Prinsip kerja HRSG

Sebagai salah satu unit pembangkitan tenaga listrik yang dimiliki PT Indonesia Power, Unit

Bisnis Pembangkitan Semarang memiliki 3 jenis pembangkit, yaitu :

• Pusat Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU),

• Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)

• Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)

Pusat Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) merupakan pembangkit jenis combined

cycle. Pembangkit jenis ini memanfaatkan gas panas pembuangan dari pembangkit tenaga

gas untuk memanasi air dalam pipa-pipa Heat Recovery Steam Generator ( HRSG ) menjadi

uap untuk menggerakkan turbin uap. Penggunaan teknologi combined cycle menjadikan

operasi pembangkit lebih efisien sebab cara ini memanfaatkan gas panas pembuangan

pembangkit listrik primer pada turbin gas menjadi tenaga listrik pada tahap sekunder. Selain

itu, pembangkit tenaga gas merupakan pembangkit yang akrab dengan lingkungan karena

tingkat pembakarannya yang hampir sempurna menghasilkan emisi karbon dioksida dan

limbah lain yang sangat rendah. Jadi, selain efisien, jenis pembangkit ini merupakan bukti

kepedulian terhadap lingkungan. Sedangkan Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU) merupakan

jenis pembangkit yang menggunakan bahan bakar minyak untuk memanasi air pada ketel

dan uap hasilnya diapakai untuk menggerakkan turbin uap.

Sistem produksi tenaga listrik PLTGU dibagi menjadi dua siklus, yaitu :

A. Open Cycle

Open cycle merupakan proses produksi listrik pada PLTGU dimana gas buangan dari turbin

gas (ditunjukkan gambar 8) langsung dibuang ke udara melalui cerobong exhaust. Suhu gas

buangan di cerobong exhaust ini mencapai 550 C. Proses seperti ini pada Pembangkit

Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU) dapat disebut sebagai proses Pembangkitan / Produksi

Listrik Turbin Gas (PLTG) yaitu suatu proses pembangkitan listrik yang dihasilkan oleh

putaran turbin gas .

B. Closed Cycle / Combined Cycle

Pada proses combined cycle / closed cycle, gas buang dari tubin gas (ditunjukkan gambar 8)

dimanfaatkan untuk memproduksi uap yang berada di HRSG (Heat Recovery Steam

Generator). Kemudian uap yang dihasilkan dari HRSG digunakan untuk memutar turbin uap

(ditunjukkan gambar 13) turbin uap dikopel dengan generatoruntuk menghasilkan lisrik

(ditunjukkan gambar 14). Jadi proses combined cycle / closed cycle inilah yang disebut

sebagai proses Pembangkitan / Produksi Listrik Tenaga Gas Uap ( PLTGU ) yaitu proses

pembangkitan listrik yang dihasilkan oleh putaran turbin gas dan turbin uap.

Pusat Listrik Sistem Kombinasi Tambak Lorok Blok II phase I dan Blok I phase II masing-

masing berkapasitas 500 MW dan tiap-tiap blok terdiri dari :

• Tiga Unit Gas Turbin Generator dengan kapasitas 3 x 100 MW

• Tiga Unit Heat Recovery Steam Generator (HRSG)

• Satu Unit Steam Turbin Gas (STG) kapasitas 1x 200 MW.

Turbin gas tersebut buatan General Electric (GE). Untuk temperatur udara luar 270 C, 38 %

humidity dan bahan bakar gas alam akan mampu membangkitkan 110 MW. Meskipun

direncanakan untuk bahan bakar gas tetapi untuk saat ini yang dipakai pada PLTGU Tambak

Lorok adalah bahan bakar HSD. Turbin gas ini langsung memutar generator dengan putaran

3000 rpm, berpendingin hidrogen, dan tegangan keluar 11,5 KV.

Setiap turbin gas mempunyai HRSG dan setiap HRSG mempunyai sistem uap tekanan rendah

5,81 Bar (g), dan sistem uap tekanan tinggi sekitar 87,28 Bar (g). Ketiga HRSG (1 Blok) ini

mendapatkan supply air pengisi dari Condensate pump pada gedung steam turbine.

Uap dari tiap-tiap HRSG dialirkan ke header tekanan rendah untuk sistem uap tekanan

rendah dan header tekanan tinggi untuk sistem uap tekanan tinggi. Dari sini uap dialirkan ke

turbin uap.

Satu block combine cycle dapat dioperasikan sebagai berikut :

1. Gas turbine saja ( Open cycle )

2. Normal operasi, yaitu Combined Cycle dengan tiga turbin gas.

3. Combined Cycle dengan dua turbin gas, turbin gas yang satu dimatikan.

4. Combined Cycle dengan satu turbin gas, dua turbin gas dimatikan.

Daya listrik yang dihasilkan pada proses open cycle tentu lebih kecil dibandingkan dengan

daya listrik yang dihasilkan pada proses produksi listrik combined cycle / closed cycle. Pada

prakteknya, kedua siklus diatas disesuaikan dengan kebutuhan listrik masyarakat. Misalnya

hanya diinginkan open cycle karena pasokan daya dari open cycle sudah memenuhi

kebutuhan listrik masyarakat. Sehingga stack holder yang membatasi antara cerobong gas

dan HRSG dibuat close, dengan demikian gas buang dialirkan ke udara melalui cerobong

exhaust. Dan apabila dengan open cycle kebutuhan listrik masyarakat belum tercukupi maka

diambil langkah untuk menerapkan combined cycle / closed cycle. Namun demikian dalam

sistem mekanik elektrik, suatu mesin akan lebih baik pada kondisi continous running, karena

apabila mesin berhenti akan banyak mengakibatkan korosi, perubahan setting, mur atau

baut yang mulai kendur dan sebagainya. Selain itu dengan continous running lebih

mengefektifkan daya, sehingga daya yang dihasilkan menjadi lebih besar. Jadi secara garis

besar untuk produksi listrik di Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap ( PLTGU ) pada PT.

Indonesia Power UBP Semarang dapat dibagi menjadi 2 proses yaitu :

1. Proses Pembangkitan / Produksi Listrik Turbin Gas ( PLTG )

2. Proses Pembangkitan / Produksi Listrik Turbin Uap ( PLTU )

4.1.2. Proses Pembangkitan / Produksi Listrik Turbin Gas ( PLTG )

Sebagai pemutar awal saat turbin belum menghasilkan tenaga, motor cranking (ditunjukkan

gambar 4) mulai berputar dengan menggunakan energi listrik yang diambil dari jaringan

listrik 150 KV / 500 KV Jawa – Bali. Motor cranking (ditunjukkan gambar 4) ini berfungsi

memutar kompressor sebagai penghisap udara luar dan menaikkan tekanan udara, dengan

terlebih dahulu melalui air filter (ditunjukkan gambar 5).

Disisi lain bahan bakar berupa solar / HSD (High Speed Diesel) dialirkan dari kapal/ tongkang

(ditunjukkan gambar 1) ke dalam rumah pompa BBM HSD (ditunjukkan gambar 2) kemudian

di pompa lagi dengan pompa bahan bakar (ditunjukkan gambar 3) dimasukkan ke dalam

ruang bakar/ combustion chamber (ditunjukkan gambar 7).

Pada saat bahan bakar yang berasal dari pompa bahan bakar dan udara yang berasal dari

compressor bercampur dalam combustion chamber, maka bersamaan dengan itu busi

(spark plug) mulai memercikkan api sehingga menyulut pembakaran. Gas panas yang

dihasilkan dari proses pembakaran inilah yang akan digunakan sebagai penggerak / pemutar

turbin gas (ditunjukkan gambar 8). Sehingga listrik dapat dihasilkan setelah terlebih dahulu

diolah pada generator (ditunjukkan gambar 10). Daya yang dihasilkan mencapai 100 MW

untuk tiap gas turbine generator. Pada PLTGU memiliki dua buah blok dengan masing-

masing blok terdiri dari 3 buah gas turbine generator. Karena tegangan yang dihasilkan dari

generator masih rendah maka pada tahap selanjutnya tegangan ini akan disalurkan ke trafo

utama untuk dinaikkan menjadi 150 KV. Jadi pada proses open cycle maka gas buangan dari

turbin gas (ditunjukkan gambar 8) akan langsung dibuang malalui exhaust stack.

4.1.3. Proses Produksi Listrik Turbin Uap ( PLTU )

Gas bekas yang ke luar dari turbin gas (ditunjukkan gambar 8) dimanfaatkan lagi setelah

terlebih dulu diatur oleh selector valve (ditunjukkan gambar 9) untuk dimasukkan ke dalam

HRSG (Heat Recovery Steam Generator) (ditunjukkan gambar 10) yang memiliki steam drum

(ditunjukkan gambar 12). Uap yang dihasilkan dipanaskan pada bagian superheater dan

dipakai untuk memutar turbin uap (ditunjukkan gambar 13) kemudian turbin dikopel

dengan generator (ditunjukkan gambar 14). Setelah uap masuk pada lingkungan steam

turbine building, uap diatur oleh mekanisme katup sebelum masuk turbin. Yaitu stop valve

dan control valve, untuk HP steam kedua katup tersebut jadi satu sedangkan untuk LP steam

kedua katup tersebut terpisah. Pada HP steam masuk ke sisi turbin bagian high pressure

sedangkan LP steam masuk ke bagian belakang HP turbine, dan keduanya digabung menjadi

satu kemudian masuk pada LP turbine. Uap bekas dari turbin tadi diembunkan lagi di

condensor (ditunjukkan gambar1) kemudian air condensate di pompa oleh condensate

pump (ditunjukkan gambar 16), selanjutnya dimasukkan lagi ke dalam deaerator

(ditunjukkan gambar 17) dan oleh feed water pump (ditunjukkan gambar 18) dipompa lagi

ke dalam drum untuk kembali diuapkan. Inilah yang disebut dengan combined cycle / closed

cycle. Jadi secara singkat dapat dikatakan bahwa combined cycle/closed cycle merupakan

rangkaian open cycle ditambah dengan proses pemanfaatan kembali gas buang dari proses

open cycle untuk menghasilkan uap sebagai penggerak turbin uap (ditunjukkan gambar 13).

Diagram T-S combine cycle dapat kita lihat sebagai berikut:

4.2. GAMBARAN UMUM HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR

Heat Recovery Steam Generator (HRSG) merupakan salah satu komponen dari pembangkit

listrik yang menggunakan prinsip combine cycle dimana digunakan dua turbin yaitu turbin

gas sebagai turbin utama dan turbin uap. Pembangkitan listrik menggunakan turbin gas atau

mesin disel tentu menghasilkan panas dalam jumlah yang besar, dan panas itu dapat

dikatakan sebagai sampah. Gas panas yang keluar sebagai hasil proses pembakaran pada

turbin gas ( exhaust ) sangat tinggi temperaturnya, yaitu sekitar 6000 C. Gas tersebut

digunakan untuk membangkitkan uap. Prinsip dasar HRSG hampir sama dengan boiler tetapi

uap yang dihasilkan pada HRSG tentunya uap yang bertekanan rendah yaitu sekitar 80 bar

sampai 100 bar, untuk high pressure sistem. Efektifitas penggunaan energi pada sistem gas

turbine heat recovery adalah fungsi dari energi yang ditransferkan oleh exhaust gas turbine.

Pada prinsipnya antara HRSG dan boiler adalah sama yaitu suatu peralatan yang digunakan

untuk mengubah air menjadi uap dengan bantuan panas. Yang sangat mendasar dari

perbedaan ini adalah sumber panas yang digunakan untuk membangkitkan uap. Pada HRSG

sumber panas utama yang digunakan untuk membangkitkan uap berasal dari energi panas

yang terkandung dalam gas buang turbin gas/PLTG yang dialirkan masuk ke dalam HRSG

untuk memanaskan pipa-pipa pemanas. Sedangkan pada boiler/ketel uap, sumber panas

yang digunakan berasal dari pembakaran bahan bakar di dalam ruang bakar.

Kecuali perbedaan yang sangat mendasar tersebut, perbedaan lainnya adalah HRSG tidak

mempunyai ruang bakar, tidak ada sistem bahan bakar, tidak ada sistem udara bakar, dan

tidak ada penghembus jelaga / soot blower.

Secara umum HRSG terdiri dari preheater, ekonomiser, evaporator, dan superheater.

Komponen-komponen tersebut merupakan alat penukar kalor jenis tubular atau pipa

dengan fluida kerja (air/uap) berada di dalam dan gas buang berada di luar. Panas/kalor

dipindahkan dari gas buang tersebut secara konveksi ke fluida kerja. Dan oleh karena gas

buang dari turbin gas bersih dari partikulat maka dimungkinkan penggunaan tube atau pipa

bersirip untuk meningkatkan laju perpindahan panas dan mengurangi ukurannya tube HRSG

tersebut. Ukuran dan jenis tube tergantung dari parameter desain HRSG yang bervariasi

yang mencakup unsur-unsur gas buang dan temperaturnya.

Secara filosofi, desain suatu HRSG pada dasarnya bertujuan untuk mengubah besarnya

energi panas dari gas buang pada fluida kerja dengan perbedaan temperatur yang setinggi

mungkin. Hal ini dilakukan dengan jalan membuat gradien temperatur antara gas buang dan

fluida kerja sejajar.

4.2.1. Komponen Utama HRSG

Sebagaimana yang telah dijelaskan di atas bahwa HRSG biasanya terdiri dari beberapa pipa

pemanas seperti preheater, economizer, evaporator, dan superheater.

4.2.1.1 Preheater

Preheater merupakan penukar kalor yang biasanya digunakan untuk memperoleh energi

panas tambahan dari gas buang. Preheater berada pada bagian akhir atau paling atas dari

HRSG untuk menyerap energi terendah dari gas buang.

Aplikasi yang paling umum dari preheater ialah sebagai pemanas awal air kondensat

sebelum memasuki deaerator untuk mengurangi jumlah uap yang dibutuhkan untuk proses

deaerasi. Di dalam preheater, pemanasan air pengisi mencapai temperatur sedikit di bawah

titik didih. Modul dari preheater sendiri berupa tube yang terbuat dari pipa-pipa bersirip.

Tata letak preheater ditunjukkan dalam gambar berikut:

4.2.1.2 Ekonomiser (Economizer)

Ekonomiser merupakan alat penukar kalor untuk memanaskan awal air pengisi ketel

sebelum masuk ke evaporator. Pada bagian ini jika dimungkinkan terjadi korosi yang

tergantung dari besarnya temperatur air pengisi yang masuk.

4.2.1.3 Evaporator (Pipa Penguapan)

Evaporator atau boiler bank merupakan alat penukar kalor yang menghasilkan uap jenuh

(saturated) dari air pengisi ketel. Evaporator terletak di antara ekonomiser dan superheater.

Campuran air dan uap meninggalkan evaporator dan masuk drum uap melalui pipa-pipa

yang disebut riser. Drum uap merupakan bejana tekan silindris yang terletak di bagian atas

HRSG. Di bagian dalam drum, piranti mekanis seperti cyclone dan screen pemisah campuran

air dan uap. Uap meninggalkan drum melalui pipa yang menuju ke superheater. Sedangkan

air disirkulasikan kembali melalui pipa-pipa yang disebut downcomer masuk kembali ke

evaporator. Uap yang masuk ke superheater merupakan uap kering karena jika uap basah

yang masuk maka kandungan partikulat padat yang terlarut dalam uap akan mengendap

dalam tube superheater yang dapat mengakibatkan temperatur logam tube akan naik dan

selanjutnya mengakibatkan terjadinya kegagalan tube.

4.2.1.4 Superheater (Pipa Pemanas Uap Lanjut)

Superheater merupakan alat penukar kalor pada HRSG yang menghasilkan uap panas lanjut

(superheated steam). Superheater dapat terdiri dari satu atau lebih modul penukar kalor.

Pada modul superheater yang banyak biasanya mempunyai kontrol temperatur uap di

antara modul-modulnya untuk mencegah terjadinya temperatur logam yang berlebih pada

bagaian akhir dari modul dan untuk meminimalkan kemungkinan kandungan air yang masuk

ke dalam turbin uap.

About these ads