Sistem PLTU

1












 SISTEM PEMBAKARAN

1.1    Sistem Batubara

1.1.1    Sistem pembakaran pada boiler Pulverizered Fuel (PF)

            Mengingat cadangan batubara di Indonesia cukup besar, maka kian hari kian banyak PLTU berbahan bakar batubara dibangun di Indonesia. Bila ditinjau dari keragaman sistemnya, PLTU batubara memiliki tingkat kompleksitas yang lebih tinggi dibanding PLTU minyak. Berkenaan dengan itu, session ini akan mengulas mengenai sistem pembakaran batubara. Lingkup pembahasan dalam session ini hanya dibatasi mulai dari bungker batubara sampai ke burner seperti terlihat pada gambar 1.

Gambar 1. Sistem Pembakaran PLTU.

           

Komponen-komponen dalam sistem pembakaran batubara adalah :

• Bungker Batubara (Coal Bunker)

Merupakan sarana penampung (storage) sementara batubara untuk memasok kebutuhan ketel. Kapasitas bungker umumnya dirancang agar dapat memasok kebutuhan ketel selama beberapa jam, tanpa ada tambahan pemasokan batubara ke bungker. Setiap Unit PLTU umumnya memiliki beberapa buah bungker dimana setiap bungker melayani sebuah penggiling batubara (Pulverizer / Mill).

Setiap bungker dilengkapi level indikator untuk mengetahui level batubara di dalam bungker.

Di mulut bagian bawah bungker dipasang “Discharge Isolation Gate/Bin Gate”, yang berfungsi untuk memblokir aliran batubara dari bungker. Pada beberapa jenis bungker, juga dilengkapi dengan penghembus udara atau vibrator yang berfungsi untuk mencegah menempelnya batubara pada dinding-dinding bungker, yang lebih umum dikenal dengan istilah “Channeling”. Channeling merupakan salah satu masalah yang sering terjadi pada bungker. Masalah lain yang juga kerap terjadi adalah kebakaran dan penyumbatan (blockage). Untuk menanggulangi kebakaran bungker dilengkapi dengan sistem pemadam berupa deluge atau CO₂. Penyumbatan sering terjadi terutama ketika batubara dalam keadaan basah. Pengoperasian vibrator yang lebih intensif cukup dapat diandalkan untuk mengatasi masalah ini.

·         Coal Feeder

Coal feeder memiliki dua fungsi penting yaitu untuk memberikan pasokan batubara secara kontinyu manakala penggiling batubara (mill/pulverizer) dalam keadaan operasi serta mengatur aliran batubara. Pada PLTU batubara, laju aliran bahan bakar untuk ketel dikontrol oleh coal feeder.

Ada beberapa jenis coal feeder namun yang bayak dipakai adalah jenis belt feeder seperti terlihat pada gambar 2.

Gambar 2. Belt Feeder.

Belt feeder dapat beroperasi dalam mode gravimetric atau volumetric yang berarti dapat mengontrol aliran batubara dalam satuan berat atau satuan volume.

1.2       Sistem Udara Pembakaran

Fungsi dari sistem udara Pembakaran adalah menyediakan udara yang cukup untuk kebutuhan proses pembakaran bahan bakar di dalam ruang bakar ketel. Karena proses pembakaran berlangsung terus selama ketel beroperasi, maka pasokan udara pembakaranpun harus dilakukan secara terus menerus. Sementara itu, secara simultan, produk gas hasil pembakaran  juga harus dikeluarkan secara terus menerus dari cerobong. Guna mendapatkan pasokan udara yang kontinyu, maka dibutuhkan adanya aliran. Untuk menghasilkan aliran, dibutuhkan adanya perbedaan tekanan.

1.2.1 Sistem   Forced Draft Fan.

Dalam sistem ini, seluruh saluran udara, ruang bakar ketel hingga ke saluran gas bekas bertekanan positif (lebih tinggi dari tekanan atmosfir). Gambar 8. merupakan ilustrasi sistem ini. Umumnya diterapkan pada ketel - ketel berbahan bakar minyak.

Gambar 8. Sistem Udara Pembakaran pada Forced Draft.

Aliran udara pembakaran dan gas bekas dihasilkan oleh kipas tekan paksa (Forced Draft Fan /FDF). Pada sistem ini, tekanan yang paling tinggi berada pada sisi tekan (discharge) FDF dan semakin mendekati cerobong tekanan semakin rendah.

FDF menghisap udara atmosfir dan mengalirkannya melalui saluran udara (air duct) melintasi pemanas awal udara (air preheater) yang menggunakan uap untuk memanaskan udara . Dari sini udara terus mengalir ke pemanas udara (air heater) yang memanfaatkan gas bekas sebagai media pemanas. Setelah melintasi air heater, udara kemudian masuk kedalam windbox. Dari windbox, udara kemudian didistribusikan ke damper - damper atau air register disekitar burner untuk keperluan proses pembakaran di dalam ruang bakar. Pada gambar 8, garis yang tercetak tebal merupakan sistem udara pembakaran. Sistem umumnya dilengkapi dengan 2 buah FDF serta 2 saluran (duct) yang dihubungkan oleh saluran penghubung (cross tie).

Umumnya kedua FDF senantiasa beroperasi secara kontinyu. Dalam keadaan darurat, ketel dapat beroperasi hanya dengan 1 FDF. Pengaturan aliran udara dapat dilakukan melalui pengaturan inlet vanes ataupun melalui variasi putaran fan.

 

1.2.3   Udara Sekunder (secondary air)     

Udara sekunder pada ketel batubara sama halnya dengan udara pembakaran (combustion air) pada ketel berbahan bakar minyak. Fungsi udara sekunder adalah memasok kebutuhan udara untuk proses pembakaran yang sempurna di dalam ruang bakar.

Sistem udara sekunder terlihat gambar 11. dalam garis tercetak tebal.

Pasokan udara sekunder disediakan oleh FDF yang dialirkan melintasi pemanas awal udara (steam coil air heater) dan terus ke pemanas udara (air heater) untuk selanjutnya masuk ke dalam windbox dan akhirnya didistribusikan melalui air register ke dalam ruang bakar.

Di dalam ruang bakar udara sekunder bertemu dengan campuran antara udara primer dengan serbuk batubara sehingga terjadi proses pembakaran yang sempurna. Gas-gas bekas hasil pembakaran kemudian dihisap keluar dari ruang bakar oleh IDF.      

1.3       Sistem Gas Bekas.

Gas bekas (flue gas) adalah merupakan gas-gas hasil dari proses pembakaran di ruang bakar ketel. Di dalam ruang bakar, gas bekas mengalir ke arah atas sambil menyerahkan kandungan panasnya ke air yang berada didalam pipa-pipa dinding ruang bakar (water wall tube). Dari ruang bakar, gas bekas selanjutnya mengalir melintasi elemen-elemen secondary superheater dan reheater untuk memanaskan uap.

Dari sini, gas bekas kemudian berbalik arah menuju kebawah melintasi primary superheater dan economizer. Di dalam economiser, sisa-sia panas yang masih terkandung dalam gas bekas dipakai untuk memanaskan air pengisi yang akan masuk ke Boiler drum. Setelah melintasi economizer, gas kemudian keluar meninggalkan ketel dan mengalir didalam laluan gas (gas duct) menuju pemanas udara (air heater). Air heater adalah komponen terakhir yang memanfaatkan sisa panas dalam gas bekas untuk memanaskan udara pembakaran dalam perjalanannya menuju winbox. Dari Air heater, gas bekas selanjutnya mengalir ke dalam pengumpul abu (Precipitator / Dust Colector) baik yang mekanik (Mechanical Dust Colector) ataupun yang elektrik (Electrostatic Precipitator). Pengumpul abu berfungsi untuk memisahkan gas bekas dari partikel abu dalam rangka mengurangi emisi pencemar padat dari gas bekas manakala gas bekas dibuang ke atmosfir melalui cerobong.

Setelah melalui pengumpul abu, untuk ketel-ketel Forced draft, gas bekas langsung menuju cerobong sedang untuk ketel - ketel Balanced Draft, gas bekas dihisap dulu oleh IDF dan baru dibuang ke atmosfir lewat cerobong. Gambar 12, merupakan contoh sistem gas bekas pada ketel Balanced Draft. Sedangkan garis yang tercetak tipis pada gambar 8, merupakan sistem gas bekas untuk ketel Forced Draft.

1.3.1  Sistem Induced Draft Fan.

Pada sistem Balanced Draft, FDF dipakai untuk menghembuskan udara pembakaran sementara kipas isap paksa (Induce Draft Fan / IDF) dipakai untuk mengisap gas bekas hasil pembakaran dari ruang bakar ketel.

Karenanya, sepanjang laluan udara dan gas bekas, ada daerah yang bertekanan positif (lebih tinggi dari tekanan atmosfir), dan  ada daerah yang bertekanan negatif (lebih rendah dari tekanan atmosfir). Itulah sebabnya sistem ini disebut balanced draft. Ruang bakar biasanya termasuk ke dalam daerah yang bertekanan negatif. Daerah bertekanan paling tinggi adalah di sisi tekan (discharge) FDF dan secara bertahap turun menuju negatif dimana tekanan paling rendah adalah di sisi hisap IDF. Ilustrasi sistem ini terlihat seperti gambar 9 dan umumnya diaplikasikan pada ketel-ketel batubara.

Detai Turbin 2x7 MW

Sebagai mesin rotasi turbin uap terdiri dari dua bagian utama, yaitu bagian yang diam disebut stator dan bagian yang berputar disebut rotor. Pada tiap bagian utama ini dilengkapi komponen yang mendukung kerja sistem turbin, dan gambar 17 menunjukkan diagram bagian utama turbin secara sederhana. 

TURBIN PLTU Kepulauan riau tanjung balai karimun 2 x 7 MW

Prinsip Kerja Turbin Uap

Suatu turbin dapat terdiri dari satu dua atau banyak silinder yang merupakan mesin rotasi berfungsi untuk merubah energi panas menjadi energi mekanik. Tiap silinder memiliki sebuah rotor yang disangga oleh bantalan-bantalan. Rotor-rotor tersebut disambung menjadi satu termasuk rotor generator. Ruang diantara rotor dengan rumah turbin (casing) terdiri dari rangkaian sudu-sudu tetap dan sudu-sudu gerak yang dijajarkan berselang-seling.

Sudu-sudu tetap dipasang disekeliling bagian dalam rumah turbin, sedang rangkaian sudu gerak dipasang pada rotor. Bila kedalam turbin dialirkan uap, maka energi panas yang dikandung uap akan diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. 

 

 

Mula-mula energi panas dalam uap diubah terlebih dahulu menjadi energi kinetik (kecepatan) dengan cara melewatkan uap melalui nosel-nosel. Uap berkecepatan tinggi kemudian diarahkan ke sudu-sudu sehingga menghasilkan putaran poros turbin dimana energi mekanik ini selanjutnya dapat digunakan untuk menggerakkan generator, pompa dan sebagainya.

Perubahan energi panas menjadi energi kinetik terjadi didalam nosel (sudu diam) turbin, sedangkan perubahan energi kinetik menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran rotor turbin terjadi pada sudu jalan turbin.

PANEL TURBIN

pengenalan PLTU Tanjung Balai Karimun

1.1.1 Prinsip Kerja

Siklus fluida kerja PLTU merupakan siklus tertutup, yaitu menggunakan fluida yang sama secara berulang-ulang. Pertama air diisikan ke boiler hingga mengisi seluruh luas permukaan pemindah panas. Didalam boiler air ini dipanaskan dengan gas panas hasil pembakaran bahan bakar dengan udara sehingga berubah menjadi uap. Uap hasil produksi boiler dengan tekanan dan temperatur tertentu diarahkan untuk melakukan kerja di turbin sehingga menghasilkan daya mekanik berupa putaran.

Uap bekas keluar turbin masuk ke kondensor untuk didinginkan dengan air pendingin agar berubah menjadi air. Air kondensat ini kemudian digunakan lagi sebagai air pengisi boiler. Demikian siklus ini berlangsung terus menerus dan berulang-ulang. Gambar 1 menunjukkan diagram siklus tertutup fluida kerja PLTU.

Putaran turbin digunakan untuk memutar generator yang dikopel langsung dengan turbin sehingga ketika turbin berputar dihasilkan energi listrik dari terminal output generator.

Sekalipun siklus fluida kerjanya merupakan siklus tertutup, namun jumlah air dalam siklus akan mengalami pengurangan. Pengurangan air ini disebabkan oleh kebocoran baik yang disengaja maupun yang tidak disengaja. Untuk mengganti air yang hilang, maka perlu ditambahkan air kedalam siklus. Kriteria air penambah (make up water) ini harus sama dengan air yang ada dalam siklus.

1.1.2. Komponen Utama PLTU

PLTU merupakan mesin pembangkit termal yang terdiri dari komponen utama dan komponen bantu (sistem penunjang) serta sistem-sistem lainnya. Komponen utama terdiri dari empat komponen, yaitu:

- Boiler (ketel uap)

- Turbin uap

- Kondensor

- Generator

Boiler

Boiler adalah suatu perangkat mesin yang berfungsi untuk merubah air menjadi uap. Proses perubahan air menjadi uap dilakukan dengan memanaskan air yang berada didalam pipa-pipa dengan panas hasil pembakaran bahan bakar. Proses pembakaran dilakukan secara kontinyu didalam ruang bakar dengan mengalirkan bahan bakar dan udara dari luar.

Uap yang dihasilkan adalah uap superheat dengan tekanan dan temperatur yang tinggi. Jumlah produksi uap tergantung pada luas permukaan pemindah panas, laju aliran, dan panas pembakaran yang diberikan. Boiler yang konstruksinya terdiri dari pipa-pipa berisi air disebut dengan water tube boiler (boiler pipa air).

Turbin Uap

Turbin uap berfungsi untuk merubah energi panas yang terkandung dalam uap menjadi gerakan memutar (putaran). Uap dengan tekanan dan temperatur tinggi diarahkan untuk mendorong sudu-sudu turbin yang dipasang pada poros sehingga poros turbin berputar. Akibat melakukan kerja di turbin tekanan dan temperatur uap keluar turbin turun hingga hingga menjadi uap basah. Uap ini kemudian dialirkan ke kondensor, sedangkan tenaga putar yang dihasilkan digunakan untuk memutar generator.

Saat ini hampir semua mesin turbin uap adalah dari jenis turbine condensing atau uap keluar turbin (exhaust steam) dialirkan ke kondensor.

Kondensor

Kondensor adalah peralatan untuk merubah uap menjadi air. Proses perubahan nya dilakukan dengan cara mengalirkan uap kedalam suatu ruangan yang berisi pipa-pipa (tubes). Uap mengalir diluar pipa-pipa sedangkan air sebagai pendingin mengalir didalam pipa-pipa. Kondensor seperti ini disebut surface (tubes) condenser. Sebagai pendingin digunakan air sungai atau air laut.

Laju perpindahan panas tergantung pada aliran air pendingin, kebersihan pipa-pipa dan perbedaan temperatur antara uap dan air pendingin. Proses perubahan uap menjadi air terjadi pada tekanan dan temperatur jenuh, dalam hal ini kondensor berada pada kondisi vakum. Karena temperatur air pendingin sama dengan temperatur udara luar, maka temperatur air kondensat nya maksimum mendekati temperatur udara luar. Apabila laju perpindahan panas terganggu, maka akan berpengaruh terhadap tekanan dan temperatur.