Kajian Pembangkit Listrik Tenaga Uap pltu suralaya banten

Kajian Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Suralaya Banten Tugas Makalah Sistem Energi Termal Program Studi Magister Teknik Mesin ITENAS

KAJIAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP (PLTU) SURALAYA BANTEN AJRONAZI MAULANA MAULANA JURUSAN TEKNIK MESIN, FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI, INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL BANDUNG Email: [email protected]

1. Sejarah PLTU Pada tahun 1831, setelah sebelas tahun melakukan percobaan, Michael Faraday dapat membuktikan prinsip pembangkitan listrik dengan induksi magnet. Dengan peragaan dijelaskan, bahwa bila kumparan atau penghantar memotong medan magnet yang berubah-ubah akan terinduksi suatu tegangan listrik padanya. Kini rancangan semua mesin listrik adalah didasarkan pada p ada bukti nyata tersebut. Kemudahan membangkitkan listrik l istrik secara induksi memunculkan perkembangan pembuatan dynamo dan pada tahun 1882 tersedia pasok listrik untuk publik di London. Pasokan ini diperoleh dari generator DC yang digerakkan dengan mesin bolak balik (reciprocating) yang di catu dengan uap dari boiler pembakaran manual. Permintaan tenaga listrik tumbuh berkembang dan pembangkit kecil muncul di seluruh negeri. Hal ini memberikan keinginan untuk bergabung agar menjadi ekonomis. Pada tahun 1878 generator pertama dibuat oleh Gramme, tetapi tidak menghasilkan listrik sampai tahun 1888 ketika Nikola Tesla memperkenalkan sistem banyak fasa (poly phase) medan berputar. Pada tahun 1882 Sir Charles Parson mengembangkan Turbin generator AC pertama dan pada 1901 dibuat generator 3 fasa 1500 kW untuk pusat pembangkit Neptune di Tyne Inggris. Inilah mesin awal dengan kumparan yang berputar didalam medan magnet, tetapi ternyata bahwa semakin besar

1


output yang diinginkan akan lebih mudah mengalirkan arus listrik pada medan magnet berputar didalam kumparan yang diam atau stator. Rancangan mesin secara bertahap berkembang sehingga pada 1922, generator 20 MW yang berputar pada 3000 rpm beroperasi. Sementara itu karena tuntutan permintaan kebutuhan rancangan unit pembangkit juga berkembang dan kapasitasnyapun meningkat sehingga dibentuk organisasi untuk mengoperasikan sistem transmisi interkoneksi yang disebut pusat penyaluran dan pengatur beban. PLTU adalah jenis pembangkit listrik tenaga termal yang banyak digunakan, karena efisiensinya baik dan bahan bakarnya mudah didapat sehingga menghasilkan energi listrik yang ekonomis. PLTU merupakan mesin konversi energi yang merubah energi kimia dalam bahan bakar menjadi energi listrik (Wikipedia, 2018). 2. PLTU Suralaya PLTU

1

Banten

atau

lebih

dikenal

dengan

nama PLTU

Suralaya adalah Pembangkit Listrik Tenaga Uap berbahan bakar batubara yang terletak di Kecamatan Pulo Merak, Kota Cilegon, Banten, Indonesia. Letaknya 7 km ke arah utara dari Pelabuhan Penyeberangan Merak. Luas lahan yang digunakan untuk membangun PLTU Suralaya dengan fasilitas penunjang lain adalah 240,65 hektare. Lahan yang dipergunakan untuk PLTU Suralaya merupakan lembah yang dikelilingi oleh bukit/hutan lindung. PLTU Suralaya terdiri dari 6 unit dengan bahan bakar batu bara, saat ini sedang dilaksanakan proyek pembangunan PLTU unit 7 dan 8. Gambar 2.1 menunjukan bangunan PLTU Suralaya jika dilihat dari kejauhan dan gambar 2.2 merupakan PFD PLTU Suralaya (Wikipedia, 2018).

2


Gambar 2.1. Bangunan PLTU Suralaya (Wikipedia, 2018)

Gambar 2.2. PFD PLTU Suralaya Banten

Keterangan gambar: 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Stancker reclainmer Telescopic cuthe Junction house Scraper conveyor Coal banker Coal feeder Pulverizer Primary air fan Coal burner

17 18 19 20 21 22 23 24 25

Reheater Intermediate pressure turbine Low pressure turbine Rotor generator Stator generator Generator transformator Condenser Condensate extraction pump Low pressure heater 3


10 11 12 13 14 15 16

Forced draft fan Air heater Induced draft fan Electrostatic precipitator Stack Super heater

26 27 28 29 30 31 32

High pressure turbine

Sea water Deaerator Boiler feed pump High pressure heater Economizer Steam drum Circulating water pump

Sejarah PLTU suralaya terdiri dari empat tahapan pembangunan, yaitu: Tahap

I

berkapasitas

2x400

MW

beroperasi

tahun 1984, Tahap

II

berkapasitas 2x400 MW beroperasi tahun 1989, Tahap III berkasitas 3x600 MW beroperasi tahun 1997 dan Tahap IV dengan kpasitas 1x625 MW beroperasi tahun 2011(Wikipedia, 2018). 3. Bagian_Bagian Sistem PLTU Secara umum bagian-bagian dari sistem PLTU yang dikaji oleh orang teknik mesin meliputi 4 (empat) bagian yaitu siklus pemasukan bahan bakar, siklus uap, siklus pendinginan dan siklus penangan abu hasil pembakaran.

3.1. Siklus Pemasukan Bahan Bakar (Coal Flow) Batu bara hal penting yang perlu diperhatikan dalam sebuah PLTU, karena menyangkut kelangsungan proses pembakaran pada boiler. Pengolahan

batu

bara

yang

baik

sangat

menentukan

effisiensi

pembakaran pada boiler. Pengolahan batu bara tersebut melingkupi penentuan kualitas batubara, pendistribusian batubara, juga pada proses crusher batubara. Gambar 3.1 berikut ini menunjukan proses aliran batubara.

4


Gambar 3.1. Proses Aliran Batubara (Sutanto, 2018)

3.1.1. Ship Unloader Proses awal dari pengolahan batu bara pada suatu PLTU adalah bongkar muat batu bara. Kebanyakan distribusi batubara di Indonesia dilakukan melalui jalur laut, karena itulah sebagian PLTU di bangun di dekat laut untuk memudahkan mendapatkan suplay batubara. Ship unloader ditunjukan pada Gambar 3.2. berikut ini.

Gambar 3.2. Ship Unloader (sutanto,2018)

3.1.2. Stacker Reclaimer Setelah proses bongkar muat batu bara dari laut, batu bara di alirkan

ke

tempat

penampungan

atau

coal

bunker dengan

menggunakan konveyor. Pada bagian ini batu bara dipisah menurut jenisnya, seperti yang mempunyai kalori tinggi dan rendah atau 5


menurut kriteria yang lain. apabila terdapat batu bara yang tidak memenuhi syarat maka akan dikembalikan ke tempat penampungan sementara tadi. proses inilah yang disebut reklamasi (sutanto,2018) . Stacker Reclaimer ditunjukan pada Gambar 3.3. seperti dibawah ini.

Gambar 3.3. Stacker Reclaimer (sutanto,2018)

3.1.3. Crusher Setelah

melalui

proses

pemilihan

batu

bara

di

angkut

menggunakan conveyor menuju Coal Crusher . Coal crusher berfungsi menghancurkan batubara menjadi ukuran yang lebih kecil. Batu bara di hancurkan menjadi ukuran yang kecil dimaksudkan untuk mendapatkan efisiensi pembakaran yang baik, karena dengan ukuran batubara yang kecil batu bara bisa terbakar habis (sutanto,2018) . Gabmar 3.4. menunjukan Crusher type ring crusher coal.

Gambar 3.4. Cursher Type Ring Crusher Coal (sutanto,2018) 6


Setelah melalui proses ini batubara siap digunakan/dipakai langsung untuk bahan bakar boiler. 3.2. Siklus Uap (Steam Flow) Sebagaimana seperti yang kita ketahui siklus uap atau yang lebih dikenal

dengan

sebutan

siklus

Rankine

merupakan

siklus

yang

mengkonversi energi panas menjadi kerja/energi gerak. Dikembangkan oleh William John Macquorn Rankine pada abad ke-19 dan sejak saat itu banyak diaplikasikan pada mesin-mesin uap. Saat ini, siklus rankine digunakan pada pembangkit-pembangkit listrik dan memproduksi 90% listrik dunia. Prinsip kerja siklus ini dimulai dari memompakan air ke boiler dan air yang masuk kedalam boiler dipanaskan hingga terjadi penguapan, kemudian uap tersebut dialirkan ke turbin sebagai penggerak turbin, setelah itu uap air yang keluar dari tubin didinginkan dengan menggunakan kondensor (Budiman, 2018). Gambar 3.5. berikut ini menapilkan PFD siklus uap yang ada di PLTU Suralaya Banten.

Gambar 3.5. PFD Siklus Uap PLTU Suralaya Banten (Sutanto,2018)

7


Secara umum siklus rankine/siklus uap terdiri dari komponen-komponen sebagai berikut: 3.2.1. Pompa Pompa pada siklus uap dibagi menjadi dua yaitu condensate water pump (CWP) dan boiler feedwater pump (BFP). CWP berfungsi untuk memompa air dari condenser menuju deaerator, sedangkan BFP berfungsi untuk menyuplai air dari deaerotor ke boiler. 3.2.2. Boiler Boiler (steam generator ) berfungsi untuk mengubah air menjadi uap bertekanan tinggi. Uap yang dihasilkan boiler dipergunakan untuk memutar turbine. Gambar 3.6 merupakan PFD boiler PLTU Suralaya Banten.

Gambar 3.6 PFD Boiler PLTU Suralaya Banten (Sutanto, 2018)

3.2.3. Tubin Uap Turbin uap adalah suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial menjadi energi kinetik dan energi kinetik ini selanjutnya diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros turbin untuk menggerakan generator (Budiman, 2018). Turbin uap pada PLTU Suralaya Banten dibagi menjadi 3 bagian, yaitu: high pressure turbine,

8


intermediate pressure turbine dan low pressure turbine seperti yang terlihat pada lingkaran kuning pada Gambar 3.7 dibawah ini.

Gambar 3.7. Turbin Pada PLTU Suralay Banten (Sutanto,2018)

3.2.4.

Kondensor Kondensor adalah suatu alat yang terdiri dari jaringan pipa dan

digunakan untuk mengubah uap menjadi zat cair (air). dapat juga diartikan sebagai alat penukar kalor (panas) yang berfungsi untuk mengkondensasikan fluida (Budiman, 2018). Posisi kondensor pada rangkaian PFD PLTU Suralay Banten seperti yang terlihat pada lingkaran kuning pada Gambar 3.8 berikut ini.

Gambar 3.8 Posisi Kondensor pada PFD PLTU Suralaya (Sutanto,2018) 9


Data

peralatan

pada

siklus

uap

PLTU

suralaya

sebagai

berikut

(Mercubuana,2018): A. Peralatan unit 1-4 1. Boiler Pabrik pembuatan Tipe

: Babcock & Wilcox, Canada : Natural circulating single drum radiantwall outdoor

Kapasitas

: 1168 ton uap/jam

Tekanan uap keluar superheater

: 174 kg/cm2

Suhu uap keluar superheater

: 540o C

Tekanan uap keluar reheater

: 39,9 kg/cm2

Bahan bakar utama

: batubara

Bahan bakar cadangan

: minyak residu

Bahan bakar penyalaan awal

: minyak solar

2. Turbine Pabrik pembuat

:Mitsubishi Heavy Industries, Jepang

Tipe

:Tandem Compound Double Exhaust

Kapasitas

: 400 MW

Tekanan uap masuk

: 169 kg/cm2

Temperatur uap masuk

: 538o C

Tekanan uap keluar

: 56 mmHg

Kecepatan putar

: 3000 rpm

Jumlah tingkat

: 3 tingkat

Turbin tekanan tinggi

: 12 sudu

Turbin tekanan menengah

: 10 sudu

Turbin tekanan rendah 1 & 2

: 2 x 8 sudu

3. Pompa Air Pendingin (Condensate Water pump) Pabrik pembuat

: Babcock & Wilcox, Canada

10


Kapasitas

: 180 m3/jam

Discharge Head

: 45,2 m

Tekanan

: 2 kg/cm2

Motor penggerak

: 1300 kW/10,5 kV/50Hz/3 Fasa

4. Pompa Pengisi Ketel (Boiler Feed Pump) Pabrik pembuat

:Ingersollrand, Canada

Tipe

: 65 CHTA-5 Stage

Kapasitas

:752 Ton/Jam

NPSH

: 22,2 m

Tekanan

:216 kg/cm2

Motor penggrak

:6368,5 KW/6 KV/ 50Hz/3 Fasa

B. Peralatan Unit 5-7 1. Ketel (boiler) Pabrik Pembuat Tipe

: Babcock & Wilcox, Canada :Natural

circulation

single

drum

radiantwall out door Kapasitas

: 1.953.866 kg uap/jam

Temperature uap keluar

: 540 °C

Tekanan uap keluar superheater

: 174 kg/cm2

Tekanan uap keluar reheater

: 59 kg/cm2

Bahan bakar utama

: batubara

Bahan bakar penyalaan awal

: solar

2. Turbine Pabrik pembuat Tipe

:Mitsubishi Heavy Industries, Jepang :Tandem

Compound

Double

Exhaust condensing and reheat Kapasitas

: 400 MW

Tekanan uap masuk

: 169 kg/cm2

11


Temperatur uap masuk

: 538o C

Tekanan uap keluar

: 56 mmHg

Kecepatan putar

: 3000 rpm

Jumlah tingkat

: 3 tingkat

Turbin tekanan tinggi

: 10 sudu

Turbin tekanan menengah

: 7 sudu

Turbin tekanan rendah 1 & 2

: 2 x 7 sudu

5. Pompa Air Pendingin (Condensate Water pump) Pabrik pembuat

: Babcock & Wilcox, Canada

Kapasitas

: 180 m3/jam

Discharge Head

: 45,2 m

Tekanan

: 2 kg/cm2

Motor penggerak

: 1300 kW/10,5 kV/50Hz/3 Fasa

6. Pompa Pengisi Ketel (Boiler Feed Pump) Pabrik pembuat

:Ingersollrand, Canada

Tipe

: 65 CHTA-5 Stage

Kapasitas

:752 Ton/Jam

NPSH

: 22,2 m

Tekanan

:216 kg/cm2

Motor penggrak

:6368,5 KW/6 KV/ 50Hz/3 Fasa

3.3.

Siklus Aliran Air (Water Flow) Siklus aliran air pada PLTU suralaya meliputi siklus aliran air pendingin

untuk kondensor dan aliran air umpan boiler. siklus aliran air pendingin untuk kondensor yaitu air pendinginan yang digunakan untuk mengkondensasikan uap yang keluar dari turbin agar dapat digunakan kembali, Sumber air pendingin yang digunakan diambil dari air laut. Sedangkan air umpan boiler

12


yaitu air yang telah dilakukan treatmen terlebih dahulu dan juga air hasil kondensasi uap. 3.4.

Pengontrolan Abu (Ash Handling) Ash Handling Plant adalah peralatan bantu dari sebuah PLTU berbahan

bakar batubara untuk menampung abu sisa hasil pembakaran yang kemudian menyalurkannya ketempat pembuangan akhir ( Ash Valley ). Pada System Ash Handling abu dibagi menjadi dua yaitu Fly Ash (abu kering) dan Bottom Ash (abu basah).

Ash Handling Plant mempunyai alat yang berfungsi sebagai penangkap abu sisa pembakaran, yaitu Electrostatic Precipitator (EP). Batubara yang dialirkan ke dalam ruang bakar akan menghasilkan gas buang yang mengandung partikel abu. Sebelum dibuang ke atmosfir, gas buang yang mengandung partikel abu akan melewati suatu ruang yang di dalamnya terdapat pelat-pelat yang dapat menangkap partikel abu. Pelat tersebut dialiri listrik searah (DC). Abu hasil tangkapan EP disalurkan melalui Transporter / Pump maupun Belt Conveyor ke pembuangan terakhir ( Ash Valley ) atau ditampung di dalam penampung (Silo) untuk dimanfaatkan / dijual. Gambar 3.9 dan 3.10 merupakan skema System fly ash dan system bottom ash berikut ini:

Gambar 3.9 Skema Fly ash Handling (Budiman,2018) 13


Gambar 3.9 Skema Bottom ash Handling (Budiman, 2108)

3.4.1. 1.

Komponen-komponen Fly Ash Handling

Electrostatic Precipitator Electrostatic

Precipitator adalah

peralatan

yang

berfungsi

menangkap abu sisa pembakaran yang berada dalam gas buang yang akan dibuang ke atmosfir melalui stack , sehinga gas buang yang akan dibuang tidak mengandung partikel-partikel abu yang dapat mencemari lingkungan. Prinsip kerja Electrostatic Precipitator (EP) adalah partikel – partikel abu dari boiler/ruang bakar (furnace ) yang belum bermuatan, akan diberi muatan – (negative ) oleh Electroda dan selanjutnya dengan teori Electric magnet akan ditangkap oleh Collecting Plate . 2.

SILO Silo berfungsi untuk mencampurkan air dengan abu kering. Abu

kering (fly ash) yang telah ditangkap electrostatic precipitator di proses lagi menggunakan mixer conveyor / hidromix conditioning , dengan hidromix conditioning ini fly a sh dispray menggunakan service water sehingga fly ash menjadi basah dan jatuh ke belt conveyor lalu ditampung di ash valley . Selain itu ada juga fly ash yang langsung ditransfer ke truck capsule menggunakan dry unloader (du). Jika pada belt conveyor mengalami kerusakan maka abu basah yang keluar dari mixer conveyor bisa langsung ditampung dump truck lalu ditransfer ke ash valley. 14


3.4.2. 1.

Komponen-komponen Fly Ash Handling dan Fungsinya

Submerged Scrapper Conveyor Merupakan bak penampung abu sisa pembakaran batu bara yang

berada di bagian bawah ruang bakar / furnace juga berfungsi sebagai perapat (seal trough ) ruang bakar, sehingga ruang bakar tidak bertekanan positif, abu yang terkumpul akan dibuang ke pembuangan terakhir melalui conveyor-conveyor (ban berjalan) yang sebelumnya di saring dan dihaluskan oleh vibrating screen dan crusher . Jika conveyor mengalami kerusakan maka abu dikirim ke ash valley menggunakan dump truck . 2. Slag bin Slag bin merupakan tempat pengolahan bottom ash. Bottom ash yang berasal dari ssc dibawa oleh fligh bar kemudian dihaluskan oleh crusher dan ditampung di dalam slag bin. Di slag bin ini dilengkapi oleh tiga buah vibrator agar mencegah terjadinya pemadatan abu atau ngeblok. Setelah itu ditransfer ke belt conveyor yang nantinya dibawa ke penampungan akhir (ash valley ) atau langsung ke dump truck. 3.

Ash Valley Ash valley merupakan tempat penampungan terakhir abu yang

telah diproses pada sistem fly ash dan sistem bottom ash. Ash valley ini digunakan apabila level dari silo dan slag bin sudah terlalu tinggi dan belum ada truck-truck yang akan menampung abu tersebut maka abu tersebut ditampung di ash valley yang kemudian akan diproses lagi oleh loader, exavator dan dump trucki (Budiman, 2018).

3.5. Spesifikasi Electrostatic Precipitator Spesifikasi electrostatic precipitator PLTU suralaya untuk unit 1-7 sebagai

berikut (Mercubuana, 2018).

15


Pabrik pembuat

: Lodge Cotrell, USA

Jumlah aliran gas

: 1.347.823 m3/jam

Temperatur gas

: 1950C

Kecepatan aliran gas

: 1,47 m/s

Tipe electroda

: Square twisted element

Tegangan elektroda

: 65 kV DC

Efisiensi

: 99,5%

Jumlah abu tangkapan

: 25 ton/jam.

KESIMPULAN Adapun kesimpulan yang diperloleh yaitu: 1. Pada PLTU suralaya terdapat 7 unit pembangkit listrik dengan kapsitas total 3400 MW. Dengan rincian unit 1-4 berkapasitas 400 MW per unit, dan 5-7 berkapasitas 600 MW perunit. 2. Siklus air pendinginan kondensor diambil dari air laut. 3.

Tekanan uap keluar boiler untuk unit 1-7 sebesar174 kg/cm 2 pada keadaan superheated.

4. Bahan bakar utama yang digunakan PLTU Suralaya adalah batu bara, bahan bakar cadangan adalah residu dan bahan bakar penyalaan awal adalah solar.

DAFTAR PUSTAKA Budiman. Arifiyan, 2018. Ash handling plant. http://arifiyan-budiman.blogspot.co.id/2012/01/ash-handling-plant.html. Dilihat 23 januari 2018. Budiman. Arifiyan. 2018. Siklus PLTU tersedia di: http://arifiyan-budiman.blogspot.co.id/2012/01/normal-0-false-falsefalse-in-x-none-x.html. Dilihat 21 januari 2018

16


Hakim. Bubihakkul, 2018. Sistem Pendingin utama PLTU. Tersedia di: http://bubihakkulhakim.blogspot.co.id/2010/09/sistem-pendinginutama-pltu.html. Dilihat 21 januari 2018. Mercubuana, 2018. Tinjauan Umun PLTU Suralaya. Tersedia di: http://digilib.mercubuana.ac.id/manager/n!@file_skripsi/Isi2928720629 533.pdf. Dilihat pada tanggal 22 januari 2018. Sutanto. Edi,2018. Coal handling PLTU suralaya. Tersedia di: http://edisutanto664.blogspot.co.id/2013/05/coal-handling-pltusuralaya.html. dilihat 20 januari 2018. Wikipedia, 2018. PLTU suralaya. Tersedia di: https://id.wikipedia.org/wiki/PLTU_Suralaya. dilihat tanggal 20 januari 2018.

17

Kajian Pembangkit Listrik Tenaga Uap pltu suralaya banten

Recommend Documents