Pengertian Sistem Boiler pada PLTU

Sistem Boiler pada PLTU

Boiler merupakan suatu alat untuk menghasilkan uap pada tekanan dan temperatur tinggi (superheated vapor). Perubahan dari fase cair menjadi uap dilakukan dengan memanfaatkan energi panas yang didapatkan dari pembakaran bahan bakar. Boiler pada PLTU Semarang menggunakan minyak residu atau biasa disebut MFO (Marine Fuel Oil) sebagai bahan bakar utamanya. Sedangkan bahan bakar pendukung adalah solar atau biasa disebut HSD (High Speed Diesel), dimana solar ini digunakan hanya sebagai pemantik awal (ignition) untuk membakar MFO. Penyaluran panas dari bahan bakar ke air demin dapat terjadi secara radiasi, dan konveksi.

Bagian pemindah panas dari boiler terdiri dari pemanas mula (Low Pressure Heater dan High Pressure Heater) , economizer, pemanas lanjut (Superheater), dan pemanas ulang (Reheater).

Pemindahan panas dalam boiler terjadi dalam proses :

1. Radiasi di ruang bakar
2. Konveksi di Economizer dan Air Heater
3. Kombinasi radiasi dan konveksi di Superheater dan Reheater

· Komponen Utama Boiler

Komponen utama boiler terdiri dari : Wall Tube, Main Drum, Primary Superheater, Secondary Superheater, Reheater, dan Economizer. Sedangkan komponen pendukung terdiri dari : Forced Draft Fan, MFO Heater, Air Preheat Coil, Air Heater, Burner, Gas Recirculating Fan, Soot Blower dan Safety Valve.

1.Wall Tube

Dinding boiler terdiri dari tubes / pipa-pipa yang disatukan oleh membran, oleh karena itu disebut dengan wall tube. Di dalam wall tube tersebut mengalir air yang akan dididihkan. Dinding pipa boiler adalah pipa yang memiliki ulir dalam (ribbbed tube), dengan tujuan agar aliran air di dalam wall tube berpusar (turbulen), sehingga penyerapan panas menjadi lebih banyak dan merata, serta untuk mencegah terjadinya overheating karena penguapan awal air pada dinding pipa yang menerima panas radiasi langsung dari ruang pembakaran.

Wall tube mempunyai dua header pada bagian bawahnya yang berfungsi untuk menyalurkan air dari downcomers. Downcomer merupakan pipa yang menghubungkan steam drum dengan bagian bawah low header. Untuk mencegah penyebaran panas dari dalam furnace ke luar melalui wall tube, maka disisi luar dari wall tube dipasang dinding isolasi yang terbuat dari mineral fiber.

2.Steam Drum

Steam Drum adalah bagian dari boiler yang berfungsi untuk :

1. Menampung air yang akan dipanaskan pada pipa-pipa penguap (wall tube),dan menampung uap air dari pipa-pipa penguap sebelum dialirkan ke superheater.
2. Memisahkan uap dan air yang telah dipisahkan di ruang bakar ( furnace ).
3. Mengatur kualitas air boiler, dengan membuang kotoran-kotoran terlarut di dalam boiler melalui continuous blowdown.
4. Mengatur permukaan air sehingga tidak terjadi kekurangan saat boiler beroperasi yang dapat menyebabkan overheating pada pipa boiler.

Bagian-bagian dari steam drum terdiri dari : feed pipe, chemical feed pipe, sampling pipe, baffle pipe, sparator, scrubber, dryer, dan dry box.

Level air dari drum harus selalu dijaga agar selalu tetap setengah dari tinggi drum. Sehingga banyaknya air pengisi yang masuk ke steam drum harus sebanding dengan banyaknya uap yang meninggalkan drum, supaya level air tetap konstan. Batas maksimum dan minimum level air dalam steam drum adalah -250 mm s/d 250 mm dari titik 0 ( setengah tinggi drum ).

Pengaturan level air dilakukan dengan mengatur Flow Control Valve. Jika level air di dalam drum terlalu rendah, akan menyebabkan terjadinya overheating pada pipa boiler, sedangkan bila level air dalam drum terlalu tinggi, kemungkinan butir-butir air terbawa ke turbine dan akan mengakibatkan kerusakan pada turbine.

3.Superheater

Superheater berfungsi untuk menaikkan temperatur uap jenuh menjadi uap panas lanjut dengan memanfaatkan gas panas hasil pembakaran. Uap yang masuk ke Superheater berasal dari steam drum. Superheater terbagi dua yaitu Primary Superheater dan Secondary Superheater.

a.Primary Superheater

Primary Superheater berfungsi untuk menaikkan temperatur uap jenuh yang berasal dari steam drum menjadi uap panas lanjut dengan memanfaatkan gas panas hasil pembakaran. Temperatur masuk primary superheater adalah 304oC dan temparatur keluarnya 414oC.

b.Secondary Superheater

Secondary Superheater terletak pada bagian laluan gas yang sangat panas yaitu diatas ruang bakar dan menerima panas radiasi langsung dari ruang bakar . Temperatur uap masuk secondary superheater adalah 414o C dan temperatur keluar sebesar 541oC, dan tekanan 169 kg / cm2. Uap yang keluar dari secondary superheater kemudian digunakan untuk memutar HP Turbine.

4.Reheater

Reheater berfungsi untuk memanaskan kembali uap yang keluar dari HP Turbine dengan memanfaatkan gas hasil pembakaran yang temperaturnya relatif masih tinggi. Pemanasan ini bertujuan untuk menaikkan efisiensi sistem secara keseluruhan . Perpindahan panas yang paling dominan pada reheater adalah perpindahan panas konveksi. Perpindahan panas radiasi pada reheater memberikan efek yang sangat kecil sehingga proses ini biasanya diabaikan.Temperatur uap masuk reheater adalah 335oC dengan tekanan sebesar 42,8 kg/cm2, sedangkan temperatur keluarnya adalah 541oC dengan tekanan 39 kg/cm2. Uap ini kemudian digunakan untuk menggerakkan IP Turbine, dan setelah uap keluar dari IP Turbine, langsung digunakan untuk memutar LP Turbine tanpa mengalami pemanasan ulang.

5.Economizer

Economizer menyerap panas dari gas hasil pembakaran setelah melewati superheater, untuk memanaskan air pengisi sebelum masuk ke main drum. Panas yang diberikan ke air berupa panas sensibel. Pemanasan air ini dilakukan agar perbedaan temperatur antara air pengisi dan air yang ada dalam steam drum tidak terlalu tinggi, sehingga tidak terjadi thermal stress (tegangan yang terjadi karena adanya pemanasan) di dalam main drum. Selain itu dengan memanfaatkan gas sisa pembakaran, maka akan meningkatkan efisiensi dari boiler dan proses pembentukan uap lebih cepat. Economizer berupa pipa-pipa air yang dipasang ditempat laluan gas hasil pembakaran sebelum air heater.

Perpindahan panas yang terjadi di economizer terjadi dengan arah aliran kedua fluida berlawanan (counter flow). Air pengisi steam drum mengalir ke atas menuju steam drum, sedangkan udara pemanas mengalir ke bawah.

· Komponen Pendukung Boiler

Komponen pendukung Boiler terdiri dari : Forced Draft Fan, MFO Heater, Air Preheat Coil, Air Heater, Burner, Gas Recirculating Fan, Soot Blower dan Safety Valve.

1.Forced Draft Fan

Alat yang berupa fan (kipas) ini berfungsi untuk memasukkan udara pembakaran secara paksa ke dalam furnace, terpasang pada bagian ujung saluran air intake boiler dan digerakkan oleh motor listrik.

2.MFO Heater

MFO Heater merupakan alat yang berfungsi untuk memanaskan bahan bakar berupa MFO dengan tujuan menurunkan viskositas dari MFO. Hal ini perlu dilakukan karena MFO memiliki viskositas yang relatif tinggi (satu tingkat di bawah aspal) sehingga sulit untuk teratomisasi di burner. Dengan proses pemanasan maka viskositas MFO dapat diturunkan sehingga dapat teratomisasi dengan baik dan menghasilkan pembakaran yang baik.

3.Air Preheat Coil

Alat yang berfungsi untuk memanaskan udara sebelum memasuki Air Heater dengan sumber panas berasal dari air Deaerator. Udara yang akan memasuki Air Heater harus dipanaskan terlebih dulu agar tidak terjadi thermal stress akibat perbedaan suhu yang ekstrim.

4.Air Heater

Air Heater merupakan alat pemanas udara, dimana panas diambil dari gas buang hasil pembakaran sebelum masuk ke cerobong (stack). Dengan pemanfaatan gas buang ini, maka dapat menghemat biaya bahan bakar sehingga bisa meningkatkan efisiensi pembakaran.

Air Heater yang digunakan pada PLTU Semarang adalah tipe Ljungstrom. Tipe ini paling banyak digunakan di dunia karena performa dan ketahanannya yang telah teruji. Selain itu tipe ini dapat digunakan dalam jangka waktu yang lama sebelum dilakukan overhaul. Perbaikan dan perawatan berkala mudah dilakukan pada Air Heater tipe ini karena desainnya yang sederhana. Air Heater terdiri dari hot end element dan cold end element.

Air Heater yang digunakan di PLTU Semarang merupakan Air Heater jenis Regenerative, yaitu gas sisa pembakaran dilalukan pada sebuah selubung tertutup untuk memanaskan sebagian dari elemen air heater, dan elemen yang dipanaskan ini, diputar ke selubung yang lain dimana disini dilalukan udara yang akan dipanaskan, sehingga terjadi perpindahan panas secara konduksi.

5.Burner

Alat yang berfungsi untuk membakar campuran antara bahan bakar (fuel) dengan udara (air) di dalam ruang bakar (furnace) pada boiler.

Burner pada PLTU Unit 3Indonesia Power UBP Semarang dapat digunakan untuk dua jenis bahan bakar, yaitu MFO maupun gas alam. Namun karena sistem pasokan gas alam belum tersedia maka untuk saat ini bahan bakar yang digunakan hanya MFO saja.

6.Gas Recirculating Fan

Alat ini berfungsi untuk mengarahkan sebagian flue gas (gas sisa pembakaran) kembali ke furnace untuk meningkatkan efisiensi boiler

7.Soot Blower

Sootblower merupakan peralatan tambahan boiler yang berfungsi untuk membersihkan kotoran yang dihasilkan dari proses pembakaran yang menempel pada pipa-pipa wall tube, superheater, reheater, economizer, dan air heater . Tujuannya adalah agar perpindahan panas tetap berlangsung secara baik dan efektif . Sebagai media pembersih digunakan uap. Suplai uap ini diambil dari primary superheater melalui suatu pengaturan tekanan PVC yang diset pada tekanan 40 kg/cm 2. Setiap sootblower dilengkapi dengan poppet valve untuk mengatur kebutuhan uap sootblower. Katup ini membuka pada saat sootblower dioperasikan dan menutup kembali saat lance tube dari sootblower tersebut mundur menuju stop.

Dilihat dari cara kerja/mekanisme pengoperasiannya sootblower dibagi atas :

1. Short Retractable Sootblower / Furnace Wall Blower , digunakan untuk membersihkan pipa-pipa penguap (wall tube) pada daerah furnace.
2. Long Retractable Sootblower, digunakan untuk membersihkan pipa-pipa superheater, dan reheater.
3. Air Heater Sootblower, digunakan untuk membersihkan elemen-elemen air Heater.

Pada PLTU Unit 3, jumlah soot blower yang terpasang sebanyak 34 buah, 32 buah sootblower terpasang pada furnace dan 2 buah terpasang pada air heater. Pengoperasian sootblower dilakukan 8 jam sekali/setiap shift kerja.

8.Safety Valve

Safety valve berfungsi sebagai pengaman ketika terjadi tekanan uap yang berlebih yang dihasilkan oleh boiler. Tekanan berlebih ini dapat terjadi karena panas boiler yang berlebihanatau adanya penurunan beban turbine secara drastis.

Sistem Turbine pada PLTU

Turbine adalah suatu perangkat yang mengkonversikan energi uap yang bertemperatur tinggi dan tekanan tinggi menjadi energi mekanik (putaran). Ekspansi uap yang dihasilkan tergantung dari sudu-sudu (nozzle) pengarah dan sudu-sudu putar. Ukuran nozzle pengarah dan nozzle putar adalah sebagai pengatur distribusi tekanan dan kecepatan uap yang masuk ke Turbin. Turbin uap berkapasitas besar memiliki lebih dari satu silinder cashing. Hal ini dapat kita lihat dari macam silinder casing pada Turbin:

1. Cross Compound

Dimana HP (High Pressure) dan LP (Low Pressure) turbinnya terpisah dan masing-masing dikopel dengan satu generator.

2. Tandem Compound

Dimana HP dan IP (Intermediet Pressure) turbinnya terpisah dengan LP Turbin tetapi masih dalam satu poros.

Turbin yang dipergunakan dalam PLTU Semarang adalah tipe Tandem Compound dengan kapasitas 200MW.

Prinsip Kerja Steam Turbine

Steam Turbine adalah suatu mesin yang berfungsi untuk mengubah energi panas dalam uap menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Konstruksinya terdiri dari rumah turbin dan rotor. Pada rotor turbin ditempatkan rangkaian sudu-sudu jalan secara berjajar. Dalam pemasangannya, rangkaian sudu tetap dan rangkaian sudu jalan dipasang berselang-seling. Energi panas dalam uap mula-mula diubah menjadi energi kinetik oleh nozzle, selanjutnya uap dengan kecepatan tinggi ini akan mengenai sudu-sudu jalan pada rotor turbin yang akhirnya mengakibatkan putaran rotor.

Pada PLTU Unit 3, Turbine dibagi menjadi tiga tingkatan, yaitu :

1.High Pressure (HP) Turbin

HP Tubin mengekspansikan uap utama yang dihasilkan dari superheater dengan tekanan 169 kg/cm2 dan temperatur 538oC, kemudian uap keluar HP Turbin (41 kg/cm2) dengan temperatur 336oC dipanaskan kembali pada bagian reheater diboiler untuk menaikkan entalpi uap. Uap reheat lalu diekspansikan di dalam Intermediate Pressure (IP) turbine.

Data HP Turbin:

1. Jumlah sudu : 1 pasang sudu impuls (tingkat 1)14 pasang sudu reaksi
2. Arah uap ke Pedestal
3. Jumlah 1 buah

2.Intermediate Pressure (IP) Turbin

IP Turbin mengekspansikan uap reheat dengan tekanan 39 kg/cm2 dan temperatur 538oC, sedang uap keluarnya bertekanan 8 kg/cm2 dan suhunya sekitar 330oC

Data IP Turbin:

• Jumlah sudu : 12 pasang sudu reaksi
• Arah ekspansi berkebalikan dengan HP Turbin
• Jumlah 1 buah

3.Low Pressure (LP) Turbin

LP Turbin mengekspansikan uap bertekanan 8 kg/cm2 dan temperatur 330oC, dan tekanan uap keluar dari LP Turbin pada tekanan 56 mmHg (Vaccum), kondisi vakum ini diciptakan di dalam kondenser dengan temperatur 40oC.

Data LP Turbin:

1. Jumlah sudu : 8 pasang per turbin
2. Arah ekspansi uap saling berlawanan
3. Jumlah : 1 buah

Komponen-komponen Turbin Uap

Komponen utama turbin uap:

1.Sudu-sudu turbin

PLTU Semarang memiliki sudu-sudu turbin yang terdiri dari satu tingkat impuls dan 14 tingkat reaksi tekanan tinggi, 12 reaksi pada tekanan menengah,2 x 8 reaksi pada turbin tekanan rendah.

2.Sudu tetap dan sudu jalan turbin

Uap yang berasal dari boiler dialirkan melalui nozel. Karena adanya penyempitan pada aliran nozel, maka tekanan uap menurun dan kecepatannya bertambah. Sudu tetap mempunyai fungsi antara lain:

1. Untuk mengubah energi potensial menjadi energi kinetik
2. Untuk mengarahkan uap ke sudu jalan turbin

Nozel pada sudu tetap dipasang pada casing dan fixed, sedangkan sudu jalan dipasang pada rotor turbin dan berputar jika dilalui uap. Sudu jalan berfungsi untuk mengubah energi kinetik uap menjadi energi mekanis. Jarak antara sudu-sudu jalan sangat kecil sekali kurang lebih 0,6 mikrometer.

3.Poros

Poros merupakan salah satu bagian dari turbin yang menjadikan rotor-rotor berbagai tingkat turbin menjadi satu kesatuan. Poros ini juga mentransmisikan torsi rotor turbin untuk memutar bagian dari rotor generator listrik.

4.Casing (Rumah Turbin)

Casing berfungsi untuk melindungi proses ekspansi uap oleh turbin agar tidak terjadi kebocoran dari dan kearah luar.

5.Katup-katup pengatur beban

Katup pengatur beban pada turbin disebut juga governor valve yang mengatur jumlah aliran uap masuk ke turbin PLTU Semarang. Pembukaan dari tiap katup tergantung kebutuhan beban.

6.Bantalan aksial turbin

Aliran uap yang memutar turbin mengakibatkan turbin bergerak kearah aksial (searah sumbu). Jika gerakan kearah aksial ini melewati batas yang dizinkan, maka terjadilah gesekan antar rotor turbin dengan statornya. Jarak antara sudu tetap dan sudu jalan dibuat kecil sekali yang berguna untuk menghindari gesekan. Bantalan aksial ditempatkan pada bagian bantalan nomor 1 turbin (dekat dengan pedetsal) untuk memonitor gerakan ke arah aksial dan dilengkapi dengan minyak yang mengalir dan dipancarkan ke torak. Dengan bergeraknya torak ke arah aksial, maka tekanan minyak ini diteruskan ke rangkaian trip turbin. PLTU Semarang mempunyai batasan pada tekanan minyak 2,4 kg/cm2 dan trip pada 5,6 kg/cm2.

https://www.blogger.com/blogger.g?blogID=4893352573915100228#editor/target=post;postID=4731817258985493961;onPublishedMenu=allposts;onClosedMenu=allposts;postNum=0;src=link

Untuk menumpu rotor turbin dengan satu silinder casing diperlukan bantalan utama (main bearing) sebanyak dua buah, sedangkan pada turbin yang mempunyai lebih dari satu silinder casing bantalannya lebih dari dua buah.

Peralatan Bantu Turbin Uap

Peralatan bantu turbin merupakan serangkaian sistem yang mendukung operasi turbin agar dalam pengoperasiannya dapat berjalan dengan baik. Peralatan bantu turbin antara lain:

1.Sistem pelumasan

Fungsi sistem pelumasan turbin antara lain:

• Mencegah korosi
• Mencegah keausan pada bagian turbin yang bergerak
• Sebagai pengangkut partikel kotor yang timbul karena gesekan
• Sebagai pendingin terhadap panas yang timbul akibat gesekan

2.Sistem perapat/seal

Sistem perapat digunakan untuk mencegah kebocoran uap dari dalam turbin ke udara luar atau sebaliknya melewati kelenjar-kelenjar perapat (gland seal) sepanjang poros turbin.

3.Sistem turning gear

Turning gear merupakan alat bantu turbin yang berfungsi mensukseskan operasi turbin pada saat start up dan shut down. Fungsi turning gear untuk menghindari melengkungnya poros turbin terutama pada saat temperatur poros masih tinggi, ketika turbin baru saja shut down. Turning gear digerakan oleh motor listrik AC yang memutar poros turbin 3 rpm. Dengan demikian terjadilah pendinginan yang merata untuk menghindari terjadinya defleksi (lendutan) poros.

4.Sistem governor

Governor adalah suatu alat pengatur putaran. Setiap turbin uap memerlukan governor, baik turbin yang digunakan untuk menggerakan generator listrik, pompa air pengisi maupun menggerakan blower. Tipe governor yang biasa digunakan yaitu elektronik dan hidrolik-mekanik.

5.Sistem proteksi

Sistem proteksi turbin merupakan serangkaian peralatan baik mekanis, hidrolis dan elektris yang dirancang mampu mengamankan operasi turbin dalam segala kondisi terburuk sekalipun.

6.Kondenser

Kondenser berfungsi untuk mengkondensasikan uap bekas menjadi uap air pengisi boiler, dimana uap bekas dari LP Turbin masuk ke kondenser melalui pipa-pipa kondensor yang di dalamnya berisi fluida kerja (biasanya berupa sea water atau fresh water)

Sistem Valve pada Turbin

Sistem valve pada turbin berfungsi mengatur laju aliran uap ke dalam turbin. Sistem valve digerakkan oleh servo valve actuator dan minyak hidrolik sebagai penggerak valve. Valve turbin terdiri dari

1.MSV (Main Stop Valve)

MSV merupakan valve yang membuka dan menutup aliran uap utama (main steam) masuk ke HP Turbin. Pada saat start up, MSV berfungsi mengatur laju aliran uap yang masuk ke HP Turbin dan juga sebagai proteksi saat turbin trip.

2.GV (Governor Valve)

GV bekerja setelah terjadinya valve transfer dari MSV ke GV yang berfungsi mengatur laju aliran uap utama pada HP dan juga sebagai pengontrol beban (setelah disinkronisasi sampai beban normal).

3.RSV (Reheat Stop Valve)

RSV merupakan valve yang membuka dan menutup aliran uap reheat yang masuk ke IP Turbin. Pada saat start up RSV sudah dalam kondisi membuka penuh, jadi tidak berperan dalam pengaturan laju aliran uap reheat dan juga sebagai alat proteksi saat turbin trip.

4.ICV (Interceptor Valve)

Pada saat start up, ICV berperan seperti MSV yaitu mengatur aliran uap reheat pada IP Turbin.

Pengendalian Katup Uap Turbin

Salah satu hal yang juga sangat penting dalam pengontrolan turbin uap adalah pengaturan putarannya dengan mengatur prosentase buka tutup katup. Sistem katup uap (governor valve) pada dasarnya mempunyai fungsi sebagai berikut:

• Sebagai pengendali putaran turbin sebelum generator on line.
• Sebagai pengendali setelah generator sinkron dengan jaringan lokal dimana unit sebagai master (island operator)
• Sebagai pengendali beban yang dibangkitkan generator apabila generator sinkron dengan jaringan. Sistem pengatur ini bekerja berdasarkan speed drop yang telah ditentukan untuk mengatur frekuensi jaringan.
• Sebagai peralatan proteksi yang menjamin bekerjanya turbin dengan aman.
• Sebagai sarana pengaturan secara jarak jauh dari pusat pengukur beban.

Fungsi-fungsi trip yang telah kita bicarakan sebelumnya juga sangat berhubungan dengan governor ini karena ketika terjadi trip, governor- governor yang ada akan secara otomatis menutup laju uap yang menuju ke Turbin, sehingga turbin akan berhenti bekerja.

Mekanisme pengendalian buka tutup katup dapat dilakukan sebagai berikut:

1.Sistem pengendalian dengan governor motor

Pada sistem ini pengaturan pembukaan governor valve selain diperintah oleh tekanan minyak governor motor, juga dipengaruhi oleh putaran turbin (frekuensi). Hal ini dapat terjadi karena tekanan minyak governor motor berhubungan dengan tekanan discharge impeller serta putaran turbin. Sistem pengaturan ini disebut juga free governor action. Karena pembukaan governor dipengaruhi oleh perubahan frekuensi. Tekanan minyak pada governor diatur oleh servo motor yang dikerjakan oleh operator dari control room.

2.Sistem pengendalian secara elektronik

Pada sistem ini pengaturan governor dilakukan secara hidraulik diperintahkan oleh suatu perangkat elektronik yang disebut electro hydraulic converter.

1.Sistem pengendalian dengan load limit

Pegaturan governor load limit adalah pengaturan pembukaan govenor yang hanya dikontrol oleh tekanan minyak. Load limit frekuensi tidak bisa mempengaruhi pembukaan governor valve, kecuali jika terjadi tekanan frekuensi yang tinggi sehingga pengendalian minyak dari governor motor akan menurunkan tekanan minyak

SUMBER ARTIKEL;

https://www.blogger.com/blogger.g?blogID=4893352573915100228#editor/target=post;postID=4731817258985493961;onPublishedMenu=allposts;onClosedMenu=allposts;postNum=0;src=link