Bab 8: Sistem Daya Uap hal.: 8.1

BAB 8. SISTEM DAYA UAP

Siklus daya dengan fluida kerja uap dimana proses terjadi di sekitar kubah uap, dan uap air bergantian diuapkan dan dikondensasikan berulang-ulang.

KOMPONEN UTAMA SEBUAH PLTU SEDERHANA

SIKLUS RANKINE SEDERHANA IDEAL

Proses-Proses Pada Siklus Rankine Ideal (2P-2s): Turbin : Proses 1 – 2: Ekspansi Isentropik : Kondensor : Proses 2 – 3: Pendinginan Isobarik : Pompa : Proses 3 – 4: Kompresi Isentropik : Ketel : Proses 4 – 1: Pemanasan Isobarik : Asumsi: Pengaruh KE dan PE diabaikan, aliran tunak.

Sub sistem A: Konversi energi dari panas ke mekanikSub sistem B: Energi masuk menguapkan fluida kerjaSub sistem C: Energi keluar mengkondensasikan fluida kerjaSub sistem D: Konversi energi dari mekanik ke elektrik

Bab 8: Sistem Daya Uap hal.: 8.2

Konvensi tanda: Arah W dan Q positif sesuai dengan arah panah.

Pada proses ideal: Qc = luas di bawah proses 2 – 3 pada kurva T-s. Qb = luas di bawah proses 4 – 1 pada kurva T-s.

Kerja pompa pada proses isentropik:

Kerja Netto:

Efisiensi:

Back work ratio (bwr):(umumnya 1-2 % untuk PLTU)

Heat Rate (HR) [Btu/kW.h]:

Efek Efisiensi Isentropik pada Turbin dan Kompresor

Efisiensi isentropik Turbin:

Efisiensi isentropik Pompa:

PERBAIKAN SIKLUS RANKINEIngin daya dan efisiensi tinggi:1. Naikkan tekanan Ketel2. Turunkan tekanan Kondensor dengan vakum3. Pakai Pemanas Lanjut (Superheater)4. Pakai Pemanas Ulang (Reheater)5. Pakai Siklus Regenerasi (FWH: Feed Water Heater)

- tertutup - pompa ke depan- terbuka (deaerator) - ekspansi ke belakang

6. Siklus Biner7. Siklus Kombinasi (PLTGU)8. Siklus Ko-generasi (daya dan panas)

Bab 8: Sistem Daya Uap hal.: 8.3

KENAIKAN TEKANAN PADA KETEL

SIKLUS SUPERKRITIK

Pketel > Pkritik (22,1 MPa, untuk air)

Bahan ketel harus dapat menahan tekanan tinggi pada temperatur tinggi.

PENURUNAN TEKANAN PADA KONDENSOR

Tekanan ketelW: ?: x: Rp: batas: x, Pboiler

Tekanan kondensorW: : ?x: Rp: batas: Tatm (Patm)

Kondensor:1. Ekspansi turbin lebih besar: W

naik.2. Fluida kerja dapat dipakai

berulang-ulang (murah)3. Fluida kerja murni (treated)

Bab 8: Sistem Daya Uap hal.: 8.4

PEMAKAIAN PEMANAS LANJUT (SUPER HEATER)

PEMAKAIAN PEMANAS ULANG (REHEATER)

Pemanas lanjutW: : x: Rp: batas: Tbahan

Pemanas ulangW: : ?x: Rp: batas: Tbahan

Bab 8: Sistem Daya Uap hal.: 8.5

REGENERASI, ATAU PEMANASAN AIR PENGISI (FEEDWATER HEATING)

Uap dikeluarkan (diekstrasi/dibleed) dari turbin untuk memanaskan air yang akan masuk ketel.

Lakukan kesetimbangan massa dan energi dengan benar!

PEMANAS AIR PENGISI TERBUKA(OPEN FEEDWATER HEATER = DEAERATOR)

PEMANAS AIR PENGISI TERTUTUP(CLOSED FEEDWATER HEATER)

SIKLUS

Kondensat dapat (a) dipompakan ke depan atau (b) dithrottle ke belakang.

Feedwater heaterW: ?: x: -Rp: batas: Rp

Bab 8: Sistem Daya Uap hal.: 8.6

SIKLUS BINER(Pemakaian dua jenis fluida yang berbeda pada dua siklus)

SIKLUS KO-GENERASI(menghasilkan energi elektrik dan panas secara bersamaan)

SIKLUS KOMBINASI (PLTG + PLTU = PLTGU)(akan dibahas di Bab 9)

BinerW: : x: -Rp: batas: Rp

KogenerasiW: : x: -Rp: batas: Rp

Bab 8: Sistem Daya Uap hal.: 8.7

CONTOH SEBUAH PLTU

PEMILIHAN FLUIDA KERJA

Air: Keuntungan: murah, banyak, tidak beracun, stabil, relatif tidak korosif,

entalpi laten besar, menghasilkan bwr yang kecil. Kerugian: temperatur kritik rendah sehingga memerlukan tekanan

tinggi untuk mencapai pemasukan panas pada temperatur tinggi; tekanan jenuh pada temperatur kondensor yang diinginkan lebih rendah dari tekanan atmosfir sehingga memungkinkan kontaminasi.

Siklus yang memerlukan temperatur rendah dapat menggunakan amoniak, CO2 atau Freon sebagai fluida kerjanya. Siklus yang memerlukan temperatur tinggi dapat menggunakan Hg, atau Na.K.

Sifat fluida kerja yang diinginkan: Mempunyai temperatur kritik yang tinggi (agar penguapan terjadi pada

temperatur tinggi) Tekanan jenuh yang rendah pada temperatur maksimum (agar tekanan

ketel tidak tinggi) Tekanan kondensor tidak dibawah tekanan atmosfir (agar tidak terjadi

kontaminasi) Garis-garis tekanan konstan divergen dengan besar (agar bwr rendah) Entalpi penguapan besar (agar laju aliran massa dapat rendah) Tidak mempunyai sifat yang buruk (korosif, menyumbat, meracuni,

mudah terbakar, dll.) Murah dan mudah untuk diperoleh

Bab 8: Sistem Daya Uap hal.: 8.8

PLTU Paiton(dengan pembebanan 100%)

Pm = 291026.12 kW Pm = 114966.36 kW

Pel = 400000.00 kW

202202

201201

0.5700 48.10

201.35 35.056

182182

181181

1.366 87.00

364.38 19.041

172172

1.366 155.85

2785.28 10.243

171171

2.580 110.90

465.21 8.799

162162

161161

4.410 270.97

3006.42 9.291

151151

7.850 155.80

657.38 57.527

142142

7.850 335.35

3131.96 6.218

141141

17.22 169.20

716.13 51.309

132132

131131

40.70 209.70

897.13 31.689

122122

121121

169.0 250.00

1086.35 322.207

118118

117117116116115115114114

113113112112111111110110

4.410 41.64

174.69 255.389

109109

108108

0.08028 41.60

2389.49 220.333107107

37.80 538.00

3533.47 290.519

106106 105105

42.00 329.72

3037.83 322.207

104104

169.0 538.00

3394.64 322.207

102102

101101

202

201

118

F

117

F

116

F

115

114

113

F

112

F111

109

F

108

107

106

105104

103

102

101

p T

h m

p = Pressure [bar]

T = Temperature [°C]

h = Enthalpy [kJ/kg]

m = Mass flow [kg/s]

Pel = Electrical Power [kW]

Pm = Mechanical Power [kW]

T-s diagram, 100% Load

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9

Entropy [kJ/kg.K]

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

Tem

pera

ture

[°C

]

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

No. Apparatus Type Energy[kW] Totals[kW]Absorbed power 105 Reheater 2 143992.16

101 Boiler 1 743750.38887742.50

Delivered gross power 1 Generator G 400000.00Aux. power consumption 115 Pump 8 7503.78

108 Pump 8 149.73 7653.50

Delivered net power 392346.50Efficiencies gross 45.058 %

net 44.196 %

Bab 8: Sistem Daya Uap hal.: 8.9

PLTU Suralaya(dengan pembebanan 100%)

Pm = 285156.31 kW P

m = 120832.75 kW

Pel = 400000.00 kW

202202

201201

183183

0.2103 58.65

245.44 28.375 182182

181181

0.4760 60.00

251.11 21.646

172172

0.4760 90.56

2664.41 7.518

171171

1.647 86.06

360.45 14.128

162162

161161

3.973 280.66

3027.61 13.942

151151

142142

8.571 364.13

3191.04 12.003

141141

15.20 177.20

751.06 50.809

132132

131131

37.26 205.00

875.75 50.166

122122

121121

166.7 250.60

1089.15 327.266

118118

117117116116115115

114114

113113112112111111110110

5.472 40.24

168.92 222.138

109109

108108

0.07455 40.20

2425.73 222.138107107

37.26 546.00

3552.14 277.100

37.26 546.00

3552.14 277.100

106106 105105

37.26 321.02

3028.04 327.266

104104

166.7 538.00

3397.26 327.266

102102

101101

202

201

118

F

117

F

116

F

115

114

113

F

112

F111

110

109

F

108

107

106

105104

103

102

101

p T

h m

p = Pressure [bar]

T = Temperature [°C]

h = Enthalpy [kJ/kg]

m = Mass flow [kg/s]

Pel = Electrical Power [kW]

Pm = Mechanical Power [kW]

T-s diagram, 100%load

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9

Entropy [kJ/kg.K]

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

Tem

pera

ture

[°C

]

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

No. Apparatus Type Energy[kW] Totals[kW]Absorbed power 105 Reheater 2 145227.14

101 Boiler 1 755364.06900591.25

Delivered gross power 1 Generator G 400000.00Aux. power consumption 110 Pump 8 20.50

115 Pump 8 7007.87108 Pump 8 148.64

7177.01Delivered net power 392823.00Efficiencies gross 44.415 %

net 43.618 %

Bab 8: Sistem Daya Uap hal.: 8.10

Beberapa Contoh Ketel/Boiler

Bab 8: Sistem Daya Uap hal.: 8.11

Bab 8: Sistem Daya Uap hal.: 8.12

Beberapa Contoh Turbin

Bab 8: Sistem Daya Uap hal.: 8.13

Jenis –jenis Turbin Uap