RESUME COAL FIRED STEAM POWER PLANT (BATU BARA) K2512013

RESUME

COAL FIRED STEAM POWER PLANT (BATU BARA)

Ahmad Ali Mahfud

K2512013

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan pada Tuhan Yang Maha Esa. Atas segala petunjuk-Nya lah sebuah resume ini bisa tercipta dengan baik. Terima kasih pula kepada dosen pengampu mata kuliah Sistem Pembangkit Uap, yang telah menghadiahi tugas individu ini. Sebuah tanggung jawab dari seorang pengajar yang sangat baik tentunya. Cap great dari penulis sangat pantas untuk bapak dosen.

Resume yang berjudul “Coal Fired Steam Power Plant (Batu Bara)” ini seyogyanya masih jauh dari kata sempurna. Untuk itu saran dan kritik tetap penulis terima dengan lapang dada dan dengan kepala dingin. Penulis berharap dalam penyusunan ini tercipta beberapa manfaat bagi semua pembaca.

Akhir kata, mohon maaf bila terdapat kekurangan. Sekian dan terima kasih.

Surakarta, 15 Maret 2015

Penulis

1. TENTANG POWER PLANT

Sesuai dengan namanya, power plant umumnya diartikan pabrik pembangkit (listrik). Listrik dibangkitkan dari generator yang berfungsi mengubah energi mekanik (putaran rotor) menjadi energi listrik. Energi mekanik yang memutar rotor generator itu biasanya didapatkan dari kopling yang terhubung ke poros mesin penggerak (prime mover), bisa berupa mesin diesel, mesin turbine uap, turbin gas, tergantung dari bahan bakar yang digunakan.

Mesin diesel dan turbin gas dapat beroperasi dengan sendirinya (stand-alone), tanpa banyak memerlukan bantuan mesin lain. Tetapi turbin uap memerlukan bantuan "boilers" yang mengubah air menjadi uap kering pada temperature sekitar 400 Deg-C dan tekanan bisa di atas 60 BarG, untuk memperoleh sumber uapnya. Bahan bakar untuk boiler bisa berupa gas (methane), ataupun batubara, atau bisa juga nuklir. Setelah uap tekanan tinggi ini terbentuk, maka uap dialirkan ke turbin uap supaya memutar porosnya menjadi energi mekanik yang nantinya dihubungkan ke poros generator listrik. Dengan demikian terjadi konversi energi dari energi BBM, batubara, dst, menjadi energi mekanik yang selanjutnya diubah menjadi energi listrik.

2. PRINSIP COAL FIRED STEAM PADA PLTU

Prinsip kerja coal fired steam power plant PLTU yaitu pembakaran batubara pada boiler untuk memanaskan air dan mengubah air tersebut menjadi uap yang sangat panas yang digunakan untuk menggerakkan turbin dan menghasilkan tenaga listrik dari kumparan medan magnet di generator. Sistem Pengaturan yang digunakan pada power plant ini menggunakan sistem pengaturan Loop tertutup, dimana air yang digunakan untuk beberapa proses merupakan putaran air yang sama, hanya perlu ditambahkan jika memang level yang ada kurang dari set pointnya. Bentuknya saja yang berubah, pada level tertentu berwujud air, tetapi pada level yang lain berwujud uap. Proses berawal dari air yang dipompa ke kondenser, kemudian dari kondenser dipompa ke Polisher untuk diproses agar korosi dan pengendapan hilang , setelah itu dipompa ke Feed Water Heater 1, 2, 3 dan 4 untuk dipanaskan dan kemudian dialirkan ke Daerator untuk menghilangkan gas – gas O2 dan CO2 kemudian dipompa lagi menuju ke Feed Water Heater 6, 7, 8 yang selanjutnya akan diteruskan di Economizer untuk dinaikan temperaturnya dan selanjutnya menuju ke Steam Drum untuk dipisahkan antara uap dan air , setelah itu SuperHeated Steam yang ada akan melalui First Super Heater, Secondary Super Heater dan membentuk Super Heated Steam yang akan digunakan untuk memutar HP turbine sehingga tekanan dan temperaturnya akan turun sehingga SH steamnya perlu pemanasan ulang yang terjadi di Re Heater, dari Re Heater ini SH Steam akan dikembalikan untuk Memutar IP dan LP Turbin. Didalam turbin ini akan terjadi konversi energi thermal dari Steam menjadi energi mekanis berotasi yang menyebabkan rotor turbin berputar. Perputaran Rotor ini yang akan menggerakkan Generator dan akhirnya oleh generator energi mekanis akan diubah menjadi energi listrik.

3. BAGIAN COAL STEAM FIRED POWER PLANT

1. COAL HANDLING

Batubara merupakan bahan bakar utama PLTU. Batubara yang digunakan berupa batubara adaro, arutmin, kideco dengan kandungan ash sebesar 1,5%, batubara itu diambil dari tambang batubara di Kalimantan selatan dan akan terus disuply selama pengoperasian. Pengiriman batubara ke plant dilakukan dengan menggunakan dua buah kapal laut yang berkapasitas sekitar 43.000 ton, yang kemudian akan ditampung di Coal Pile dengan kapasitas 670.000 ton untuk selanjutnya digunakan sebagai bahan bakar. Sebelum digunakan sebagai bahan bakar, batubara akan melalui beberapa proses yaitu Stacking, Reclaiming dan Processing. Tetapi Coal Handling hanya akan melaksanakan proses stacking dan Reclaming, sedangkan untuk Processing termasuk didalam pengoperasian boiler dan akan dijelaskan pada pembahasan selanjutnya. Stacking merupakan proses penumpukana batubara dari kapal laut. Sedangkan Processing merupakan sistem penanganan batubara dari Silo hingga siap digunakan di Boiler. Stacking Stacking adalah proses pemindahan batubara dari kapal ke Coal Pile. Beberapa istilah dalam Stacking antara lain :

a. Jetty Jetty merupakan dermaga atau tempat merapat kapal laut pengangkut batubara di PLTU. Kedalaman dermaga ini adalah 18 m dari dasar laut, sehingga memungkinkan kapal-kapal besar merapat. Tiap Jetty mempunyai empat buah Doc Mobil Hopper yang fungsinya untuk memindahkan batubara dari kapal ke Belt Conveyor. Doc Mobil Hopper dapat diubah-ubah posissinya sesuai dengan posisi kapal, hal ini dikontrol oleh operator di Coal Unloading Control building (CUCB).

b. Belt Conveyor. Belt Conveyor berbentuk semacam sabuk besar yang terbuat dari karet yang bergerak melewati Head Pulley dan Tail Pulley, keduanya berfungsi untuk menggerakkan Belt Conveyor, serta Tansioning Pulley yang berfungsi sebagai peregang Belt conveyor. Untuk menyangga Belt Conveyor beserta bobot batubara yang diangkut dipasang Idler pada jarak tertentu diantara Head Pulley dan Tail Pulley. Idler adalah bantalan berputar yang dilewati oleh Belt Conveyor. Batubara yang diangkut oleh Conveyor dituangkan dari sebuah bak peluncur (Chute) diujung Tail Pulley kemudian bergerak menuju ke arah Head Pulley. Biasanya , muatan batubara akan jatuh ke dalam bak peluncur lainnya yang terletak dibawah Head Pulley untuk diteruskan ke conveyor lainnya atau masuk ke bak penyimpan. Disetiap belokan antar Conveyor satu denagn yang lain dihubungkan dengan Transfer House.

2. BOILER

Dalam power plant, energi secara terus menerus diubah dari satu bentuk ke bentuk lain untuk menghasilkan listrik. Komponen yang mengawali perubahan dan pengaliran energi disebut boiler. Definisi boiler sendiri sebagai suatu komponen pada power plant adalah suatu bejana tertutup yang secara efisien mampu mengubah air menjadi steam dengan bantuan panas dari proses pembakaran batubara. Jika dioperasikan dengan benar, boiler secara efisien dapat mengubah air dalam volume yang besar menjadi steam yang sangat panas dalam volume yang lebih besar lagi. Jenis boiler yang digunakan pada PLTU biasanya adalah Drum Type Boiler, yang memungkinkan terjadinya sirkulasi sebagian air dalam boiler secara terus menerus. Pengoperasian Drum Type Boiler yang efisien dan aman sangat tergantung pada sirkulasi air yang konstan di beberapa komponen steam circuit, diantaranya Economizer, Steam Drum dan Boiler Water Circulaating Pump.

a. Economizer Economizer berfungsi untuk meningkatkan temperatur air ( pemanasan awal) sebelum masuk ke boiler untuk selanjutnya dialirkan ke steam drum, komponen ini berada dalam boiler yang terdiri dari rangkaian pipa-pipa (tubes) yang menerima air dari inlet. Sumber panas yang diperlukan oleh alat tersebut berasal dari gas buang dalam boiler.

b. Steam Drum Berfungsi untuk menyimpan air dalam volume yang besar dan untuk memisahkan uap dari air setelah proses pemanasan yang terjadi dalam Boiler. Secara umunm, ada empat jenis pipa sambungan dasar yang berhubungan dengan Steam Drum.

3. HEATER

a. Superheater

Superheater merupakan kumpulan pipa Boiler yang terletak dijalan aliran gas panas hasil pembakaran. Panas dari gas ini dipindahkan ke Saturated Steam yang ada dalam pipa Superheater, sehingga berubah menjadi Super Heated Steam. Superheater ini ada dua bagian, yaitu Primary Superheater dan Secondary Superheater. Primary Superheater merupakan pemanas pertama yang dilewati oleh Saturate Steam setelah keluar dari Steam drum, setelah itu baru melewati Secondary Superheater dan menjadi Super Heated Steam. SH Steam akan dialirkan untuk memutar High Presure Turbin, dan kemudian tekanan dan temperaturnya akan turun.

b. Re-Heater

Setelah tekanan dan temperatur SH Steam turun maka SH Steam tersebut akan dikembalikan ke Boiler untuk pemanasan ulang. Pemanasan ulang ini berlangsung di bagian Boiler yang disebut Re-Heater yang merupakan kumpulan pipa Boiler yang diberi panas dari gas pembakaran seperti Superheater. Jadi Re-Heater berfungsi untuk menaikkan temperatur SH Steam tanpa mempengaruhi tekanannya. Di bagian Re Heater, SH Steam akan dikembalikan untuk memutar Intermediate Presure Turbine(IP) dan Low Presure Turbine (LP). Air Pre-Heater Air Pre-Heater adalah instrument yang sistem kerjanya berputar dengan putaran rendah dan berfungsi untuk memanasi udara pembakaran sebelum dikirim ke Furnace. Pemanas Udara pembakaran tersebut diambil dari gas buang hasil pembakaran dari Furnace yang dialirkan melalui Air Pre-Heater sebelum dibuang ke Chimney.

4. FEED WATER HEATER

Terdapat 8 Feed Water Heater, yaitu:

a. Feed Water heater 1 Terletak dibagian bawah Condensor, fungsinya untuk memanaskan air yang keluar dari Condensor. Panas yang digunakan berasal dari extration LP Turbine.

b. Feed Water Heater 2, 3, dan 4 Fungsinya untuk memanaskan air sebelum air memasuki Daerator. Panas yang digunakan berasal dari extration LP Turbine.

c. Feed Water Heater 5 Terletak diatas Daerator. Panas yang digunakan berasal dari extration IP Turbine.

d. Feed Wter Heater 6 A-B, 7 A-B dan 8 A-B Fungsinya untuk memanaskan air yang akan masuk ke Economizer, untuk FW Heater 6 A-B dan 7 A-B panas yang digunakan berasal dari extration IP Turbine sedangkan untuk FW Heater 8 A-B panas yang digunakan berasal dari extration HP Turbine.

5. FURNACE

Ada empat syarat pembakaran yaitu bahan bakar, oksigen, panas dan reaksi kimia. Akan tetapi untuk pembakan di Boiler perlu adanya syarat tambahan agar pembakaran di dalam Boiler bekerja dengan efisien yaitu turbulensi dan waktu. Waktu yang cukup harus diupayakan agar campuran yang mudah terbakar dapat terbakar seluruhnya. Aliran bahan bakar dalam Boiler harus cukup lambat untuk memberikan cukup waktu untuk pembakaran sempurna, kalau tidak bahan yang mudah terbakar akan terkumpul dalam ketel atau cerobong dan menimbulkan bahaya ledakan. Bahaya ledakan dicegah dengan perancangan Boiler yang tepat, Boiler harus cukup besar untuk memperlambat aliran udara, sehingga sebelum meninggalkan Boiler bahan bakar dapat terbakar dengan sempurna.

1. ID Fan, FD Fan dan PA Fan

Udara pembakaran ada dua macam, yaitu Primary Air (udara primer) dan Secondary Air (udara sekunder). Udara primer dipasok oleh Primary Air Fan (PA Fan) yang dihembuskan menuju ke alat penggiling batubara (Pulverizer) kemudian bersama-sama dengan serbuk batubara dialirkan ke Furnace untuk dibakar (reaksi kimia). Bercampurnya batubara dan udara 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. Udara primer tidak cukup untuk memenuhi kebutuhan turbulensi untuk melakukan pencampuran bahan bakar secara sempurna atau memenuhi kebutuhan akan oksigen untuk pembakaran sempurna. Untuk itulah diperlukan pasokan dari udara sekunder yang dihasilkan oleh FD Fan bersama ID Fan. Boiler yang bekerja dengan tekanan yang negatif atau dibawah tekanan atmosfir selalu dilengkapi dengan Force Draft Fan (FD Fan) dan Induced Draft Fan (ID Fan). Boiler ini disebut dengan Balanced-Draft yaitu Furnace dengan kipas tarikan seimbang.

b. Pulverizer

Bongkahan – bongkahan batubara yang seperti batu harus dihancurkan menjadi butiran-butiran halus agar batubara mudah tercampur dengan udara. Pulverizer adalah alat untuk menggiling batubara sehingga menjadi halus dan kemudian bersama dengan udara primer akan dialirkan ke Furnace. Fungsi lain dari Pulverizer adalah untuk mengeringkan batubara sehingga mudah dihaluskan dan dibakar, dan untuk mengklasifikasikan atau menyaring batubara untuk memastikan bahwa batubara yang masuk ke dalam Boiler benar-benar halus. Batubara yang tidak tergiling akan keluar melalui sebuah lubang dan ditampung di Pyrites Hopper dan kemudian dibuang. Dalam penggunaan Pulverizer yang perlu diperhatikan adalah temperatur dari udara primer, temperatur yang terlalu tinggi dapat menyalakan batubara dari dalam Pulverizer dan menyebabkan ledakan. Jika temperatur terlalu rendah, batubara tidak bisa kering benar dan sulit dihaluskan. Temperatur idealnya kira-kira 650C. Pulverizer dilengkapi dengan Feeder (alat pengisi batubara) yang letaknya diatas Pulverizer, berfungsi untuk menyuplai sejumlah batubara sesuai dengan kebutuhaan. Feeder ini mendapat suplai batubar dari penampung batubara yang disebut Silo (Coal Bunker). c. Ignitor Panas yang diperlukan untuk pembakaran disediakan oleh Ignitor. Begitu pembakaran dimulai, bahan bakar yang terbakar akan memasok panas yang cukup untuk menyalakan bahan bakar baru yang memasuki Boiler dan Ignitor dapat dimatikan.

6. TURBINE

Konversi energi terjadi pada Turbine Blades, Turbin mempunyai susunan Blade bergerak berselang seling dengan Blade tetap. Steam akan masuk ke Turbin dan dialirkan langsung ke Turbin Blades, Blades bergerak dan bekerja untuk mengubah energi thermal dalam Steam menjadi energi mekanis berotasi, yang menyebabakan rotor Turbin berputar, perputaran rotor ini akan menggerakkkan Generator dan akhirnya energi mekanik menjadi energi listrik. Hubungan peralatan serta prinsip kerja dari Turbin ditunjukkan pada gambar.

Bagian – bagian dari Turbin:

a. Nozel Berfungsi untuk merubah energi (pipa pancar) potensial menjadi energi kinetik dari steam.

b. Blades Berfungsi untuk merubah tenaga kecepatn menjadi tenaga putar

c. Disck (roda turbin) Berfungsi untuk meneruskan tenaga putar turbin kepada pesawat yang digerakkan. Tenaga yang dihasilkan adalah tenaga makanis steam. http://ipmomipaiton.angelfire.com/image006.jpg Prinsip Kerja dari Turbin Jadi prinsip kerja Turbin adalah tenaga potensial steam diubah menjadi tanaga kinetis pada Nozel dan tenaga kinetis ini diubah menjadi tenaga putar pada Blade, dengan melalui Disck tenaga putar diubah menjadi tenaga mekanis pada poros.

7. CONDENSER

Setelah LP Turbin diputar steam kemudian steam akan mengalir menuju Condenser untuk didinginkan dan berubah menjadi air. Condenser ada dua A dan B yang letaknya dibawah LP Turbin A dan B. Proses yang terjadi steam bersentuhan langsung dengan pipa yang didalamnya dialiri pendingin berupa air laut . Kondensasi ini mengubah steam menjadi air yang kemudian ditampung di Condensaate Hot Well. Air laut selain berfungsi sebagai media heat transfer juga berfungsi untuk mendinginkan kondenser juga mendinginkan Closed Cooling System (air pendingin). Closed Cooling System ini mendinginkan berbagai peralatan yang membutuhkan pendinginan seperti Air Compressor, Pump dan Generator Stator Cooling dan juga penting untuk mendinginkan oli untuk pelumasan Turbin. Proses pertukaran panas antar Close Cooling dengan air laut terjadi pada alat yang disebut Heat Exchanger. Karena adanya Blowdown pada Steam Drum, maka untuk mengembalikan volume air ke volume semula, pada Condenser terdapat Make-Up Water untuk menambah volume air. Make Up water diambil dari Make Up Demineralizing RO. Condenser bekerja dalam kondisi vakum, hal ini dikarenakan proses kondensasi yang terjadi yaitu perubahan steam ke air menyebabkan berkurangnya volume. Untuk menjaga agar kondensor dalam keadaan vakum, maka gas-gas yang dilepas dari steam (ketika steam berubah menjadi air) dipompa keluar oleh vakum pump. Alasan lain keadaan vakum adalah efisiensi, steam yang diambil dari turbin adalah Enthalpi Steam (selisih steam masuk dan keluar) sehingga tekanan diminimalkan agar energi yang dimanfaatkan semakin besar karena Enthalpinya juga besar.

8. POLISHER

Dari Condensate Hot Well, condensate water akan dipompa oleh condensate pump menuju Polisher. Condesate pumpnya ada tiga, dua aktif dan satu stand by dengan kapasitas tiap pompa sebesar 50%. Di polisher terdapat reksin kation dan anion, resin ini berfungsi sebagai: 1. Resin kation : mengikat ion negatif penyebab korosi . 2. Resin anion : mengikat ion positif penyebab kerak atau scale. Ion- ion tersebuit diikat oleh resin dalam Polisher untuk memurnikan air yang masuk ke Boiler. Parameter ion-ion itu dapat diukur dengan melihat nilai conductyvity-nya (normalnya 0.2 ). Jika nilai conductivity tinggi, bisa berarti dua hal: 1. Terdapat kebocoran air laut di dalam Polisher , terdeteksi dengan Leak Detector. 2. Resin telah jenuh dan harus diregenerasi. Regenerasi resin dapat menggunakan : - Resin Kation : menggunakan asam kuat ( H2SO4) - Resin anion : menggunakan basa (NaOH) Dari Polisher, air dipanaskan di Feed water Heater 2,3 dan 4 dengan sebelumnya diinjeksi ammonia untuk meningkatkan pH (pH ideal = 9 - 9.5) agar sodium dari air hilang karena sodium akan mengakibatkan kerusakan pada material Boiler . Setelah itu baru ke Feed Water Heater 5 di Daerator.

9. DAERATOR

Berfungsi untuk menyerap atau menghilangkan gas – gas yang terkandung pada air pengisi Boiler, terutama gas O2, karena gas ini akan menimbulkan korosi. Gas – gas lain yang cukup berbahya adalah karbon dioksida (CO2). Gas O2 dan CO2 akan bereaksi dengan meterial Boiler dan menimbulkan korosi yang sangat merugikan. Prinsip kerjanya air yang masih mengandung O2 dan CO2 disemprotkan ke Steam Daerator, sehingga gas-gas tersebut diserap secara thermis dan dikeluarkan melalui valve pelepas udara/gas. Selain itu Daerator juga dapat menaikkan temperatur air pengisi Boiler (sampai 162 0C). Penempatan posisi Daerator yang tinggi memungkinkan pemberian suction heat yang cukup untuk Feed Water Pump. Dari Daerator air akan dipompa dengan tiga feed water pump, dua pompa yang tenaganya dari extraction IP Turbin disebut Turbine Driven Pump dan satu pompa yang digerakkan oleh motor disebut Motor Driven Pump, dimana kapasitas tiap pompa 100% menuju Feed Water Heater 6, 7 ,8 A-B dan akan menuju ke Economizer terus ke Steam Drum.

10. GENERATOR

Generator adalah alat untuk membangkitkan listrik, generator sendiri terdiri dari stator dan rotor. Rotor dihubungkan dengan shaft turbin sehingga berputar bersam-sama. Stator bars di dalam sebuah generator membawa arus hubungan output pembangkit. Arus Direct Current (DC) dialirkan melalui Brush Gear yang langsung bersentuhan dengan slip ring yang dipasang jadi satu dengan rotor sehingga akan timbul medan magnet (flux). Jika rotor berputar , medan magnet tersebut memotong kumparan di stator sehingga pada ujung-ujung kumparan stator timbul tegangan listrik. Untuk penyediaan arus listrik Generator diambilkan arus DC dari luar . Setelah sesaat generator timbul tegangan, sehingga melalui exitasi transformer arus AC akan disearahkan oleh rectifier dan arus DC akan kembali ke Generator, proses ini disebut dengan Self Excitation. Dalam sistem tenaga, disamping Generator menyuplai listrik ke jaringan extra tinggi 500 KV, juga dipakai untuk pemakaian sendiri dimana tegangan output Generator diturunkan melalui transformer sesuai dengan kebutuhan. Untuk kebutuhan saat start diambilkan dari 150 KV line. Untuk sistem tegangan ekstra tinggi tenaga listrik yang dihasilkan oleh Power Plant disuply ke jaringan sebesar 500 KV dan selanjutnya oleh beberapa transformer tegangannya diturunkan sesuai dengan kebutuhan.

4. GAMBARAN ILUSTRASI

“SELESAI”

REFERENSI

Admin. 2011. Pembangkit Listrik Tenaga Uap - Steam Power Plant. Online Viewed 2015 March 15. Available: http://pioneerup.blogspot.com/2011/03/pembangkit-listrik-tenaga-uap-steam.html.

Yahoo answer. Online Viewed 2015 March 15. Available: https://id.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080515203409AA85z67.