3. Pengoperasian Pltgu Gabungan (Rev- Des 2013)
-
Upload
rizky-n-roses -
Category
Documents
-
view
85 -
download
15
description
Transcript of 3. Pengoperasian Pltgu Gabungan (Rev- Des 2013)
-
PEMBIDANGAN PRAJABATAN S1 D3
INDONESIA POWER
PENGOPERASIAN PLTGU
Edisi I Tahun 2014
-
i
PEMBIDANGAN PRAJABATAN S1 - ENJINER
PEMBANGKITAN THERMAL
(A.1.4.2.78.2)
TUJUAN PEMBELAJARAN : Setelah mengikuti pelatihan ini peserta mampu
memahami prosedur pengoperasian dan pemeliharaan
pembangkit tenaga listrik sesuai prosedur/standar
operasi/ instruksi kerja dan petunjuk pabrikan.
DURASI : 320 JP / 40 HARI EFEKTIF
TIM PENYUSUN : 1. MURDANI
2. ERWIN
3. EFRI YENDRI
4. HAULIAN SIREGAR
5. PEPI ALIYANI
6. MUHAMAD MAWARDI
TIM VALIDATOR : 1. JOKO AGUNG
2. DODI HENDRA
3. SUDARWOKO
-
ii
KATA PENGANTAR
MANAJER PLN PRIMARY ENERGY & POWER GENERATION ACADEMY
PLN CORPORATE UNIVERSITY
Puji syukur ke hadirat Allah SWT, yang telah memberikan rahmat, taufik serta hidayahnya, sehingga
penyusunan materi pembelajaran PEMBIDANGAN PRAJABATAN S1 D3 INDONESIA POWER ini dapat
diselesaikan dengan baik dan tepat pada waktunya.
Materi ini merupakan materi yang terdapat pada Direktori Diklat yang sudah disahkan oleh Direktur
Pengadaan Strategis selaku Learning Council Primary Energy & Power Generation Academy. Materi ini
terdiri dari 11 buku yang membahas mengenai K2 dan Lingkungan Hidup, Pengoperasian PLTU,
Pengoperasian PLTGU, Pengenalan PLTP, Perencanaan, pengendalian, dan evaluasi O&M Pembangkit,
Pemeliharaan Mekanikal Pembangkit Thermal dan Hidro, Pemeliharaan Listrik Pembangkit,
Pemeliharaan Proteksi, Kontrol & Instrumen, Kimia Pembangkit, Pengoperasian PLTA, dan Pengenalan
PLTD sehingga diharapkan dapat mempermudah proses belajar dan mengajar di Primary Energy dan
Power Generation Academy.
Akhir kata, Pembelajaran ini diharapkan dapat membantu meningkatkan kinerja unit operasional dan
bisa menunjang kinerja ekselen korporat. Tentunya tidak lupa kami mengucapkan terima kasih kepada
semua pihak yang telah terlibat dalam penyusunan materi pembelajaran ini. Saran dan kritik dari
pembaca/siswa sangat diharapkan bagi penyempurnaan materi ini.
Suralaya, 31 Januari 2014
M. IRWANSYAH PUTRA
-
iii
DAFTAR BUKU PELAJARAN
Buku 1
K2 dan Lingkungan Hidup
Buku 2
Pengoperasian PLTU
Buku 3
Pengoperasian PLTGU
Buku 4
Pengenalan PLTP
Buku 5
Perencanaan, pengendalian, dan evaluasi O&M Pembangkit
Buku 6
Pemeliharaan Mekanikal Pembangkit Thermal dan Hidro
Buku 7
Pemeliharaan Listrik Pembangkit
-
iv
Buku 8
Pemeliharaan Proteksi, Kontrol & Instrumen
Buku 9
Kimia Pembangkit
Buku 10
Pengoperasian PLTA
Buku 11
Pengenalan PLTD
-
Simple Inspiring Performing Phenomenal v
BUKU III
PENGOPERASIAN PLTGU
TUJUAN PELAJARAN : Setelah mengikuti pelajaran pemeliharaan listrik
pembangkitan Peserta diharapkan mampu memahami
prinsip kerja, komponen dan sistem-sistem yang ada di
PLTGU serta prosedur pengoperasian PLTGU sesuai
standar perusahaan
DURASI : 16 JP
PENYUSUN : EFRI YENDRI
-
Simple Inspiring Performing Phenomenal vi
DAFTAR ISI
TUJUAN PELAJARAN ................................................................................................................................ v
DAFTAR ISI ............................................................................................................................................... vi
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................................................... vii
DAFTAR TABEL ......................................................................................................................................... ix
1. PRINSIP KERJA PLTGU ...................................................................................................................... 1
1.1 Silus Turbin Gas (Brayton Cycle) ...................................................................................................... 1
1.2 Siklus Kombinasi (Combined Cycle) ................................................................................................. 6
1.3 Prinsip Kerja PLTG ............................................................................................................................ 10
1.4 Prinsip kerja PLTGU ......................................................................................................................... 10
1.5 Bagian-Bagian PLTGU ...................................................................................................................... 11
1.6 Variasi Siklus Kombinasi PLTGU ....................................................................................................... 28
2. SISTEM-SISTEM PLTGU ................................................................................................................... 32
2.1. Sistem Udara Pendingin dan Perapat ............................................................................................. 32
2.2. Sistem Udara Pengabut (Atomizing Air) ......................................................................................... 34
2.3. Sistem Bahan bakar (Minyak atau Gas) ......................................................................................... 35
2.4. Sistem Minyak Pelumas (Lube Oil) ................................................................................................. 37
2.5. Sistem Minyak Pengangkat Poros (Jacking oil) ................................................................................ 38
2.6 Sistem Minyak Pengaturan (Control Oil) ........................................................................................... 39
2.7 Sistem Kelistrikan (Electrical) ............................................................................................................ 41
3. HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR (HRSG) ................................................................................. 43
3.1. Prinsip Kerja HRSG ........................................................................................................................... 44
3.2. Sifat Air dan Uap .............................................................................................................................. 45
3.3. Kualitas Uap 48
3.4. Konstruksi dan Tata Letak HRSG 50
4. PENGOPERASIAN PLTGU 58
4.1 Pemeriksaan dan Persiapan Start ................................................................................................... 58
4.2 Pengoperasian Turbin Gas .............................................................................................................. 58
4.3. Pengoperasian HRSG ...................................................................................................................... 62
4.4. Kurva Start Up ............................................................................................................................... 72
-
Simple Inspiring Performing Phenomenal vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Turbin Gas Siklus Terbuka .................................................................................................. 2
Gambar 2 Siklus Brayton .................................................................................................................... 3
Gambar 3 Diagram P-v dan T-s ........................................................................................................... 5
Gambar 4 Siklus Kombinasi ................................................................................................................ 6
Gambar 5 Siklus Brayton, Siklus Rankine dan Siklus kombinasi ........................................................... 7
Gambar 6 Diagram Combined Cycle ................................................................................................... 8
Gambar 7 . Diagram Cogeneration Cycle ............................................................................................. 9
Gambar 8 Combined Cycle Power Plant (PLTGU) ................................................................................. 9
Gambar 9 Siklus air uap PLTGU ........................................................................................................ 11
Gambar 10 Kompresor Utama .......................................................................................................... 12
Gambar 11 Combustion Chamber & Gas Turbine .............................................................................. 13
Gambar 12 Alat Bantu Turbin Gas (Gas Turbine Auxiliary) ................................................................. 15
Gambar 13 Peralatan Utama HRSG .................................................................................................. 16
Gambar 14 Boiler Drum ................................................................................................................... 18
Gambar 15 Economizer .................................................................................................................... 22
Gambar 16 Deaerator ..................................................................................................................... 26
Gambar 17 PLTGU dengan PLTG digabung dengan peleburan besi .................................................... 28
Gambar 18 PLTGU dengan turbin gas berbahan bakar batubara ........................................................ 28
Gambar 19 Diagram PLTGU dengan konfigurasi 1 1 1................................................................... 30
Gambar 20 Diagram PLTGU dengan konfigurasi 2 2 1................................................................... 30
Gambar 21 Diagram PLTGU dengan konfigurasi 3 3 1 .................................................................. 31
Gambar 22 Saluran Pendingin Rotor Turbin Gas ............................................................................... 32
Gambar 23 Lubang saluran pendingin pada sudu gerak dan sudu diam ............................................. 33
Gambar 24 Sistem Udara Pengabut .................................................................................................. 34
Gambar 25 Sistem Bahan Bakar Minyak ........................................................................................... 35
Gambar 26 Sistem Bahan Bakar Gas ................................................................................................. 36
Gambar 27 Sistem Minyak Pelumas ................................................................................................. 38
Gambar 28 Sistem Jacking Oil .......................................................................................................... 39
Gambar 29 Sistem Minyak Pengatur (Control Oil) ............................................................................. 40
Gambar 30 Sistem Kelistrikan (Electrical) ......................................................................................... 42
Gambar 31 Diagram HRSG dengan aliran gas mendatar .................................................................... 43
Gambar 32 Heat Recovery Steam Generator .................................................................................... 45
Gambar 33 Diagram pemanasan air ................................................................................................. 48
Gambar 34 Prinsip Sirkulasi Alami (Natural Circulation) .................................................................... 51
Gambar 35 . HRSG sirkulasi alami (aliran gas mendatar). ................................................................. 51
-
Simple Inspiring Performing Phenomenal viii
Gambar 36 Prinsip Sirkulasi Paksa (Forced Circulation) ..................................................................... 52
Gambar 37 HRSG dengan aliran gas vertikal ..................................................................................... 53
Gambar 38 HRSG dengan tekanan tunggal (single pressure).............................................................. 54
Gambar 39 HRSG dengan dua tingkat tekanan (dual pressure) .......................................................... 55
Gambar 40 Diagram HRSG Multi Pressure ........................................................................................ 56
Gambar 41 HRSG dengan burner bantu ............................................................................................ 57
Gambar 42 Sistem Start ................................................................................................................... 59
Gambar 43 Kurva operasi PLTG ........................................................................................................ 60
Gambar 44 Grafik Sliding Pressure ................................................................................................... 66
Gambar 45 GrafikBuka tutup Damper .............................................................................................. 72
Gambar 46 Grafik Cold Start Single Cycle .......................................................................................... 73
Gambar 47 Grafik Cold Start Combined Cycle Auto ........................................................................... 74
Gambar 48 Grafik Cold Start Combined Cycle Manual ...................................................................... 74
Gambar 49 Grafik Hot Start Combined Cycle Auto ............................................................................ 75
-
Simple Inspiring Performing Phenomenal ix
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Temperatur didih pada nilai Tekanan tertentu .............................................................................. 46
Tabel 2 Pembacaan tabel Saturated water dan Superheated steam.......................................................... 49
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 1
PENGOPERASIAN PLTGU
1. PRINSIP KERJA PLTGU
1.1 Silus Turbin Gas (Brayton Cycle)
Siklus dasar turbin gas disebut siklus Brayton, yang pertama kali diajukan pada
tahun 1870 oleh George Brayton seorang insinyur dari Boston. Sekarang siklus
Brayton digunakan hanya pada turbin gas dengan proses kompresi dan
ekspansi terjadi pada alat permesinan yang berputar. John Barber telah
mempatenkan dasar turbin gas pada tahun 1791. Dua penggunaan utama mesin
turbin gas adalah pendorong pesawat terbang dan pembangkit tenaga listrik.
Turbin gas digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik yang berdiri sendiri
(simple cycle) atau bergandengan dengan turbin uap (combined cycle) pada sisi
suhu tingginya. Turbin uap (combined cycle) memanfaatkan gas buang turbin
gas sebagai sumber panasnya. Turbin uap dianggap sebagai mesin pembakaran
luar (external combustion), dimana pembakaran terjadi diluar mesin. Energi
termal dipindah ke uap sebagai panas.
Turbin gas pertama kali berhasil dioperasikan pada pameran nasional Swiss
(Swiss National Exhibition) tahun 1939 di Zurich. Turbin gas yang dibangun
antara tahun 1940-an hingga tahun 1950-an efisiensinya hanya sekitar 17
persen; hal ini disebabkan oleh rendahnya efisiensi kompresor dan turbin dan
suhu masuk turbin yang rendah karena keterbatasan teknologi metalurgi pada
saat itu. Turbin gas terpadu dengan turbin uap (combined cycle) yang pertama
kali dipasang pada tahun 1949 di Oklahoma oleh General Electric menghasilkan
daya 3,5 MW.
Sebelum ini, pembangkit daya ukuran besar berbahan bakar batu bara ataupun
bertenaga nuklir telah mendominasi pembangkitan tenaga listrik. Tetapi
sekarang, turbin gas berbahan baker gas alam yang telah mendominasinya
karena kemampuan start (black start) yang cepat, efisiensi yang tinggi, biaya
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 2
awal yang lebih rendah, waktu pemasangan yang lebih cepat, karakter gas
buang yang lebih baik dan berlimpahnya persediaan gas alam. Biaya
pembangunan pembangkit tenaga turbin gas kira-kira setengah kali biaya
pembangunan pembangkit tenaga turbin uap berbahan bakar fosil yang
merupakan pembangkit tenaga utama hingga awal tahun 1980-an. Lebih dari
separoh dari seluruh pembangkit daya yang akan dipasang dimasa akan datang
diperkirakan akan merupakan pembangkit daya turbin gas ataupun
dikombinasikan dengan turbin uap (combined cycle).
Di awal tahun 1990-an, General Electric telah memasarkan turbin gas dengan
ciri perbandingan tekanan (pressure ratio) 13,5 menghasilkan daya net 135,7
MW dengan efisiensi termal 33 persen pada operasi sendiri (simple cycle
operation). Turbin gas terbaru yang dibuat General Electric bersuhu masuk 1425
OC (2600
OF) menghasilkan daya hingga 282 MW dengan efisiensi termal
mencapai 39.5 persen pada operasi sendiri (simple cycle operation).
Bahan bakar minyak ringan seperti minyak diesel, minyak tanah, minyak mesin
jet, dan bahan bakar gas yang bersih (seperti gas alam) paling cocok untuk
turbin gas. Bagaimanapun , bahan bakar tersebut diatas akan menjadi lebih
mahal dan pasti akan habis. Oleh karena itu, pemikiran kemasa depan harus
dilakukan untuk menggunakan bahan bakar alternatif lain.
Gambar 1 Turbin Gas Siklus Terbuka
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 3
Biasanya turbin gas beroperasi pada siklus terbuka. Udara yang segar mengalir
ke kompresor, suhu dan tekanannya dinaikkan. Udara bertekanan terus mengalir
ke ruang pembakaran, dimana bahan bakar dibakar pada tekanan tetap.
Gas panas yang dihasilkan masuk ke turbin, kemudian berekpansi ke tekanan
udara luar melalui berbaris sudu nosel. Ekspansi ini menyebabkan sudu turbin
berputar, yang kemudian memutar poros rotor berkumparan magnet, sehingga
menghasilkan teganan listrik dikumparan stator generator. Gas buang (exhaust
gases) yang meninggalkan turbin siklus terbuka tidak digunakan kembali.
Gambar 2 Siklus Brayton
Turbin gas siklus terbuka dapat dibentuk menjadi sebagai turbin gas siklus
tertutup dengan menggunakan anggapan udara standar (air-standard
assumptions). Proses kompresi dan ekspansi tetap sama, tetapi proses
pembuangan gas panas tekanan tetap ke udara luar diganti dengan proses
pendinginan qout.
Siklus ideal yang fluida kerja jalani dalam siklus tertutup ini adalah siklus
Brayton, yang terdiri dari empat proses dalam dapat balik (internally reversible):
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 4
1 - 2 Kompresi isentropik (isentropic compression) di kompresor
2 - 3 Penambahan panas tekanan tetap (constant pressure heat addition)
3 - 4 Expansi isentropik (isentropic expansion) di turbin
4 - 1 Pembuangan panas tekanan tetap (constant pressure heat rejection)
Proses yang terjadi pada PLTG adalah sebagai berikut :
Pertama, turbin gas berfungsi menghasilkan energi mekanik untuk memutar
kompresor dan rotor generator yang terpasang satu poros, tetapi pada saat start
up fungsi ini terlebih dahulu dijalankan oleh penggerak mula (prime mover).
Penggerak mula ini dapat berupa diesel, motor listrik atau generator turbin gas
itu sendiri yang menjadi motor melalui mekanisme SFC (Static frequency
Converter). Setelah kompresor berputar secara kontinu, maka udara luar
terhisap hingga dihasilkan udara bertekanan pada sisi discharge (tekan)
kemudian masuk ke ruang bakar.
Kedua, proses selanjutnya pada ruang bakar, jika start up menggunakan
bahan bakar cair (fuel oil) maka terjadi proses pengkabutan (atomizing) setelah
itu terjadi proses pembakaran dengan penyala awal dari busi, yang kemudian
dihasilkan api dan gas panas bertekanan. Gas panas tersebut dialirkan ke turbin
sehingga turbin dapat menghasilkan tenaga mekanik berupa putaran.
Selanjutnya gas panas dibuang ke atmosfir dengan temperatur yang masih
tinggi.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 5
Proses seperti tersebut diatas merupakan siklus turbin gas, yang merupakan
penerapan Siklus Brayton. Siklus tersebut dapat digambarkan sebagai berikut :
Gambar 3 Diagram P-v dan T-s
Siklus seperti gambar, terdapat empat langkah:
Langkah 1-2 : Udara luar dihisap dan ditekan di dalam kompresor,
menghasilkan udara bertekanan (langkah kompresi)
Langkah 2-3 : Udara bertekanan dari kompresor dicampur dengan bahan
bakar, terjadi reaksi pembakaran yang menghasilkan gas panas (langkah
pemberian panas)
Langkah 3-4 : Gas panas hasil pembakaran dialirkan untuk memutar turbin
(langkah ekspansi)
Langkah 4-1 : Gas panas dari turbin dibuang ke udara luar (langkah
pembuangan)
Salah satu kelemahan mesin turbin gas (PLTG) adalah efisiensi termalnya yang
rendah. Rendahnya efisiensi turbin gas disebabkan karena banyaknya pembuangan
panas pada gas buang. Dalam usaha untuk menaikkan efisiensi termal tersebut,
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 6
maka telah dilakukan berbagai upaya sehingga menghasilkan mesin siklus
kombinasi seperti yang dapat kita jumpai saat ini.
1.2 Siklus Kombinasi (Combined Cycle)
Di bidang industri saat ini, dilakukan usaha untuk meningkatkan efisiensi turbin gas
yaitu dengan cara menggabungan siklus turbin gas dengan siklus proses sehingga
diperoleh siklus gabungan yang biasa disebut dengan istilah Cogeneration.
Sedangkan untuk meningkatkan efisiensi termal turbin gas yang digunakan sebagai
unit pembangkit listrik (PLTG), siklus PLTG digabung dengan siklus PLTU sehingga
terbentuk siklus gabungan yang disebut Combined Cycle atau Pembangkit Listrik
Tenaga Gas Uap (PLTGU).
Siklus PLTGU terdiri dari gabungan siklus PLTG dan siklus PLTU. Siklus PLTG
menerapkan siklus Brayton, sedangkan siklus PLTU menerapkan siklus ideal
Rankine seperti gambar :
Gambar 4 Siklus Kombinasi
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 7
Gambar 5 Siklus Brayton, Siklus Rankine dan Siklus kombinasi
Penggabungan siklus turbin gas dengan siklus turbin uap dilakukan melalui
peralatan pemindah panas berupa boiler atau umum disebut Heat Recovery Steam
Generator (HRSG). Siklus kombinasi ini selain meningkatkan efisiensi termal juga
akan mengurangi pencemaran udara.
Dengan menggabungkan siklus tunggal PLTG menjadi unit pembangkit siklus
kombinasi (PLTGU) maka dapat diperoleh beberapa keuntungan, diantaranya
adalah :
Efisiensi termalnya tinggi, sehingga biaya operasi (Rp/kWh) lebih rendah
dibandingkan dengan pembangkit thermal lainnya.
Biaya pemakaian bahan bakar (konsumsi energi) lebih rendah
Pembangunannya relatif cepat
Kapasitas dayanya bervariasi dari kecil hingga besar
Menggunakan bahan bakar gas yang bersih dan ramah lingkungan
Fleksibilitasnya tinggi
Siklus Brayton Siklus Rankine Brayton + Rankine
(PLTG) (PLTU) (PLTGU)
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 8
Tempat yang diperlukan tidak terlalu luas, sehingga biaya investasi lahan lebih
sedikit.
Pengoperasian PLTGU yang menggunakan komputerisasi memudahkan
pengoperasian.
Waktu yang dibutuhkan: untuk membangkitkan beban maksimum 1 blok
PLTGU relatif singkat yaitu 150 menit.
Prosedur pemeiliharaan lebih mudah dilaksanakan dengan adanya fasilitas
sistem diagnosa.
Skema siklus PLTGU dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 6 Diagram Combined Cycle
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 9
Gambar 7 . Diagram Cogeneration Cycle
Gambar 8 Combined Cycle Power Plant (PLTGU)
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 10
1.3 Prinsip Kerja PLTG
Sebagai mesin pembangkit, PLTG memerlukan alat pemutar awal (Starting Device)
untuk menjalankannya. Starting Device dapat berupa mesin diesel, motor listrik,
motor-generator atau udara. Fungsi dari Starting Device adalah untuk memutar
kompresor pada saat start up untuk menghasilkan udara bertekanan sebelum masuk
ke ruang pembakaran (combustion chamber).
Tahapan start up PLTG meliputi :
a. Persiapan dan pemeriksaan sebelum start.
b. Ready to start
c. Starting device energized, terhubung ke turbin dan start
d. Bahan bakar diinjeksikan ke ruang bakar dan terjadi penyalaan.
e. Periode warming-up, bahan bakar ditambah dan putaran naik
f. PLTG mampu berputar dengan kemampuan sendiri dan Starting Device lepas
dan berhenti.
g. Putaran bertambah dan mencapai full speed no load (100,3%)
h. Sinkronisasi generator
i. Pembebanan
1.4 Prinsip kerja PLTGU
Di dalam sistem turbin gas gas panas hasil pembakaran bahan bakar dialirkan untuk
memutar turbin gas sehingga menghasilkan energi mekanik yang digunakan untuk
memutar generator. Gas buang dari turbin gas yang masih mengandung energi
panas tinggi dialirkan ke HRSG untuk memanaskan air sehingga dihasilkan uap.
Setelah menyerahkan panasnya gas buang di buang ke atmosfir dengan temperatur
yang jauh lebih rendah.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 11
Uap dari HRSG dengan tekanan dan temperatur tertentu diarahkan untuk memutar
turbin uap yang dikopel dengan generator sehingga dihasilkan energi listrik. Uap
bekas keluar turbin uap didinginkan didalam kondensor sehingga menjadi air
kembali. Air kondensat ini dipompakan sebagai air pengisi HRSG untuk dipanaskan
lagi agar berubah menjadi uap dan demikian seterusnya.
Gambar 9 Siklus air uap PLTGU
1.5 Bagian-Bagian PLTGU
PLTGU yang merupakan siklus kombinasi mempunyai komponen utama yang terdiri
dari :
1.5.1 Instalasi Turbin Gas
Turbin gas dan alat bantunya pada umumnya merupakan suatu paket set unit PLTG
yang dapat berdiri sendiri maupun digabung menjadi siklus kombinasi.
Kompresor Utama (Main Compressor)
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 12
Kompresor Utama berfungsi untuk menaikan tekanan dan temperatur udara
sebelum masuk ruang bakar. Udara juga dimanfaatkan untuk : udara pembakaran,
udara pengabut bahan bakar, udara pendingin sudu dan ruang bakar dan perapat
pelumas bantalan.
Gambar 10 Kompresor Utama
Ruang Bakar (Combustion Chamber)
Ruang Bakar (Combustion Chamber) adalah ruangan tempat proses terjadinya
pembakaran. Energi kimia bahan bakar diubah menjadi energi thermal pada proses
pembakaran tersebut. Ada Turbin Gas yang memiliki satu atau dua Combustion
Chamber yang letaknya terpisah dari casing turbin, akan tetapi yang lebih banyak di
jumpai adalah memiliki Combustion Chamber dengan beberapa buah Combustor
Basket, mengelilingi sisi masuk (inlet) turbin. Contohnya PLTG di PLTGU Gresik
memiliki satu Combustion Chamber berisi 18 buah Combustor Basket, sedangkan
PLTG Bali memiliki satu Combustion Chamber berisi 8 buah Combustor Basket yang
terpasang jadi satu dengan casing turbin.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 13
Gambar 11 Combustion Chamber & Gas Turbine
Turbin Gas
Turbin berfungsi untuk mengubah energi thermal dari hasil pembakaran di dalam
ruang bakar menjadi energi kinetik dalam sudu tetap kemudian menjadi energi
mekanik dalam sudu jalan sehingga energi mekanik akan memutar poros turbin.
Generator
Generator berfungsi untuk mengubah energi mekanik putaran pada rotor yang
terdapat kutub magnet, kemudian menjadi energi listrik pada kumparan stator.
Alat Bantu Turbin Gas (Gas Turbine Auxcilliary)
- Penggerak Mula (Prime Mover), yaitu Diesel, Starting Motor (Cranking
Motor), Generator sebagai Motor, memutar poros turbin gas sampai
kekuatan bahan bakar dapat menggantinya (turbin gas mampu berdiri
sendiri).
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 14
- Hydraulic Ratchet, berfungsi memutar poros turbin sebelum start, sebanyak
45 setiap 3 menit, untuk memudahkan pemutaran oleh penggerak mula dan
meratakan pendinginan poros saat turbin gas stop.
- Turning Gear, fungsinya sama seperti juga Ratchet, hanya poros diputar
kontinyu dengan putaran lambat ( 6 RPM).
- Accessories Gear, adalah tempat roda gigi untuk memutar alat-alat bantu
seperti : pompa bahan bakar, pompa pelumas, pompa hidrolik, main
atomizing air compressor, water pump, tempat hubungan Ratchet.
- Torque Converter, sebagai kopling hidrolik, saat digunakan kopling diisi
dengan minyak pelumas. Sedangkan saat dilepas, minyak pelumas di drain.
- Load Gear, disebut juga Reduction Gear atau Load Coupling untuk
mengurangi kecepatan turbin menjadi kecepatan yang dibutuhkan oleh
Generator. Load Gear Westinghouse dimanfaatkan untuk penggerak pompa
bahan bakar dan pelumas.
- Exciter, yaitu peralatan yang berfungsi memberikan arus searah untuk
penguatan kutub magnet Generator Utama.
- Starting Clutch, disebut juga Jaw Clutch, sebagai kopling mekanik yang
berfungsi menghubungkan poros Penggerak Mula dengan poros kompresor
saat proses Start.
- Bantalan (Bearing), terdiri dari bantalan aksial dan bantalan luncur. Bantalan
luncur disebut juga disebut juga Journal Bearing, yang berfungsi sebagai
penyangga berat poros turbin, kompresor dan generator. Sedangkan
bantalan aksial disebut juga Thrust Bearing, berfungsi sebagai penahan gaya
aksial
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 15
Gambar 12 Alat Bantu Turbin Gas (Gas Turbine Auxiliary)
1.5.2 HRSG (Heat Recovery Steam Generator)
Bagian-bagian HRSG adalah bagian per bagian dalam bentuk jadi (pre-assembled)
yang telah dikerjakan di bengkel pabrikan dan diangkut ke tempat pemasangan.
Kemudahan pemasangan bagian-bagian modular di lapangan dan melakukan
pengerjaan bagian-bagian sebanyak mungkin di bengkel pabrik akan meningkatkan
mutu peralatan dan mempercepat waktu pemasangan konstruksi.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 16
Peralatan utama HRSG dapat diidentifikasi seperti gambar berikut:
Gambar 13 Peralatan Utama HRSG
KETERANGAN GAMBAR :
1. Diverter box, bypass stack, and bypass stack silencer. 2. Blanking plate for conversion to simple cycle operation. 3. Superheater. 4. Reheater. 5. High pressure evaporator. 6. High pressure economizer. 7. Intermediate pressure superheater. 8. Low pressure superheater. 9. High pressure economizer. 10. Intermediate pressure evaporator. 11. High pressure economizer/intermediate pressure economizer. 12. Low pressure evaporator. 13. Low pressure economizer. 14. Stack and silencer.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 17
Bypass stack silencer
Bypass stack silencer adalah cerobong asap dari gas buang hasil pembakaran pada
turbin gas. Apabila suatu turbin gas dioperasikan dengan Open Circle, maka gas
buang tersebut akan dialirkan ke atmosfir melalui bypass stack.
Drum
Drum adalah bejana tempat menampung air yang datang dari Economizer dan uap
hasil penguapan dari Tube Wall (Riser). Kira-kira setengah dari drum berisi air dan
setengahnya lagi berisi uap.
Boiler Drum terbuat dari plat baja dilas dan dilengkapi diantaranya :
- Man hole
- Saluran menuju Superheater
- Saluran menuju Feedwater Inlet
- Saluran menuju Blow Down
- Saluran menuju Down Comer
- Saluran menuju Safety Valve
- Pipa injeksi bahan kimia
- Pipa Sampling
- Pipa menuju alat ukur dan alat kontrol
Seperti terlihat pada gambar di bagian dalam Boiler Drum terdapat peralatan-
peralatan Screen dryer (pengering uap) dan Steam separator (pemisah uap).
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 18
Gambar 14 Boiler Drum
Level air didalam drum harus dijaga agar selalu tetap kira-kira setengah dari tinggi
drum. Banyaknya air pengisi yang masuk ke dalam drum harus sebanding dengan
banyaknya uap yang meninggalkan drum, sehingga level air terjaga konstant.
Pengaturan level didalam Boiler Drum dilakukan dengan mengatur besarnya
pembukaan Flow Control Valve. Apabila level didalam air drum terlalu rendah/tidak
terkontrol akan menyebabkan terjadinya overheating pada pipa-pipa Boiler,
sedangkan bila level drum terlalu tinggi, kemungkinan butir-butir air terbawa ke
turbin dan mengakibatkan kerusakan pada turbin. Untuk mengamankannya pada
boiler drum dipasang alarm untuk level high dan level low serta trip untuk level very
low dan very high.
Level air didalam boiler drum dapat dimonitor dengan menggunakan peralatan level
gauge/level indikator yang terdapat didekat boiler drum lokal), atau dengan cara
remote (jarak jauh) di control room, juga dicatat pada level recorder.
Uap yang dihasilkan dari dalam tube wall (riser), terkumpul didalam boiler drum. Uap
akan mengalir ke arah puncak boiler drum melewati steam separator dan screen
dryer lalu keluar dari dalam drum dalam keadaan kering menuju separator dan
akhirnya ke turbin.Butir-butir air yang terpisah dari uap akan jatuh dan bersirkulasi
kembali bersama air yang baru masuk.
DRYER
STEAM OUTLET
FEED WATER
INLET
DOWNCOMER
RISER
TUBES
PRIMARYY
SEPARATOR
SECONDARY
SEPARATOR
BAFFLE
PLATES
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 19
Superheater
Superheater adalah peralatan yang berfungsi untuk menaikkan temperatur uap
jenuh sampai menjadi uap panas lanjut sesuai dengan kebutuhan untuk
menggerakkan turbin. Karena uap yang terbentuk dari pemanasaan didalam pipa
pipa di ruang bakar berada dalam wujud kenyang (jenuh) atau basah maka uap
yang demikian jika digunakan atau diekspansikan dalam turbin, akan menimbulkan
pengembunan yang cepat.
Reheater
Reheater adalah peralatan yang berfungsi untuk menaikkan temperatur uap dari
turbin tekanan tinggi untuk dipanaskan ulang sesuai dengan kebutuhan untuk
menggerakkan turbin tingkat tekanan berikutnya. Uap yang telah digunakan untuk
memutar turbin tekanan tinggi (HP Turbine) mengakibatkan tekanan dan
temperaturnya turun. Dengan memanfaatkan gas bekas maka uap tersebut
dipanaskan ulang untuk menaikkan temperaturnya dengan tekanan tetap, sehingga
mendapatkan entalpi yang lebih tinggi .
Sesuai analisa Termodinamika, baik superheater maupun reheater, efisiensi termis
suatu instalasi akan naik apabila menggunakan uap panas lanjut. Dengan
menggunakan uap basah, akan menimbulkan erosi pada sudu-sudu turbin .
Superheater (pemanas uap lanjut) dan reheater terpasang disaluran gas buang
dalam ketel uap. Didalam superheater uap jenuh atau basah yang berasal dari
drum ketel temperaturnya dinaikkan pada tekanan tetap sampai temperatur yang
diinginkan. Energi panas diambil dari gas-gas bekas, berlangsung secara radiasi
dan/atau konveksi. Sebagaimana halnya pada pipa pipa air lainnya. Temperatur
uap dibuat sedemikian tinggi sehingga material ketel harus mampu menahan suhu
maupun tekanan kerjanya.
Pada turbin tekanan bertingkat , pada saat uap mencapai kadar tertentu, diadakan
pemanasan ulang didalam alat yang dinamakan reheater (pemanas ulang). Uap
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 20
yang telah dipanaskan ulang dalam reheater ini selanjutnya diekspansikan pada
turbin tingkat berikutnya.
Superheater dibedakan atas dua tipe yakni :
- Superheater konveksi
- Superheater radiasi-konveksi
Prinsip Superheater konveksi sama seperti ekonomiser, yakni menyerap panas gas
bekas yang melewati superheater. Kenaikan temperatur uap praktis terjadi pada
tekanan tetap sampai akhirnya gas bekas meninggalkan supeheater.
Menurut penempatannya superheater ditempatkan pada :
- Diantara pipa pipa air
- Diatas pipa pipa air
Evaporator
Evaporator pada boiler dikenal juga dengan nama Tube wall. Didalam tube wall
terdapat air yang bersirkulasi dari boiler drum melalui down comer dan low header.
Panas yang dihasilkan dari proses pembakaran didalam furnance sebagian
diberikan kepada air yang ada didalam tube wall sehingga air berubah menjadi uap.
Selain berfungsi untuk membuat air menjaadi uap, tube wall juga mencegah
penyebaran panas daari dalam furnance ke udara luar dan untuk lebih menjamin
agar panas tersebut tidak terbuang ke udara luar melewati tube wall, maka dibalik
tube wall (arah udara luar) dipasang dinding isolasi yang terbuat dari mineral fiber.
Sedangkan pada down comer merupakan pipa yang berukuran besar,
menghubungkan bagian bawah boiler drum dengan lower header. Down comer (pipa
turun) tidak terkena panas secara langsung dari ruang bakar. Dan untuk
menghindari kerugian panas yang terbuang pada down comer, maka down comer
diberi isolasi.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 21
Economizer
Ekonomiser terdiri dari pipa pipa air yang ditempatkan pada lintasan gas asap
sebelum meninggalkan ketel. Pipa pipa ekonomiser dibuat dari bahan baja atau
besi tuang yang sanggup menahan panas dan tekanan tinggi. Korosi yang mungkin
terbentuk sebelah sisi air dapat dihindarkan dengan jalan melunakkan air pengisi
terlebih dahulu, dan korosi di sebelah luar (sisi gas asap) diatasi dengan
mempertahankan temperatur gas asap tinggi diatas titik embun gas sulphur.
Konduktivitas panas dan tahanan aliran gas yang disebabkan oleh abu/debu yang
melekat pada pipa pipa dicegah dengan pembersihan pipa pipa secara berkala.
Dengan menggunakan ekonomiser, efisiensi thermis ketel naik; diperkirakan
penghematan pemakaian bahan bakar dapat berkurang 1% tiap kenaikan
temperatur air pengisi 50C.
Agar pemakaian ruangan kecil, maka permukaan pipa pipa biasanya dibuat polos
(licin) dan berliku dan dipasang horizontal serta sejajar satu sama lain dalam saluran
gas buang. Di kedua ujung pipa dibuat kotak pengumpul (header) atas dan bawah
dan juga sejajar satu sama lain. Penyerapan panas dari gas gas kepada air akan
lebih bermanfaat bila gas asap mengalir ke bawah dan air mengalir berliku liku
keatas.
Ekonomiser yang banyak dipakai pada ketel Pembangkit Tenaga Listrik pada
masing masing seksi terdapat kotak pengumpul (header) atas dan kotak
pengumpul bawah; kotak itu dihubungkan ke delapan buah pipa pipa polos
(licin)dan kadang bersirip yang juga dipasang sejajar satu sama lain. Kotak kotak
pengumpul dan pipa pipa dibuat dari bahan besi tuang. Kotak kotak pengumpul
itu tidak mempunyai kampuh dan di kedua ujungnya dibulatkan.
Air pengisi dimasukkan ke dalam header melalui down comer, kemudian disebarkan
ke semua pipa pemanas. Air mengalir ke atas dengan kecepatan rendah melalui
deretan pipa pipa vertikal tang dipanasi oleh gas gas panas yang mengalir tegak
lurus terhadap pipa dan selanjutnya air panas yang dihasilkan ditekan ke dalam
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 22
drum ketel melalui sebuah pipa pipa yang dihubungkan ke drum. Temperatur air itu
dapat mencapai 100 1500C tergantung pada temperatur gas pembakaran.
Gambar 15 Economizer
Didalam pipa-induk-atas (tepat di atas pipa pipa vertikal) dibuat lubang pembersih
untuk membersihkan bidang dalam pipa pipa. Dalam pipa-induk-bawah dibuat pula
lubang untuk membuang lumpur yang mengendap.
Debu dan abu melayang yang dibawa oleh gas gas asap melekat pada sisi-luar
pipa, dibersihkan dengan blower yang bergerak pelahan-lahan turun-naik terus-
menerus..
Banyak juga ekonomiser yang memakai pipa-pipa bersirip. Dengan penambahan
sirip sirip ini luas bidang panas bertambah besar sehingga pada jumlah penerima
panas yang sama dengan pipa polos, ekonomiser dapat diperkecil. Pipa pipa
bersirip untuk tekanan sedang dibuat dari bahan besi tuang yang disusut sekitar
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 23
pipa-pipa baja yang tidak berkampuh. Dengan bantuan katup-by pass, gas asap
dapat dialirkan langsung kecerobong, jadi ekonomiser tidak bekerja. Temperatur air
pengisi dan gas asap, diatur dengan bantuan katup by pass ini.
Pipa air itu dipasang horizontal dengan sumbu belah-ketupat (berliku-liku) satu sama
lain. Agar gas asap terpaksa mengalir berbelok-belok. Akibatnya, perpindahan
panas kepada air dapat berlangsung lebih baik. Air pengisi masuk ke dalam
ekonomiser melalui pipa induk bawah, demikian juga halnya dengan pipa bagian
atas.
Untuk membersihkan pipa-pipa dan sirip sirip dari ikatan abu dan debu-debu yang
berterbangan, dilakukan dengan memakai pipa penghembus-abu (soot blower) yang
dipasang diantara pipa-pipa bersirip. Pipa-pipa penghembus tadi dilubangi dimana
(bila pembersihan hendak dilakukan) dialirkan uap dari ketel.
Stack and Silencer
Stack adalah cerobong asap dari gas bekas dari turbin uap setelah melalui HRSG
(boiler). Untuk jenis HRSG horizontal stack terdapat dibelakang HRSG, sementara
untuk untuk type vertikal terdapat diatas.
1.5.3 Instalasi Turbin Uap
Karena siklus PLTGU merupakan gabungan antara siklus PLTG dengan PLTU,
maka komponen utama PLTGU adalah PLTU beserta sistem dan peralatan
bantunya. Bagian PLTU pada siklus PLTGU tersebut, antara lain :
Turbin Uap
Turbin uap adalah penggerak mula (prime mover) yang mengubah energi panas
dalam uap menjadi energi mekanis berupa putaran poros turbin. Selanjutnya poros
turbin dikopel dengan mekanisme yang digerakkan, misalnya dengan poros
generator untuk menghasilkan energi listrik. Selain sebagai penggerak generator
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 24
listrik, turbin uap dapat juga digunakan untuk memutar pompa, transportasi dan
sebagainya.
Uap untuk memutar turbin dapat diperoleh dari uap panas bumi, boiler berbahan
bakar fosil, boiler nuklir atau panas buangan (waste heat) PLTG.
Pompa Air Pengisi
Fungsi pompa air pengisi adalah untuk menciptakan tekanan pada air pengisi dan
mengalirkannya ke boiler HRSG. Jenis pompa yang digunakan adalah pompa
sentrifugal, dengan tekanan stabil pada aliran yang berubah naik turun. Pompa air
pengisi digerakkan oleh motor listrik melalui kopling hidrolik pengatur putaran
(variable speed hydraulic coupling).
Pada umumnya tersedia tiga unit pompa pada sistem air pengisi BFP pada satu unit
blok PLTGU, masing-masing dengan kapasitas 65% dari kebutuhan blok. Pada saat
start-up hingga 50% beban kapasitas blok, cukup hanya satu unit pompa air pengisi
yang beroperasi, dua unit pompa lainnya stand-by. Sedangkan bila beban blok
PLTGU telah lebih dari 50% hingga maksimum, maka dua unit pompa air pengisi
yang harus beroperasi,satu unit pompa lainnya stand-by.
Sistem pompa air pengisi beroperasi secara otomatis dengan DCS, tetapi dapat juga
dioperasikan secara manual dari Control Room maupun dari lokal. Sistem pompa air
pengisi dilengkapi alat bantu seperti sistem pelumasan, sistem pendingin, sistem
pengaman proteksi dan interlok, serta peralatan control dan instrumentasi.
Setiap pompa dilengkapi dengan saluran dan katup sirkulasi. Ketika pompa
beroperasi dengan kapasitas aliran beban rendah, maka sebagian besar tenaga
daya yang yang butuhkan pompa akan dirubah menjadi panas yang menaikkan
suhu air pengisi. Aliran sirkulasi akan mencegah air didalam pompa menjadi terlalu
panas hingga menguap dan menyebabkan kapitasi yang akan merusak impleller
pompa. Pipa saluran sirkulasi menghubungkan sisi keluar (discharge) pompa
sebelum katup cek (check valve) kembali ke sisi masuk (suction) pompa, dilengkapi
dengan katup kontrol sirkulasi untuk mempertahankan aliran minimum pompa, dan
dua katup isolasi sebelum dan sesudah katup kontrol sirkulasi.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 25
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.
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 kondensatnya
maksimum mendekati temperatur udara luar. Apabila laju perpindahan panas
terganggu, maka akan berpengaruh terhadap tekanan dan temperatur.
Deaerator
Deaerator berfungsi untuk menghilangkan oksigen dan gas yang terlarut dari air
pengisi. Jenis yang digunakan adalah jenis semprot (spray type).
Deaerasi awal (pre-deaeration) dilakukan dengan alat penyemprotan (spraying
device). Pada setiap kondisi operasi, penyemprot menjamin pemanasan air
kondensat hingga suhu jenuh (saturation) dan permukaan yang cukup luas untuk
perpindahan masa. Karena secara praktis, kelarutan oksigen didalam air pada suhu
jenuh adalah nol, sehingga oksigen yang terbawa dalam tetesan air akan terlepas
dan berada bersama uap disekelilingnya. Karena uap mengkondensasi pada air,
maka konsentrasi oksigen di daerah sekitar penyemprot menjadi naik sehingga
memungkinkan membuang (vent out) sejumlah uap yang konsentrasi oksigennya
relatif tinggi.
Prinsip operasi deaerator didasarkan pada deaerasi fisikal yang terjadi pada dua
tahap, yaitu:
- Deaerasi awal (pre-deaeration) dimana air pengisi disemprotkan pada satu sisi
ruang uap (area 1)
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 26
- Deaerasi akhir (final-deaeration) dalam tangki air dimana uap dikenakan
langsung ke air yang akan di-deaerasi (area 2).
Gambar 16 Deaerator
Deaerasi akhir (final-deaeration) terjadi dengan cara menyuntikkan uap kedalam air
pada tangki. Tergantung pada kondisi uap, suhu dan tekanan air, campuran uap/air
dapat digunakan untuk deaerasi.
Alat penyuntik uap yang dirancang dengan tepat, dengan memperhitungkan hidro-
dinamik didalam tangki untuk mendapatkan kontak langsung yang baik antara uap
dan air akan memungkinkan oksigen berpindah keluar dari air dan terbawa kedalam
uap.
a. Membuang oksigen (O2 Removal)
Membuang oksigen adalah alasan utama pendeaerasian air pengisi, dan paling
ekonomis dilakukan secara mekanikal daripada menggunakan bahan kimia
walaupun dengan kimia lebih sempurna.
Area 1
Area 2
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 27
Seperti telah diketahui bahwa, oksigen terlarut 10 kali lebih korosif dari pada
karbon dioksida, terutama pada suhu lebih tinggi. Misalnya, air dua setengah
kali lebih korosif pada suhu 90C dari pada suhu 60C.
b. Membuang Karbon Dioksida (Carbon Dioxide Removal)
Jika karbon dioksida ada bersama oksigen, kedua gas ini beraksi bersama-
sama menjadi 40% lebih korosif dari pada bila beraksi sendiri-sendiri. Ferrous
hydroxide adalah senyawa alkaline, dan laju kelarutannya tergantung pada pH
airnya. Semakin rendah pH airnya, semakin cepat kelarutan ferrous hydroxide.
Air kondensat yang mengandungi karbon dioksida akan membentuk asam
karbonik (carbonic acid):
CO2 + H2O = H2CO3
Karbon dioksida menyebabkan korosi pada saluran uap yang ditandai dengan
penipisan pipa atau alur-alur (grooving) dibagian bawah pipa.
Susunan HRSG dan alat bantunya harus dirancang agar dapat menyerap
panas gas buang (exhaust gas) dari turbin gas seoptimal mungkin sehingga
dapat menghasilkan uap dengan tekanan dan temperatur yang diperlukan untuk
memutar turbin uap. Sistem sirkulasi air uap yang diterapkan disesuaikan
dengan temperatur gas buang dari turbin gas agar fleksibel terhadap
pembebanan.
Jumlah tingkat dan jumlah silinder dari turbin uap disesuaikan dengan
tekanan dan temperatur uap yang dihasilkan oleh HRSG. Turbin uapnya
biasanya non ekstraksi, karena pemanasan air dilakukan di dalam HRSG.
Apabila PLTG akan digunakan dalam siklus kombinasi, maka panas gas
buang harus mempunyai suhu sekitar 500 0C agar dapat dimanfaatkan untuk
menguapkan air didalam Heat Recovery Steam Generator. Apabila PLTD
(Diesel) akan digunakan dalam siklus kombinasi, maka kapasitasnya harus
cukup besar, yaitu sekitar 25 MW agar air pendingin mesin dapat dimanfaatkan
untuk pemanas awal air pengisi boiler.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 28
1.6 Variasi Siklus Kombinasi PLTGU
Terdapat beberapa variasi dari siklus kombinasi PLTGU dalam memanfaatkan gas
buang untuk menghasilkan uap sebagai penggerak turbin PLTU. Gambar di bawah
menunjukkan contoh variasi siklus PLTGU :
Gambar 17 PLTGU dengan PLTG digabung dengan peleburan besi
Gambar 18 PLTGU dengan turbin gas berbahan bakar batubara
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 29
Ditinjau dari konfigurasi jumlah turbin gas dan Heat Recovery Steam Generator
(HRSG) dan turbin uapnya, suatu PLTGU dapat di susun dengan beberapa
konfigurasi, tetapi umumnya dibedakan menjadi 3, yaitu :
- Konfigurasi : 1 turbin gas (GT), 1 HRSG, 1 turbin uap (ST) = konfigurasi 1 1
1
- Konfigurasi : 2 turbin gas (GT), 2 HRSG, 1 turbin uap (ST) = konfigurasi 2 2
1
- Konfigurasi : 3 turbin gas (GT), 3 HRSG, 1 turbin uap (ST) = konfigurasi 3 3
1
Konfigurasi 1 1 1
Konfigurasi ini merupakan PLTGU yang paling sederhana karena hanya terdiri
dari 1 turbin gas (GT), 1 HRSG dan 1 turbin uap (ST). Pada sebagian PLTGU ini
bahkan generatornya hanya satu sehingga turbin gas, turbin uap dan generator
merupakan mesin satu poros (single shaft combined cycle). Posisi generator
dapat berada diantara turbin gas dan turbin uap atau turbin uap diatara turbin
gas dan generator.
Kelebihan susunan PLTGU 111 antara lain adalah mampu memenuhi
kebutuhan permintaan daya secara cepat dan ekonomis, konsumsi air dan
bahan bakar nya rendah serta konsumsi listrik pemakaian sendiri (works power)
juga rendah.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 30
Gambar 19 Diagram PLTGU dengan konfigurasi 1 1 1
Konfigurasi 2 2 1
PLTGU dengan susunan 221 lebih fleksibel dalam pengoperasian maupun
pemeliharaan dibanding susunan 111. Dengan susunan 221, apabila satu
turbin gas terganggu, maka turbin gas yang lain tetap dapat beroperasi dalam
siklus kombinasi. Sedangkan bila HRSG nya yang terganggu, maka turbin gas
dapat beroperasi dalam mode siklus terbuka (open cycle).
Gambar 20 Diagram PLTGU dengan konfigurasi 2 2 1
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 31
Konfigurasi 3 3 1
Konfigurasi 331 merupakan konfigurasi yang menghasilkan output daya
paling besar dengan variasi operasi paling banyak.
Gambar 21 Diagram PLTGU dengan konfigurasi 3 3 1
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 32
2. SISTEM-SISTEM PLTGU
Peralatan bantu PLTGU selain terdiri dari peralatan yang berbentuk komponen juga
terdapat peralatan bantu berupa suatu siklus atau sirkit yang disebut sistem. Adapun
sistem tersebut diantaranya:
2.1. Sistem Udara Pendingin dan Perapat
Udara pendingin dan perapat diambil dari kompresor melalui saluran pengambilan
blow-off tingkat pertama. Adapun untuk pendingin poros dan susu-sudu gerak turbin,
udaranya diambil dari keluaran kompresor melalui sisi dalam poros , dan untuk
dudukan sudu tetap dan sudu-sudu tetap udaranya diambil dari keluaran kompresor
sebelum melalui ruang bakar.
Gambar 22 Saluran Pendingin Rotor Turbin Gas
Sistem udara pendingin dan perapat berfungsi :
a. Melindungi dan mendinginkan rotor dan bagian-bagian turbin gas pada saluran
gas panas serta bantalan rotor dari suhu yang berlebihan (over heating)
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 33
b. Sebagai perapat (seals) sehingga mencegah keluarnya gas panas melalui
celah antara poros dengan rumah turbin Inner casing.
c. Sebagai perapat (seals) sehingga mencegah udara tidak bersih (yang tidak
disaring) masuk ke kompresor melalui bagian bantalan (bearing) kompresor
Gambar 23 Lubang saluran pendingin pada sudu gerak dan sudu diam
Bagian-bagian yang didinginkan oleh sistem udara pendingin pada PLTGU, antara
lain :
a. Ujung sisi keluar turbin (turbine exhaust end) - sebagai pendingin dan perapat
b. Diffusor turbin dan kompresor dengan pendingin udara pendingin rotor - sebagai
pendingin dan perapat
c. Ujung sisi masuk kompresor - sebagai perapat saja
d. Rumah turbin bagian dalam (inner housing/hot gas casing) - sebagai pendingin
saja
e. Rumah bantalan turbin pada sisi ujung keluaran turbin dan pada sisi tengah
antara turbin dan kompresor
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 34
f. Poros (rotor) turbin dan sudu-sudu gerak turbin tingkat pertama dan kedua -
sebagai pendingin saja
g. Dudukan sudu tetap dan sudu-sudu tetap turbin tingkat pertama dan kedua -
sebagai pendingin saja
2.2. Sistem Udara Pengabut (Atomizing Air)
Sistem udara pengabut berfungsi untuk menghasilkan udara bertekanan tinggi yang
digunakan untuk menyemprotkan bahan bakar minyak di ruang bakar, sehingga
bahan bakar minyak terkabutkan (atomized), untuk memudahkan serta
menyempurnakan pembakaran.
Sistem udara pengabut hanya digunakan pada unit turbin gas menggunakan bahan
bakar minyak yang bertekanan rendah. Pada unit turbin gas yang menggunakan
bahan bakar minyak bertekanan tinggi, pengabutan dilakukan secara mekanik oleh
nosel dan tekanan minyak itu sendiri, disebut mechanical atomizing.
Gambar 24 Sistem Udara Pengabut
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 35
Sedangkan penggunaan bahan bakar gas, tidak memerlukan pengabutan
(atomizing).
Bagian-bagian dari sistem udara pengabut :
a. Kompresor udara bertekanan tinggi
b. Motor penggerak kompresor
c. Pendingin udara
d. Saringan udara
e. Katup-katup dan aliran masuk bahan bakar
f. Pencerat cairan (water trap)
2.3. Sistem Bahan bakar (Minyak atau Gas)
Sistem bahan bakar berfungsi untuk menyediakan/mensuplai bahan bakar ke unit
turbin gas sesuai tekanan, suhu dan kebersihan yang dibutuhkan, juga ketersediaan
bahan bakar; baik bahan bakar minyak maupun bahan bakar gas.
Gambar 25 Sistem Bahan Bakar Minyak
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 36
Bagian-bagian pada sistem bahan bakar minyak :
a. Tangki harian (daily tank) untuk ketersediaan bahan bakar
b. Pompa penyedia bahan bakar
c. Pemanas bahan bakar
d. Saringan bahan bakar
e. Pompa injeksi
f. Katup-katup dan aliran masuk bahan bakar
g. Katup pengatur tekanan bahan bakar
h. Katup dan aliran kembali bahan bakar
i. Katup-katup by-pass dan kembali (return)
Gambar 26 Sistem Bahan Bakar Gas
Bagian sistem bahan bakar gas :
a. Pemisah bahan bakar gas (gas separator)
b. Katup-katup dan aliran masuk bahan bakar
c. Katup pengatur tekanan bahan bakar
d. Saringan bahan bakar
e. Katup pengaman tekanan bahan bakar (safety valve)
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 37
2.4. Sistem Minyak Pelumas (Lube Oil)
Sistem minyak pelumas berfungsi untuk menyediakan/menyiapkan minyak pelumas
yang bersih dengan tekanan dan temperatur yang dibutuhkan untuk keperluan:
- Pelumasan bantalan-bantalan turbin, kompresor, generator, peralatan start
(starting device) dan alat bantu lainnya (bearing pedestal)
- Minyak untuk pengangkat poros (jacking oil)
- Minyak untuk pemutar poros (turning/barring oil)
- Minyak untuk pengaturan (control oil)
- Minyak untuk pengaman turbin (hydraulic trip/emergency oil)
Bagian-bagiannya dari system pelumas, antara lain :
- Penampungan minyak
- Tangki minyak pelumas (lube oil tank)
- Pemanas minyak (oil heaters)
- Pemisah minyak (oil separator)
- Kipas pembuang gas (vapor exhaust fan)
- Pengaliran minyak
- Pompa utama minyak pelumas (main lube oil pump)
- Pompa bantu minyak pelumas (auxiliary lube oil pump)
- Pompa darurat minyak pelumas (emergency lube oil pump)
- Katup pengatur temperatur (thermostat)
- Pendingin minyak pelumas (lube oil cooler)
- Saringan ganda minyak pelumas (duplex oil filter)
- Pemipaan untuk pencatuan dan aliran kembali ke tangki pelumas
- Perlengkapan pengamanan dan pemantauan (safety and monitoring equipment);
seperti pengukur tekanan, level, temperature, dll.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 38
Gambar 27 Sistem Minyak Pelumas
2.5. Sistem Minyak Pengangkat Poros (Jacking oil)
Minyak bertekanan tinggi akan mengangkat dan melumasi (hydrodynamic
lubrication) poros untuk mengurangi puntiran dan menghindari gesekan di bantalan
pada saat poros berputar pelan.
Bagian-bagian sistem minyak pengangkat poros (jacking oil) :
- Pompa minyak pengangkat poros (jacking oil pump) yang menaikkan tekanan
dan mengalirkan minyak pelumas dari tangki minyak pelumas.
- Pemipaan yang mencatukan minyak bertekanan dari pompa pengangkat poros
ke seluruh bantalan-bantalan yang ada; setelah dari bantalan, minyak kembali
melalui saluran kembali minyak pelumas.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 39
- Perlengkapan pengamanan dan pemantauan (safety and monitoring equipment);
seperti pengukur tekanan, pelepas tekanan lebih dan katup satu arah (check
valve), dll.
Gambar 28 Sistem Jacking Oil
2.6 Sistem Minyak Pengaturan (Control Oil)
Fungsi sistem minyak pengaturan (control oil), antara lain :
- Menyediakan minyak pengaturan yang bersih dan bertekanan sesuai kebutuhan,
minyak berasal dari saluran keluar minyak pelumasan setelah pompa minyak
pelumas
- Menggerakkan penggerak (actuator) katup utama bahan bakar (main stop valve,
katup pengatur aliran bahan bakar (fuel control valve) dan katup stop darurat
(emergency stop valve)
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 40
Gambar 29 Sistem Minyak Pengatur (Control Oil)
Bagian-bagian sistem minyak pengatur (control oil) :
- Pompa minyak pengaturan (Control Oil pump) untuk menaikkan tekanan dan
mengalirkan minyak pengaturan ke penggerak-penggerak katup
- Saringan minyak pengaturan (control oil filter) untuk membersihkan minyak yang
mengalir ke penggerak katup (actuator)
- Penyangga tekanan minyak (accumulator) untuk menjaga kestabilan tekanan
minyak pengaturan
- Katup stop darurat (trip valve) untuk melepas (to drain) aliran/tekanan minyak
pengaturan segera kembali ke tangki minyak, sehingga minyak pengaturan
kehilangan tekanannya dan fungsinya.
-
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 41
2.7 Sistem Kelistrikan (Electrical)
Bila ditinjau dari sisi luar (jaringan luar), maka pasokan listrik dari bus 70 atau 150
kV melewati CB (circuit breaker) kemudian trafo utama (generator transformer). Dari
trafo utama tegangan diturunkan dan dicabang menjadi dua saluran. Satu saluran ke
generator dan saluran yang lain ke alat bantu (auxiliary).
Saluran ke generator melewati PMT (generator circuit breaker) dan digunakan untuk
kebutuhan penyaluran daya keluar generator. Energi listrik yang dibangkitkan dari
generator disalurkan ke pelanggan melalui saluran ini.
Saluran ke alat bantu melewati CB dan auxiliary transformer (trafo alat bantu). Pada
auxiliary transformator tegangan diturunkan sesuai dengan tegangan alat-alat bantu.
Setelah diturunkan tegangannya energi listrik didistribusikan ke alat-alat bantu
berupa motor-motor listrik dan sebagainya melalui motor control center (MCC).
Karena percabangan saluran listrik dari sistem jaringan terjadi setelah PMT
generator, maka pasokan listrik untuk alat bantu selalu tersedia sekalipun generator
dalam keadaan stop (tidak menghasilkan listrik).
MCC untuk alat bantu biasanya terdiri dari dua bagian, yaitu MCC untuk peralatan
yang berada menjadi satu dengan unit PLTG dan MCC untuk peralatan yang
terpisah dari unit PLTG, seperti misalnya sistem pendingin atau pompa forwading.
Sistem kelistrikan untuk alat bantu dilengkapi dengan batere charger dan station
batere yang berfungsi sebagai sumber pasok listrik DC. Kebutuhan listrik DC antara
lain digunakan untuk :
Tegangan kontrol
Pompa darurat
Penerangan darurat
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 42
Gambar 30 Sistem Kelistrikan (Electrical)
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 43
3. HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR (HRSG)
HRSG berfungsi untuk memanaskan air dengan menggunakan panas gas buang
dari turbin gas sehingga dihasilkan uap dengan tekanan dan temperatur tertentu
yang konstan. HRSG merupakan penghubung antara PLTG (siklus Brayton) dengan
PLTU (siklus Rankine).
Gambar 31 Diagram HRSG dengan aliran gas mendatar
Ditinjau dari sumber panasnya, HRSG dibagi menjadi dua, yaitu unfired dan fired
(auxiliary burner atau supplementary burner). HRSG unfired adalah HRSG yang
seluruh sumber panasnya diperoleh dari gas buang (exhaust gas) turbin gas.
Sedangkan HRSG supplementary burner adalah HRSG yang dilengkapi dengan
peralatan pembakaran bahan bakar (burner) sehingga sumber panas nya dapat
diperoleh dari gas buang turbin gas dan atau dari pembakaran bahan bakar. Tetapi
pada umumnya HRSG yang terpasang tidak dilengkapi dengan burner karena
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 44
penerapan HRSG pada PLTGU tujuan utamanya adalah memanfaatkan panas gas
buang dari PLTG yang masih tinggi temperaturnya untuk menghasilkan uap yang
akan memutar turbin uap. Dengan cara ini diperoleh peningkatan efisiensi termal
yang besar. HRSG juga disebut Waste Heat Recovery Boiler (WHRB).
3.1. Prinsip Kerja HRSG
Gas buang dari turbin gas yang temperaturnya masih tinggi (sekitar 550 0C) dialirkan
masuk ke HRSG untuk memanaskan air didalam pipa-pipa pemanas, kemudian gas
buang ini dibuang ke atmosfir melalui cerobong dengan temperatur yang sudah
rendah (sekitar 130 0C). Air didalam pipa-pipa yang berasal dari drum sebagian
berubah menjadi uap karena pemanasan tersebut. Campuran air dan uap ini
selanjutnya masuk kembali ke dalam drum. Di dalam drum, uap dipisahkan dari air
menggunakan separator.
Uap yang terkumpul kemudian diarahkan untuk memutar turbin uap, sedangkan air
nya dikembalikan kedalam drum untuk disirkulasikan lagi kedalam pipa-pipa
pemanas bersama dengan air pengisi yang baru. Demikian proses ini terjadi
berulang-ulang selama HRSG beroperasi. Agar dapat memproduksi uap yang
banyak dalam waktu yang relatif cepat, maka perpindahan panasnya dilakukan
dengan aliran berlawanan atau cross flow, dan sirkulasi airnya harus cepat.
Pada prinsip nya HRSG dan boiler adalah sama, yaitu suatu peralatan pemindah
panas yang digunakan untuk mengubah air menjadi uap dengan bantuan panas.
Perbedaan utama terletak pada sumber panas yang digunakan dan susunan pipa
pemanasnya.
Sumber panas untuk membangkitkan uap pada HRSG berasal dari energi panas
yang terkandung didalam gas buang PLTG. Sedangkan pada boiler (ketel), sumber
panas untuk membangkitkan uap berasal dari pembakaran bahan bakar didalam
ruang bakar (furnace) boiler. Pada boiler pipa-pipa pemanas disusun menjadi
dinding ruang bakar, sedangkan pada HRSG pipa-pipa pemanas disusun tegak
lurus terhadap aliran gas buang.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 45
Dengan kondisi demikian, maka HRSG :
Tidak memiliki ruang bakar
Tidak dilengkapi sistem bahan bakar
Tidak ada sistem udara bakar
Tidak memiliki penghembus jelaga (soot blower).
Gambar 32 Heat Recovery Steam Generator
3.2. Sifat Air dan Uap
Air apabila dipanaskan temperaturnya akan naik. Apabila pemanasan terhadap air
dilakukan terus, maka pada temperatur tertentu akan terjadi pendidihan. Makin tinggi
panas yang diberikan makin cepat proses pendidihan terjadi dan pada temperatur
tertentu seluruh air berubah menjadi uap.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 46
Uap tersebut berbentuk gelembung dan gelembung ini berisi uap jenuh. Supaya
gelembung uap dapat terbentuk, tekanan uap pada temperatur itu harus sama
dengan tekanan pada permukaan air. Jadi air dikatakan mendidih apabila tekanan
dari uap yang terbentuk sama dengan tekanan sekitarnya. Pada tekanan atmosfir
normal (1,013 bar), air akan mendidih pada temperatur 100 0C.
Pada tekanan yang lebih rendah dari tekanan atmosfir, air mendidih pada
temperatur lebih rendah dari 100 0C. Temperatur pendidihan tergantung pada
tekanan yang bekerja pada air tersebut. Makin tinggi tekanan pada air tersebut
makin tinggi temperatur pendidihan, dan sebaliknya. Sebagai contoh dibawah ini
hubungan antara tekanan dan temperatur pendidihan (boiling temperature).
Tabel 1 Temperatur didih pada nilai Tekanan tertentu
Pendidihan dibedakan menjadi dua macam, yaitu :
Nucleate Boiling
Yaitu proses pendidihan normal dalam boiler (HRSG). Temperatur Air dinaikkan
mencapai titik didih. Gelembung-gelembung uap secara individu terbentuk saat
air berhubungan dengan permukaan logam pipa yang panas. Ketika gelembung
ini terbentuk, dan meninggalkan permukaan logam pipa, air dingin berikutnya
akan membasahi pipa (karena adanya sirkulasi), dengan demikian temperatur
pipa selalu berada dalam batas yang diizinkan.
Tekanan (bar) 0,1574 0,3116 0,5780 1,0132 2,000 3,500
Temperatur (oC) 55 70 85 100 120,2 138,9
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 47
Film Boiling
Adalah kondisi pendidihan yang tidak normal, disebabkan oleh aliran air
(sirkulasi air) tidak cukup (lambat). Gelembung uap terbentuk ketika air
menyentuh permukaan logam pipa. Gelembung uap berkumpul dan membentuk
film uap dan menyelimutinya. Karena permukaan dalam tube tidak didinginkan
oleh air, maka temperatur logam tube akan naik. Tube dapat menjadi rusak
(overheating, pecah). Istilah yang digunakan untuk kejadian ini adalah DNB
(Departure from Nucleate Boiling)
Kalor atau panas dapat dibedakan menjadi :
Kalor Sensibel
Sebagaimana disebutkan diatas pemberian panas pada air (zat cair) akan
menyebabkan temperatur zat tersebut naik. Panas yang diterima air sehingga
temperaturnya naik sampai titik didihnya disebut panas sensibel atau enthalpi
didih dan diberi simbol hf dalam tabel uap. Apabila tekanannya naik, maka
temperatur didih juga naik dan panas sensibelnya juga bertambah.
Kalor Laten
Pemberian panas pada air yang telah mendidih tidak akan menaikkan temperatur
air tersebut, tetapi akan mengakibatkan air berubah menjadi uap jenuh. Atau
dikatakan air berubah fase (wujud) menjadi uap jenuh. Panas yang diberikan
untuk merubah air menjadi uap disebut panas penguapan atau panas latent atau
enthalpi penguapan dan diberi simbol hfg didalam notasi tabel uap.
Kalor Total
Jumlah panas yang diberikan untuk merubah air menjadi uap jenuh, yaitu panas
sensibel dan panas laten disebut panas total atau enthalpi total uap jenuh dan
diberi simbol hg.
Jadi hg = hf + hfg
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 48
Gambar 33 Diagram pemanasan air
3.3. Kualitas Uap
Didalam membahas kualitas uap kita mengenal istilah uap jenuh, uap basah dan
uap kering. Uap jenuh artinya uap yang sudah tidak mengandung air lagi, jadi
seluruh materinya berwujud uap. Uap basah adalah uap yang masih mengandung
butir-butir air atau campuran antara uap dan air. Sedangkan uap kering sama
dengan uap jenuh atau uap yang kadar airnya sudah 0 % (tidak mengandung air).
Tingkat kebasahan uap dapat dinyatakan dengan banyaknya kandungan air didalam
campuran air uap. Sedangakan apabila ditinjau dari sisi uapnya, dikenal istilah
tingkat kekeringan (dryness fraction), yaitu banyaknya kandungan uap dalam
campuran air uap.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 49
Uap jenuh apabila dipanaskan lebih lanjut, maka temperaturnya akan naik dan
disebut uap superheat (uap panas lanjut). Uap superheat tentunya mempunyai
kandungan kalor yang lebih tinggi dibanding uap jenuh.
Contoh : Dari tabel di bawah ditunjukkan bahwa dengan tekanan 500 kPa,
temperatur jenuhnya 151,8 o C dan mempunyai enthalpy 2748,1 kJ/kg. Jika
superheater menaikkan temperaturnya sampai 500 oC, maka uap akan berubah
menjadi uap panas lanjut sehingga enthalpy uap naik menjadi : 3484,5 kJ/kg
Tabel 2 Pembacaan tabel Saturated water dan Superheated steam
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 50
Enthalpi adalah energi panas yang dikandung dalam suatu zat. Enthalpi juga disebut
panas dalam (heat content). Di dalam menghitung panas dalam uap selain entalpi,
juga digunakan entropi. Entropi berhubungan dengan proses ekspansi adiabatis
dalam mesin. Perubahan entropi bernilai positif ketika panas diserap oleh gas, dan
bernilai negatif (berkurang) ketika panas dibuang.
3.4. Konstruksi dan Tata Letak HRSG
Sistem tata letak HRSG mempunyai banyak variasi baik jenis maupun jumlahnya.
Ditinjau dari sistem sirkulasi airnya HRSG dibedakan menjadi :
HRSG sirkulasi alam
HRSG sirkulasi paksa.
Bila ditinjau dari tekanan kerjanya, HRSG dapat dibedakan menjadi :
HRSG dengan satu tekanan (single pressure)
HRSG dengan dua tekanan (dual pressure)
HRSG dengan tekanan bertingkat (multi pressure)
Sedangkan bila ditinjau dari sumber panasnya, HRSG dapat dikelompokkan
menjadi:
HRSG tanpa bantuan pembakaran (nonfire)
HRSG dengan bantuan pembakaran (auxiliary/supplementary burner)
3.4.1. HRSG sirkulasi Alam (Natural Circulation)
HRSG dengan sirkulasi alam memiliki pipa-pipa pemanas yang disusun secara
vertikal berjajar sepanjang HRSG. Arah aliran gas buang dari turbin gas mendatar
memotong pipa-pipa pemanas secara tegak lurus. Selanjutnya gas buang keluar
melalui cerobong yang dipasang pada ujung HRSG.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 51
Susunan pipa-pipa didalam HRSG sirkulasi alami dibuat vertikal dengan ketinggian
yang relatif rendah. Inlet duct HRSG disambungkan dengan exhaust turbin gas
dengan menggunakan expansion joint. Ketika mendapat pemanasan, sirkulasi air
alami terjadi dari drum ke evaporator dan kembali ke drum.
Gambar 34 Prinsip Sirkulasi Alami (Natural Circulation)
Gambar 35 . HRSG sirkulasi alami (aliran gas mendatar).
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 52
3.4.2. HRSG sirkulasi Paksa (Forced Circulation)
Konstruksi pipa-pipa pemanas pada HRSG dengan sirkulasi paksa dipasang dengan
posisi mendatar disusun dari bawah keatas. Gas panas dari turbin gas masuk dari
sisi bawah keatas memotong pipa-pipa pemanas dan selanjutnya keluar melalui
cerobong yang berada diatas HRSG.
Air pengisi masuk ke dalam drum melewati ekonomiser. Selanjutnya air di
sirkulasikan dari drum ke pipa-pipa penguap (evaporator) dan kembali ke drum
dengan menggunakan pompa sirkulasi. Proses perpindahan panas dari gas panas
ke air terjadi didalam pipa-pipa penguap sehingga sebagian air berubah menjadi
uap.
Uap yang terbentuk bersama-sama dengan air masuk kembali ke dalam drum.
Didalam drum uap dipisahkan dari air, dan uap selanjutnya mengalir ke superheater
atau langsung ke turbin, sedangkan air bercampur kembali dengan air yang ada
didalam drum.
Gambar 36 Prinsip Sirkulasi Paksa (Forced Circulation)
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 53
Umumnya pompa sirkulasi mempunyai laju sirkulasi sekitar 1,7. Artinya jumlah air
yang disirkulasikan 1,7 kali kapasitas penguapan.
Beberapa keuntungan dari sistem sirkulasi paksa
Waktu start (pemanasan) lebih cepat
Mempunyai respon yang lebih baik dalam mempertahankan aliran air ke pipa-
pipa pemanas pada saat start maupun beban penuh.
Mencegah kemungkinan terjadinya stagnasi pada sisi penguapan
Gambar 37 HRSG dengan aliran gas vertikal
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 54
3.4.3. HRSG dengan tekanan tunggal (Single Pressure)
Pada HRSG ini uap yang dihasilkan hanya memiliki satu tekanan. Susunan PLTGU
dengan satu tekanan biasanya turbin gas, generator, dan turbin uapnya dibuat
menjadi satu poros.
Gambar 38 HRSG dengan tekanan tunggal (single pressure)
3.4.4. HRSG Dengan Dua Tekanan (Dual Pressure)
HRSG ini menghasilkan dua tingkat tekanan, yaitu tekanan tinggi dan tekanan
rendah. Uap tekanan tinggi digunakan untuk memutar turbin tekanan tinggi (High
Pressure turbine), sedangkan uap tekanan rendah bersama-sama dengan uap
bekas dari turbin tekanan tinggi digunakan untuk menggerakkan turbin tekanan
rendah (Low Pressure turbine).
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 55
Tujuan membuat dua tingkat tekanan adalah untuk meningkatkan efisiensi termal
siklus kombinasi. Dengan dua tingkat tekanan, maka gas buang sebelum dibuang ke
atmosfir dapat digunakan untuk menghasilkan uap dengan tekanan dan temperatur
yang rendah sehingga panas gas buang dimanfaatkan dengan lebih optimal.
Aliran gas panas dari turbin gas masuk melalui sisi bawah HRSG mengalir ke atas
melewati pipa-pipa superheater, evaporator, ekonomiser tekanan tinggi sambil
menyerahkan panas. Selanjutnya melewati pipa-pipa dengan fungsi yang yang
sama tetapi dengan tekanan lebih rendah yang berada dibagian atasnya kemudian
dibuang keatmosfir melalui cerobong yang terletak diatas HRSG.
Gambar 39 HRSG dengan dua tingkat tekanan (dual pressure)
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 56
3.4.5. HRSG Tekanan Bertingkat (Multi Pressure)
HRSG jenis ini mempunyai tiga tingkat tekanan yang berbeda, yaitu tekanan tinggi
(HP), tekanan menengah (IP), dan tekanan rendah (LP). Dengan tiga tingkat
tekanan efisiensi termal siklus kombinasi akan lebih baik karena celah diantara
tekanan tinggi dan rendah masih dimanfaatkan untuk menghasilkan uap tekanan
menengah.
Gas buang dari turbin gas mengalir mendatar sambil menyerahkan panasnya ke
pipa-pipa pemindah panas yang dipasang tegak sebagaimana pada sistem satu
tekanan ataupun dua tekanan.
Gambar 40 Diagram HRSG Multi Pressure
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 57
3.4.6. HRSG dengan Burner bantu (Auxiliary burner)
Pada umumnya HRSG yang digunakan di Indonesia adalah unfire, tetapi dalam
industri terdapat HRSG dengan bantuan burner (auxiliary burner). Hal ini diterapkan
apabila ketersediaan gas panas dari luar tidak konstan. Penggunaan burner bantu
pada HRSG tujuannya adalah untuk meningkatkan temperatur gas (sekitar 820 0 C)
sehingga diperoleh produksi uap yang lebih besar.
Pembakaran bahan bakar dengan memanfaatkan excess air yang tinggi dalam gas
buang. Dengan cara ini dapat menaikkan kapasitas output turbin uap hingga 85 %,
tetapi disisi lain polusi akibat emisi gas buang menjadi lebih besar.
Gambar 41 HRSG dengan burner bantu
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 58
4. PENGOPERASIAN PLTGU
4.1 Pemeriksaan dan Persiapan Start
a. Pemeriksaan secara umum, meliputi sistem TAG, kebocoran minyak, dan pasok
listrik.
b. Pemeriksaan Sistem Kontrol dan instrumen, meliputi power supply, annunciator,
indikator dan interlock.
c. Pemeriksaan Kompresor dan perlengkapannya, meliputi inlet filter, penggerak
IGV, bleed valve, atomising air dan pendingin udara.
d. Pemeriksaan Turbin dan perlengkapannya, meliputi level minyak pelumas,
turning gear, pompa pelumas, pendingin pelumas, dan minyak hidrolik.
e. Pemeriksaan Sistem Pendingin, meliputi level air pendingin, pompa, radiator,
fan dan kebocoran.
f. Pemeriksaan Sistem Bahan bakar minyak, meliputi level tangki, pompa, filter,
shut off valve dan salurannya.
g. Pemeriksaan Generator dan Eksiter, meliputi pendingin generator, sikat arang
dan slipring, dan switch gear.
h. Pemeriksaan Sistem Pemadam Kebakaran, meliputi tekanan gas, solenoid
valve, damper-louver, dan kebocoran saluran.
4.2 Pengoperasian Turbin Gas
4.2.1. Start Turbin Gas
PLTG dapat dijalankan pada beberapa posisi sesuai mode start yang dipilih.
Pemilihan start dilakukan dengan memindah Operation Switch pada posisi yang
dikehendaki, sedang perintah (initiate) start dilakukan dengan Master Control
Switch.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 59
Posisi operation switch adalah :
Off; posisi untuk unit tidak dapat di start
Crank (spin); posisi untuk unit dapat distart hingga putaran 20% tanpa terjadi
pembakaran.
Fire; posisi untuk unit dapat distart, dan terjadi pembakaran hingga putaran 28
%
Auto; posisi untuk unit dapat distart, dan terjadi pembakaran hingga Full Speed
No Load (FSNL).
Gambar 42 Sistem Start
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 60
Gambar 43 Kurva operasi PLTG
4.2.2. Pembebanan
Hal-hal yang harus diperhatikan pada saat pembebanan adalah :
Untuk mencegah generator menjadi motor, maka sekitar 1 detik setelah sinkron,
generator dibebani 2 - 5 MW.
Program pembebanan dapat dilakukan dalam beberapa pilihan. Pengatur
pembebanan terdiri atas:
- Spinning Reserve, adalah pengatur beban minimum
- Preselected Load, adalah pengatur beban berdasarkan setting
- Base Load, adalah pengatur beban dasar (MCR)
- Peak Load, adalah pengatur beban tertinggi.
- PLTG dilengkapi fasilitas program start dan pembebanan secara cepat. Cara ini
dilakukan dengan mengaktifkan tombol Fast Load Start. Unit akan start
dengan waktu yang lebih cepat daripada normal start.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 61
Start cepat akan menyebabkan komponen PLTG yang dilalui gas panas menjadi
berkurang umurnya, karena kenaikan suhu yang lebih cepat. Oleh karena itu
start cepat sebaiknya dihindari.
4.2.3 Shut Down Turbin Gas
Menyetop unit PLTG dilakukan dengan memberi sinyal stop dari master control.
Apabila sinyal stop diberikan saat unit masih berbeban, maka :
Beban akan turun secara perlahan sesuai penurunan digital set point dari
pengatur bahan bakar (FSR)
Pada saat beban nol relay reserve power kerja membuka CB generator
Untuk PLTG yang beroperasi sendiri (isolate), CB generator terbuka oleh relay
putaran nominal atau frekuensi rendah.
Relay putaran nominal, memerintahkan Trip Valve bahan bakar menutup.
Putaran turun dan relay putaran akan memerintahkan bleed valve membuka,
kemudian pompa pelumas bantu jalan.
Putaran turun terus sampai nol, dan pada saat putaran nol kopling turning
masuk dan turning gear jalan memutar poros turbin dengan putaran rendah.
Selain stop normal PLTG juga dilengkapi dengan stop darurat (emergency
stop).
Stop darurat dilakukan apabila operasi PLTG mendapat gangguan dan jika
dibiarkan terus beroperasi akan menimbulkan kerusakan yang fatal atau
membahayakan lingkungan. Proses stop darurat sama dengan stop karena trip.
Trip adalah bekerjanya sistem pengaman untuk menutup katup bahan bakar
dan CB generator apabila salah satu parameter kritis PLTG melampaui
batasannya. Pada saat trip, maka katup bahan bakar langsung menutup dan
beban langsung nol, sedang urutan stop selanjutnya sama dengan stop normal.
-
Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal 62
4.3. Pengoperasian HRSG
HRSG sebagai mesin pembangkit uap harus dibuat sedemikian rupa sehingga dapat
memanfaatkan panas gas buang dari turbin gas semaksimal mungkin. Agar dapat
memproduksi uap yang banyak didalam waktu yang relatif cepat, maka perpindahan
panas nya dilakukan dalam aliran berlawanan dan sirkulasi airnya dilakukan secara
paksa.
4.3.1. Persiapan dan Pemeriksaan sebelum Start HRSG
Sebelum mengoperasikan HRSG, harus dilakukan pemeriksaan semua komponen,
terlebih bila HRSG usai dilakukan pemeliharaan atau inspection.
Pemeriksaan dan persiapan meliputi kelompok peralatan :
Umum, antara lain terdiri dari posisi katup-katup, manhole, kebocoran, dan
instrument.
Alat bantu, antara lain terdiri dari : sistem air limbah, pengisi, kontrol diverter
damper.
Sistem pendingin, antara lain terdiri dari : level pelumas, sistem pendingin
bantu, katup-katup, dan sebagainya.
4.3.2 Pengisian HRSG.
Pengisian air ke HRSG dilakukan denga