Prinsip Kerja PLTGU

32
On Becoming The Centre of Excellences 1 PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU 1. PRINSIP KERJA PLTGU 1.1. Turbin Gas (Siklus Brayton) 1.1.2. Sejarah Turbin Gas: Siklus dasar turbin gas disebut siklus Brayton, yang pertama kali diajukan pada tahun 1870 oleh George Brayton seorang insinyur dari Boston. Sekarang siklus Brayton digunakan hanya pada turbin gas dengan proses kompresi dan ekspansi terjadi pada alat permesinan yang berputar. John Barber telah mempatenkan dasar turbin gas pada tahun 1791. Dua penggunaan utama mesin turbin gas adalah pendorong pesawat terbang dan pembangkit tenaga listrik. Turbin gas digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik yang berdiri sendiri (simple cycle) atau bergandengan dengan turbin uap (combined cycle) pada sisi suhu tingginya. Turbin uap (combined cycle) memanfaatkan gas buang turbin gas sebagai sumber panasnya. Turbin uap dianggap sebagai mesin pembakaran luar (external combustion), dimana pembakaran terjadi diluar mesin. Energi termal dipindah ke uap sebagai panas. Turbin gas pertama kali berhasil dioperasikan pada pameran nasional Swiss (Swiss National Exhibition) tahun 1939 di Zurich. Turbin gas yang dibangun antara tahun 1940-an hingga tahun 1950-an efisiensinya hanya sekitar 17 persen; hal ini disebabkan oleh rendahnya efisiensi kompresor dan turbin dan suhu masuk turbin yang rendah karena keterbatasan teknologi metalurgi pada saat itu. Turbin gas terpadu dengan turbin uap (combined cycle) yang pertama kali dipasang pada tahun 1949 di Oklahoma oleh General Electric menghasilkan daya 3,5 MW. Sebelum ini, pembangkit daya ukuran besar berbahan bakar batu bara ataupun bertenaga nuklir telah mendominasi pembangkitan tenaga listrik. Tetapi sekarang, turbin gas berbahan baker gas alam yang telah mendominasinya karena kemampuan start (black start) yang cepat, efisiensi yang tinggi, biaya awal yang lebih rendah, waktu pemasangan yang lebih cepat, karakter gas buang yang lebih baik dan berlimpahnya persediaan gas alam. Biaya pembangunan pembangkit tenaga turbin gas kira-kira setengah kali biaya pembangunan pembangkit tenaga turbin uap berbahan bakar fosil yang merupakan pembangkit tenaga utama hingga awal tahun 1980-an. Lebih dari separoh dari seluruh pembangkit daya yang akan dipasang dimasa akan datang diperkirakan akan merupakan pembangkit daya turbin gas ataupun dikombinasikan dengan turbin uap (combined cycle).

description

materi diklat prajabatan PLN

Transcript of Prinsip Kerja PLTGU

Page 1: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 1

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

1. PRINSIP KERJA PLTGU

1.1. Turbin Gas (Siklus Brayton)

1.1.2. Sejarah Turbin Gas:

Siklus dasar turbin gas disebut siklus Brayton, yang pertama kali diajukan pada

tahun 1870 oleh George Brayton seorang insinyur dari Boston. Sekarang siklus Brayton

digunakan hanya pada turbin gas dengan proses kompresi dan ekspansi terjadi pada alat

permesinan yang berputar. John Barber telah mempatenkan dasar turbin gas pada tahun

1791. Dua penggunaan utama mesin turbin gas adalah pendorong pesawat terbang dan

pembangkit tenaga listrik.

Turbin gas digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik yang berdiri sendiri

(simple cycle) atau bergandengan dengan turbin uap (combined cycle) pada sisi suhu

tingginya. Turbin uap (combined cycle) memanfaatkan gas buang turbin gas sebagai

sumber panasnya. Turbin uap dianggap sebagai mesin pembakaran luar (external

combustion), dimana pembakaran terjadi diluar mesin. Energi termal dipindah ke uap

sebagai panas.

Turbin gas pertama kali berhasil dioperasikan pada pameran nasional Swiss (Swiss

National Exhibition) tahun 1939 di Zurich. Turbin gas yang dibangun antara tahun 1940-an

hingga tahun 1950-an efisiensinya hanya sekitar 17 persen; hal ini disebabkan oleh

rendahnya efisiensi kompresor dan turbin dan suhu masuk turbin yang rendah karena

keterbatasan teknologi metalurgi pada saat itu. Turbin gas terpadu dengan turbin uap

(combined cycle) yang pertama kali dipasang pada tahun 1949 di Oklahoma oleh General

Electric menghasilkan daya 3,5 MW.

Sebelum ini, pembangkit daya ukuran besar berbahan bakar batu bara ataupun

bertenaga nuklir telah mendominasi pembangkitan tenaga listrik. Tetapi sekarang, turbin

gas berbahan baker gas alam yang telah mendominasinya karena kemampuan start (black

start) yang cepat, efisiensi yang tinggi, biaya awal yang lebih rendah, waktu pemasangan

yang lebih cepat, karakter gas buang yang lebih baik dan berlimpahnya persediaan gas

alam. Biaya pembangunan pembangkit tenaga turbin gas kira-kira setengah kali biaya

pembangunan pembangkit tenaga turbin uap berbahan bakar fosil yang merupakan

pembangkit tenaga utama hingga awal tahun 1980-an. Lebih dari separoh dari seluruh

pembangkit daya yang akan dipasang dimasa akan datang diperkirakan akan merupakan

pembangkit daya turbin gas ataupun dikombinasikan dengan turbin uap (combined cycle).

Page 2: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 2

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

Di awal tahun 1990-an, General Electric telah memasarkan turbin gas dengan ciri

perbandingan tekanan (pressure ratio) 13,5 menghasilkan daya net 135,7 MW dengan

efisiensi termal 33 persen pada operasi sendiri (simple cycle operation). Turbin gas terbaru

yang dibuat General Electric bersuhu masuk 1425 OC (2600 OF) menghasilkan daya hingga

282 MW dengan efisiensi termal mencapai 39.5 persen pada operasi sendiri (simple cycle

operation).

Bahan bakar minyak ringan seperti minyak diesel, minyak tanah, minyak mesin jet,

dan bahan bakar gas yang bersih (seperti gas alam) paling cocok untuk turbin gas.

Bagaimanapun , bahan bakar tersebut diatas akan menjadi lebih mahal dan pasti akan

habis. Oleh karena itu, pemikiran kemasa depan harus dilakukan untuk menggunakan

bahan bakar alternatif lain.

Gambar 1.1. Turbin Gas Siklus Terbuka

Biasanya turbin gas beroperasi pada siklus terbuka. Udara yang segar mengalir ke

kompresor, suhu dan tekanannya dinaikkan. Udara bertekanan terus mengalir ke ruang

pembakaran, dimana bahan bakar dibakar pada tekanan tetap.

Exhaust

gases

Page 3: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 3

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

Gas panas yang dihasilkan masuk ke turbin, kemudian berekpansi ke tekanan udara

luar melalui berbaris sudu nosel. Ekspansi ini menyebabkan sudu turbin berputar, yang

kemudian memutar poros rotor berkumparan magnet, sehingga menghasilkan teganan

listrik dikumparan stator generator. Gas buang (exhaust gases) yang meninggalkan turbin

siklus terbuka tidak digunakan kembali.

Gambar 1.2. Siklus Brayton

Turbin gas siklus terbuka dapat dibentuk menjadi sebagai turbin gas siklus tertutup

dengan menggunakan anggapan udara standar (air-standard assumptions). Proses

kompresi dan ekspansi tetap sama, tetapi proses pembuangan gas panas tekanan tetap ke

udara luar diganti dengan proses pendinginan qout.

Siklus ideal yang fluida kerja jalani dalam siklus tertutup ini adalah siklus Brayton,

yang terdiri dari empat proses dalam dapat balik (internally reversible):

1 - 2 Kompresi isentropik (isentropic compression) di kompresor

2 - 3 Penambahan panas tekanan tetap (constant pressure heat addition)

3 - 4 Expansi isentropik (isentropic expansion) di turbin

4 - 1 Pembuangan panas tekanan tetap (constant pressure heat rejection)

Proses yang terjadi pada PLTG adalah sebagai berikut :

Heat

Addition

Heat

Rejection

Page 4: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 4

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

• Pertama , turbin gas berfungsi menghasilkan energi mekanik untuk memutar kompresor

dan rotor generator yang terpasang satu poros, tetapi pada saat start up fungsi ini terlebih

dahulu dijalankan oleh penggerak mula (prime mover).

Penggerak mula ini dapat berupa diesel, motor listrik atau generator turbin gas itu sendiri

yang menjadi motor melalui mekanisme SFC (Static frequency Converter). Setelah

kompresor berputar secara kontinu, maka udara luar terhisap hingga dihasilkan udara

bertekanan pada sisi discharge (tekan) kemudian masuk ke ruang bakar.

• Kedua, proses selanjutnya pada ruang bakar, jika start up menggunakan bahan bakar cair

(fuel oil) maka terjadi proses pengkabutan (atomizing) setelah itu terjadi proses

pembakaran dengan penyala awal dari busi, yang kemudian dihasilkan api dan gas panas

bertekanan. Gas panas tersebut dialirkan ke turbin sehingga turbin dapat menghasilkan

tenaga mekanik berupa putaran. Selanjutnya gas panas dibuang ke atmosfir dengan

temperatur yang masih tinggi.

Proses seperti tersebut diatas merupakan siklus turbin gas, yang merupakan penerapan

Siklus Brayton . Siklus tersebut dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 1.3. Diagram P-v dan T-s

Siklus seperti gambar, terdapat empat langkah:

• Langkah 1-2 : Udara luar dihisap dan ditekan di dalam kompresor, menghasilkan udara

bertekanan (langkah kompresi)

• Langkah 2-3 : Udara bertekanan dari kompresor dicampur dengan bahan bakar, terjadi reaksi pembakaran yang menghasilkan gas panas (langkah pemberian panas)

Page 5: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 5

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

• Langkah 3-4 : Gas panas hasil pembakaran dialirkan untuk memutar turbin (langkah ekspansi)

• Langkah 4-1 : Gas panas dari turbin dibuang ke udara luar (langkah pembuangan)

Salah satu kelemahan mesin turbin gas (PLTG) adalah efisiensi termalnya yang rendah. Rendahnya efisiensi turbin gas disebabkan karena banyaknya pembuangan panas pada gas buang. Dalam usaha untuk menaikkan efisiensi termal tersebut, maka telah dilakukan berbagai upaya sehingga menghasilkan mesin siklus kombinasi seperti yang dapat kita jumpai saat ini.

1.2. Siklus Kombinasi ( Combined Cycle)

Di bidang industri saat ini, dilakukan usaha untuk meningkatkan efisiensi turbin gas yaitu dengan cara menggabungan siklus turbin gas dengan siklus proses sehingga diperoleh siklus gabungan yang biasa disebut dengan istilah “Cogeneration”. Sedangkan untuk meningkatkan efisiensi termal turbin gas yang digunakan sebagai unit pembangkit listrik (PLTG), siklus PLTG digabung dengan siklus PLTU sehingga terbentuk siklus gabungan yang disebut “Combined Cycle” atau Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU).

Siklus PLTGU terdiri dari gabungan siklus PLTG dan siklus PLTU. Siklus PLTG menerapkan siklus Brayton, sedangkan siklus PLTU menerapkan siklus ideal Rankine seperti gambar :

Gambar 1.4. Siklus kombinasi

Page 6: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 6

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

Gambar 1.5. Siklus Brayton, Siklus Rankine dan Siklus kombinasi

Penggabungan siklus turbin gas dengan siklus turbin uap dilakukan melalui peralatan

pemindah panas berupa boiler atau umum disebut “Heat Recovery Steam Generator” (HRSG).

Siklus kombinasi ini selain meningkatkan efisiensi termal juga akan mengurangi pencemaran

udara.

Dengan menggabungkan siklus tunggal PLTG menjadi unit pembangkit siklus kombinasi

(PLTGU) maka dapat diperoleh beberapa keuntungan, diantaranya adalah :

• Efisiensi termalnya tinggi, sehingga biaya operasi (Rp/kWh) lebih rendah dibandingkan

dengan pembangkit thermal lainnya.

• Biaya pemakaian bahan bakar (konsumsi energi) lebih rendah

• Pembangunannya relatif cepat

• Kapasitas dayanya bervariasi dari kecil hingga besar

• Menggunakan bahan bakar gas yang bersih dan ramah lingkungan

• Fleksibilitasnya tinggi

• Tempat yang diperlukan tidak terlalu luas, sehingga biaya investasi lahan lebih sedikit.

• Pengoperasian PLTGU yang menggunakan komputerisasi memudahkan pengoperasian.

• Waktu yang dibutuhkan: untuk membangkitkan beban maksimum 1 blok PLTGU relatif

singkat yaitu 150 menit.

• Prosedur pemeiliharaan lebih mudah dilaksanakan dengan adanya fasilitas sistem

diagnosa.

Siklus Brayton Siklus Rankine Kombinasi Brayton + Rankine

(PLTG) (PLTU) (PLTGU)

Page 7: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 7

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

Skema siklus PLTGU dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 1.6. Diagram Combined Cycle

Gambar 1.7. Diagram Cogeneration Cycle

Page 8: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 8

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

Gambar 1.8, Combined Cycle Power Plant (PLTGU)

Page 9: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 9

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

1.3. Prinsip Kerja PLTG

Sebagai mesin pembangkit, PLTG memerlukan alat pemutar awal (Starting Device) untuk

menjalankannya. Starting Device dapat berupa mesin diesel, motor listrik, motor-generator atau

udara. Fungsi dari Starting Device adalah untuk memutar kompresor pada saat start up untuk

menghasilkan udara bertekanan sebelum masuk ke ruang pembakaran (combustion chamber).

Tahapan start up PLTG meliputi :

a. Persiapan dan pemeriksaan sebelum start.

b. Ready to start

c. Starting device energized, terhubung ke turbin dan start

d. Bahan bakar diinjeksikan ke ruang bakar dan terjadi penyalaan.

e. Periode warming-up, bahan bakar ditambah dan putaran naik

f. PLTG mampu berputar dengan kemampuan sendiri dan Starting Device lepas dan berhenti.

g. Putaran bertambah dan mencapai full speed no load (100,3%)

h. Sinkronisasi generator

i. Pembebanan

1.4. Prinsip kerja PLTGU

Di dalam sistem turbin gas gas panas hasil pembakaran bahan bakar dialirkan untuk

memutar turbin gas sehingga menghasilkan energi mekanik yang digunakan untuk memutar

generator. Gas buang dari turbin gas yang masih mengandung energi panas tinggi dialirkan ke

HRSG untuk memanaskan air sehingga dihasilkan uap. Setelah menyerahkan panasnya gas

buang di buang ke atmosfir dengan temperatur yang jauh lebih rendah.

Uap dari HRSG dengan tekanan dan temperatur tertentu diarahkan untuk memutar turbin

uap yang dikopel dengan generator sehingga dihasilkan energi listrik. Uap bekas keluar turbin

uap didinginkan didalam kondensor sehingga menjadi air kembali. Air kondensat ini

dipompakan sebagai air pengisi HRSG untuk dipanaskan lagi agar berubah menjadi uap dan

demikian seterusnya.

Page 10: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 10

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

Gambar 1.9. Siklus air uap PLTGU Gresik

Page 11: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 11

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

Gambar 1.10. Siklus air uap PLTGU Priok

Page 12: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 12

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

1.5. Bagian-Bagian PLTGU

PLTGU yang merupakan siklus kombinasi mempunyai komponen utama yang terdiri dari :

1.5.1. Turbin Gas

Turbin gas dan alat bantunya pada umumnya merupakan suatu paket set unit PLTG

yang dapat berdiri sendiri maupun digabung menjadi siklus kombinasi.

• Kompresor Utama (Main Compressor)

Kompresor Utama berfungsi untuk menaikan tekanan dan temperatur udara sebelum

masuk ruang bakar. Udara juga dimanfaatkan untuk : udara pembakaran, udara pengabut

bahan bakar, udara pendingin sudu dan ruang bakar dan perapat pelumas bantalan.

Gambar 1.11. Kompresor Utama

Page 13: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 13

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

• Ruang Bakar (Combustion Chamber)

Ruang Bakar (Combustion Chamber) adalah ruangan tempat proses terjadinya

pembakaran. Energi kimia bahan bakar diubah menjadi energi thermal pada proses

pembakaran tersebut. Ada Turbin Gas yang memiliki satu atau dua Combustion Chamber yang

letaknya terpisah dari casing turbin, akan tetapi yang lebih banyak di jumpai adalah memiliki

Combustion Chamber dengan beberapa buah Combustor Basket, mengelilingi sisi masuk (inlet)

turbin. Contohnya PLTG di PLTGU Gresik memiliki satu Combustion Chamber berisi 18 buah

Combustor Basket, sedangkan PLTG Bali memiliki satu Combustion Chamber berisi 8 buah

Combustor Basket yang terpasang jadi satu dengan casing turbin.

Gambar 1.12. Combustion Chamber & Gas Turbine

Page 14: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 14

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

• Turbin

Turbin berfungsi untuk mengubah energi thermal dari hasil pembakaran di dalam ruang

bakar menjadi energi kinetik dalam sudu tetap kemudian menjadi energi mekanik dalam sudu

jalan sehingga energi mekanik akan memutar poros turbin.

• Generator

Generator berfungsi untuk mengubah energi mekanik putaran pada rotor yang terdapat

kutub magnet, kemudian menjadi energi listrik pada kumparan stator.

• Alat Bantu Turbin Gas (Gas Turbine Auxcilliary)

- Penggerak Mula (Prime Mover), yaitu Diesel, Starting Motor (Cranking Motor),

Generator sebagai Motor, memutar poros turbin gas sampai kekuatan bahan bakar

dapat menggantinya (turbin gas mampu berdiri sendiri).

- Hydraulic Ratchet, berfungsi memutar poros turbin sebelum start, sebanyak 45º

setiap 3 menit, untuk memudahkan pemutaran oleh penggerak mula dan meratakan

pendinginan poros saat turbin gas stop.

- Turning Gear, fungsinya sama seperti juga Ratchet, hanya poros diputar kontinyu

dengan putaran lambat (± 6 RPM).

- Accessories Gear, adalah tempat roda gigi untuk memutar alat-alat bantu seperti :

pompa bahan bakar, pompa pelumas, pompa hidrolik, main atomizing air

compressor, water pump, tempat hubungan Ratchet.

- Torque Converter, sebagai kopling hidrolik, saat digunakan kopling diisi dengan

minyak pelumas. Sedangkan saat dilepas, minyak pelumas di drain.

- Load Gear, disebut juga Reduction Gear atau Load Coupling untuk mengurangi

kecepatan turbin menjadi kecepatan yang dibutuhkan oleh Generator. Load Gear

Westinghouse dimanfaatkan untuk penggerak pompa bahan bakar dan pelumas.

- Exciter, yaitu peralatan yang berfungsi memberikan arus searah untuk penguatan

kutub magnet Generator Utama.

- Starting Clutch, disebut juga Jaw Clutch, sebagai kopling mekanik yang berfungsi

menghubungkan poros Penggerak Mula dengan poros kompresor saat proses Start.

Page 15: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 15

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

- Bantalan (Bearing), terdiri dari bantalan aksial dan bantalan luncur. Bantalan luncur

disebut juga disebut juga Journal Bearing, yang berfungsi sebagai penyangga berat

poros turbin, kompresor dan generator. Sedangkan bantalan aksial disebut juga

Thrust Bearing, berfungsi sebagai penahan gaya aksial

Gambar 1.13. Alat Bantu Turbin Gas (Gas Turbine Auxiliary)

Page 16: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 16

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

1.5.2. HRSG (Heat Recovery Steam Generator)

Bagian-bagian HRSG adalah bagian per bagian dalam bentuk jadi (pre-assembled)

yang telah dikerjakan di bengkel pabrikan dan diangkut ke tempat pemasangan. Kemudahan

pemasangan bagian-bagian modular di lapangan dan melakukan pengerjaan bagian-bagian

sebanyak mungkin di bengkel pabrik akan meningkatkan mutu peralatan dan mempercepat

waktu pemasangan konstruksi.

Page 17: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 17

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

Peralatan utama HRSG dapat diidentifikasi seperti gambar berikut:

Gambar 1.14. Peralatan Utama HRSG

KETERANGAN GAMBAR :

1. Diverter box, bypass stack, and bypass stack silencer. 2. Blanking plate for conversion to simple cycle operation. 3. Superheater. 4. Reheater. 5. High pressure evaporator. 6. High pressure economizer. 7. Intermediate pressure superheater. 8. Low pressure superheater. 9. High pressure economizer. 10. Intermediate pressure evaporator. 11. High pressure economizer/intermediate pressure economizer. 12. Low pressure evaporator. 13. Low pressure economizer. 14. Stack and silencer.

Page 18: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 18

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

• Bypass stack silencer

Bypass stack silencer adalah cerobong asap dari gas buang hasil pembakaran pada turbin gas. Apabila suatu turbin gas dioperasikan dengan Open Circle, maka gas buang tersebut akan dialirkan ke atmosfir melalui bypass stack.

• Drum

Drum adalah bejana tempat menampung air yang datang dari Economizer dan uap hasil

penguapan dari Tube Wall (Riser). Kira-kira setengah dari drum berisi air dan setengahnya lagi

berisi uap.

Boiler Drum terbuat dari plat baja dilas dan dilengkapi diantaranya :

- Man hole

- Saluran menuju Superheater

- Saluran menuju Feedwater Inlet

- Saluran menuju Blow Down

- Saluran menuju Down Comer

- Saluran menuju Safety Valve

- Pipa injeksi bahan kimia

- Pipa Sampling

- Pipa menuju alat ukur dan alat kontrol

Seperti terlihat pada gambar di bagian dalam Boiler Drum terdapat peralatan-peralatan

Screen dryer (pengering uap) dan Steam separator (pemisah uap).

Page 19: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 19

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

Gambar 1.15. Boiler Drum

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 didalam 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 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 yang dihasilkan dari dalam tube wall (riser), terkumpul didalam boiler drum. 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.

Page 20: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 20

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

• Superheater

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.

• Reheater

Reheater adalah peralatan yang berfungsi untuk menaikkan temperatur 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 drum ketel

temperaturnya dinaikkan pada tekanan tetap sampai temperatur 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.

Pada turbin tekanan bertingkat , pada saat uap mencapai kadar tertentu, diadakan

pemanasan ulang didalam alat yang dinamakan reheater (pemanas ulang). Uap yang telah

dipanaskan ulang dalam reheater ini selanjutnya diekspansikan pada turbin tingkat berikutnya.

Superheater dibedakan atas dua tipe yakni :

- Superheater konveksi

- Superheater radiasi-konveksi

Page 21: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 21

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

Prinsip Superheater konveksi sama seperti ekonomiser, yakni menyerap panas gas

bekas yang melewati superheater. Kenaikan temperatur uap praktis terjadi pada tekanan tetap

sampai akhirnya gas bekas meninggalkan supeheater.

Menurut penempatannya superheater ditempatkan pada :

- Diantara pipa – pipa air

- Diatas pipa – pipa air

• Evaporator

Evaporator pada boiler dikenal juga dengan nama Tube wall. Didalam tube wall

terdapat air yang bersirkulasi dari boiler drum melalui down comer dan low header. Panas yang

dihasilkan dari proses pembakaran didalam furnance 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 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.

• 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.

Page 22: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 22

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

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.

Ekonomiser yang banyak dipakai pada ketel Pembangkit Tenaga Listrik pada masing –

masing seksi terdapat kotak pengumpul (header) atas dan kotak pengumpul bawah; kotak itu

dihubungkan ke delapan buah pipa – pipa polos (licin)dan kadang bersirip yang juga dipasang

sejajar satu sama lain. Kotak – kotak pengumpul dan pipa – pipa dibuat dari bahan besi tuang.

Kotak – kotak pengumpul itu tidak mempunyai kampuh dan di kedua ujungnya dibulatkan.

Air pengisi dimasukkan ke dalam header melalui down comer, kemudian disebarkan ke

semua pipa pemanas. Air mengalir ke atas dengan kecepatan rendah melalui deretan pipa –

pipa vertikal tang dipanasi oleh gas – gas panas yang mengalir tegak lurus terhadap pipa dan

selanjutnya air panas yang dihasilkan ditekan ke dalam drum ketel melalui sebuah pipa pipa

yang dihubungkan ke drum. Temperatur air itu dapat mencapai 100 – 1500C tergantung pada

temperatur gas pembakaran.

Page 23: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 23

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

Gambar 1.16. Economizer

Didalam pipa-induk-atas (tepat di atas pipa – pipa vertikal) dibuat lubang pembersih

untuk membersihkan bidang dalam pipa – pipa. Dalam pipa-induk-bawah dibuat pula lubang

untuk membuang lumpur yang mengendap.

Debu dan abu melayang yang dibawa oleh gas – gas asap melekat pada sisi-luar pipa,

dibersihkan dengan blower yang bergerak pelahan-lahan turun-naik terus-menerus..

Banyak juga ekonomiser yang memakai pipa-pipa bersirip. Dengan penambahan sirip

sirip ini luas bidang panas bertambah besar sehingga pada jumlah penerima panas yang sama

dengan pipa polos, ekonomiser dapat diperkecil.

Page 24: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 24

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

Pipa –pipa bersirip untuk tekanan sedang dibuat dari bahan besi tuang yang disusut

sekitar pipa-pipa baja yang tidak berkampuh. Dengan bantuan katup-by pass, gas asap dapat

dialirkan langsung kecerobong, jadi ekonomiser tidak bekerja. Temperatur air pengisi dan gas

asap, diatur dengan bantuan katup by pass ini.

Pipa air itu dipasang horizontal dengan sumbu belah-ketupat (berliku-liku) satu sama

lain. Agar gas asap terpaksa mengalir berbelok-belok. Akibatnya, perpindahan panas kepada air

dapat berlangsung lebih baik. Air pengisi masuk ke dalam ekonomiser melalui pipa induk

bawah, demikian juga halnya dengan pipa bagian atas.

Untuk membersihkan pipa-pipa dan sirip sirip dari ikatan abu dan debu-debu yang

berterbangan, dilakukan dengan memakai pipa penghembus-abu (soot blower) yang dipasang

diantara pipa-pipa bersirip. Pipa-pipa penghembus tadi dilubangi dimana (bila pembersihan

hendak dilakukan) dialirkan uap dari ketel.

• Stack and silencer

Stack adalah cerobong asap dari gas bekas dari turbin uap setelah melalui HRSG

(boiler). Untuk jenis HRSG horizontal stack terdapat dibelakang HRSG, sementara untuk untuk

type vertikal terdapat diatas.

1.5.3. Turbin Uap

Karena siklus PLTGU merupakan gabungan antara siklus PLTG dengan PLTU, maka komponen utama PLTGU adalah PLTU beserta sistem dan peralatan bantunya. Bagian PLTU pada siklus PLTGU tersebut, antara lain :

• Turbin

Turbin uap adalah penggerak mula (prime mover) yang mengubah energi panas dalam uap menjadi energi mekanis berupa putaran poros turbin. Selanjutnya poros turbin dikopel dengan mekanisme yang digerakkan, misalnya dengan poros generator untuk menghasilkan energi listrik. Selain sebagai penggerak generator listrik, turbin uap dapat juga digunakan untuk memutar pompa, transportasi dan sebagainya.

Uap untuk memutar turbin dapat diperoleh dari uap panas bumi, boiler berbahan bakar fosil, boiler nuklir atau panas buangan (waste heat) PLTG.

Page 25: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 25

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

• Pompa Air Pengisi

Fungsi pompa air pengisi adalah untuk menciptakan tekanan pada air pengisi dan mengalirkannya ke boiler HRSG. Jenis pompa yang digunakan adalah pompa sentrifugal, dengan tekanan stabil pada aliran yang berubah naik turun. Pompa air pengisi digerakkan oleh motor listrik melalui kopling hidrolik pengatur putaran (variable speed hydraulic coupling).

Pada umumnya tersedia tiga unit pompa pada sistem air pengisi BFP pada satu unit

blok PLTGU, masing-masing dengan kapasitas 65% dari kebutuhan blok. Pada saat start-up

hingga 50% beban kapasitas blok, cukup hanya satu unit pompa air pengisi yang beroperasi,

dua unit pompa lainnya stand-by. Sedangkan bila beban blok PLTGU telah lebih dari 50%

hingga maksimum, maka dua unit pompa air pengisi yang harus beroperasi,satu unit pompa

lainnya stand-by.

Sistem pompa air pengisi beroperasi secara otomatis dengan DCS, tetapi dapat juga

dioperasikan secara manual dari Control Room maupun dari lokal. Sistem pompa air pengisi

dilengkapi alat bantu seperti sistem pelumasan, sistem pendingin, sistem pengaman proteksi

dan interlok, serta peralatan control dan instrumentasi.

Setiap pompa dilengkapi dengan saluran dan katup sirkulasi. Ketika pompa beroperasi

dengan kapasitas aliran beban rendah, maka sebagian besar tenaga daya yang yang butuhkan

pompa akan dirubah menjadi panas yang menaikkan suhu air pengisi. Aliran sirkulasi akan

mencegah air didalam pompa menjadi terlalu panas hingga menguap dan menyebabkan

kapitasi yang akan merusak impleller pompa. Pipa saluran sirkulasi menghubungkan sisi keluar

(discharge) pompa sebelum katup cek (check valve) kembali ke sisi masuk (suction) pompa,

dilengkapi dengan katup kontrol sirkulasi untuk mempertahankan aliran minimum pompa, dan

dua katup isolasi sebelum dan sesudah katup kontrol sirkulasi.

• Kondensor

Kondensor adalah peralatan untuk merubah uap menjadi air. Proses perubahan nya

dilakukan dengan cara mengalirkan uap kedalam suatu ruangan yang berisi pipa-pipa (tubes).

Uap mengalir diluar pipa-pipa sedangkan air sebagai pendingin mengalir didalam pipa-pipa.

Kondensor seperti ini disebut surface (tubes) condenser. Sebagai pendingin digunakan air

sungai atau air laut.

Proses perubahan uap menjadi air terjadi pada tekanan dan temperatur jenuh, dalam

hal ini kondensor berada pada kondisi vakum. Karena temperatur air pendingin sama dengan

temperatur udara luar, maka temperatur air kondensatnya maksimum mendekati temperatur

udara luar. Apabila laju perpindahan panas terganggu, maka akan berpengaruh terhadap

tekanan dan temperatur.

Page 26: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 26

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

• Deaerator

Deaerator berfungsi untuk menghilangkan oksigen dan gas yang terlarut dari air pengisi.

Jenis yang digunakan adalah jenis semprot (spray type).

Deaerasi awal (pre-deaeration) dilakukan dengan alat penyemprotan (spraying device).

Pada setiap kondisi operasi, penyemprot menjamin pemanasan air kondensat hingga suhu

jenuh (saturation) dan permukaan yang cukup luas untuk perpindahan masa. Karena secara

praktis, kelarutan oksigen didalam air pada suhu jenuh adalah nol, sehingga oksigen yang

terbawa dalam tetesan air akan terlepas dan berada bersama uap disekelilingnya. Karena uap

mengkondensasi pada air, maka konsentrasi oksigen di daerah sekitar penyemprot menjadi naik

sehingga memungkinkan membuang (vent out) sejumlah uap yang konsentrasi oksigennya

relatif tinggi.

Prinsip operasi deaerator didasarkan pada deaerasi fisikal yang terjadi pada dua tahap,

yaitu:

- Deaerasi awal (pre-deaeration) dimana air pengisi disemprotkan pada satu sisi ruang

uap (area 1)

- Deaerasi akhir (final-deaeration) dalam tangki air dimana uap dikenakan langsung ke air

yang akan di-deaerasi (area 2).

Gambar 1.17. Deaerator

Area 1

Area 2

Page 27: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 27

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

Deaerasi akhir (final-deaeration) terjadi dengan cara menyuntikkan uap kedalam air

pada tangki. Tergantung pada kondisi uap, suhu dan tekanan air, campuran uap/air dapat

digunakan untuk deaerasi.

Alat penyuntik uap yang dirancang dengan tepat, dengan memperhitungkan hidro-

dinamik didalam tangki untuk mendapatkan kontak langsung yang baik antara uap dan air akan

memungkinkan oksigen berpindah keluar dari air dan terbawa kedalam uap.

- Membuang oksigen (O2 Removal)

Membuang oksigen adalah alasan utama pendeaerasian air pengisi, dan paling

ekonomis dilakukan secara mekanikal daripada menggunakan bahan kimia walaupun

dengan kimia lebih sempurna.

Seperti telah diketahui bahwa, oksigen terlarut 10 kali lebih korosif dari pada

karbon dioksida, terutama pada suhu lebih tinggi. Misalnya, air dua setengah kali lebih

korosif pada suhu 90°C dari pada suhu 60°C.

- Membuang Karbon Dioksida (Carbon Dioxide Removal)

Jika karbon dioksida ada bersama oksigen, kedua gas ini beraksi bersama-sama

menjadi 40% lebih korosif dari pada bila beraksi sendiri-sendiri. Ferrous hydroxide

adalah senyawa alkaline, dan laju kelarutannya tergantung pada pH airnya. Semakin

rendah pH airnya, semakin cepat kelarutan ferrous hydroxide. Air kondensat yang

mengandungi karbon dioksida akan membentuk asam karbonik (carbonic acid):

CO2 + H2O = H2CO3

Karbon dioksida menyebabkan korosi pada saluran uap yang ditandai dengan

penipisan pipa atau alur-alur (grooving) dibagian bawah pipa.

Susunan HRSG dan alat bantunya harus dirancang agar dapat menyerap panas

gas buang (exhaust gas) dari turbin gas seoptimal mungkin sehingga dapat

menghasilkan uap dengan tekanan dan temperatur yang diperlukan untuk memutar

turbin uap. Sistem sirkulasi air uap yang diterapkan disesuaikan dengan temperatur gas

buang dari turbin gas agar fleksibel terhadap pembebanan.

Jumlah tingkat dan jumlah silinder dari turbin uap disesuaikan dengan tekanan

dan temperatur uap yang dihasilkan oleh HRSG. Turbin uapnya biasanya non ekstraksi,

karena pemanasan air dilakukan di dalam HRSG.

Page 28: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 28

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

Apabila PLTG akan digunakan dalam siklus kombinasi, maka panas gas buang

harus mempunyai suhu sekitar 500 0C agar dapat dimanfaatkan untuk menguapkan air

didalam “Heat Recovery Steam Generator”. Apabila PLTD (Diesel) akan digunakan

dalam siklus kombinasi, maka kapasitasnya harus cukup besar, yaitu sekitar 25 MW

agar air pendingin mesin dapat dimanfaatkan untuk pemanas awal air pengisi boiler.

1.6 Variasi Siklus Kombinasi PLTGU

Terdapat beberapa variasi dari siklus kombinasi PLTGU dalam memanfaatkan gas

buang untuk menghasilkan uap sebagai penggerak turbin PLTU. Gambar di bawah

menunjukkan contoh variasi siklus PLTGU :

Page 29: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 29

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

Gambar 1.18. PLTGU dengan PLTG digabung dengan peleburan besi

Gambar 1.19, PLTGU dengan turbin gas berbahan bakar batubara

Ditinjau dari konfigurasi jumlah turbin gas dan Heat Recovery Steam Generator (HRSG)

dan turbin uapnya, suatu PLTGU dapat di susun dengan beberapa konfigurasi, tetapi umumnya

dibedakan menjadi 3, yaitu :

- Konfigurasi : 1 turbin gas (GT), 1 HRSG, 1 turbin uap (ST) = konfigurasi 1 – 1 – 1

- Konfigurasi : 2 turbin gas (GT), 2 HRSG, 1 turbin uap (ST) = konfigurasi 2 – 2 – 1

- Konfigurasi : 3 turbin gas (GT), 3 HRSG, 1 turbin uap (ST) = konfigurasi 3 – 3 – 1

Konfigurasi 1 – 1 – 1

Konfigurasi ini merupakan PLTGU yang paling sederhana karena hanya terdiri

dari 1 turbin gas (GT), 1 HRSG dan 1 turbin uap (ST). Pada sebagian PLTGU ini bahkan

generatornya hanya satu sehingga turbin gas, turbin uap dan generator merupakan

Page 30: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 30

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

mesin satu poros (single shaft combined cycle). Posisi generator dapat berada diantara

turbin gas dan turbin uap atau turbin uap diatara turbin gas dan generator.

Kelebihan susunan PLTGU 1–1–1 antara lain adalah mampu memenuhi

kebutuhan permintaan daya secara cepat dan ekonomis, konsumsi air dan bahan bakar

nya rendah serta konsumsi listrik pemakaian sendiri (works power) juga rendah.

Gambar 1.20, Diagram PLTGU dengan konfigurasi 1 – 1 – 1

Konfigurasi 2 – 2 – 1

PLTGU dengan susunan 2–2–1 lebih fleksibel dalam pengoperasian maupun

pemeliharaan dibanding susunan 1–1–1. Dengan susunan 2–2–1, apabila satu turbin

gas terganggu, maka turbin gas yang lain tetap dapat beroperasi dalam siklus

kombinasi. Sedangkan bila HRSG nya yang terganggu, maka turbin gas dapat

beroperasi dalam mode siklus terbuka (open cycle).

Page 31: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 31

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

Gambar 1.21, Diagram PLTGU dengan konfigurasi 2 – 2 – 1

Konfigurasi 3 – 3 – 1

Konfigurasi 3–3–1 merupakan konfigurasi yang menghasilkan output daya paling

besar dengan variasi operasi paling banyak.

Page 32: Prinsip Kerja PLTGU

On Becoming The Centre of Excellences 32

PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Prinsip Kerja PLTGU

Gambar 1.22, Diagram PLTGU dengan konfigurasi 3 – 3 – 1