INSTITUT TEKNOLOGI PLN PENGARUH OVERHAUL TERHADAP ...

INSTITUT TEKNOLOGI PLN

PENGARUH OVERHAUL TERHADAP EFISIENSI BOILER

UNIT 1 DI UJP PLTU BANTEN 3 LONTAR

SKRIPSI

Disusun Oleh:

Azman Hasan

2015-12-101

FAKULTAS TEKNOLOGI DAN BISNIS ENERGI

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK MESIN

JAKARTA

2020

PLN TECHNOLOGY INSTITUTE

THE INFLUENCE OF OVERHAUL ON THE EFFICIENCY

OF BOILER UNIT 1 IN UJP PLTU BANTEN 3 LONTAR

THESIS

Arranged by:

Azman Hasan

2015-12-101

FACULTY OF ENERGY TECHNOLOGY AND BUSINESS

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

JAKARTA

2020

v

Pengaruh Overhaul Terhadap Efisiensi Boiler Unit 1

Di UJP PLTU Banten 3 Lontar

Azman Hasan, 2015 – 12 – 020

[email protected]

Dibawah bimbingan Ir. Sudirmanto, M.M.

ABSTRAK

Di dalam sebuah sistem PLTU terdapat komponen-komponen salah satunya adalah boiler. Boiler merupakan komponen utama dari PLTU yang berfungsi mengubah fasa air menjadi fasa uap dengan temperature dan tekanan tertentu dari proses perebusan air yang diperlukan turbin uap untuk menggerakkan generator sehingga menghasilkan listrik. Di UJP PLTU Banten 3 Lontar menggunakan batubara sebagai bahan bakarnya dan menggunakan solar (HSD) sebagai bahan bakar start up nya. Didalam boiler terjadi proses pembakaran dan perpindahan panas, salah satu hal yang mempengaruhi efisiensi dari boiler tersebut. Efisiensi boiler adalah kemampuan unjuk kerja boiler yang ditunjukkan dari perbandingan panas yang masuk (heat input) ke dalam sistem dengan panas yang dipindahkan atau diserap oleh fluida kerja serta kerugian-kerugian panas (heat loss) yang terjadi pada boiler. Pada skripsi ini dilakukan perhitungan dan analisa efisiensi boiler unit 1 PLTU Lontar meliputi analisa hasil perhitungan sebelum dan sesudah overhaul, yang mana analisa tersebut akan dijabarkan dengan menggunakan metode direct dan metode indirect. Standar perhitungan yang digunakan menggunakan USA Standard ASME PTC-4-1 Power Test Code Steam Generator Units tahun 2013. Nilai perhitungan efisiensi boiler sebelum overhaul dengan metode direct adalah 75.72% dan setelah overhaul adalah 77.01% Peningkatan angka setelah overhaul adalah 1.29%. Sedangkan nilai perhitungan efisiensi boiler sebelum overhaul dengan metode indirect adalah 81.34% dan setelah overhaul adalah 83.03% Peningkatan angka setelah overhaul adalah 1.69%. Hal yang paling berpengaruh pada kenaikan efisiensi karena adanya pekerjaan membersihkan tube boiler sehingga perpindahan panas lebih efisien.

Kata kunci: Efisiensi Boiler, Komponen Utama Boiler, Metode Direct, Metode

Indirect

vi

Effect of Overhaul on Unit 1 Boiler Efficiency

at Banten UJP PLTU Banten 3 Lontar

Azman Hasan, 2015 – 12 – 020

[email protected]

Under the guidance of Ir. Sudirmanto, M.M.

ABSTRACT

In a PLTU system there are components, one of which is a boiler. Boilers are the main component of a power plant that functions to change the water phase into a vapor phase with a certain temperature and pressure from the boiling water process needed by a steam turbine to drive a generator to produce electricity. In Banten 3 Lontar UJP PLTU uses coal as its fuel and uses diesel fuel (HSD) as its start up fuel. In the boiler there is a combustion process and heat transfer, one of the things that affects the efficiency of the boiler. Boiler efficiency is the performance capability of a boiler which is shown from the ratio of heat entering (heat input) into the system with the heat transferred or absorbed by the working fluid and heat losses that occur in the boiler. In this thesis the calculation and analysis of the efficiency of the boiler unit 1 Lontar PLTU includes analysis of the results of calculations before and after overhaul, of which the analysis will be elaborated using the direct method and the indirect method. The calculation standard using the USA ASME PTC-4-1 Power Test Code Steam Generator Units in 2013. The calculation value of boiler efficiency before overhaul by direct method is 75.72% and after overhaul is 77.01% The increase in the number after overhaul is 1.29%. While the calculation value of boiler efficiency before overhaul with the indirect method is 81.34% and after overhaul is 83.03% The increase in the number after overhaul is 1.69%. Affected the efficiency increase because of the cleaningof the boiler tubes made transfer of heat more efficient. .

Keywords: Boiler Efficiency, Boiler Components, Direct Method, Indirect Method

vii

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN TIM PENGUJI ............................................................ i

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ................................................................. ii

UCAPAN TERIMA KASIH ................................................................................. iii

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ................................. iv

ABSTRAK .......................................................................................................... v

ABSTRACT ...................................................................................................... vi

DAFTAR ISI ..................................................................................................... vii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ................................................................................................ x

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xi

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ................................................................................ 1

1.2 Permasalahan Penelitian ................................................................ 5

1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian........................................................ 6

1.4 Sistematika Penulisan ..................................................................... 6

BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................... 8

2.1 Tinjauan Pustaka ............................................................................ 8

2.2 Teori Pendukung............................................................................. 9

2.2.1 Siklus Rankine ........................................................................ 9

2.2.2 Boiler .................................................................................... 11

2.2.3 Klasifikasi Boiler ................................................................... 12

2.2.4 Komponen Utama Boiler Dan Fungsinya .............................. 14

2.2.5 Sirkulasi Udara Dan Gas Buang ........................................... 21

2.2.6 Peralatan Pada Sistem Udara Pembakaran Dan Gas Buang 22

2.2.7 Analisa Batubara .................................................................. 24

2.2.8 Overhaul ............................................................................... 26

2.2.9 Perhitungan Efisiensi Boiler .................................................. 27

2.3 Hipotesis ....................................................................................... 35

BAB III METODELOGI PENELITIAN ............................................................... 36

3.1 Perancangan Penelitian ................................................................ 36

3.2 Lokasi Penelitian ........................................................................... 36

3.3 Kerangka Pemecahan Masalah .................................................... 38

3.4 Teknik Pengolahan Data ............................................................... 41

3.5 Teknik Perhitungan Data ............................................................... 42

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN............................................................... 46

4.1 Pengumpulan Data ....................................................................... 46

4.2 Kegiatan Overhaul Boiler .............................................................. 46

4.3 Pengolahan Data .......................................................................... 51

viii

4.4 Hasil .............................................................................................. 54

4.4.1 Hasil Perhitungan Efisiensi Boiler Sebelum Overhaul ........... 54

4.4.2 Hasil Perhitungan Efisiensi Boiler Setelah Overhaul ............. 60

4.5 Analisa Data Hasil Perhitungan ..................................................... 67

4.5.1 Efisiensi Boiler Sebelum Dan Sesudah Overhaul Dengan

Metode Direct ....................................................................... 67

4.5.2 Unsur Kehilangan Panas ...................................................... 68

4.5.3 Efisiensi Boiler Sebelum Dan Sesudah Overhaul Dengan

Metode Indirect ..................................................................... 73

4.6 Analisa Ekonomi ........................................................................... 74

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 75

5.1 Kesimpulan ................................................................................... 75

5.2 Saran ............................................................................................ 75

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 76

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Konversi Energy Pada PLTU .................................................... 9

Gambar 2. 2 Siklus Rankine ........................................................................ 10

Gambar 2. 3 Boiler PLTU Banten 3 Lontar .................................................. 11

Gambar 2. 4 Boiler Pipa Api ........................................................................ 13

Gambar 2. 5 Boiler Pipa Air ......................................................................... 13

Gambar 2. 6 Sirkulasi Udara ....................................................................... 21

Gambar 2. 7 Sirkulasi Gas .......................................................................... 22

Gambar 2. 8 Electrostatic Precipitator ......................................................... 23

Gambar 2. 9 Wind Box Burner .................................................................... 24

Gambar 2. 10 Perbandingan Metode Langsung Dan Tidak Langsung .......... 28

Gambar 2. 11 Skema Efisiensi Boiler Metode Direct ..................................... 29

Gambar 2. 12 Skema Efisiensi Boiler Metode Indirect ................................... 31

Gambar 3. 1 Peta Lokasi PLTU Banten 3 Lontar ......................................... 37

Gambar 3. 2 Kerangka Pemecahan Masalah .............................................. 38

Gambar 3. 4 Diagram Alir Perhitungan Data ............................................... 44

Gambar 4. 1 Grafik Efisiensi Boiler Sebelum Dan Sesudah Overhaul ......... 67

Gambar 4. 2 Grafik Kehilangan Panas Sebelum Dan Sesudah Overhaul.... 69

Gambar 4. 3 Diagram Sankey Sebelum Overhaul ....................................... 70

Gambar 4. 4 Diagram Sankey Sesudah Overhaul ....................................... 70

Gambar 4. 5 Diagram Sankey Performance Test Sebelum Overhaul .......... 71

Gambar 4. 6 Diagram Sankey Performance Test Sesudah Overhaul .......... 71

x

DAFTAR TABEL

Tabel 4. 1 Data Spesifikasi Boiler UJP PLTU Banten 3 Lontar ...................... 46

Tabel 4. 2 Scope Pekerjaan Overhaul Dibagian Boiler .................................. 47

Tabel 4. 3 Data Performance Test Boiler Sebelum Dan Sesudah Overhaul .. 51

Tabel 4. 4 Hasil Hitung Efisiensi Boiler Metode Direct ................................... 66

Tabel 4. 6 Hasil Hitung Efisiensi Boiler Metode Indirect ................................. 66

Tabel 4. 7 Perbandingan Heat Loss Sebelum Dan Sesudah Overhaul .......... 68

xi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Lembar Bimbingan Skripsi ...................................................... 79 Lampiran 2 Enthalpy Feedwater Dengan Steam Property ......................... 81 Lampiran 3 Enthalpy Superheat Dengan Steam Property ......................... 83 Lampiran 4 CP Superheat Dengan Steam Property .................................. 85 Lampiran 5 Tabel Kalor Spesifik Gas Ideal (Udara Flue Gas) ................... 87

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Seiring dengan meningkatnya jumlah penduduk dunia, kebutuhan

manusia yang harus dipenuhi secara global juga meningkat termasuk kebutuhan

akan energi. Kemajuan dibidang teknologi juga menuntut tersedianya energi

yang berkesinambungan, misalnya kebutuhan listrik. Pada kenyataanya semua

energi yang kita gunakan dimuka bumi ini berasal dari matahari. Batubara yang

kita bakar, bensin yang kita gunakan untuk kendaraan, angin yang berhembus

melintasi negara, hujan yang turun membasahi bumi semua melepaskan energi.

Batubara atau bahan bakar minyak berasal dari tumbuhan, tanaman atau

organisme yang membusuk. Tanaman pada dasarnya tumbuh pada bumi dan

menyimpan energi yang diperoleh dari matahari. Dengan berlalunya waktu

dimana tanaman ini tertimbun namun tetap menyimpan energinya. Pembangkit

Listrik Tenaga Uap (PLTU) merupakan pembangkit listrik tenaga termal yang

banyak digunakan, karena efisiensinya baik sehingga menghasilkan energi listrik

yang ekonomis.

Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) batubara merupakan jenis

pembangkit terbesar yang dikembangkan oleh pemerintah Indonesia untuk

mengatasi kekurangan pasokan listrik dan untuk mengurangi ketergantungan

BBM pada PLTD. Jika dilihat dari bahan baku yang digunakan untuk

menghasilkan uap, maka PLTU bisa dikatakan pembangkit yang berbahan baku

air, karena untuk menghasilkan uap yang digunakan untuk memutar turbin, tentu

diperlukan air. Dalam PLTU terdapat proses yang terus-menerus berlangsung

dan berulang-ulang. Prosesnya adalah air menjadi uap, kembali menjadi air dan

seterusnya. Proses inilah yang dimaksud dengan proses PLTU. Prinsip kerja

PLTU adalah air yang dipanaskan di dalam boiler sehingga menghasilkan steam

yang digunakan untuk memutar turbin, karena turbin dikopel satu poros dengan

generator sehingga perputaran rotor turbin menyebabkan berputarnya rotor

generator sehingga menghasilkan listrik. Energi panas yang digunakan untuk

2

mengubah air menjadi uap diperoleh dari hasil pembakaran bahan bakar

sehingga pada PLTU batubara, sumber energi primernya untuk pengoperasian

sistem PLTU adalah batubara, sedangkan sumber energi sekunder pada sistem

pembangkit listrik tersebut adalah uap karena untuk memproduksi uap

dibutuhkan sumber energi panas yang diperoleh dari pembangkaran batubara.

PLTU yang pertama kali beroperasi di Indonesia yaitu pada tahun 1962

dengan kapasitas 25 MW, suhu 500oC, tekanan 65 Kg/cm2, boiler masih

menggunakan pipa biasa dan pendingin generator dilakukan dengan udara.

Kemajuan pada PLTU yang pertama adalah boiler yang sudah dilengkapi pipa

dinding dan pendingin generator dilakukan dengan hydrogen, namun

kapasitasnya masih 25MW. Boiler dayanya ditingkatkan dari 100-200 MW, maka

boilernya harus di lengkapi superheater, economizer dan tungku tekanan.

Kemudian turbinnya bisa melakukan pemanasan ulang dan arus ganda dan

pendingin generatornya masih menggunakan hydrogen. Hanya saja untuk

kapasitas 200 MW uap dihasilkan mempunyai tekanan 131,5 Kg/cm2 dan suhu

540oC dan bahan bakarnya masih menggunakan minyak bumi.

Air yang digunakan dalam siklus PLTU disebut dengan air demin, yaitu

air yang mempunyai kadar conductivity sebesar 0.2 mikro siemen. Sebagai

perbandingan air mineral yang kita minum sehari-hari air demin ini, setiap unit

PLTU biasanya dilengkapi dengan desalination plant dan demineralization plant

yang berfungsi untuk memproduksi air demin. Secara sederhana siklus PLTU

bisa dilihat ketika proses memasak air. Mula-mula air ditampung dalam tempat

memasak dan kemudia diberi panas dari sumbu api yang menyala dibawahnya.

Akibat pembakaran menimbulkan air terus mengalami kenaikan suhu sampai

pada batas titik didihnya. Karena pembakaran terus berlanjut maka air yang

dimasak yang dimasak melampaui titik didihnya sampai timbul uap panas. Uap

inilah yang digunakan untuk memutar turbin dan generator yang akan

menghasilkan energi listrik. Siklus PLTU merupakan siklus tertutup (close cycle)

yang idelanya tidak memerlukan lagi air jika memang kondisinya sudah

mencukupi. Tetapi kenyataannya masih diperlukan banyak air penambah setiap

hari. Hal ini mengindikasikan banyak sekali kebocoran di pipa-pipa saluran air

maupun di dalam sebuah PLTU. Untuk menjaga agar siklus tetap berjalan, maka

3

untuk menutupi kekurangan air dalam siklus akibat kebocoran, hotwell selalu

ditambah air sesuai kebutuhannya dari air yang berasal dari demineralized tank.

Berdasarkan hal diatas, maka dilakukan suatu penelitian yaitu analisis

energi pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) untuk mengetahui efisiensi

pemakaian bahan baku yang berupa air dan batubara.

Didalam PLTU terdapat salah satu komponen penting, yaitu boiler. Boiler

adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai

terbentuk air panas atau uap. Komponen penting pada boiler adalah burner,

ruang bakar, penukar panas dan sistem kontrol. Komposisi yang tepat dalam

pencampuran antara bahan bakar dan udara di ruang bakar akan menghasilkan

pembakaran yang sempurna. Panas yang dihasilkan ditransfer ke air melalui

penukar panas. Uap panas lanjut pada tekanan tertentu kemudian digunakan

untuk proses produksi untuk memutar turbin uap yang akan menggerakan

generator untuk menghasilkan listrik. Didalam boiler terjadi proses pembakaran,

prinsip dasar terjadinya pembakaran adalah segitiga api, dimana segitiga api ini

terjadi apabila ada tiga komponen yaitu bahan bakar, udara pembakaran dan

panas. Untuk menghasilkan pembakaran yang sempurna diperlukan jumlah

bahan bakar dan udara yang proporsional ataupun sesuai dengan kebutuhan,

bila jumlah udara yang diberikan tidak cukup, maka pembakaran yang sempurna

tidak akan tercapai. Fungsi dari udara pembakaran bersama dengan bahan

bakar melakukan proses pembakaran didalam ruang bakar boiler (furnace).

Proses pembakaran berlangsung terus menerus selama boiler beroperasi,

pasokan udara pembakaran pun harus dilakukan secara kontinyu.

Efisiensi termis suatu ketel uap (boiler) merupakan salah satu isu penting

dalam PLTU, dimana semakin besar efisiensi boiler maka energi listrik yang

dihasilkan juga optimal. Efisiensi termis boiler didefinisikan sebagai prosentase

energi (panas) masuk yang digunakan secara efektif pada uap yang dihasilkan.

Salah satu faktor yang mempengaruhi efisiensi boiler adalah total udara

pembakaran (pembakaran yang sempurna) dan nilai kalori bahan bakar

batubara. Batubara sulit dikontrol karena bersumber langsung dari alam,

sementara total udara pembakaran tadi dikontrol oleh fan-fan sebagai alat bantu

di boiler yang digunakan untuk mengatur kebutuhan udara. untuk memutar turbin

4

uap yang akan menggerakan generator untuk menghasilkan listrik. Didalam

boiler terjadi proses pembakaran, prinsip dasar terjadinya pembakaran adalah

segitiga api, dimana segitiga api ini terjadi apabila ada tiga komponen yaitu bahan

bakar, udara pembakaran dan panas. Untuk menghasilkan pembakaran yang

sempurna diperlukan jumlah bahan bakar dan udara yang proporsional ataupun

sesuai dengan kebutuhan, bila jumlah udara yang diberikan tidak cukup, maka

pembakaran yang sempurna tidak akan tercapai. Fungsi dari udara pembakaran

bersama dengan bahan bakar melakukan proses pembakaran didalam ruang

bakar boiler (furnace). Proses pembakaran berlangsung terus menerus selama

boiler beroperasi, pasokan udara pembakaran pun harus dilakukan secara

kontinyu. Efisiensi termis suatu ketel uap (boiler) merupakan salah satu isyu

penting dalam PLTU, dimana semakin besar efisiensi boiler maka energi listrik

yang dihasilkan juga optimal. Efisiensi termis boiler didefinisikan sebagai

prosentase energi (panas) masuk yang digunakan secara efektif pada uap yang

dihasilkan. Salah satu faktor yang mempengaruhi efisiensi boiler adalah total

udara pembakaran (pembakaran yang sempurna) dan nilai kalori bahan bakar

batubara. Batubara sulit dikontrol karena bersumber langsung dari alam,

sementara total udara pembakaran tadi dikontrol oleh fan-fan sebagai alat bantu

di boiler yang digunakan untuk mengatur kebutuhan udara.

Untuk menjaga keandalan pembangkit, kondisi penyebab matinya (shut

down) pembangkit harus dikurangi seoptimal mungkin. Penyebab berhentinya

(shut down) suatu pembangkit bisa disebabkan oleh faktor kesengajaan atau

ketidak sengajaan. Faktor kesengajaan disebabkan oleh adanya program

pemeliharaan pembangkit yang merupakan suatu keharusan untuk menjaga

agar kondisi mesin tetap andal dan beroperasi secara optimal, dimana kondisi

(shut down) tidak dapat dihindari. Penyebab lainnya adalah faktor ketidak

sengajaan, berhenti beroperasinya suatu pembangkit lebih disebabkan oleh

gangguan-gangguan yang tidak terduga. Oleh karena itu, perlunya diketahui

performansi setiap peralatan yang digunakan. Banyak faktor yang dapat

mempengaruhi efisiensi boiler. Kinerja boiler mengalami penurunan signifikan

disebabkan tidak terpenuhinya kebutuhan udara pembakaran, perawatan tidak

5

dilaksanakan sesuai dengan standar. Guna mempertahankan kinerja boiler

sesuai desain, maka setiap pembangkit melakukan maintenance.

Overhaul adalah kegiatan pemeliharaan yang dilakukan dengan

membongkar keseluruhan mesin dan pemeriksaan secara teliti penyebab

kerusakan dan mengganti peralatan-peralatan yang rusak. Overhaul dilakukan

secara berkala, setiap setahun sekali atau yang disebut Simple Inspection dan

empat tahun sekali atau yang disebut Serious Inspection.

1.2 Permasalahan Penelitian

1.2.1 Identifikasi Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, saya memberikan identifikasi

masalah yang akan bahan penelitian sebagai berikut:

• Efisiensi mempengaruhi listrik yang dihasilkan

• Overhaul mempengaruhi efisiensi boiler

1.2.2 Ruang Lingkup Masalah

Dalam penyusunan skripsi ini penulis membatasi masalah khusus pada

pengaruh efisiensi boiler sebelum dan sesudah overhaul. Untuk mempermudah

dalam pengolahan data, penulis menggunakan beberapa pembatasan dan

asumsi yaitu:

1. Isi skripsi ini hanya meliputi ruang lingkup area boiler unit 1 di UJP PLTU

Banten 3 Lontar.

2. Perhitungan efisiensi boiler menggunakan metode direct dan metode

indirect.

3. Data efisiensi boiler diambil pada kondisi sebelum dan sesudah overhaul

pada tahun 2019 di unit 1 UJP PLTU Banten 3 Lontar.

1.2.3 Rumusan Masalah

6

Dalam judul skripsi yang diangkat agar tidak menyimpang dan terlalu

luas maka diberikan rumusan masalah sebagai berikut:

1. Apakah overhaul dapat meningkatkan efisiensi boiler unit 1

UJP PLTU Banten 3 Lontar?

1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian

Tujuan dari penulisan ini ditinjau dari latar belakang dan rumusan

masalah adalah untuk mengetahui pengaruh overhaul terhadap efisiensi

boiler.

Pada uraian tujuan penelitian yang dibahas sebelumnya, penulis mampu

mencapai target dan diharapkan manfaat penelitian ini dapat tersusun dengan

rapi dan benar. Manfaat penelitian akan dilampirkan baik secara praktis dan

secara teoritis yaitu :

1. Secara Praktis

Dari hasil penelitian ini penulis berharap dapat digunakan sebagai

referensi tentang penelitian pengaruh overhaul terhadap efisiensi boiler

dan dapat digunakan untuk menambah ilmu pengetahuan pada

lingkungan masyarakat dalam kampus maupun lingkungan masyarakat

di luar kampus. Dan penulis berharap penelitian ini dapat memenuhi

persyaratan dalam menyelesaikan kurikulum pendidikan Sarjana Strata

Satu (S1) dan mendapatkan gelar Sarjana Teknik Strata Satu (S1).

2. Secara Teoritis

a. Dapat mengetahui perbandingan efisiensi boiler sebelum dan

sesudah overhaul.

b. Dapat menghitung efisiensi boiler dengan metode direct dan metode

indirect.

1.4 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan skripsi ini dimaksudkan untuk mempermudah

dalam pembacaan dan memberikan gambaran mengenai pembahasan skripsi

adalah sebagai berikut:

7

Bab I PENDAHULUAN

Pada bab ini menjelaskan secara ringkas mengenai latar belakang

masalah yang akan diteliti, tujuan penulisan, batasan masalah, manfaat

penulisan, metode pengumpulan data, dan sistematika penulisan skripsi.

Bab II TINJAUAN PUSTAKA

Menjelaskan beberapa teori dasar yang diperlukan untuk melakukan

penelitian pengaruh overhaul terhadap efisiensi boiler seperti: jenis metode

perhitungan efisiensi boiler yang digunakan.

Bab III METODE PENELITIAN

Menjelaskan tentang langkah-langkah yang digunakan dalam

pengambilan data atau pengumpulan data dan langkah pengerjaannya, serta

kerangka pemecahan masalah.

Bab IV HASIL DAN ANALISIS

Menjelaskan tentang data-data hasil perhitungan efisiensi boiler dengan

metode direct dan metode indirect yang dilakukan pada saat sebelum dan

sesudah overhaul.

Bab V KESIMPULAN DAN SARAN

Berisi mengenai kesimpulan analisa dan pembahasan mengenai hasil

dari penelitian serta terdapat juga beberapa saran dan pendapat.

8

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Peneliti meninjau beberapa penelitian yang telah dilakukan sebelumnya

dengan bahasannya kurang lebih sama. Rujukan penelitian ini diharapkan dapat

membantu peneliti dalam menulis skripsi ini.

1. Jurnal C.T.K. Iswandi, tahun 2012 dengan judul “Analisis Kinerja Boiler

Pada PLTU Unit 1 PT. Semen Tonasa”. Dalam penelitian ini, terdapat

dua metode pengkajian efisiensi boiler: Metode langsung, dikenal juga

sebagai “metode input-output” karena metode ini hanya memerlukan

panas masuk/input (bahan bakar) dan keluaran/output (uap) untuk

evaluasi efisiensi. Metode tak langsung, efisiensi merupakan perbedaan

antara kehilangan panas dan energi yang masuk. Standar acuan untuk

uji boiler dengan metode tak langsung adalah British Standard, BS

845:1987 dan USA Standard ASME PTC 4-1. Pada metode ini akan

dilakukan suatu perhitungan mengenai besaran energi masukan bahan

bakar yang dimasukan kedalam fluida kerja, yang mana energi masukan

tersebut akan berkurang yang disebabkan oleh adanya rugi atau losses

yang terjadi.

2. Jurnal Eko Siswanto, tahun 2015 dengan judul “Analisa Efisiensi Exergi

Boiler Wanson III Pada Unit Kilang Di Pusat Pendidikan Dan Pelatihan

Minyak Dan Gas Bumi (PUSDIKLAT MIGAS) Cepu”. Analisa Efisiensi

exergi boiler wanson pada unit kilang di PUSDIKLAT MIGAS

Cepu yang bertujuan untuk mengidentifikasi penggunaan energi

sebenarnya atau hasil kualitas terhadap konsumsi energi aktual dan

kehilangan energy sebenarnya akibat irrevesibilitas proses. Karena

boiler merupakan sumber destruksi exergi terbesar dalam sistem PLTU.

Sehingga kesempatan dalam meningkatkan efisiensi performa sangat

besar.

9

2.2 Teori Pendukung

PLTU merupakan salah satu jenis pembangkit tenaga thermal yang

banyak digunakan, ini dikarenakan biaya bahan bakarnya yang lebih murah dan

dapat menghasilkan daya yang besar PLTU merupakan mesin konversi energi

yang merubah energi kimia yang terdapat di dalam bahan bakar menjadi energi

listrik.

Proses konversi energi pada PLTU berlangsung melalui 3 tahapan, yaitu:

Gambar 2. 1 Konversi Energy Pada PLTU

(Nurmalita, 2012)

a. Pertama, energi kimia dalam bahan bakar diubah menjadi energi panas

dalam bentuk uap bertekanan dan temperature tinggi.

b. Kedua, energi panas (uap) diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk

putaran.

c. Ketiga, energi mekanik diubah menjadi energi listrik.

2.2.1 Siklus Rankine

Siklus merupakan rangkaian dari beberapa proses yang dimulai dari

suatu tingkat keadaan kemudian kembali ke tingkat keadaan semula dan terjadi

secara berulang (Nurmalita, 2012). Siklus rankine sederhana terdiri dari empat

komponen utama yaitu pompa, boiler, turbin, dan kondensor:

10

T = Suhu ; S = Entropi

Gambar 2. 2 Siklus Rankine

(Nurmalita, 2012)

Siklus di PLTU menggunakan siklus rankine dengan superheater dan

reheater.

Keterangan gambar:

Proses 1-1’ : Penaikan tekanan pada air menggunakan condensate

extraction pump.

Proses 1’-2 : Pemanasan air pada low pressure heater.

Proses 2-2’ : Penaikan tekanan air menggunakan boiler feed pump.

Proses 2’-3 : Pemanasan air pada high pressure heater dan pada

economizer.

Proses 3-4 : Pemanasan air menjadi uap air pada wall tube dan

downcomer di dalam boiler.

Proses 4-5 : Pemanasan uap air menjadi uap panas lanjut

(superheated steam) pada superheater.

Proses 5-6 : Ekspansi uap di dalam high pressure turbine.

Proses 6-7 : Pemanasan kembali uap yang keluar dari high

pressure turbine yang terjadi dalam reheater.

Proses 7-7’ : Ekspansi uap yang keluar dari reheater di dalam

11

intermediate pressure turbine.

Proses 7’-8 : Ekspansi uap di dalam low pressure turbine tanpa

mengalami pemanasan ulang.

Proses 8-1 : Pendinginan uap menjadi air di dalam condenser.

2.2.2 Boiler

Boiler adalah sebuah bejana tertutup dimana panas pembakaran

dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam

pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu

proses. Boiler berfungsi untuk merubah energi panas dari bahan bakar menjadi

energi panas pada uap, terdiri dari tiga bagian utama yaitu economizer untuk

memanaskan air menuju titik perpindahan phasa, evaporator untuk merubah

phasa air menjadi uap dan superheater untuk memanaskan lanjut uap tersebut

sampai suhu tertentu (Ramadhan M. F., 2018).

Gambar 2. 3 Boiler PLTU Banten 3 Lontar (Ramadhan P. , 2017)

12

Pada boiler, sumber panas didapatkan dari pembakaran bahan bakar di

dalam furnace. Energi panas ini sebagian akan terpancar secara radiasi ke

pipa-pipa evaporator sehingga memanaskan pipa-pipa tersebut. Panas yang

terserap oleh permukaan pipa akan secara konduksi berpindah ke sisi

permukaan dalam pipa.

Di dalam pipa, mengalir air yang terus-menerus menyerap panas

tersebut. Proses penyebaran panas antar molekul air di dalam aliran ini terjadi

secara konveksi. Perpindahan panas konveksi antar molekul air, seakan-akan

menciptakan aliran fluida tersendiri terlepas dengan aliran air di dalam pipa-

pipa boiler. Gas hasil pembakaran yang mengandung energi panas akan terus

mengalir mengikuti bentuk boiler hingga ke sisi keluaran. Di sepanjang

perjalanan, panas yang terkandung di dalam gas buang akan diserap oleh

permukaan tubing boiler dan diteruskan secara konduksi ke air di dalam pipa.

Secara bertahap, air akan berubah fase menjadi uap basah (saturated steam)

dan dapat berlanjut hingga menjadi uap kering (superheated steam)

(Ramadhan P. , 2017).

2.2.3 Klasifikasi Boiler

Klasifikasi boiler secara umum dibagi dua yaitu, boiler pipa api dan boiler

pipa air. Jenis boiler pipa api banyak digunakan oleh industri yang memerlukan

tekanan uap yang relatif rendah, misalnya pabrik-pabrik gula. Sedangkan jenis

pipa air digunakan oleh industri/pembangkit listrik yang memerlukan tekanan uap

yang tinggi, misalnya pada pusat-pusat listrik tenaga uap.

2.2.3.1 Boiler Pipa Api

Pada jenis boiler pipa api, gas panas hasil pembakaran (flue gas)

mengalir melalui pipa-pipa yang dibagian luarnya diselimuti air sehingga terjadi

perpindahan panas dari gas panas ke air dan air berubah menjadi uap. Gambar

boiler pipa api dapat dilihat pada gambar.

13

Gambar 2. 4 Boiler Pipa Api

(Ramadhan P. , 2017)

Keterbatasan dari boiler pipa api adalah tekanan uap tidak dapat dibuat

terlampau tinggi karena ketebalan drum akan sedemikian tebalnya sehingga

tidak menguntungkan. Boiler seperti ini banyak digunakan di pabrik-pabrik gula

karena tidak memerlukan tekanan uap yang tinggi.

2.2.3.2 Boiler Pipa Air

Pada boiler jenis ini, air berada didalam pipa sedangkan gas panas

berada diluar pipa. Boiler pipa air dapat beroperasi dengan tekanan sangat tinggi

(lebih dari 100 Bar). Gambar boiler pipa air dapat dilihat pada gambar.

Gambar 2. 5 Boiler Pipa Air


14

Cara kerja boiler pipa air adalah diluar pipa terjadi proses pengapian,

kemudian dihasilkan panas yang digunakan untuk memanaskan pipa yang berisi

air. Melalui economizer air tersebut terlebih dahulu dikondisikan, kemudian

dihasilkan steam yang terlebih dahulu dikumpulkan dalam sebuah boiler drum.

Melalui tahap secondary superheater dan primary superheater setelah tekanan

dan temperature sesuai bary steam dilepaskan ke pipa utama distribusi. Didalam

pipa air harus ada pengkondisian air yang mengalir terhadap mineral atau

kandungan lain yang terlarut dalam air hal ini harus diperhatikan pada tipe ini

karena menjadi factor utama (Ramadhan P. , 2017).

Keuntungan dari boiler pipa air ialah kapasitas steam besar, tekanan

operasi mencapai 100 bar, dibanding dengan boiler pipa api, nilai efisiensinya

lebih tinggi. Kerugiannya ialah proses konstruksinya lebih detail, investasi diawal

realtif mahal, penanganan air yang masuk kedalam boiler dalam system ini lebih

sensitive.

2.2.4 Komponen Utama Boiler Dan Fungsinya

2.2.4.1 Boiler Drum

Bentuk drum mempengaruhi jalannya fluida melalui ketel, dan bentuknya

tergantung dari fungsinya, variasi didalamnya disesuaikan dengan instalasi

didalam drum ketel. Boiler drum adalah bejana tempat menampung air yang

datang dari economizer dan uap hasil penguapan dari wall tube (riser). Kira-kira

setengah dari drum berisi air dan setengahnya lagi berisi uap. 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 di dalam 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

15

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 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.

2.2.4.2 Furnace dan Waterwall

• Furnace

Proses pembakaran dilaksanakan didalam sebuah ruang yang

dinamakan ruang bakar, yang disusun sedemikian sehingga dapat

mengendalikan pemberian udara dan bahan bakar. Ruang bakar ini

harus direncanakan untuk dapat menghasilkan langsung energi panas

oleh api kedalam uap dan air di dalam unit pemanas lainnya (ketel,

superheater, economizer dan reheater). Selain itu juga ruang bakar

harus direncanakan untuk mereduksi panas serendah-rendahnya.

Semua unsur bahan bakar yang dapat terbakar harus dapat terbakar

dengan sempurna dalam ruang bakar. Temperatur tinggi yang

dibangkitkan oleh api, interior dinding ruang bakar harus dibuat dari

bahan yang sanggup menahan panas dan juga mempunyai tahanan

tinggi untuk mengalirkan panas. Temperatur tinggi hasil pembakaran

biasanya diteruskan ke puncak ruang bakar untuk masuk ke saluran gas

ketel.

• Wall tube

Didalam tube wall terdapat air yang bersirkulasi dari boiler drum

melalui down comer dan low header. Panas yang dihasilkan dari proses

pembakaran didalam furnace 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

16

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.

2.2.4.3 Superheater dan Reheater

Pemanas lanjut uap atau superheater ialah alat untuk memanaskan uap

basah menjadi uap yang dipanaskan lanjut (kering). Uap yang dipanaskan lanjut

bila digunakan untuk melakukan kerja dengan jalan ekspansi didalam turbin atau

mesin uap tidak akan (segera) mengembun, sehingga mengurangi kemungkinan

timbulnya bahaya yang disebabkan terjadinya pukulan balik atau back stroke

yang diakibatkan mengembunnya uap belum pada waktunya sehingga

menimbulkan vakum ditempat yang tidak semestinya didaerah ekspansi.

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.

Sedangkan Reheater adalah peralatan yang berfungsi untuk menaikkan

temperature 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

17

drum ketel temperaturnya dinaikkan pada tekanan tetap sampai temperature

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.

2.2.4.4 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.

2.2.4.5 Fan

Draft sistem adalah perbedaan antara tekanan atmosfer dengan tekanan

statis di ruang bakar, saluran gas buang maupun cerobong yang menghasilkan

laju aliran tertentu.

Secara garis besar, draft sistem mempunyai peranan penting yang sama

dalam sistem pembangkit, diantaranya:

i. Untuk menyuplai udara di ruang bakar boiler agar memenuhi kebutuhan

untuk pembakaran antara udara dan bahan bakar.

18

ii. Untuk menghilangkan gas buang dari ruang bakar dan mengalirkannya

kecerobong dan atmosfer dengan sempurna.

iii. Mengurangi polusi dari fly ash (mempermudah fly ash masuk ke hopper).

Dalam draft sistem tersebut terdapat beberapa fan yang sangat penting

bagi proses pembakaran di dalam boiler agar terjadi keseimbangan dan efisiensi.

Fan tersebut adalah Primary Air Fan (PA Fan), Force Draft Fan (FD Fan), dan

Induced Draft Fan (ID Fan).

• Primary Air Fan (PA Fan)

PA Fan terletak di bagian Pulverizer (bagian yang berfungsi sebagai

penggerus batubara kasar yang disuplai oleh Coal Feeder menjadi serbuk

batubara yang sangat halus sebelum disalurkan ke burner) dan berfungsi

sebagai penghasil udara primer (Primary Air) yang digunakan sebagai udara

pengangkut serbuk batubara dari Pulverizer menuju Burner untuk dibakar di

Furnace Boiler (ruangan yang berisi pipa-pipa boiler yang digunakan untuk

tempat pembakaran). Mula-mula PA Fan yang bekerja pada tekanan rendah

mengambil udara dari luar untuk dijadikan sebagai udara primer, lalu PA Fan

akan bekerja pada tekanan tinggi untuk menyalurkan serbuk batubara dari

Pulverizer ke furnace boiler yang dibantu oleh Seal Air Fan (penghasil udara

bertekanan). Sebelum masuk ke boiler, udara primer dinaikkan suhunya terlebih

dahulu oleh Primary Air Heater yang berfungsi sebagai pemanas awal udara

primer yang dihasilkan oleh PA Fan sebelum disalurkan pada Pulverize.

Primary air fan ini dibagi menjadi dua berdasarkan letaknya, yaitu cold

primary air system dan hot primary air system. Cold primary air system terletak

pada salauran sebelum air heater, sedangkan hot primary air system terletak

setelah melewati air heater.

Cold primary air system mempunyai keuntungan yaitu mempunyai

efisiensi volumetric yang kecil saat ditekan tetapi memiliki kerugian di air

heater yang lebih besar dibanding hot primary air heater yang mempunyai

kerugian di air heater kecil tetapi membutuhkan pendinginan untuk komponen

kipasnya serta konstruksinya lebih rumit.

19

• Force Draft Fan (FD Fan)

FD Fan terletak pada bagian ujung saluran air intake boiler dan

digerakkan oleh motor listrik. Fan ini bekerja pada tekanan tinggi dan berfungsi

menghasilkan udara sekunder (Secondary Air) yang akan dialirkan ke dalam

boiler untuk mencampur udara dan bahan bakar dan selanjutnya digunakan

sebagai udara pembakaran pada furnace boiler. Udara yang diproduksi oleh

Force Draft Fan (FD Fan) diambil dari udara luar. Dalam perjalananya menuju

boiler, udara tersebut dinaikkan suhunya oleh secondary air heater (pemanas

udara sekunder) agar proses pembakaran bisa terjadi di boiler.

FD Fan dan PA Fan bekerja sama untuk membuat campuran antara

udara dan serbuk batubara dengan perbandingan kurang lebih 13 : 1 agar terjadi

pembakaran sempurna. Bercampurnya udara dan serbuk batubara dibantu oleh

Dumper tetap yaitu pengatur pengaduk udara sehingga menimbulkan turbulensi

yang memungkinkan terjadinya pembakaran yang efisien. Turbulensi mengacu

pada gerakan udara didalam Furnace, gerakan ini perlu karena dapat

menyempurnakan pencampuran udara dan bahan bakar.

• Induced Draft Fan (ID Fan)

ID Fan dipasang di dekat stack (cerobong pembuangan gas hasil

pembakaran batubara) dan electrostatic precipitator (penangkap abu batubara

jenis Fly Ash yang beterbangan sehingga dapat mengurangi polusi udara yang

akan dikeluarkan melalui stack). ID Fan berfungsi untuk mempertahankan

pressure pada furnace boiler dan bekerja pada tekanan atmosfir rendah karena

digunakan untuk menghisap gas dan abu sisa pembakaran pada boiler untuk

selanjutnya dibuang melalui stack. Sebelum gas dan abu sisa pembakaran

dibuang, terlebih dahulu dilewatkan pada electrostatic precipitator agar bisa

mengurangi prosentase polusi udara yang dihasilkan dari sisa pembakaran

tersebut.

2.2.4.6 Pulverizer

Fungsi mill (pulveriser) pada sistem bahan bakar batubara adalah

menggiling atau menghaluskan bongkahan-bongkahan batubara sehingga

20

menjadi bubuk batubara. Bubuk batubara (PulveriserFuel) mempunyai ukuran

sekitar 200 Mesh. Tujuan menggiling batubara adalah membuat luas permukaan

bubuk batubara menjadi besar, sehingga dalam proses pembakaran antara

batubara dan udara lebih homogen dan pembakaran menjadi lebih sempurna.

2.2.4.7 ESP dan Bag Filter

Abu (Bottom Ash) yang dihasilkan saat proses pembakaran akan jatuh

ke bagian bawah ketel uap dan dikeluarkan dari ketel menggunakan bottom ash

extractor. Debu (fly ash) adalah hasil proses pembakaran batubara sangat halus

sehingga mudah terbawa oleh gas buang menuju cerobong ke udara luar. Debu

ini merupakan material yang dapat menimbulkan polusi udara, oleh karenanya

debu yang keluar harus diusahakan sedikit mungkin jumlahnya. Salah satu jenis

peralatan yang bertugas untuk menangkap debu menuju cerobong tersebut

dikenal dengan nama Electrostatic Precipitator yang dapat menangkap abu/debu

dari dalam gas buang sebanyak lebih dari 99% atau kadar abu/debu dalam gas

buang hanya tinggal 0,4 g/Nm3. Gas buang mengalir melalui medan Electrostatic

yang dihasilkan oleh pasangan Electroda arus DC bertegangan tinggi (50 KV –

70 KV). Discharge Electrodes atau Emitter Electrodes biasanya berupa kawat –

kawat logam yang dipasang tegak, digantung pada insulator, dipasang dicelah-

celah plat yang berfungsi sebagai Collecting Electrodes.

2.2.4.8 Sootblower

Boiler-boiler modern dilengkapi dengan pembersih abu (sootblower)

yang dapat dioperasikan dari jarak jauh (remotely operated) dan dikendalikan

secara bergantian dan berurutan. Fungsi dari sootblower adalah untuk

membersihkan abu, kotoran yang menempel pada pipa-pipa wall tube,

superheater, economizer, reheater, dan pada elemen air heater. Tujuan dari

pembersihan tersebut adalah untuk menaikkan efisiensi dari boiler dan

menghindari kerusakan pipa-pipa pada boiler / superheater.

21

2.2.5 Sirkulasi Udara Dan Gas Buang

Udara untuk proses pembakaran di dalam furnace (ruang bakar) diambil

dari udara luar menggunakan Forced Draft Fan dan dialirkan didalam saluran

udara melalui air heater dan berakhir di wind box sebelum masuk ke furnace.

Gambar sirkulasi udara untuk boiler berbahan bakar batubara dapat

dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 2. 6 Sirkulasi Udara


Pencampuran udara dan bahan bakar bereaksi dalam proses

pembakaran menghasikan panas dan produk lain seperti gas buang (gas hasil

pembakaran, flue gas) dan produk lainnya seperti abu (Bottom Ash) dan debu

(Fly Ash). Gas buang ini mengalir dari furnace didalam saluran gas buang (flue

gas duct) menuju cerobong (stack melalui superheater, economizer, air heater,

eceltropresipitator, dan induced draft fan) (Simanjuntak & Amien, 2015).

Gambar sirkulasi gas dapat dilihat pada gambar dibawah ini.:

22

Gambar 2. 7 Sirkulasi Gas


2.2.6 Peralatan Pada Sistem Udara Pembakaran Dan Gas Buang

2.2.6.1 Fan (kipas)

Penggunaan fan pada PLTU batubara lebih dari satu jenis, yaitu Induced

Draft fan (ID fan), Forced Draft fan (FD fan), Primary Air fan (PA fan) dan ada

pula yang dilengkapi dengan Gas Recirculating fan (GR fan).

FD Fan berfungsi sebagai pemasok udara pembakaran kedalam ruang

bakar. PA fan berfungsi sebagai suplai udara untuk sarana transportasi serbuk

batubara dan juga berfungsi untuk mengeringkan batubara didalam pulverizer.

ID Fan berfungsi menarik / mempertahankan tekanan di ruang bakar (Pengendali

tekanan ruang bakar) juga berfungsi untuk menarik sisa gas hasil pembakaran

menuju cerobong dan keluar ke lingkungan. Gas Recirculating fan (GR fan)

berfungsi menarik kembali sisa gas panas yang dikembalikan ke ruang bakar,

yang bertujuan meningkatkan efisiensi boiler (Siswanto, 2015).

23

2.2.6.2 Air Heater

Air heater adalah pemanas udara sehingga temperatur udara

pembakaran dapat mencapai + 300 ºC dan menghasilkan pembakaran yang

lebih sempurna. Air heater terpasang dari jenis elemen-elemen plat yang

berfungsi mengambil panas dari gas bekas dan kemudian ditransfer ke udara

pembakaran (discharge FD Fan) dengan mekanisme perpindahan panas

konveksi.

2.2.6.3 Electrostatic Precipitator (ESP)

Abu (Bottom Ash) yang diproduksi saat proses pembakaran akan jatuh

ke bagian bawah boiler dan dikeluaran dari boiler menggunakan bottom ash

extractor. Debu (fly ash) sangat halus sehingga dapat terbawa oleh gas buang

menuju cerobong ke udara luar. Debu ini merupakan material yang dapat

menimbulkan polusin udara, oleh karenanya debu hatus diusahakan sekecil

mungkin jumlahnya.

Salah satu jenis peralatan yang bertugas untuk menangkap debu menuju

cerobong tersebut dikenal dengan nama Electrostatic Precipitator yang dapat

menangkap debu dari dalam gas buang sebanyak lebih dari 99%. Gas buang

mengalir melalui medan Electrostatic yang menghasilkan pasangan electroda

arus DC bertegangan tinggi (50 KV – 70 KV). Disetiap unit boiler terpasang dua

electrostatic precipitator.

Gambar 2. 8 Electrostatic Precipitator (Ramadhan P. , 2017)

24

2.2.6.4 Wind Box

Windbox berfungsi sebagai wadah atau box penampung dari udara

pembakaran yang di suplai oleh FD Fan. Didalam windbox terdapat Secondary

Air Damper untuk mengatur jumlah aliran udara pembakaran yang dibutuhkan

pada setiap level burner.

Gambar 2. 9 Wind Box Burner


2.2.6.5 Stack (cerobong)

Stack atau cerobong berfungsi sebagai saluran pembuangan gas hasil

pembakaran batubara menuju atmosfir.

2.2.7 Analisa Batubara

Analisa batubara terdiri dari: analisa ultimate, analisa proximate dan

analisa fisika. Analisa ultimate menganalisa seluruh elemen komponen batubara,

padat atau gas dan analisis proximate menganalisis hanya fixed carbon, bahan

yang mudah menguap, kadar air dan persen abu sedangkan analisis fisika

menentukan nilai kalor, indeks ketergilingan dan berat jenis dari batubara

tersebut. Analisis ultimate harus dilakukan oleh laboratorium dengan peralatan

yang lengkap oleh ahli kimia yang terampil, sedangkan analisis proximate dapat

dilakukan dengan peralatan yang sederhana (Ramadhan M. F., 2018).

25

2.2.7.1 Analisa Proximate

Analisis proximate menunjukan persen berat dari fixed carbon, bahan

mudah menguap, abu, dan kadar air dalam batubara. Jumlah fixed carbon dan

bahan yang mudah menguap secara langsung turut andil terhadap nilai panas

batubara. Fixed carbon bertindak sebagai pembangkit utama panas selama

pembakaran. Kandungan bahan yang mudah menguap yang tinggi menunjukan

mudahnya penyalaan bahan bakar. Kadar abu merupakan hal penting dalam

perancangan grate tungku, volum pembakaran, peralatan kendali polusi dan

sistim handling abu pada tungku. Parameter-parameter tersebut digambarkan

dibawah ini.

Fixed carbon merupakan bahan bakar padat yang tertinggal dalam

tungku setelah bahan yang mudah menguap didistilasi. Fixed carbon juga

merupakan zat yang menguap dan tersisa setelah moisture, volatile matter, dan

kadar abu dihilangkan. Kandungan utamanya adalah karbon tetapi juga

mengandung hidrogen, oksigen, sulfur dan nitrogen yang tidak terbawa gas.

Fixed carbon memberikan perkiraan kasar terhadap nilai panas batubara.

1. Bahan yang mudah menguap (volatile matter)

Bahan yang mudah menguap dalam batubara adalah metan,

hidrokarbon, hydrogen, karbon monoksida, dan gas-gas yang tidak

mudah terbakar, seperti karbon dioksida dan nitrogen. Bahan yang

mudah menguap merupakan indeks dari kandungan bahan bakar bentuk

gas didalam batubara. Kandungan bahan yang mudah menguap berkisar

antara 20 hingga 35%. Kadar volatile metter dapat ditentukan dengan

memanaskan sampel batubara dalam cawan tertutup pada 949°C dalam

waktu 7 menit.

2. Kadar Abu

Abu merupakan kotoran yang tidak akan terbakar. Kandungannya

berkisar antara 5% hingga 40%. Kadar abu dapat ditentukan dengan

menempatkan contoh batubara ke dalam cawan porselin, kemudian

secara perlahan dipanaskan dalam tanur pada suhu 704-746°C selama

setengah jam, pemanasan berikutnya, sampai tidak ada sisa carbon lagi.

26

3. Kadar Air

Kandungan air dalam batubara harus diangkut, di-handling dan disimpan

bersama-sama batubara. Kadar air akan menurunkan kandungan panas

per kg batubara, dan kandungannya berkisar antara 0,5 hingga 10%.

Kadar air ini tertambat pada struktur bagian dalam batubara, dapat

dihilangkan dengan memanaskan didalam alat pengering pada

temperatur 105-110°C dalam suasana non oksidan.

4. Kadar Sulfur

Bahan bakar yang banyak belerang (sulfur) adalah bahan bakar minyak,

sedangkan batubara kandungan sulfurnya relatif lebih kecil. Kandungan

belerang yang makin tinggi mempunyai pengaruh sebagai berikut:

• Menaikkan titik embun gas buang.

• Mempercepat pembentukan kerak sulfat pada ketel, economiser, dan

air heater.

• Mempercepat laju korosi.

• Menurunkan efisiensi, hal ini karena suhu gas buang harus lebih tinggi

dari pada titik embun untuk mencegah korosi.

2.2.7.2 Analisa Ultimate

Analisis ultimate menentukan berbagai macam kandungan kimia unsur-

unsur seperti karbon, hidrogen, oksigen, sulfur, dan lain-lain. Analisis ini berguna

dalam penentuan jumlah udara yang diperlukan untuk pembakaran dan volum

serta komposisi gas pembakaran. Informasi ini diperlukan untuk perhitungan

suhu nyala dan perancangan saluran gas buang.

2.2.8 Overhaul

Overhaul merupakan perbaikan, pemeliharaan, dan pengujian secara

berkala dan menyeluruh dari suatu alat, atau sebagian besar bagiannya sampai

suatu kondisi yang bisa diterima.

27

2.2.8.1 Jenis-jenis Overhaul

• Simple Inspection (SI) dilaksanakan bila unit telah beroperasi 8000 jam

sesudah pelaksanaan Medium Inspection atau 8000 jam sesudah

pelaksanaan serius Inspection, overhaul dilaksanakan selama 15-20

hari.

• Mean Inspection (ME) dilaksanakan bila unit telah beroperasi 16.000 jam

sesudah pelaksanaan serious Inspection, overhaul dilaksanakan selama

30-35 hari.

• Serious Inspection (SE) dilaksanakan setelah unit beroperasi 8000 jam

dari start awal dan selanjutnya setelah unit beroperasi 32.000 jam,

overhaul dilaksanakan selama 45-50 hari.

2.2.8.2 Tujuan Overhaul

• Untuk meningkatkan kesiapan, keandalan dan efisiensi unit pembangkit

• Menurunkan persentase pemeliharaan emergency

2.2.9 Perhitungan Efisiensi Boiler

Efisiensi adalah tingkatan kemampuan kerja suatu alat. Sedangan

efisiensi pada boiler adalah tingkat kemampuan kerja boiler atau ketel uap yang

didapatkan dari perbandingan antara energi yang dipindahkan oleh fluida kerja

didalam ketel dengan masukan energi kimia dari bahan bakar.

ASME Standard PTC 4 – 1998 merupakan standar untuk melakukan

performance test boiler (fuel fired steam generator). Tingkat akurasi tes tertentu

dipengaruhi oleh factor bahan bakar yang digunakan dan faktor operasi.

Berdasarkan ASME PTC 4. 1998, ada dua metode yang biasa digunakan

untuk perhitungan efisiensi boiler Direct Method atau Input-Output dan Indirect

Method atau Heat Loss Method.

28

Gambar 2. 10 Perbandingan Metode Langsung Dan Tidak Langsung


2.2.9.1 Direct Method atau Input-Output

Perhitungan dengan Direct method dikenal juga sebagai metode input-

output, karena kenyataannya metode ini hanya memerlukan keluaran/output

(steam) dan panas yang masuk/input (bahan bakar). Perhitungan dengan

metode direct method ini juga lebih sederhana dan mudah, namun hasilnya

kurang akurat sehingga jarang digunakan. Disamping itu penggunaan metode

langsung tidak mengidentifikasikan variable yang menyebabkan terjadinya

perubahan efisiensi.

Data yang diperlukan untuk perhitungan efisiensi boiler dengan

menggunakan metode langsung atau input-output adalah sebagai berikut:

1. Gms = Laju aliran main steam (T/h)

2. hg = Entalpi Saturasi Main Steam (kcal/kg)

3. hf = Entalpi saturasi feed water (kcal/kg)

4. Gfuel = Laju Aliran Bahan Bakar (T/h)

5. GCV = Nilai Kalori Batubara (kcal/kg)

29

Gambar 2. 11 Skema Efisiensi Boiler Metode Direct

(Iswandi, 2012)

Tahap – tahap yang harus dilakukan untuk perhitungan efisiensi boiler

menggunakan metode direct adalah sebagai berikut:

Boiler Efisiensi (η)= ℎ𝑒𝑎𝑡 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡

ℎ𝑒𝑎𝑡 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡× 100%

Boiler efisiensi (η) = 𝐺𝑚𝑠 ×(hg−hf)

𝐺𝑓𝑢𝑒𝑙 × GCV × 100%

Keterangan:

Gms = Laju aliran main steam

hg = Enthalpi saturasi main steam

hf = Enthalpi saturasi feed water

Gfuel = Laju aliran bahan bakar

GCV = Nilai kalori batubara

30

2.2.9.2 Indirect Method atau Heat Loss Method

Perhitungan dengan Indirect Method atau disebut dengan metode

kerugian panas, memiliki hasil yang lebih teliti tetapi memerlukan data yang tepat

dari variabel kerugian. Parameter dari variabel yang diperlukan kadang sulit

diperoleh karena tidak terpasang secara permanen sehingga perlu tambahan

pemasangan instrumen ukur untuk variabel tersebut. Metode ini dapat

mengidentifikasikan penyebab terjadinya kerugian bila terjadi perubahan

efisiensi. Perhitungan efisiensi boiler dengan metode indirect method / heat loss

method dapat dilihat pada persamaan berikut:

Efisiensi Boiler = 100 – (L1 + L2+ L3 + L4 + L5 + L6 + L7+ L8) .................... (2.1)

Total heat loss atau kerugian – kerugian pada proses pembakaran,

meliputi kerugian panas yang disebabkan oleh:

L1 = Kerugian panas karena gas cerobong yang kering

L2 = Kerugian panas karena penguapan air yang terbentuk karena H2 dalam

bahan bakar

L3 = Kerugian panas karena penguapan kadar air dalam bahan bakar

L4 = Kerugian panas karena adanya kadar air dalam udara pembakaran

L5 = Kerugian panas karena pembakaran tidak sempurna

L6 = Kerugian panas karena radiasi dari kehilangan lain yang tidak terhitung

L7 = Kerugian panas karena karbon yang tidak terbakar dalam abu terbang

(Fly Ash)

L8 = Kerugian panas karena karbon yang tidak terbakar dalam abu bawah

(Bottom Ash)

31

Gambar 2. 12 Skema Efisiensi Boiler Metode Indirect

(Iswandi, 2012)

Data yang diperlukan untuk perhitungan efisiensi boiler dengan

menggunakan metode indirect adalah sebgai berikut:

1. Analisis ultimate bahan bakar (batubara) yaitu: H2, O2, S, C, Kadar air, dan

kadar abu.

2. Persentase oksigen atau CO2 dalam gas buang.

3. Suhu gas buang dalam oC (Tf).

4. Suhu awal atau suhu ambien dalam oC (Ta) dan kelembaban udara dalam

kg/kg udara kering.

5. GCV bahan bakar dalam kcal/kg.

6. Persentase bahan yang dapat terbakar dalam abu (untuk bahan bakar padat).

7. GCV abu dalam kcal/kg (untuk bahan bakar padat).

Tahap – tahap yang harus dilakukan untuk perhitungan efisiensi boiler

menggunakan metode heat loss adalah sebagai berikut:

32

1. Menghitung udara kebutuhan teoritis

(O2)t = (11,6C)+(34,8(H2-O2))+(4,35S) ..................................................... (2.2)

Dimana:

C = %karbon/kg bahan bakar

H2 = %hidrogen/kg bahan bakar

O2 = %oksigen/kg bahan bakar

S = %sulfur/kg bahan bakar

2. Menghitung CO2 teoritis

%CO2 = 𝑚𝑜𝑙 𝐶

𝑚𝑜𝑙 𝑁2+𝑚𝑜𝑙 𝐶 ................................................................................. (2.3)

Dimana:

mol C = 𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝐶 𝑖𝑛 𝑓𝑢𝑒𝑙

𝑚𝑜𝑙 𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝐶

mol N2 = 𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝑁2𝑖𝑛 𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑎𝑖𝑟

𝑚𝑜𝑙 𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝑁2 +

𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝑁2 𝑖𝑛 𝑓𝑢𝑒𝑙

𝑚𝑜𝑙 𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝑁2

3. Menghitung persentase kelebihan udara yang dipasok / Excess air (EA)

EA = 02%

21−02%× 100 ........................................................................... (2.4)

Jika ukuran O2 tidak ada maka menggunakan rumus berikut:

EA = 7900×(%𝐶𝑂2)𝑡−(%𝐶𝑂2)𝑎

(%𝐶𝑂2)𝑎×(100−(%𝐶𝑂2)𝑡) ................................................................ (2.5)

4. Menghitung massa udara yang sebenarnya yang dipasok / kg bahan

bakar (AAS)

AAS = (1+ 𝐸𝐴

100) × 𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑎𝑖𝑟 ................................................ (2.6)

33

5. Menghitung massa gas buang kering

m = m CO2 + m N2 fuel + m N2 udara pembakaran + m O2 gas buang ..... (2.7)

Dimana:

massa CO2 = (%C) x 44

12

massa N2 udara pembakaran = 𝐴𝐴𝑆 𝑋 77

100

massa O2 gas buang = (𝐴𝐴𝑆−(𝑂2)𝑡) 𝑥 23

100

6. Menghitung kerugian – kerugian panas (Heat Loss)

a. Menghitung kerugian panas karena gas buang kering (L1)

L1 = 𝑚 𝑥 𝐶𝑝 𝑥 (𝑇𝑓−𝑇𝑎)

𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100 .................................................................. (2.8)

Dimana:

m = massa dry flue gas (kg/kg batubara)

Cp = panas spesifik flue gas (kcal/kgoC)

Tf = Temperatur flue gas (oC)

Ta = Temperatur ambient (oC)

GCV = Gross calorific value (kcal/kg)

b. Menghitung kerugian panas karena moisture dari pembakaran H2

(hydrogen) (L2)

L2 = 9×H2×(584+𝐶𝑝(𝑇𝑓−𝑇𝑎)

𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100 ............................................................... (2.9)

Dimana:

H2 = Massa hydrogen dalam 1 kg batubara

Cp = Panas spesifik superheated steam (kcal/kgoC)




9 = Konstanta

584 = Konstanta

34

c. Menghitung kerugian panas karena moisture di batubara (L3)

L3 = 𝑚 ×(584+𝐶𝑝(𝑇𝑓−𝑇𝑎)

𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100 ................................................................. (2.10)

Dimana:

m = Massa moisture dalam 1 kg batubara





584 = Konstanta

d. Menghitung kerugian panas karena moisture di udara (L4)

L4 = 𝐴𝐴𝑆 × 𝐻𝑢𝑚𝑖𝑑𝑖𝑡𝑦 ×𝐶𝑝(𝑇𝑓−𝑇𝑎)

𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100 ....................................................... (2.11)

Dimana:

AAS = Massa udara actual yang disuplai dalam 1 kg batubara

Humidity (Rasio kelembaban) = massa air yang terkandung dalam stiap kg

udara kering





e. Menghitung kerugian panas karena pembakaran tidak sempurna (L5)

L5 = %𝐶𝑂 ×𝐶

%𝐶𝑂+%𝐶𝑂2 ×

584

𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎 × 100 ................................................... (2.12)

Dimana:

CO = Volume CO di flue gas

CO2 = Volume CO2 aktual di flue gas

C = Kandungan carbon (kg/kg batubara)


584 = Konstanta

35

f. Menghitung kerugian panas karena radiasi dan konveksi (L6)

L6 =

𝐴𝐵𝑀𝐴 ×(𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎 + 𝛽)

100

𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100 ............................................................ (2.13)

Dimana:

ABMA = Total rad and convection from American Boiler Manufactures

Association Chart

Β = Heat credit specificaation (0%)

g. Menghitung kerugian panas karena karbon yang tidak terbakar

Fly ash yang tidak terbakar (L7)

L7 =𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑎𝑏𝑢 𝑝𝑒𝑟 𝑘𝑔 𝑏𝑏 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 × 𝐺𝐶𝑉 𝑓𝑙𝑦 𝑎𝑠ℎ

𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100 .................................. (2.14)

Bottom ash yang tidak terbakar (L8)

L8 = 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑎𝑏𝑢 𝑝𝑒𝑟 𝑘𝑔 𝑏𝑏 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 × 𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑜𝑡𝑡𝑜𝑚 𝑎𝑠ℎ

𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100 .............................. (2.15)

2.3 Hipotesis

Penulis menguraikan hipotesis pengolahan data yang didapat dengan

literatur dan referensi yang ada, serta dugaan dari rumusan masalah. Dimana

penulis menduga efisiensi boiler meningkat setelah dilakukannya overhaul.

36

BAB III

METODELOGI PENELITIAN

3.1 Perancangan Penelitian

Metode penelitian ini sangat membantu penulis dalam melakukan

penyusunan skripsi. Penulis dapat melakukan penelitian dengan benar karena

sudah terdapat langkah – langkah yang akan digunakan dalam melaksanakan

penelitian. Dalam penelitian ini penulis menggunakan metode deskriptif dimana

metode ini biasa digunakan dalam penulisan skripsi fakultas teknik. Dimana

metode deskriptif yang digunakan penulis memiliki tujuan untuk melakukan

penelitian pengaruh overhaul terhadap efisiensi boiler unit 1 di UJP PLTU Banten

3 Lontar.

Dalam metodologi penelitian ini penulis dapat mendeskripsikan

bagaimana pengaruh efisiensi boiler sebelum dan sesudah dilakukannya

overhaul. Bagaimana tahap–tahap untuk mengetahui, menganalisa dan

menghitung efisiensi boiler sebelum dan sesudah overhaul, dengan metode

indirect. Dimana gambaran tersebut merupakan data – data yang diperoleh dari

UJP PLTU Banten 3 Lontar yang bersumber dari data aktual unit.

Dalam penelitian ini penulis mengambil data dari bagian efisiensi UJP

PLTU Banten 3 Lontar. Untuk menghitung efisiensi boiler sebelum dan sesudah

dilakukannya overhaul. Ini bertujuan agar penulis dapat menganalisa efisiensi

boiler unit 1 UJP PLTU Banten 3 Lontar.

3.2 Lokasi Penelitian

Penelitian dilakukan selama 2 bulan yaitu pada tanggal 11 November

2019 hingga 10 Januari 2020. Lokasi penelitian dilakukan di Unit Jasa

Pembangkit Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Banten 3 Lontar yang

beralamat di Jalan Raya Insinyur Sutami Desa Lontar, Kecamatan Kemiri,

Kabupaten Tangerang, Banten.

37

Gambar 3. 1 Peta Lokasi PLTU Banten 3 Lontar

(Sumber: Google Maps)

38

3.3 Kerangka Pemecahan Masalah

Untuk mempermudah pemahaman yang dilakukan dalam penelitian,

maka digunakan flow chart sebagai berikut:

SALAH

BENAR

𝑃𝑒𝑛𝑔𝑜𝑙𝑎ℎ𝑎𝑛 𝐷𝑎𝑡𝑎 ∶

1. Menghitung efisiensi boiler dengan metode Direct

(input-output).

2. Menghitung Efisiensi boiler dengan metode

Indirect (heat loss).

Kesimpulan dan Saran

Mulai

Pengumpulan data :

1. Data spesifikasi boiler unit 1 UJP PLTU Banten 3

Lontar.

2. Data scope pekerjaan overhaul unit 1 UJP PLTU

Banten 3 Lontar.

3. Data performance test efisiensi boiler sebelum

ηBefore < ηAfter

Selesai

Analisa

Gambar 3. 2 Kerangka Pemecahan Masalah

39

1. Mulai

2. Pengumpulan data

Data yg dibutuhkan antara lain:

1) Data spesifikasi boiler

Data spesifikasi boiler didapatkan dari bagian efisiensi di UJP PLTU

Banten 3 Lontar

2) Data scope pekerjaan overhaul unit 1 UJP PLTU Banten 3 Lontar

Data scope pekerjaan overhaul didapatkan dari bagian pemeliharaan

mekanik boiler di UJP PLTU Banten 3 Lontar.

3) Data performance test efisiensi boiler sebelum overhaul dan sesudah

overhaul unit 1

Data performance test efisiensi bioiler didapatkan dari bagian efisiensi

UJP PLTU Banten 3 Lontar.

3. Pengolahan Data

Pada pengolahan data akan dilakukan perhitungan yang dibutuhkan untuk

menghitung efisiensi boiler dengan menggunakan data-data yang telah

dikumpulkan.

1) Menghitung efisiensi boiler dengan metode direct (input-output)

Perhitungan efisiensi boiler menggunakan persamaan rumus (2.1)

2) Perhitungan kebutuhan udara teoritis, jumlah excess air, AAS, dan masa

gas buang kering.

a. Menghitung kebutuhan udara teoritis menggunakan persamaan rumus

(2.3)

b. Menghitung karbon dioksida (CO2) teoritis menggunakan persamaan

rumus (2.4)

c. Menghitung jumlah excess air menggunakan persamaan rumus (2.5)

d. Menghitung AAS (actual mass of air supplied) dengan menggunakan

persamaan rumus (2.6)

e. Menghitung masa gas buang kering dengan menggunakan persamaan

rumus (2.7)

40

3) Perhitungan kerugian panas.

a. Menghitung L1 (kerugian panas karena gas buang kering) dengan

menggunakan rumus (2.8)

b. menghitung L2 (kerugian panas karena moisture akibat pembakaran

hydrogen) dengan menggunakan persamaan rumus (2.9)

c. menghitung L3 (kerugian panas karena kandungan moisture pada

batubara) dengan menggunakan persamaan rumus (2.10)

d. menghitung L4 (kerugian panas karena moisture di udara) dengan


e. menghitung L5 (kerugian panas karena pembakaran tidak sempurna)

dengan menggunakan persamaan rumus (2.12)

f. menghitung L6 (kerugian panas karena radiasi, konveksi) dengan

menggunakan persamaan rumus (2.13)

g. menghitung L7 (kerugian panas karena karbon tidak terbakar pada

bahan bakar) dengan menggunakan persamaan rumus (2.14) dan (2.15)

4) Perhitungan efisiensi boiler metode indirect (heat loss)

Perhitungan efisiensi boiler menggunakan persamaan rumus (2.2)

4. Efisiensi boiler before lebih kecil dari pada efisiensi boiler after

Pada tahap ini diharapkan efisiensi boiler sebelum overhaul dan sesudah

overhaul lebih meningkat.

5. Kesimpulan dan saran

Setelah analisis nilai pengaruh overhaul terhadap efisiensi boiler, akan

didapatkan beberapa kesimpulan dan saran.

6. Selesai

1) Teknik Pengumpulan Data

Agar tujuan seperti yang telah diuraikan sebelumnya dapat tercapai

dengan baik, maka diperlukan data yang akurat sebagi dasar penelitian.

Data untuk dasar penelitian ini didapat dengan cara sebagai berikut:

2) Pengamatan Tidak Langsung

41

Terlebih dahulu saya mencari jurnal atau artikel yang berkaitan dengan

tugas akhir saya. Setelah saya menemukan saya membaca dan mulai

melihat data data apa saja yang diperlukan untuk melakukan pengolahan

data pada tugas akhir saya.

3) Pengamatan Langsung

Setelah 1 bulan lamanya mencari tahu data dan belajar mengenai PLTU

Banten 3 lontar. Saya meminta data performance test boiler sebelum dan

sesudah overhoul, begitu pula data spesifikasi boiler.

4) Wawancara

Saya melakukan metode wawancara kepada bagian efisiensi (Bang

Zulchan) mengenai data terkait, belajar mengenai proses perhitungan dan

analisis terhadap data data.

5) Studi Literatur

Setelah data yang saya kumpulkan telah ada semua, saya mencari

referensi untuk pengolahan data yang terkait yaitu dari buku ASME PTC 4.1

dan jurnal efisiensi lainnya untuk melanjutkan ke pengeolahan data.

3.4 Teknik Pengolahan Data

Dalam teknik pengolahan data ini penulis ingin menjabarkan atau

memaparkan tentang pengolahan data yang didapat oleh penulis sebagai bahan

untuk mengerjakan penelitian ini. Disini penulis akan menjabarkan langkah –

langkah perhitungan yang dibutuhkan sebagai berikut:

1. Efisiensi boiler (metode direct)

2. Kebutuhan udara teoritis untuk proses pembakaran.

3. Karbon dioksida (CO2) teoritis

4. Kelebihan udara atau excees air yang disuplai.

5. Massa udara yang sebenernya.

6. Masa gas buang kering.

7. Kerugian – kerugian panas / heat loss

8. Efisiensi boiler (metode indirect)

42

Data yang diolah sebanyak 2 sempel dari unit 1 UJP PLTU Banten 3 Lontar,

yaitu 1 sampel sebelum overhaul dan 1 sampel setelah overhaul. Dari 2 sempel

hasil perhitungan efisiensi boiler penulis akan menganalisa pengaruh overhaul

terhadap efisiensi boiler pada unit 1 di UJP PLTU Banten 3 Lontar.

3.5 Teknik Perhitungan Data

Dalam teknik perhitungan data penulis akan menghitung efisiensi boiler

dengan menggunakan metode heat loss. Langkah perhitungan efisiensi boiler

sebagai berikut:

1. Menghitung efisiensi boiler dengan metode direct menggunakan


2. Menghitung kebutuhan udara teoritis dengan menggunakan persamaan

rumus (2.3).

3. Menghitung CO2 teoritis dengan menggunakan persamaan rumus (2.4).

4. Menghitung persen kelebihan udara yang dipasok / Excess air (EA) dengan

menggunakan persamaan rumus (2.5).

5. Menghitung massa udara yang sebenarnya yang dipasok / kg bahan bakar

(AAS) dengan menggunakan persamaan rumus (2.6).

6. Menghitung gas buang kering dengan persamaan rumus (2.7).

7. Menghitung kerugian-kerugian panas (heat loss):

8. Menghitung kerugian panas karena gas buang kering dengan


9. Menghitung kerugian panas karena moisture dari pembakaran H2

(hydrogen) dengan menggunakan persaman rumus (2.9).

10. Menghitung kerugian panas karena moisture di batubara dengan


11. Menghitung kerugian panas karena moisture di udara dengan mengunakan

persamaan rumus (2.11).

12. Menghitung kerugian panas karena pembakaran tidak sempurna dengan


43

13. Menghitung kerugian panas karena radiasi dan hal lain yang tidak terhitung

dengan mengunakan persamaan rumus (2.13).

14. Menghitung kerugian panas karena karbon yang tidak terbakar, yaitu:

menghitung fly ash yang tidak terbakar dengan rumus (2.14) dan bottom

ash yang tidak terbakar dengan rumus (2.15)

15. Menghitung efisiensi boiler dengan metode indirect menggunakan

persmaan rumus (2.2)

44

Gambar 3. 3 Diagram Alir Perhitungan Data

45

3.6 Teknik Analisis Data

Dalam teknik analisis data, penulis menjelaskan tentang analisis hasil

perhitungan pengaruh overhaul terhadap efisiensi boiler, yaitu meliputi:

1. Analisis efisiensi boiler sebelum dan sesudah overhaul dengan metode direct.

2. Analisis persen kehilangan panas sebelum dan sesudah overhaul

a. kehilangan panas karena gas buang kering.

b. kehilangan panas karena moisture dari pembakaran hydrogen.

c. kehilangan panas karena moisture di bahan bakar (batubara).

d. kehilangan panas karena moisture di udara.

e. kehilangan panas karena karbon yang tidak terbakar dan tertinggal dalam

fly ash dan bottom ash.

3. Analisis efisiensi boiler sebelum dan sesudah overhaul dengan metode

indirect.

46

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengumpulan Data

Perhitungan efisiensi boiler yang dilakukan dengan menggunakan

metode direct dan metode indirect atau kerugian panas ialah berdasarkan data

– data performance test sebelum dan sesudah overhaul tanggal di UJP PLTU

Banten 3 Lontar unit 1. Tujuan dilakukannya perhitungan untuk mengetahui

bagaimana efisiensi boiler UJP PLTU Banten 3 Lontar unit 1 pada saat sebelum

dan sesudah overhaul.

Tabel 4. 1 Data Spesifikasi Boiler UJP PLTU Banten 3 Lontar

Boiler Model: DG1025/17.4-ll13

Manufacturer: Dong Fang Boiler Group Co.

Superheated

Steam

Max. Continuous Evaporation t/h

BMCR

Operating

Condition

BRL

Operating

Condition

Mass Rated Evaporation t/h 1025 976.2

Outlet Pressure Mpa 17.4 17.32

Outlet Temperature 541 541

Reheated

Steam

Mass Flow t/h 839.4 802

Inlet/Outlet Pressure MPa 3.76/3.58 3.59/3.41

Inlet/Outlet Temperature 329/541 324/541

Flue Gas Temperature (Corrected) 131 131

Feedwater Temperature 281 278

Drum Pressure Mpa 18.77 18.58

Design Efficiency (%) 93.26 93.71

Sumber: Manual Book PLTU Banten 3 Lontar

4.2 Kegiatan Overhaul Boiler

Overhaul adalah kegiatan pemeriksaan, perbaikan dan pengujian

seluruh bagian dari komponen utama ataupun alat bantu boiler baik yang

47

bergerak maupun yang diam. Pekerjaan-pekerjaan yang dilaksanakan pada saat

overhaul pada boiler unit 1 PLTU Banten 3 Lontar ialah sebagai berikut.

Tabel 4. 2 Scope Pekerjaan Overhaul Dibagian Boiler

LINGKUP PEKERJAAN DETAIL PEKERJAAN

INSPEKSI UJP UNIT 1

SAFETY VALVE

SOOTBLOWER SYSTEM

• Tagging System & Persiapan (Tools Dan

Material)

• Lapping Seat Disc

• Pemeriksaan Seat & Disc (Pt & Contact

Check)

• Penggantian Bonet Gasket

• Pengecatan (Spek High Temp Paint)

• Popping Test (Sertifikasi Kemenaker)

• Tagging Released & Laporkan Pekerjaan

Selesai

• Buat Laporan Pekerjaan (Isi Feedback Wo

Pada Tab Actual Dan Log)

CLEANING WATER JET

WALL TUBE,

SUPERHEATER, REHEATER

& ECONOMIZER BOILER

• Water Jet Wall Tube

• Water Jet Superheater

• Water Jet Reheater

• Water Jet Economizer

INSPEKSI UJP UNIT 1

COAL FEEDER A - E


Material)


Material)

• Pembersihan Kaca Intip / Manhole

• Relagging Head & Tail Pulley

• Penggantian Bearing Head & Tail Pulley

• Penggantian Idler

• Penggantian Belt Coal Feeder

• Adjusting Belt Coal Feeder

• Penggantian Inner & Outer Cleaner

• Pemeriksaan Cleaning Chain

• Inspeksi Gear Box

• Penggantian Oil Gearbox

• Penggantian Rubber Seal Manhole

48



Selesai



INSPEKSI UJP UNIT 1

COAL BURNER DEVICE


Material)

• Pembersihan/Pemeriksaan Burner

• Pembersihan/Pemeriksaan Burner Nozzle

• Penggantian Nozzle Burner

• Penggantian Coal Box Burner (Incl. Ceramic)

• Adjusment Mechanical Linkage Burner

• Penggantian Seal Kit Actuator Tilting Burner

(8 Bh)

• Pemeriksaan Dan Seting Air Adjusment

Damper

• Periksa Sudut Tilting Sway Burner

Menggunakan Digital Protractor ; +30 Deg

(Up) = 0 % (Toleransi ± 5 Deg) ; -30 Deg

(Down) = 100 %

• Inspeksi Coal Gate Valve (Visual)

• Penggantian Gland Packing Coal Gate Valve

• Pemeriksaan Ceramic

• Pemeriksaan Plat Dinding Coal Burner

INSPEKSI UJP UNIT 1

PRIMARY AIR FAN A & B


Material)

• Pembersihan Body Fan

• Penggantian Bearing

• Penggantian Seal Labyrint

• Pemeriksaan Labyrint

• Pembersihan Fan Blade

• Ndt Fan Blade (Pt)

• Pemeriksaan Shaft (Ndt & Run Check)

• Pemeriksaan Fixed Coupling

• Pembersihan Silencer

• Pemeriksaan Cooling System

• Penggantian Pelumas Bearing Nde Dan De

• Pemeriksaan Dan Re- Alignment

• Pengecatan

49



Selesai



INSPEKSI UJP UNIT 1

INDUCED DRAFT FAN A & B


Material)





• Pemeriksaan Shaft (Ndt & Run Check)

• Pemeriksaan Ovality Fixed Coupling

• Regreasing Bearing Nde, De, Guide Damper

• Pemeriksaan Rotary Damper

• Penggantian Bearing Rotary Damper

• Penggantian Flexible Hose Bearing


• Pemeriksaan Kondisi Pondasi (Visual &

Leveling)

• Painting Body


Selesai



INSPEKSI UJP UNIT 1

FORCED DRAFT FAN A & B


Material)





• Run Out Shaft

• Penggantian Hydraulic Oil

• Penggantian Filter

50


• Pemeriksaan Fixed Coupling

• Penggantian Seal Moving Blade

• Penggantian Ring Balance Arm

• Pembersihan Silencer

• Pembersihan He Cooling

• Regreasing Bearing Nde & De


• Pengecatan


Selesai



INSPEKSI UJP UNIT 1

AIR PREHEATER A & B


Material)

• Pembersihan Element Aph (Water Jet)

• Adjust Sealing System (Top-Bottom Radial

Seal, Axial Seal, Bypass Seal)

• Penggantian Sealing System (Top-Bottom

Radial Seal, Axial Seal, Bypass Seal)

• Adjust Seal Gap

• Run Out Rotor

• Penggantian Guide & Thrust Bearing

• Pengantian Lube Oil Guide & Thrust Bearing

• Penggantian Gland Packing Top Dan Bottom

Sealing


Selesai



Sumber: Pemeliharaan Mekanik Boiler UJP PLTU Banten 3 Lontar

Hasil dari pengumpulan data ini diperlukan untuk mengetahui efisiensi

boiler dengan meggunakan metode heat loss, berikut ini adalah data – data yang

diperlukan untuk menghitung efisiensi boiler dengan metode heat loss:

51

Tabel 4. 3 Data Performance Test Boiler Sebelum Dan Sesudah Overhaul

4.3 Pengolahan Data

Boiler di PLTU Lontar berasal dari manufaktur Dong Fang Boiler Group

Boiler Performance Data Satuan Sebelum

Overhaul

Sesudah

Overhaul

Coal Flow T/h 154.64 141.55

Main Steam Pressure Mpa 16.06 16.29

Main Steam Temperature °C 536 514

Feed Water Pressure Mpa 1.7510929 1.709033203

Feed Water Temperature °C 283 268

Main Steam Flow T/h 986.5686 1003.7183

%CO2 in Flue Gas % 17.2 18.22

%O2 in Flue Gas % 1.855 1.905

%CO in Flue Gas % 0 0

Average Flue Gas

Temperature °C 182.09 165.86

Humadity In Ambient Air Kg/Kg Dry Air 0.02496 0.02482

Ambient Temperature °C 33.7 33.6

Fuel Analysis (in %)

Ash Content in Fuel %wt 5.63 6.49

Moisture in Coal %wt 28.76 28.73

Carbon Content %wt 48.52 50.05

Hydrogen Content %wt 5.00 5.33

Oxygen Content %wt 10.33 9.17

Nitrogen Content %wt 1.37 0.8

Sulfur Content %wt 0.4 0.37

ABMA ABMA 0.18 0.18

GCV Of Coal kcal/kg 4325 4753

GCV Of Fly Ash kcal/kg 157 457.47

GCV Of Bottom Ash kcal/kg 30.7 28.75

Fly Ash Split % 0.9 0.9

Bottom Ash Split % 0.1 0.1

52

Co, China. Berdasarkan tujuan dan konstruksi boiler di PLTU Banten 3 Lontar,

ialah termasuk kategori industrial boiler karena memiliki spesifikasi antara lain

boiler digunakan untuk menggerakan turbin, menggunakan bahan bakar minyak

solar atau HSD (High Speed Diesel) untuk start up atau penyalaan awal

sementara bahan bakar primernya menggunakan batubara, memiliki kapasitas

uap 1025 Ton uap/jam maka boilernya termasuk boiler kapasitas sangat tinggi

ditinjau dari kapasitas kerjanya, bertekanan desain outlet superheater 17.4 MPa

termasuk kedalam boiler dengan tekanan kerja sangat tinggi, suhu uap keluar

superheater 541 ºC, dengan perakitannya dilakukan di PLTU Lontar dimana

boiler tersebut akan dioperasikan.

Jika ditinjau dari konstruksinya dan berdasarkan daerah yang mengalami

pemanasan boiler di PLTU Lontar termasuk tipe Water Tube Boiler. Terlihat

bahwa air sirkulasi pada boiler masuk melalui pipa-pipa dan panas hasil

pembakaran dilewatkan melalui permukaan luar pipa tersebut. Berdasarkan

bentuk dan letak pipa-pipa evaporatornya merupakan tipe boiler pipa lurus,

kemudian berdasarkan sirkulasi airnya boiler PLTU Lontar merupakan boiler

dengan sirkulasi paksa karna air yang digunakan dipompa menuju boiler

menggunakan BFPT (Boiler Feed Pump Turbine), yaitu pompa yang berfungsi

untuk mengalirkan air pengisi menuju tube-tube didalam boiler.

Sistem pembakaran pada boiler PLTU Lontar yaitu berjenis Pulverized

Fuel Boiler dengan pembakaran tangensial, karena pada alat bantu utama boiler

terdapat pulverizer atau mill sebagai penghalus batubara yang akan digunakan

sebagai bahan bakar utamanya. Disebut pembakaran tangensial karena

batubara halus tersebut dihembuskan dengan sebagian udara pembakaran

masuk menuju furnace boiler melalui serangkaian nosel burner yaitu berjumlah

empat buah burner dari keempat sudut menciptakan bola api pada pusat tungku.

Untuk tekanan diruang bakar boiler PLTU Lontar menggunakan sistem

balanced draft, Hal ini berarti tekanan statik adalah sama dengan tekanan

atmosfir pada titik tertentu didalam boiler. Untuk boiler PLTU Lontar, balanced

draft kenyataannya dibawah tekanan atmosfir. Draft dijaga sedikit dibawah

tekanan atmosfir agar tidak ada bahan bakar dan panas yang bocor keluar boiler.

Sistem balanced draft menggunakan forced draft fan dan induced draft fan untuk

53

mempertahankan tekanan ruang bakar yang sesuai. Berikut adalah Diagram

Control system ruang bakar atau furnace di PLTU Lontar.

Sedangkan spesifikasi batubara yang dipakai sebagai bahan bakar

utama untuk pembakaran diboiler PLTU Lontar ialah untuk nilai kalor (LHV) harus

direntan antara 3900-4500 kcal/kg, Indeks ketergilingan atau grandibilty index

berada direntan antara 45-65 HGI, untuk kandungan karbon, hydrogen, oksigen,

nitrogen, sulpur, ash dan lain lainnya tidak begitu dipentingkan tp berpengaruh

juga terhadap efisiensi boiler, yg utama ialah nilai kalor dan indeks ketergilingan

karena berpengaruh terhadap pembakaran diboiler dan efisiensinya.

Untuk mengetahui efisiensi boiler harus dilakukan beberapa perhitungan

yaitu menghitung:

1. Efisiensi boiler (Metode Direct)

2. Kebutuhan udara teoritis untuk proses pembakaran.

3. Karbon dioksida (CO2) teoritis

4. Kelebihan udara atau excees air yang dipasok.

5. Massa udara yang sebenernya yang dipasok.

6. Gas buang kering.

7. Kerugian – kerugian panas (Heat Loss)

8. Efisiensi boiler (Metode Indirect)

54

4.4 Hasil

4.4.1 Hasil Perhitungan Efisiensi Boiler Sebelum Overhaul

Dari data-data yang telah dikumpulkan maka dapat dilakukan

perhitungan efisiensi boiler dengan metode direct dan metode indirect, yaitu:

4.4.1.1 Menghitung efisiensi boiler (metode direct)

Boiler Efisiensi (η) = ℎ𝑒𝑎𝑡 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡




Boiler efisiensi (η) = 986.5686 ×(812.68−299.56)

154.64 × 4325 × 100% = 75.72%

Dimana:






4.4.1.2 Menghtung efisiensi boiler (metode indirect)

1) Menghitung udara kebutuhan teoritis

(O2)t = (11,6C)+(34,8(H2-O2))+(4,35S)

(O2)t = (11,6 × 0,4825) + (34,8(0,05- 0,1033

8)) + (4,35 × (4,35 × 10-3))

= 5,597 + 1,2906 + 0,0174

= 6,905 kg/kgbb

Dimana:





55

2) Menghitung CO2 teoritis


𝑚𝑜𝑙 𝑁2+𝑚𝑜𝑙 𝐶

%CO2 = 0,04043

0,1913 + 0,04043= 0,1745 × 100 = 17,45%

Dimana:



mol C = 0,4852

12= 0,04043





mol N2 = 6,9363 ×

77

100

28 +

13,7 × 10−3

28= 0,1913

3) Menghitung persentase kelebihan udara yang dipasok (Excess air, EA)

EA = 02%

21−02%× 100

EA = 1,855%

21−1,855%× 100 = 9,6892%

4) Menghitung massa udara yang sebenarnya yang dipasok/kg bahan

bakar (AAS)

AAS = (1+ 𝐸𝐴

100) × 𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑎𝑖𝑟

AAS = (1+ 9,6892

100) × 6,9363 = 7,60837 kg/kgbb

5) Menghitung massa gas buang kering

m = m CO2 + m N2 fuel + m N2 udara pembakaran + m O2 gas buang

= 1,7791 + (13,7 x10-3) + 5,8584 + 0,1546 = 7,8058 𝑘𝑔

𝑘𝑔𝑏𝑏⁄

Dimana:


12

massa CO2 = 0,4852 x 44

12 = 1.7791

𝑘𝑔𝑘𝑔𝑏𝑏⁄


100

massa N2 udara pembakaran = 7,60837 𝑥 77

100 = 5,8584


56


100

massa O2 gas buang = (7,60837−6,9363) 𝑥 23

100 = 0,1546


6) Menghitung kerugian – kerugian panas (Heat Loss)

6.a) Menghitung kerugian panas karena gas buang kering (L1)


𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100

L1 = 7.8056 × 0.236 × (184.86−33.7)

4325× 100

= 0.063161 × 100 = 6.3204%

Dimana:






• Nilai Cp didapat dari tabel tekanan gas buang/udara

Diketahui:

average flue gas temperature = 182.09 oC = 455.09 oK

Mencari Cp dengan interpolasi:

(500−457.86)𝐾

(500−450) =

(1.014𝑘𝑗

𝑘𝑔𝐾−𝐶𝑝)

(1.014−0.978)𝑘𝑗

𝑘𝑔𝐾

44.91𝐾

50𝐾 =

1.014𝑘𝑗

𝑘𝑔𝐾−𝐶𝑝

0.036𝑘𝑗

𝑘𝑔𝐾

1.61676 = 50.7 – 50Cp

50Cp = 49.083 𝑘𝑗

𝑘𝑔𝐾

Cp = 0.9816𝑘𝑗

𝑘𝑔𝐾 × (0.24 kcal/kj)

Cp = 0.236 kcal/kgK

57

6.b) Menghitung kerugian panas karena moisture dari pembakaran H2

(hydrogen) (L2)

L2 = 9×𝐻2×(584+𝐶𝑝(𝑇𝑓−𝑇𝑎)


L2 = 9 × 0,05 × (584 + 0,671 (182.09 − 33,7))

4325× 100

= 6.3204%

Dimana:






9 = Konstanta

584 = Konstanta

• Nilai Cp superheated steam didapat dari software steam property

pada Lampiran.

Diketahui: main steam temperature = 536 oC

steam pressure = 16,06 Mpa

Maka didapat nilai Cp = 0.671 kcal/kgK

6.c) Menghitung kerugian panas karena moisture di batubara (L3)

L3 = 𝑚 ×(584+𝐶𝑝(𝑇𝑓−𝑇𝑎)


L3 = 0.2876 × (584 + 0.671 (182.09 − 33.7))

4325× 100

= 0.045455 × 100 = 4.5455%

Dimana:






584 = Konstanta

58

6.d) Menghitung kerugian panas karena moisture di udara (L4)



L4 = 7.60837 × 0.02496 ×(0,671 (182.09− 33.7))

4325× 100

= 0.4372%

Dimana:


Humidity (Rasio kelembaban) = massa air yang terkandung dalam

stiap kg udara kering





6.e) Menghitung kerugian panas karena pembakaran tidak sempurna (L5)

%𝐶𝑂 ×𝐶


584

𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎 × 100

0 × 0,4852

0 +17,2 ×

584

4325 × 100 = 0%

Dimana:





584 = Konstanta

59

6.f) Menghitung kerugian panas karena radiasi dan konveksi (L6)

L6 = ABMA

L6 = 0.18%

Dimana:

ABMA = Total rad and convection from American Boiler

Manufactures Association Chart

6.g) Menghitung kerugian panas karena karbon yang tidak terbakar

1) Fly ash yang tidak terbakar (L7)

L7 = 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑎𝑏𝑢 𝑝𝑒𝑟 𝑘𝑔 𝑏𝑏 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 ×𝐺𝐶𝑉 𝑓𝑙𝑦 𝑎𝑠ℎ


= 0.00563 ×157

4325× 100

= 0.183%

Dimana:

% ash content in fuel = 0.0563

Ratio bottom ash to fly ash = 90 : 10

GCV fly ash = 157 kcal/kg

Jumlah fly ash per kg batubara = 0.9 × 0.0563 = 0.05067

2) Bottom ash yang tidak terbakar (L8)

L8 = 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑎𝑏𝑢 𝑝𝑒𝑟 𝑘𝑔 𝑏𝑏 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 ×𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑜𝑡𝑡𝑜𝑚 𝑎𝑠ℎ


= 0.05067 ×30.7

4325× 100

= 0.00399%

Dimana :



GCV bottom ash = 30.7 kcal/kg

Jumlah bottom ash per kg batubara = 0.1 × 0.0563 = 0.00563

60

Menghitung efisiensi boiler (metode indirect)

Efisiensi Boiler (η)

= 100 – (6.3204 + 7.1123 + 4.5455 + 0.4372 + 0 + 0.18 + 0.183 + 0.00399)

= 81.22%

4.4.2 Hasil Perhitungan Efisiensi Boiler Setelah Overhaul

Dari data-data yang telah dikumpulkan maka dapat dilakukan

perhitungan efisiensi boiler dengan metode direct dan metode indirect, yaitu:

4.4.2.1 Menghitung efisiensi boiler (metode direct)

Boiler Efisiensi (η) = ℎ𝑒𝑎𝑡 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡




Boiler efisiensi (η) = 1003.7183 ×(797−280,82)

141.55 × 4753 × 100% = 77,01%

Dimana:






4.4.2.2 Menghitung efisiensi boiler (metode indirect)

1) Menghitung udara kebutuhan teoritis

(O2)t = (11,6C)+(34,8(H2-O2))+(4,35S)

(O2)t = (11,6 × 0,5005) + (34,8(0,0533- 0,0917

8)) + (4,35 × (3,7 × 10-3))

= 5,8058 + 1,5889 + 0,016095

= 7,4108 kg/kgbb

Dimana:





61

2) Menghitung CO2 teoritis


𝑚𝑜𝑙 𝑁2+𝑚𝑜𝑙 𝐶

%CO2 = 0,0417

0,2041 + 0,0417= 0,1893 × 100 = 16,96%

Dimana:



mol C = 0,5005

12= 0,0417





mol N2 = 7,4108 ×

77

100

28 +

8 × 10−3

28= 0,2041

3) Menghitung persentase kelebihan udara yang dipasok (Excess air, EA)

EA = 02%

21−02%× 100

EA = 1,905%

21−1,905%× 100 = 9,976%

4) Menghitung massa udara yang sebenarnya yang dipasok / kg bahan bakar

(AAS)

AAS = (1+ 𝐸𝐴

100) × 𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑎𝑖𝑟

AAS = (1+ 9,976

100) × 7,4108 = 8,1501 kg/kgbb

5) Menghitung massa gas buang kering

m = m CO2 + m N2 fuel + m N2 udara pembakaran + m O2 gas buang

m = 1,8351 + (8 x10-3) + 6,2756 + 0,17 = 8,2887 𝑘𝑔

𝑘𝑔𝑏𝑏⁄

Dimana:


12

massa CO2 = 0,5005 x 44

12 = 1.8351



100

massa N2 udara pembakaran = 8,1501 𝑥 77

100 = 6,2756



100

62

massa O2 gas buang = (8,1501−7,4108) 𝑥 23

100 = 0,17


6) Menghitung kerugian – kerugian panas (Heat Loss)

6.a) Menghitung kerugian panas karena gas buang kering (L1)



L1 = 8,2887 × 0,233 × (165.86−33.6)

4753× 100

= 0.05374 × 100 = 5.374%

Dimana:






• Nilai Cp didapat dari table tekanan gas buang/udara

Diketahui: average flue gas temperature = 165.86 oC = 438.86K

Mencari Cp dengan interpolasi :

(450−438,86)𝐾

(450−400) =

(0.978𝑘𝑗

𝑘𝑔𝐾−𝐶𝑝)

(0.978−0.939)𝑘𝑗

𝑘𝑔𝐾

11.14𝐾

50𝐾 =

0.978𝑘𝑗

𝑘𝑔𝐾−𝐶𝑝

0.039𝑘𝑗

𝑘𝑔𝐾

0.4344 = 48.9 – 50Cp

50Cp = 48.4656 𝑘𝑗

𝑘𝑔𝐾

Cp = 0.9693𝑘𝑗

𝑘𝑔𝐾 × (0.24 kcal/kj)

Cp = 0.233 kcal/kgK

63

6.b) Menghitung kerugian panas karena moisture dari pembakaran H2

(hydrogen) (L2)

L2 = 9×𝐻2×(584+𝐶𝑝(𝑇𝑓−𝑇𝑎)


L2 = 9 × 0,0533 × (584 + 0,696 (165,86 − 33,6))

4753× 100 = 6.8231%

Dimana:






9 = Konstanta

584 = Konstanta

• Nilai Cp superheated steam didapat dari software steam

property pada Lampiran

Diketahui: main steam temperature = 514 oC

steam pressure = 16.29 Mpa

Maka didapat nilai Cp = 0.696 kcal/kgK

6.c) Menghitung kerugian panas karena moisture di batubara (L3)

L3 = 𝑚 ×(584+𝐶𝑝(𝑇𝑓−𝑇𝑎)


L3 = 0.2873 × (584 + 0.696 (165.86 − 33.6))

4753× 100

= 0.04102 × 100

= 4.102%

Dimana:






584 = Konstanta

64

6.d) Menghitung kerugian panas karena moisture di udara (L4)



L4 = 8.1501 × 0,02482 ×(0.696 (165.86 − 33.6))

4753× 100 = 0.3918%

Dimana:


Humidity (Rasio kelembaban) = massa air yang terkandung dalam

stiap kg udara kering





6.e) Menghitung kerugian panas karena pembakaran tidak sempurna

(L5)

%𝐶𝑂 ×𝐶


5744

𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎 × 100

0 × 0,4709

0 +18,22 ×

584

4753 × 100 = 0%

Dimana:





584 = Konstanta

6.f) Menghitung kerugian panas karena radiasi dan konveksi (L6)

L6 = ABMA

L6 = 0.18%

Dimana:

ABMA = Total rad and convection from American Boiler

Manufactures Association Chart

6.g) Menghitung kerugian panas karena karbon yang tidak terbakar

• Fly ash yang tidak terbakar (L7)

65

L7 = 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑎𝑏𝑢 𝑝𝑒𝑟 𝑘𝑔 𝑏𝑏 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 × 𝐺𝐶𝑉 𝑓𝑙𝑦 𝑎𝑠ℎ


= 0.00649 × 457.47

4753× 100

= 0.5621 %

Dimana:



GCV fly ash = 457.47 kcal/kg

Jumlah fly ash per kg batubara = 0.9 × 0.0649 = 0.05841

• Bottom ash yang tidak terbakar (L8)

L8 = 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑎𝑏𝑢 𝑝𝑒𝑟 𝑘𝑔 𝑏𝑏 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 × 𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑜𝑡𝑡𝑜𝑚 𝑎𝑠ℎ


= 0.05841 × 28.75

4753× 100

= 0.00392 %

Dimana :



GCV bottom ash = 28.75 kcal/kg

Jumlah bottom ash per kg batubara = 0.1 × 0.0649 = 0.00649

Menghitung efisiensi boiler (metode indirect)

Efisiensi Boiler (η)

= 100 – (5.374 + 6.8231 + 4.102 + 0.3918 + 0 + 0.18 + 0.5621 + 0.00392)

= 82.56%

66

Tabel 4. 4 Hasil Hitung Efisiensi Boiler Metode Direct

Parameter Metode Direct Satuan Sebelum

Overhaul

Sesudah

Overhaul

Laju aliran main steam T/h 986.5686 1003.7183

Entalpi main steam kcal/kg 812.68 797

Entalpi feedwater kcal/kg 299.34 280.82

Laju aliran bahan bakar T/h 154.64 141.55

Nilai kalori batubara kcal/kg 4325 4753

Efisiensi Boiler % 75.72 77.01

Tabel 4. 5 Hasil Hitung Efisiensi Boiler Metode Indirect

Parameter Metode Indirect Satuan Sebelum

Overhaul

Sesudah

Overhaul

Gas buang kering (L1) % 6.3204 5.374

Kelembaban dari pembakaran hydrogen (L2) % 7.1123 6.8231

Kelembaban di bahan bakar (batubara) (L3) % 4.5455 4.102

Kelembaban di udara (L4) % 0.4372 0.3918

Pembakaran yang tidak sempurna (L5) % 0 0

Radiasi permukaan dan konveksi (L6) % 0.18 0.18

Karbon tidak terbakar dalam fly ash (L7) % 0.183 0.5621

Karbon tidak terbakar dalam bottom ash (L8) % 0.00399 0.00392

Total Losses % 18.78239 17.43692

Effisiensi Boiler % 81.22 82.56

67

4.5 Analisa Data Hasil Perhitungan

Gambar 4. 1 Grafik Efisiensi Boiler Sebelum Dan Sesudah Overhaul

4.5.1 Efisiensi Boiler Sebelum Dan Sesudah Overhaul Dengan Metode

Direct

Dari hasil perhitungan efisiensi boiler sebelum dan sesudah overhaul

tersebut diketahui bahwa terjadi peningkatan nilai efisiensi yaitu sebesar 1.29%

dapat dilihat dari gambar grafik 4.1 nilai efisiensi boiler sebelum overhaul ialah

75.72% dan sesudah overhaul yaitu 77.01%. Hal ini disebabkan karena pada

saat overhaul dilakukan pembersihan pada tube boiler.

72

74

76

78

80

82

84

Sebelum OHDirect

Sesudah OHDirect

Sebelum OHIndirect

Sesudah OHIndirect

75,7277,01

81,22

82,56

Efisiensi (%)

Efisiensi

68

4.5.2 Unsur Kehilangan Panas

Tabel 4. 6 Perbandingan Heat Loss Sebelum Dan Sesudah Overhaul

No Item Sebelum

Overhaul

Sesudah

Overhaul Selisih

Kehilangan panas karena: % % %

1 Gas Buang Kering L1 6.3204 5.371 -0.933

2 Moisture Dari Pembakaran

Hydrogen L2 7.1123 6.8231 -0.2892

3 Moisture di Batubara L3 4.5455 4.102 -0.4435

4 Moisture di Udara L4 0.4372 0.3918 -0.0409

5 Pembakaran yang tidak

sempurna L5 0 0 0

6 Radiasi dan konveksi L6 0.18 0.18 0

7 Karbon yang tidak terbakar

dalam fly ash L7 0.183 0.5621 0.3791

8 Karbon yang tidak terbakar

dalam bottom ash L8 0.00399 0.00392 -0.00007

Total 18.78239 17.43692 -1.32757

69

Berikut ini adalah grafik perbandingan kehilangan panas sebelum dan sesudah overhaul:

Gambar 4. 2 Grafik Kehilangan Panas Sebelum Dan Sesudah Overhaul

0

1

2

3

4

5

6

7

8

L1L2

L3L4

L5L6

L7L8

6,3204 7,1123

4,5455

0,4372

0 0,180,0204

0,0359

5,371

6,8231

4,102

0,3918

0 0,180,0624

0,0353

6,054

4,296

6,48

0,2760,983

0,180,037

0,066

6,324

4,193

6,228

0,2861,076

0,180,035

0,062

Kehilangan Panas (%)

Perhitungan Sebelum OH

Perhitungan Sesudah OH

Performance Test Sebelum OH

Performance Test Sesudah OH

70

Gambar 4. 3 Diagram Sankey Sebelum Overhaul

Gambar 4. 4 Diagram Sankey Sesudah Overhaul

71

Gambar 4. 5 Diagram Sankey Performance Test Sebelum Overhaul

Gambar 4. 6 Diagram Sankey Performance Test Sesudah Overhaul

72

Jika dilihat dari penurunan efisiensi boiler pada sebelum dan sesudah

overhaul disebabkan karena beberapa factor, berikut adalah penjelasannya.

a. Kehilangan Panas Karena Gas Buang Kering

Melihat dari hasil perhitungan pada gambar 4.3 dan gambar 4.4

didapatkan jumlah kerugian panas akibat massa gas buang kering

mengalami penurunan sebanyak 0.933% dimana nilai sebelum overhaul

6.3204% dan sesudah overhaul 5.371%. Hal ini disebabkan oleh adanya

kotoran yang menempel pada tube boiler sehingga dapat mengurangi

perpindahan panas yang terjadi, sehingga mrngakibatkan panas hasil

pembakaran tersebut terbuang melalui stack.

b. Kehilangan Panas Karena Moisture dari Pembakaran Hidrogen


didapatkan jumlah kehilangan panas karena moisture dari pembakaran

hydrogen mengalami penurunan sebesar 0.2892% dimana nilai sebelum

overhaul 7.1123% dan sesudah overhaul 6.8231%. Hal ini disebabkan

karena nilai kandungan oksigen content setelah overhaul lebih sedikit

sehingga kadar hydrogen yang mengikat kadar oksigen lebih sedikit dan

menghasilkan H2O lebih sedikit.

c. Kehilangan Panas Karena Moisture di Bahan Bakar (Batubara)

Melihat dari hasil perhitungan pada gambar 4.3 dan gambar 4.4 untuk

analisis kehilangan panas karena moisture pada batubara mengalami

penurunan sebesar 0.4435% dimana nilai sebelum overhaul 4.5455% dan

sesudah overhaul 4.102%. Hal ini disebabkan karena pada saat kegiatan

overhaul pembersihan di elemen airpreheater yang merupakan elemen

pemanas pada saluran sistem udara primer menyebabkan pengeringan

batubara yang terjadi di mill menjadi lebih optimal sehingga dapat

menurunkan kadar moisture pada batubara.

d. Kehilangan Panas Karena Moisture di Udara

Melihat dari hasil perhitungan pada gambar 4.3 dan gambar 4.4 untuk

analisis kehilangan panas karena moisture di udara mengalami penurunan

sebesar 0.0409% dimana nilai sebelum overhaul 0.4372% dan sesudah

overhaul 0.3918%. Hal ini disebabkan karena faktor humidity atau uap air

73

dan temperature ambient yang terkandung di udara atmosfer sekitar yang

disuplai oleh forced draft fan untuk memenuhi kebutuhan udara pada proses

pembakaran di ruang bakar boiler.

e. Kehilangan Panas Karena Karbon Yang Tidak Terbakar Dan Tertinggal

Dalam Fly Ash Dan Bottom Ash

Faktor yang terakhir ialah kehilangan panas karena karbon yang tidak

terbakar dan tertinggal dalam abu atas atau fly ash maupun abu bawah atau

bottom ash.

• Unborn Carbon Fly Ash (L7)


untuk analisis kehilangan panas karena karbon tidak terbakar dalam fly

ash mengalami kenaikan sebesar 0.3791% dimana nilai unborn carbon

fly ash sebelum overhaul 0.183% dan sesudah overhaul 0.5621%. Hal

ini disebabkan karena pada saat setelah overhaul nilai dari HHV fly ash

mengalami kenaikan dimana nilai HHV fly ash sebelum overhaul

sebesar 157 kcal/kg dan setelah overhaul 457.47 kcal/kg.

• Unborn Carbon Bottom Ash (L8)


untuk analisis kehilangan panas karena karbon tidak terbakar dalam

bottom ash mengalami penurunan sebesar 0.00007% dimana nilai

sebelum overhaul 0.00399% dan sesudah overhaul 0.00392%. Hal ini

disebabkan karena pada saat setelah overhaul nilai dari HHV bottom

ash mengalami penurunan dimana nilai HHV bottom ash sebelum

overhaul sebesar 30.7 kcal/kg dan setelah overhaul 28.75 kcal/kg.

4.5.3 Efisiensi Boiler Sebelum Dan Sesudah Overhaul Dengan Metode

Indirect

Dari hasil perhitungan efisiensi boiler sebelum dan sesudah overhaul

tersebut diketahui bahwa terjadi peningkatan nilai efisiensi yaitu sebesar 1.34%

dapat dilihat dari gambar grafik 4.1 nilai efisiensi boiler sebelum overhaul ialah

81.22% dan sesudah overhaul yaitu 82.56%. Hal ini disebakan karena losses

yang terjadi pada saat setelah overhaul lebih kecil dibandingkan losses yang

74

terjadi pada saat sebelum overhaul. Sementara hasil efisiensi dari performance

test sebelum overhaul 81.46% dan sesudah overhaul 81.56%.

4.6 Analisa Ekonomi

Dari data sebelum dan sesudah overhaul didapatkan pengurangan

penggunaan batubara sebesar 13.09 T/h, dimana penggunaan batubara

sebelum overhaul 154.64 T/h dan sesudah overhaul 141.55 T/h. jika harga batu

bara Rp 839 per kg, pengurangan biaya yang dikeluarkan untuk batubara sekitar

Rp 263.580.240 per hari.

75

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil perhitungan data yang telah dilakukan untuk mengetahui

pengaruh overhaul terhadap efisiensi boiler sebelum dan sesudah overhaul unit

1 UJP PLTU Banten 3 Lontar dengan metode direct dan indirect didapatkan:

1. Untuk metode direct didapatkan hasil efisiensi boiler sebelum overhaul

sebesar 75.72% dan sesudah overhaul sebesar 77.01% sehingga

mengalami kenaikan sebesar 1.29%.

2. Untuk metode indirect didapatkan hasil efisiensi boiler sebelum overhaul

sebesar 81.22% dan sesudah overhaul sebesar 82.56% sehingga

mengalami kenaikan efisiensi sebesar 1.34%.

3. Selisih penggunaan bahan bakar sebelum dan sesudah overhaul

sebesar 13.09 T/h dan pengurangan biaya yang dikeluarkan untuk

batubara sekitar Rp 263.580.240 per hari.

5.2 Saran

1. Dari laporan skripsi ini penulis menyarankan untuk kegitan overhaul

harus selalu rutin dilakukan karena overhaul memberikan hasil yang

positif terhadap kenaikan efisiensi boiler.

2. Tambahkan analisa secara finansial untuk penelitian selanjutnya.

76

DAFTAR PUSTAKA

E, N. (2013). Optimalisasi Kinerja Soot Blower Pada Boiler PLTU Tanjung Jati B. Iswandi, C. T. (2012). Analisis Kinerja Boiler Pada PLTU Unit 1 PT. Semen

Tonasa. Nurmalita. (2012). Analisis Efiesiensi Energi Pada Pembangkit Listrik Tenaga

Uap (PLTU) PT. Energi Alam Raya Semesta Di Kabupaten Nagan Raya Naggroe Aceh Darussalam.

Ramadhan, M. F. (2018). Analisis Nilai Excess Air Terhadap Efisiensi Boiler Pada PLTU Batubara Unit Pembangkitan Peabuhan Ratu 3 x 350 MW.

Ramadhan, P. (2017). Analisa Efisiensi Boiler Dengan Metode Heat Loss Sebelum dan Sesudah Overhaul PT. Indonesia Power UJP PLTU Lontar Unit 3. Jurnal Power Plant.

Simanjuntak, O. T., & Amien, S. (2015). Studi Keandalan (Reliability) Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Labuhan Angin Sibolga.

Siswanto, E. (2015). Analisa Efisiensi Exergi Boiler Wanson III Pada Unit KIlang Di Pusat Pendidikan Dan Pelatihan Minyak Dan Gas Bumi (PUSDIKLAT MIGAS) Cepu.

78

LAMPIRAN

79

Lampiran 1 Lembar Bimbingan Skripsi

81

Lampiran 2 Enthalpy Feedwater Dengan Steam Property

Mencari Enthalpy Feedwater Dengan Steam Property

(Metode Direct) Sebelum Overhaul

82

Mencari Enthalpy Feedwater Dengan Steam Property

(Metode Direct) Setelah Overhaul

83

Lampiran 3 Enthalpy Superheat Dengan Steam Property

Mencari Enthalpy Superheat Dengan Steam Property

(Metode Direct) Sebelum Overhaul

84

Mencari Enthalpy Superheat Dengan Steam Property

(Metode Direct) Setelah Overhaul

85

Lampiran 4 CP Superheat Dengan Steam Property

Mencari CP Superheat Dengan Steam Property

(Metode Indirect) Sebelum Overhaul

86

Mencari CP Superheat Dengan Steam Property

(Metode Indirect) Setelah Overhaul

87

Lampiran 5 Tabel Kalor Spesifik Gas Ideal (Udara Flue Gas)

Tabel Kalor Spesifik Gas Ideal (Udara Flue Gas)

88

Lampiran 6 Surat Pengambilan Data

89

Lampiran 7 Lembar Revisi

INSTITUT TEKNOLOGI PLN PENGARUH OVERHAUL TERHADAP ...

Documents

Transcript of INSTITUT TEKNOLOGI PLN PENGARUH OVERHAUL TERHADAP ...