady-State Boiler CFB Performance Test Procedure. Alstom. French.
2. Appelgren, J. (2006). CFB Boiler Combustion System For TCP. Thailand:
Fooster Wheeler.
3. Basu, Prabir. (2015). Circulating Fluidized Bed Boilers Design, Operation and Maintenance. Canada: Springer International Publishing AG.
4. Cengel, Y. A., Boles, M. A., & Kanoglu, M. (2019). Thermodynamics An Angineering Approach Ninth Edition. New York: McGraw-Hill Education.
5. Djokosetyardjo, M. (1990). Pembahasan Lebih Lanjut Tentang ketel Uap.
Jakarta: PT. Pertja.
6. Muin, Syamsir.A. (1988). Pesawat-Pesawat Konversi Energi I ( Ketel Uap ).
Jakarta: CV Rajawali.
7. Pudjanarsa, A., & Nursuhud, D. (2013). Mesin Konversi Energi Edisi Ketiga.
Yogyakarta: C.V Andi Offset.
8. Moran, J.M. & Howard, N.S. (2006). Fundamentals Of Engineering Thermodynamics. England: John Wiley & Sons Inc.
9. Raco, j. (2015). Metodologi Penelitian Kualitatif. Jakarta: P.T Grasindo 10. Siyoto, S., & Sodik, M. A. (2015). Dasar Metodologi Penelitian. Yogyakarta:
Literasi Media Publishing.
11. Sukandarrumidi. (2017). Batubara Dan Pemanfaatannya Pengantar Teknologi Batubara Menuju Lingkungan Bersih. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press.
12. Winanti, W. S., & Prayudi, T. (2006). Peneliti Di Pusat Teknologi Lingkungan, Badan Pengkajian Dan Penerapan Teknologi.
Perhitungan Efisiensi Boiler Pada Industri Industri Tepung Terigu, 58-65.
