Tugas Teknologi Pemanfaatan Batubara

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS UAP-BATUBARA

Oleh:

Efraim Sugianto D 621 08 261

Aryo Dandy P D 621 08 273

PROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGANJURUSAN TEKNIK GEOLOGI

FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR2012

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS UAP-BATUBARA

A.Pengantar

Pembangkit listrik tenaga gas uap adalah salah satu inovasi sebagai lanjutan dari

pemanfaatan gas buangan dari pembangkit listrik tenaga gas. Gas yang dihasilkan sebagai

bahan buangan dari PLTG akan menghasilkan pencemaran jika tidak dikelola dengan

baik. Gas-gas tersebut pada umumnya berasal dari sisa-sisa pembakaran bahan bakar

seperti BBM dan batubara. Berbagai cara telah dilakukan untuk mengatasi masalah

tersebut yang salah satunya adalah melalui proses gasifikasi, misalnya pada hasil

pembakaran batubara. Teknologi tersebut salah satunya adalah gasifikasi batubara untuk

pembangkit listrik tenaga gas Uap batubara (PLTGU-batubara).

PLTGU adalah salah satu pembangkit listrik siklus gabungan antara siklus gas

dan siklus air. Peralatan utamanya terdiri dari turbin dengan generatornya, HRSG (Heat

Recovery Steam Generator), BFP (boiler feed pump) turbin uap dengan generatornya dan

alat pendukung lainnya. HRSG (Heat Recovery Steam Generator) adalah ketel uap

atau boiler yang memanfaatkan energi panas sisa gas buang suatu unit turbin gas

untuk memanaskan air dan mengubahnya menjadi uap, dan kemudian uap tersebut

dipergunakan untuk menggerakkan turbin uap.

Pada umumnya boiler HRSG tidak dilengkapi pembakar (burner) dan tidak

mengkonsumsi bahan bakar, sehingga tidak terjadi proses perpindahan/penyerapan panas

radiasi. Proses perpindahan/penyerapan yang terjadi hanyalah proses konveksi dan

konduksi dari gas buang turbin gas ke dalam air yang akan di proses menjadi uap melalui

elemen-elemen pemanas di dalam ruang boiler HRSG. Boiler HRSG sangat bermanfaat

untuk meningkatkan hasil guna (efisiensi) bahan bakar yang dipakai pada unit turbin gas,

yang selanjutnya akan menggerakkan unit turbin uap. Sistem pembangkit listrik yang

memanfatkan proses ini disebut Pusat Listrik tenaga Gas dan Uap (PLTGU) atau unit

pembangkit siklus kombinasi CCPP (Combined Cycle Power Plant). Boiler HRSG adalah

bagian penting PLTGU. Dimana unit pembangkit PLTGU disebut juga Blok PLTGU.

Kapasitas produksi uap yang dapat dihasilkan HRSG tergantung pada kapasitas

energi panas yang masih dikandung gas buang dari unit turbin gas, yang berarti

tergantung pada beban unit turbin gas. Pada dasarnya, turbin gas yang beroperasi pada

putaran tetap, aliran udara masuk kompresor juga tetap; perubahan beban turbin yang

tidak konstan dengan aliran bahan bakar tetap, sehingga suhu gas buang juga berubah-

ubah mengikuti perubahan beban turbin gas.

Pusat Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU)

Salah satu kelebihan dari PLTGU ini adalah mampu mengoptimalkan pemanfaatan

termal, dengan demikian efisiensi pembangkit listriknya dapat diperbaiki , disamping

biaya yang dipergunakan juga relatif murah dibandingkan dengan pembangkit listrik

dengan tenaga konvensional dan harus dilengkapi dengan peralatan disulfurisasi dan

pengurangan NOx untuk membersihkan gas buangan. Konsep yang digunakan dalam

pembangkit listrik ini (PLTGU) adalah sistem combined cycle.

A.1. Prinsip pembangkitan Combine Cycle

Salah satu cara untuk mengatasi persoalan polutan adalah dengan mengurangi

kandungan volutan yang ada pada bahan bakar tersebut. Hal ini dapat dilakukan dengan

cara mengkonversikan bahan bakar padat menjadi gas yang dapat dibakar. Dalam bahan

gas, sulfut terdapat dalam bentuk H2S, sedangkan Nitrogen dari batubara dalam bentuk

NH3 . keduanya akan lebih mudah ditangkap oleh absorben dari pada dalam bentuk

oksida dalam gas buangan. Dengan adanya proses pembersihan pada bahan bakar

sebelum dibakar maka volume gas yang dibersihkan 4-6 kali dari volume gas bungan

dari massa batubara yang sama.

Dengan perkembangan teknologi ini maka fasilitas de NOx untuk gas buangan

tidak diperlukan lagi. Keuntungan votensial dengan mengkonversikan batubara menjadi

gas sebelum dibakar adalah kemungkinan pemanfaatan bahan bakar gas tersebut sebagai

bahan bakar gas turbin untuk membangkitkan tenaga listrik. Pada saat ini teknologi gas

turbin teknologinya telah mapan dan efisien dan mencapai 50% lebih tinggi dari

pembangkit listrik tenaga batubara konvensional. Disamping itu teknologi gas turbin ini

memiliki gas buangan yang relatif bebas polusi.

Dari konsep yang tertera diatas maka konsep Combine Cycle dengan bahan bakar

batubara dikembangan dengan urutan proses sebagai berikut;

Konversi baahan bakar seperti batubara (dapat pula boimas, limbah), menjadi

gas yang dapat dibakar

Menghilangkan polutan gas dari gas primer

Pembakaran gas bersih dalam ruang bakar gas turbin dengan gas buangan

mempunyai kadar NOx rendah

Pemanfaatan panas buangan dari gas turbin untuk memproduksi uap yang akan

digunakan untuk menggerakkan turbin uap.

A.2. Gasifikasi Batubara

Gasifikasi batubara pada dasarnya adalah suatu proses perubahan batubara

menjadi gas yang lebih mudah terbakar dengan klasifikasi berdasarkan nilai panas

(heating Value), yaitu low-btu (180-350Btu/scf), medium-Btu (250-500 Btu/sfc), Higth-

Btu(950-1000 btu/saf). Perubahan batubara menjadi gas yang mudah terbakar terjadi

melalui beberapa proses kimia dalam reaktor gasifikasi . Tahanan awal setelah batubara

menjadi perilaku awal (ukuran butir diperkecil hingga ukuran butir tertentu), sebagai feed

stock, mengalami pemanasan sampai temperatur reaksi dan mengalami pirolisaasi atau

pembaraan. Semua batubara kecuali mineral pengotor dikonversi menjadi Hidrogen (H2),

karbon Monoksida (CO) dan metana (CH4), dengan pereaksi gas yang terutama adalah

oksigen (O2) dan uap. Reaksi kimia yang terjadi adalah sebagai berikut

Cfix+H2O……………………CO+H2+118,5 kJ/mol

Reaksi pembakaran tidak sempurna

Cfix+1/2O2…………………..CO-123,1kJ/mol

Pembakaran yang terjadi disini adalah pembakaran tidak sempurna (pembakaran

partial/partial combudtion), dengan rasio batubara lebih besar dari stoikiometri reaksi

atau Oksigen dibuat tidak mampu mengkonversi seluruh karbon menjadi karbon

diokasida. Dalam reaksi gasifikasi, produk gasifikasi yaitu CO dan H2, bercampur dengan

produk pirolisa. Distribusi berat dan komposisi berat gas yang terjadi dipengaruhi oleh

beberapa kondisi antara lain tmperatur, kecepatan pemanasan, tekanan, residence time

dan jenis umpan batubara. Salah satu pengaruh kondisi yaitu tekanan terhadap heating

value komposisi. Lihat gambar.

A.3. Pembersihan Gas

Terdapat dua jenis gas yang dapat diperhatikan yaitu gas H2S dan gas NOx. Proses yang

dilakukan antara lain sebagai berikut:

1. Pembersihan gas H2S

Pembersihan gas H2S dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu dengan proses kering. Pada

proses cair dan proses kering. Pada proses cair, pertama debu kasar dari gas hasil

ditangkap dengan cyclone dan debu yang belum tertangkap diendapkan dalam wadah

cooler sehingga residunya dapat mencapai <5mg/m3. Selanjutnya gas H2S diambil oleh

cairan scrubbing dalam scrubber. Kemudian H2S direduksi dalam clauss oven menjadi

sulfur murni. Salah satu proses yang adalah proses sulfinol.

2. Proses Kering

Dilakukan pada temperatur yang tinggi sehingga gas yang bersihnya dapat langsung

dimanfaatkan oleh gas turbin tanpa kerugian panas dalam boiler. Dalam proses kering ini

digunakan molecular sieve atau ion exchanger (union Carbid dan Davison Chemical

Company) carbon aktif (Bergbau-Forchung) dan Oksida Besi (Ruhrgas AG) lihat gambar.

A.4. Minimasi produksi NOx

Pembentukan NOx dari pembakaran udara dapat dikurangi dengan mengatur pembakaran

sehingga over headed zone dapat dikurangi dengan mengatur pembakaran sehingga Over

Headed Zona dapat dihindarkan. Pembakaran pada suhu tinggi akan meningkatkan reaksi

nitrogen dan oksigen. Pola pembakaran gas dengan low Heating Value memungkinkan

pengendalian pembakaran sehingga produksi NOx dapat dikurangi

a.5. Aplikasi pada pembangkit tenaga listrik Combine Cycle

Dari berbagai proses gasifikasi yang ada, gas dengan klasifikasi low-btu cukup baik dan

ekonomis dipakai agar tetap kompetitif dengan bahan bakar yang lain. Integrasi

penggunaan gasifikasi secara skematis dapat dilihat pada gambar berikut.

Pengujian yang telah dilakukan oleh British Gas Company (BGC) dengan

menggunakan reactor gasifikasi Fixed Bed dengan kapasitas 25ton/j., yang dikopel

dengan gas turbin tipe SK 30-Rolls Royce Olympus, telah dapat mencapai efisiensi

36,7%. Integrasi teknologi gasifikasi pada combine Cycle juga dikembangkan oleh

Lurgi., Electric power Research Institude (EPRI), lumnusShell dengan tingkat Efisiensi

45%.