BAB 2

Laporan Praktik Kerja Lapangan di PT. PJB PLTU UBJO & M Indramayu 3 x 330 MW

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Uap

2.1.1 Pengertian PLTU

PLTU adalah jenis pembangkit listrik tenaga termal yang banyak digunakan,

karena efisiensinya baik dan bahan bakarnya mudah didapat sehingga menghasilkan energi

listrik yang ekonomis. PLTU merupakan mesin konversi energi yang merubah energi kimia

dalam bahan bakar menjadi energi listrik. Proses konversi energi pada PLTU berlangsung

melalui tiga tahapan yaitu:

1. Energi kimia dalam bahan bakar diubah menjadi energi panas dalam bentuk uap

bertekanan dan temperatur tinggi.

2. Energi panas (uap) diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran.

3. Energi mekanik diubah menjadi energi listrik.

Gambar 2.1 Proses Konversi Energi pada PLTU

BOILER

TURBINE

GENERATOR

SHAFT ELECTRICITY

STEAM

MECHANICAL

TO

ELECTRICAL

HEAT TO

MECHANICAL

CHEMICAL

TO HEAT

FUEL


Dibanding jenis pembangkit lainnya PLTU memiliki beberapa keunggulan.

Keunggulan tersebut antara lain:

Dapat dioperasikan dengan menggunakan berbagai jenis bahan bakar (padat, cair, gas).

Dapat dibangun dengan kapasitas yang bervariasi.

Dapat dioperasikan dengan berbagai mode pembebanan.

Kontinyuitas operasinya tinggi.

Usia pakai (life time) relative lama.

Namun PLTU mempunyai beberapa kelemahan yang harus dipertimbangkan

dalam memilih jenis pembangkit termal. Kelemahan itu adalah:

Sangat tergantung pada tersedianya pasokan bahan bakar.

Tidak dapat dioperasikan (start) tanpa pasok listrik dari laur.

Memerlukan tersedianyan air pendingin yang sangat banyak dan kontinyu.

Investasi awalnya mahal.

2.1.2 Prinsip Kerja PLTU

PLTU menggunakan fluida kerja air uap yang bersirkulasi secara tertutup. Siklus

tertutup artinya menggunakan fluida yang sama secara berulang-ulang. Urutan sirkulasinya

secara singkat adalah sebagai berikut:

1. Air diisikan ke boiler hingga mengisi penuh seluruh luas permukaan pemindah panas.

Didalam boiler air ini dipanaskan dengan gas panas hasil pembakaran bahan bakar

dengan udara sehingga berubah menjadi uap.

2. Uap hasil produksi boiler dengan tekanan dan temperature tertentu diarahkan untuk

memutar turbin sehingga menghasilkan daya mekanik berupa putaran.

3. Generator yang dikopel langsung dengan turbin berputar menghasilkan energy listrik

sebagai hasil dari perputaran medan magnet dalam kumparan.


Uap bekas keluar turbin masuk ke kondensor untuk didinginkan dengan air

pendingin agar berubah kembali mejadi air. Air kondensat hasil kondensasi aup kemudian

digunakan lagi sebagai air pengisi boiler. Demikian siklus ini berlangsung terus menerus dan

berulang-ulang. Gambar 2.2 menunjukkan diagram sederhana PLTU dengan komponen

utama dan siklus kerja sistem - sistemnya.

Gambar 2.2 Bagan Siklus PLTU secara umum

Secara umum, pembangkit listrik merupakan proses perubahan bentuk satu energi

ke bentuk energi lain dimana sebagai produknya berupa energi listrik. PLTU mengubah

energi kimia dari bahan bakar menjadi energi panas yang ditransfer ke air pengisi sehingga

menjadi energi kinetik pada uap yang kemudian uap tersebut digunakan untuk memutar

turbin, dari putaran poros turbin menggerakan generator sehingga menghasilkan energi

listrik.

Bentuk / wujud energi diatas posisinya / keberadaannya seperti berikut :

Energi Kimia, terdapat dalam bahan bakar.

Energi Kimia → Energi Kalor → Energi Kinetik → Energi

Mekanik

→ Energi Listrik


Energi Kalor, terjadi pada proses reaksi / pembakaran, panas diteruskan ke dinding pipa

ketel, diterima air ketel sebagai energi kalor

Energi Kinetik, energi uap berubah fungsi kecepatan mendorong sudu memutar poros

turbin.

Energi Mekanik merupakan pemusatan energi yang terletak disumbu poros turbin.

Energi Listrik, putaran poros turbin diteruskan ke poros generator menghasilkan

listrik.

Untuk merealisasikan transformasi energi pada berbagai komponen utama PLTU,

diperlukan fluida perantara yang disebut fluida kerja. Fluida kerja yang dipakai di PLTU

adalah air. Sebagai perantara, fluida kerja akan mengalir melintasi beberapa komponen

utama PLTU dalam suatu siklus tertutup. Selama melewati lintasan tertutup tersebut, fluida

kerja mengalami perubahan wujud yaitu dari air menjadi uap untuk kemudian menjadi air

kembali. Karena itu siklus fluida kerja dapat dipisahkan menjadi dua sistem, yaitu sistem

uap dan sistem air.

Sekalipun siklus fluida kerjanya merupakan siklus tertutup, namun jumlah air

dalam siklus akan mengalami pengurangan. Pengurangan air ini disebabkan oleh kebocoran

yang tak disengaja. Untuk mengganti air yang hilang, maka perlu adanya penambahan air

kedalam siklus. Kriteria air penambah (make up water) ini harus sama dengan air yang ada

dalam siklus.

2.2 Siklus Rankine

2.2.1 Siklus Rankine Superheat

Proses 1-2-3-4 merupakan siklus Rankine ideal dengan pemanasan lanjut untuk

mendapatkan uap kering.


Gambar 2.3 Siklus Rankine Superheat

(Sumber: Property Tables Booklet Cengel Thermodynamics 6th ed.)

Adapun penjelasan proses tersebut adalah sebagai berikut:

1 – 2 Kompresi isentropis pada pompa.

2 – 3 Penambahan kalor dengan tekanan konstan di boiler.

3 – 4 Ekspansi isentropis pada turbin.

4 – 1 Pelepasan kalor dengan tekanan konstan pada kondensor.

2.2.2 Siklus Rankine dengan Reheater

Untuk meningkatkan efisiensi siklus Rankine maka dari siklus Rankine ideal

dilakukan perubahan dengan memanaskan ulang uap hasil ekspansi turbin pertama ke

reheater dengan tujuan menaikan entalpi uap sehingga energy uap naik, selain itu uap yang

digunakan untuk ekspansi ke turbin tingkat berikutnya tidak terdapat embun yang

menyebabkan kerusakan sudu.


Gambar 2.4 Siklus Rankine dengan Reheater.

(Sumber: Property Tables Booklet Cengel Thermodynamics 6th ed.)

Penjelasan dari gambar diatas sebagai berikut:

1 – 2 Kompresi isentropis pada pompa

2 – 3 Penambahan kalor dengan tekanan konstan di boiler

3 – 4 Ekspansi isentropis pada turbin tingkat pertama

4 – 5 Pemanasan ulang uap dari turbin tingkat pertama dengan tekanan konstan

5 – 6 Ekspansi isentropis pada turbin tingkat kedua

6 – 1 Pelepasan kalor dengan tekanan konstan pada kondensor

2.3 Sistem – Sistem Pada PLTU

Pada prinsipnya PLTU mempunyai sistem / siklus aliran, yaitu:

2.3.1. Sistem Air Pendingin

Sistem air pendingin PLTU dibedakan menjadi dua yaitu sistem air pendingin

utama dan sistem air pendingin bantu (auxiliary cooling water)


Fungsi utama dari sistem air pendingin utama adalah menyediakan dan memasok

air pendingin yang diperlukan untuk mengkondensasikan uap bekas dan drain uap didalam

kondensor. Fungsi lainnya adalah memasok air untuk mendinginkan “Heat Exchanger”

pada sistem air pendingin bantu (auxiliary cooling water) yang merupakan siklus pendingin

tertutup.

Air pendingin utama merupakan media pendingin untuk menyerap panas laten

uap bekas dari turbin yang mengalir kedalam kondensor. Tanpa pasokan air pendingin

turbin kondensasi tidak dapat dioperasikan. Sedangkan aliran air pendingin utama yang

kurang dapat menyebabkan vakum kondensor menjadi rendah dan dapat mengakibatkan unit

trip. Sistem air pendingin harus dirancang mampu memenuhi kebutuhan operasi unit

pembangkit secara konitinyu, ekonomis dan handal. Rancangan sistem air pendingin harus

meliputi:

Menjamin tersedianya air untuk keperluan operasi PLTU pada setiap waktu

Jumlah aliran airnya cukup untuk menghasilkan efisiensi PLTU yang optimal

pada semua kondisi beban temperatur.

Penyediaan air yang stabil pada semua kondisi tanpa perlu pengaturan

Pemeliharaannya murah dan mudah dilakukan

Biaya investasi dan operasinya rendah.

Jumlah dan temperatur air pendingin yang tersedia akan menentukan vakum

kondensor maksimum yang dapat dicapai. Oleh karena itu banyak PLTU yang dibangun di

tepi pantai (laut) berhubungan dengan tersedianya sumber air yang tak terbatas.

Aliran uap bekas (exhasut steam) turbin yang masuk kondensor harus

terdistribusikan sedemikian rupa sehingga perpindahan panas laten uap ke air pendingin

berlangsung dengan optimal. Kondensor hanya perlu untuk mengkondensasikan uap saja,

pendinginan lebih lanjut justru akan merugikan.

Jumlah panas yang dibuang ke laut atau udara sangatlah besar, tetapi kerugian

panas ini menjadi berkurang apabila kapasitas unitnya makin besar. Sebagai gambaran


untuk mengkondensasikan 0,45 kg uap di kondensor diperlukan air pendingin sekitar 29 kg.

PLTU kapasitas 20 MW atau lebih kecil memerlukan sekitar 0,22 m3 air pendingin untuk

setiap tenaga listrik yang dibangkitkan ( 0,22 m3 /kwh).

2.3.2. Sistem Air dan Uap

Gambar 2.5 Siklus Air dan Uap pada PT. PJB PLTU UBJOM Indramayu

(Sumber: Departemen SDM, PT. PJB PLTU UBJOM Indramayu)

Air kondensat dari kondensor dipompa oleh Condensate Pump melalui Low

Pressure Heater I sampai Low Pressure Heater IV guna menaikkan temperatur air kondensat

yang menuju ke Deaerator untuk proses pembuangan O2 yang terkandung dalam air

kondensat, dengan sistem penyemprotan uap yang diambil dari Extraction Steam Turbin.

Boiler Feed Pump berfungsi memompa air dari Deaerator, melalui High Pressure Heater I

dan High Pressure Heater II, untuk menaikkan temperatur air Feed Pump menuju Steam

Drum. Dari sini, air lalu didistribusikan ke seluruh pipa Water Wall untuk proses pemanasan

dalam Boiler hingga mencapai temperatur dan tekanan yang sesuai kebutuhanmelalui Super

Heater menuju Steam Line untuk memutar sudu-sudu Turbin. Sebagian uap bekas untuk


pemanas Low Pressure Heater dan Deaerator serta High Pressure Heater yang telah

berekspansi tersebut, kemudian diembunkan menjadi air kondensat dalam Kondensor dan

ditampung dalam Condensate Tank.

2.3.3. Sistem Bahan Bakar

Gambar 2.6 Siklus Bahan Bakar pada PT. PJB PLTU UBJOM Indramayu


Bahan bakar batubara pada PLTU batubara adalah sebagai bahan bakar utama.

Sistem penanganan batubara dimulai dari Coal Jetty, panjang Coal Jetty sekitar 240 meter

dan letaknya 1,37 kilometer dari tepi pantai. Batubara diangkut kapal vessel dan diturunkan

menggunakan Ship Unloader. Selanjutnya dibawa menuju Coal Yard dengan menggunakan

Conveyor Belt. Selanjutnya dibawa menuju ke crusher house, untuk menghancurkan

batubara menjadi ukuran yang lebih kecil sebelum menuju Coal Silo. Dari coal silo,

batubara dihaluskan dari ukuran 50mm menjadi 200 mess di pulverizer, lalu dibawa ke

furnance untuk proses pembakaran.


Mill (pulverizer) berfungsi untuk menggerus batu bara sehingga menjadi serbuk

(200 mesh). Sedangkan untuk membawa serbuk batu bara ke burner, dihembuskan udara

primer ke mill. Udara primer dihasilkan oleh Primary Air Fan dan sebelum masuk ke mill

dipanaskan terlebih dahulu pada pemanas udara primer (Primary Air Heater) sehingga

cukup untuk mengeringkan serbuk batu bara.

2.2.4. Sistem Udara Pembakaran

a. Sistem Udara

Gambar 2.7 Siklus Udara Pembakaran

(Sumber: Sistem Udara dan Gas oleh Alief Rakhman

http://rakhman.net/2013/07/sistem-udara-dan-gas.html#main )

Udara berfungsi untuk proses pembakaran bahan bakar sehingga disebut udara

pembakaran. Udara berasal dari atmosfer dihisap oleh Forced Draft fan dan dialirkan ke air


heater. Udara panas dari air heater kemudian masuk kedalam wind box dan selanjutnya

didistribusikan ke tiap-tiap burner untuk proses pembakaran.

Peralatan yang berada dalam siklus udara adalah Forced Draft Fan (FDF), air

heater, dan wind box. Forced Draft fan berfungsi sebagai pemasok udara pembakaran,

dimana udara ini diambil dari atmosfer. Air heater berfungsi untuk memanaskan udara

pembakaran dengan memanfaatkan panas dari gas buang (flue gas). Wind box berfungsi

untuk mendistribusikan udara pembakaran ke masing-masing burner agar terjadi proses

pembakaran yang sempurna.

b. Sistem Gas

Gambar 2.8 Siklus Gas Boiler

(Sumber: Sistem Udara dan Gas oleh Alief Rakhman

http://rakhman.net/2013/07/sistem-udara-dan-gas.html#main) diunduh pada 9 September 2015

Gas panas hasil pembakaran atau disebut gas buang (flue gas) berfungsi sebagai

sumber energi panas. Gas panas dari ruang bakar (furnace) dialirkan ke pipa-pipa

Superheater I dan II, pipa-pipa reheater, economizer, dan ke air heater. Dari air heater gas

masuk ke alat penangkap abu (Electrostatic Precipitator / ESP).

http://rakhman.net/2013/07/sistem-udara-dan-gas.html#main


Dari ESP gas dihisap oleh ID Fan untuk selanjutnya dibuang ke atmosfer melalui

cerobong (stack). Peralatan yang termasuk dalam sistem gas buang meliputi Air heater

(AH), Electrostatic Precipitator (ESP) atau Baghouse Filter, dan Induced Draft Fan (IDF).

Air Heater, peralatan berfungsi untuk memanaskan udara pembakaran dengan

memanfaatkan panas gas buang. Electrostatic Precipitator (ESP) atau Baghouse Filter

berfungsi untuk menangkap abu dan debu yang terbawa dalam gas sebelum dibuang ke

atmosfir. Induced draft fan (IDF) berfungsi untuk menghisap gas dan membuang ke

atmosfir melalui cerobong. IDF juga berfungsi mengontrol tekanan ruang bakar agar selalu

sedikit vakum.

2.3 Komponen pada 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:

2.3.1. Boiler (ketel uap)

Gambar 2.9 Bagan Boiler di PT. PJB PLTU UBJOM Indramayu



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). Dalam pengoperasiannya, boiler

ditunjang oleh beberapa peralatan bantu seperti economizer, ruang bakar, dinding pipa,

burner, steam drum, superheater dan cerobong.

A. Economizer

Economizer atau pemanas awal berfungsi untuk memanaskan air pengisi ketel

sebelum masuk ke boiler. Pemanasan awal ini perlu yaitu untuk meningkatkan

efisiensi ketel dan juga agar tidak terjadi perbedaan temperatur yang besar di

dalam boiler yang dapat mengakibatkan keretakan dinding boiler.

B. Ruang bakar (furnace)

Ruang bakar adalah bagian dari boiler yang dindingnya terdiri dari pipa-pipa

air. Pada sisi bagian depan terdapat sembilan burner yang letaknya terdiri atas

3 tingkat tersusun secara mendatar.

C. Dinding pipa (wall tube)

Merupakan dinding di dalam ruang bakar yang berfungsi sebagai tempat

penguapan air. Dinding ini berupa pipa-pipa yang berisi air yang berderet

secara vertikal.

D. Burner

Merupakan peralatan pembakar yang bahan bakarnya terbagi menjadi bagian-

bagian kecil sehingga memudahkan proses pembakaran dengan udara. Bahan

bakar HSD (High Speed Diesel) dipergunakan untuk pembakaran awal.

Sedangkan bahan bakar utamanya adalah residu. Penyalaan burner tergantung

pada beban beban dari unit. Burner Management System (BMS) adalah


penyaluran konfigurasi penyalaan burner pada saat start up atau shut down dan

load change. Jumlah burner yang menyala atau mati tergantung pada beban

generator yang sebanding dengan kapasitas bahan bakar untuk memproduksi

uap pada boiler. Konfigurasinya diatur supaya pemanasan dalam ruang bakar

merata dan efisien. Penyalaan boiler yang tidak seimbang dengan beban

generator dapat mengakibatkan tidak stabilnya tekanan dan temperatur uap.

E. Steam drum

Steam drum adalah alat pada boiler yang berfungsi untuk menampung feed

water dalam pembuatan uap yang temperaturnya cukup tinggi dan berupa

campuran air dan uap. Di dalam steam drum terdapat peralatan pemisah uap.

Campuaran feed water dan uap mengalir mengikuti bentuk separator sehingga

uap air pada campuran akan jatuh dan masuk ke saluran primary dan

seconadry superheater. Uap yang telah dipisahkan oleh separator masuk ke

cevron dryers. Disini uap mengalami pemisahan yang terakhir sehingga

didapat uap jenuh. Air yang jatuh dialirkan ke bagian bawah dari drum secara

gravitasi dan mengalir ke dalam tempat penampungan kemudian keluar melalui

down corner dan uap jenuh akan keluar dari dry box.

2.3.2. 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.


2.3.3. 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) kondensor. 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.

2.3.4 Generator

Generator adalah peralatan pengubah energi mekanik manjadi energi listrik.

Selain komponen utama, komponen penunjang yang terdapat dalam suatu PLTU

pada umumnya adalah :

2.3.5 Desalination Plant

Peralatan ini berfungsi untuk mengubah air laut (brine) menjadi air tawar (fresh

water) dengan metode penyulingan (kombinasi evaporasi dan kondensasi). Hal ini

dikarenakan sifat air laut yang korosif, sehingga jika air laut tersebut dibiarkan langsung

masuk ke dalam unit utama, maka dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan PLTU.

2.3.6 Demineralizer Plant (Unit Demin)

Berfungsi untuk menghilangkan kadar mineral (ion) yang terkandung dalam air

tawar. Air sebagai fluida kerja PLTU harus bebas dari mineral, karena jika air masih

mengandung mineral berarti konduktivitasnya masih tinggi sehingga dapat menyebabkan


terjadinya GGL induksi pada saat air tersebut melewati jalur perpipaan di dalam PLTU. Hal

ini dapat menimbulkan korosi pada peralatan PLTU.

2.3.9 Hidrogen Plant dan Chlorination Plant

Pada PLTU digunakan hydrogen (H2) sebagai pendingin Generator. Sedangkan

Chlorination Plant berfungsi untuk menghasilkan senyawa natrium hipoclorit (NaOCl) yang

digunakan untuk memabukkan / melemahkan mikro organisme laut pada area water intake.

Hal ini dimaksudkan untuk menghindari terjadinya pengerakkan (scaling) pada pipa-pipa

kondensor maupun unit desal akibat perkembangbiakan mikro organisme laut tersebut.

2.3.11 Auxiliary Boiler (Boiler Bantu)

Pada umumnya merupakan boiler berbahan bakar minyak (fuel oil), yang

berfungsi untuk menghasilkan uap (steam) yang digunakan pada saat boiler utama start up

maupun sebagai uap bantu (auxiliary steam).

2.3.12 Coal Handling (Unit Pelayanan Batubara)

Merupakan unit yang melayani pengolahan batubara yaitu dari proses bongkar

muat kapal (ship unloading) di dermaga, penyaluran ke stock area sampai penyaluran ke

bunker unit.

2.3.13 Ash Handling (Unit Pelayanan Abu)

Merupakan unit yang melayani pengolahan abu baik itu abu jatuh (bottom ash)

maupun abu terbang (fly ash) dari Electrostatic Precipitator hopper dan SDCC (Submerged

Drag Chain Conveyor) pada unit utama sampai ke tempat penampungan abu (ash valley).

Tiap-tiap komponen utama dan peralatan penunjang dilengkapi dengan sistem-

sistem dan alat bantu yang mendukung kerja komponen tersebut. Gangguan atau

malfunction dari salah satu bagian komponen utama akan dapat menyebabkan terganggunya

seluruh sistem PLTU.

BAB 2

Documents

Transcript of BAB 2