Analisa Teknis Evaluasi Kinerja Boiler Type IHI FW SR Single Drum Akibat Kehilangan Panas di PLTU PT. PJB Unit Pembangkitan Gresik

Transkripsi

1 SKRIPSI LOGO Januari 2011 Analisa Teknis Evaluasi Kinerja Boiler Type IHI FW SR Single Drum Akibat Kehilangan Panas di PLTU PT. PJB Unit Pembangkitan Gresik PUTRA IS DEWATA

2 Contents BAB I ( PENDAHULUAN ) BAB II ( DASAR TEORI ) BAB III ( METODOLOGI ) BAB IV ( ANALISA DATA ) BAB IV ( PEMBAHASAN ) BAB V ( KESIMPULAN ) BAB V ( SARAN ) DAFTAR PUSTAKA

3 BAB I PENDAHULUAN ( Latar Belakang ) Latar belakang pengambilan judul skripsi ini adalah : Dimana era globalisasi sekarang ini dan pesatnya perkembangan dunia yang mengakibatkan antar negara bersaing, khususnya dalam bidang industri. Hal ini berdampak pada pemenuhan kebutuhan akan energi atau bahan bakar juga akan semakin bertambah, yang mana dunia industri merupakan salah satu pengkonsumsi energi atau bahan bakar yang cukup besar. Semakin meningkatnya harga bahan bakar, makin menipis pula persediaan bahan bakar. Hal itu membuat penurunan kualitas effisiensi peralatan industri khususnya boiler.

4 PERUMUSAN MASALAH Menganalisa kehilangan panas yang terjadi pada boiler. Kerugian apa saja yang terjadi pada Boiler. Berapakah besarnya effisiensi yang terjadi pada Boiler. Apakah penyebabnya sehingga terjadi penurunan effisiensi pada Boiler.

5 BATASAN MASALAH Tidak melakukan pengujian performa. Tidak melakukan perhitungan dan pengujian dari sistem yang lebih rendah. Properti dari fluida pamanas konstan sepanjang aliran. Kondisi dalam sistem diasumsikan steady state. Analisa perhitungan diambil pada saat beban tinggi dengan menggunakan metode perhitungan kehilangan panas / Heat Loss. Membandingkan hasil perhitungan pada kondisi komisioning dengan kondisi sekarang (operasi). Analisa berdasarkan data operasi yang diperoleh dari PLTU PT. PJB UP Gresik

6 TUJUAN Mengetahui effisiensi Boiler Unit 3 Type IHI FW SR Single Drum di PLTU PT. PJB Unit Pembangkitan Gresik. Mengetahui faktor kehilangan panas terhadap effisiensi Boiler Unit 3 Type IHI FW SR Single Drum di PLTU PT. PJB Unit Pembangkitan Gresik. Mencari penyebab penurunan effisiensi Boiler Unit 3 Type IHI FW SR Single Drum di PLTU PT. PJB Unit Pembangkitan Gresik.

7 MANFAAT Dapat dipergunakan sebagai acuan dalam melakukan tindak lanjut dalam menekan kerugian kerugian yang terjadi, contohnya meminimalisir segala kerugian energi atau panas.

8 BAB II DASAR TEORI METODE PERHITUNGAN Metode yang digunakan untuk menghitung kehilangan panas dan effisiensi boiler, menggunakan Metode Tidak Langsung / Kehilangan Panas ( Heat Loss ). Standart acuan untuk Uji Boiler di Tempat dengan menggunakan metode tidak langsung adalah British Standard, BS 845:1987 dan USA Standard ASME PTC-4-1 Power Test Code Steam Generating Units.

9 100 % Bahan Bakar B O I L E R kehilangan panas karena gas buang kering pada cerobong kehilangan panas karena adanya kandungan air dalam bahan bakar Kehilangan panas karena kadar air untuk pembakaran hidrogen dalam bahan bakar Kehilangan panas karena kandungan air didalam udara pembakaran Kehilangan panas karena uap untuk pengabutan bahan bakar Kehilangan panas karena terdapatnya unsur karbon monoksida Kehilangan panas karena perpindahan panas (radiasi)

10 Letak Kehilangan Panas HP Turbin IP Turbin LP Turbi n 7 Steam Drum BOILER 1 C E R O B BURNER Bhn Bkr 5 3 API 6 Air Heater Force Draft Fan 4 O N G Condenso r RO Heater Residual Oil Tank 2

11 BAB III METODOLOGI START Studi Literatur Studi Lapangan : Pengumpulan data data Boiler & Identifikasi daerah Rumus Kehilangan kehilangan Energi Panas & Effisiensi Boiler Penurunan model matematis keseluruhan sistem Visualisasi Data Analisa Data Perhitungan Boiler menurut kondisi Komisioning dan kondisi sekarang (Operasi) Membandingkan effisiensi boiler kondisi Komisioning dengan kondisi sekarang (Operasi) Pembahasan hasil perhitungan effisiensi boiler (Komisioning dengan Operasi Kesimpulan dan Saran FINISH

12 BAB IV ( ANALISA DATA ) Spesifikasi Boiler Unit 3 di PLTU PT. PJB UP Gresik. Type : IHI-FW SR single drum tipe pemanas ulang sirkulasi alami Reheat steam flow : kg/jam Superheater outlet : 173,8 kg/cm 2 g x C Reheat outlet : 31,2 kg/cm 2 g x C Reheat inlet : 32,9 kg/cm 2 g x C Bahan bakar : Residu oil Temperatur udara luar : 32 0 C Temperatur gas buang : C Tekanan udara luar : 1 atm Tahun pembuatan : 1987 Negara pembuat : Tokyo Japan Produksi : Ishikawajima harima, Heavy industries Co.,ltd

13 Analisa Kondisi Komisioning Boiler pada Beban Tinggi ( 200 MW ) di PLTU PT. PJB UP Gresik Fuel Analysis Comisioning Condition No ITEM COMISIONING UNIT 1 High Heating Value (HHV) Kcal / kg 2 Carbon (C) 85,5 wt % 3 Hydrogen (H) 12 wt % 4 Nitrogen (N) 0,18 wt % 5 Sulphur (S) 1,44 wt % 6 Moisture (M) 0,18 wt % 7 Oxygen (O) 0,7 wt %

14 No Flue Gas Analysis at Economizer Outlet ITEM COMISIONI NG UNIT 1 Carbon Dioxide (CO2) 15,06 vol % 2 Oxygen (O2) 0,92 vol % 3 Carbon Monoxide (CO) 0 vol % 4 Nitrogen (N2) 84,02 vol % Flue Gas Analysis at Air Heater Outlet COMISIONI No ITEM G UNIT 1 Carbon Dioxide (CO2) 13,81 vol % 2 Oxygen (O2) 2,5 vol % 3 Carbon Monoxide (CO) 0 vol % 4 Nitrogen (N2) 83,69 vol %

15 Comisioning of Supporting Data No ITEM COMISIONING UNIT 1 Dry Bulb Temperature 32,9 C 2 Wet Bulb Temperature 26 C 3 Relative Humidity 57 % 4 Water Content 0,0182 kg / kg Air 5 Flue Gas Temperature *measure 130,97 C 6 Air Heater Inlet Air Temperature 76,4 C 7 Specific Heat of Air at Average Air Temp. 0,241 kcal / kg C 8 Specific Heat of Flue Gas 0,2425 kcal / kg C 9 Reference Air Temperature 41 C 10 Enthalpy of Vapor at 0,07 ata ( 1 psia ) 657,9 kcal / kg 11 Atomizing Steam Flow 1380 kg / h 12 Fuel in Flow 41559,5 kg / h 13 Make Up Water Temperatur 41 C 14 Heat Output ( x 10^6 ) 951,3 kcal / h 15 Heat Input ( x 10^6 ) 567,9 kcal / h

16 Persentase Kehilangan Panas Pada Kondisi Komisioning Boiler ( 200 MW ) Summary of Heat Losses 82 Percentage Heat Loss "Dry gas" (L1) = (52) 3, % 83 Percentage Heat Loss "Moisture in Fuel" (L2) = (58) 0, % 84 Percentage Heat Loss "Moisture from Burning Hydrogen" (L3) = 6, % (62) 85 Percentage Heat Loss "Moisture in the Combustion Air" (L4) = (65) 0, % 86 Percentage Heat Loss "Atomizing Steam" (L5) = (74) 0, % 87 Percentage Heat Loss of "Carbon monoxide" (L6) = (76) 0 % 88 Percentage Heat Loss " Due to Radiation" (L7) = (80) 0,2 % 89 Uncounted Loss (L8) = (81) 1 % Total Loss = { (82) + (83) + (84) (85) + (86) + (87) + (88) + (89) } 11, % 101 Effisiensi Boiler (η ) = (100) 88, %

17 Penjelasan dari hasil perhitungan Komisioning Boiler ( 200 MW ) Setelah melakukan analisa pergitungan dengan menggunakan metode tidak langsung (kehilangan panas / Heat Loss) pada kondisi komisionig beban 200 MW, didapatkan hasil total kehilangan panas / Heat Loss sebesar 11,033 %, sehingga effisiensi boiler dapat diketahui sebesar 88,966 %.

18 Grafik Persentase Tiap Tiap Kehilangan Panas Pada Kondisi Komisioning Boiler ( 200 MW )

19 Analisa Kondisi Sekarang ( Operasi ) Boiler pada Beban Tinggi ( 188 MW ) di PLTU PT. PJB UP Gresik (Data Lapangan) Data Operasi ( Local ) Boiler Unit 3 pada beban 188 MW yang akan dianalisa (Tanggal 10 November 2010) : OPERASI ( LOCAL ) DATA ( 188 MW ) Fuel Analysis No ITEM Ket OPERASI UNIT 1 High Heating Value ( HHV ) Labor kcal / kg 2 Carbon Labor 85,01 wt % 3 Hydrogen Labor 12,39 wt % 4 Nitrogen Labor 0,62 wt % 5 Sulphur Labor 1,3 wt % 6 Moisture Labor 0,28 wt % 7 Oxygen Labor 0,4 wt %

20 Flue Gas Analysis at Economizer Outlet No ITEM Ket OPERASI UNIT 1 Carbon Dioxide ( CO2 ) Labor 14,7 % Vol 2 Oxygen ( O2 ) Labor 2,7 % Vol 3 Carbon Monoxide ( CO ) Labor 0 % Vol 4 Nitrogen ( N2 ) Labor 82,6 % Vol Flue Gas Analysis at Economizer Outlet No ITEM Ket OPERASI UNIT 1 Carbon Dioxide ( CO2 ) Labor 11,95 % Vol 2 Oxygen ( O2 ) Labor 5,5 % Vol 3 Carbon Monoxide ( CO ) Labor 0 % Vol 4 Nitrogen ( N2 ) Labor 82,55 % Vol

21 Operasi (Local) of Supporting Data No ITEM Ket OPERASI UNIT 1 Dry Bulb Temperature Local 30,43 C 2 Wet Bulb Temperature Local 16,9 C 3 Relative Humidity Local 55,17 % 4 Water Content Local 0,019 kg / kg Air 5 Flue Gas Temperature *measure Local 159,1 C 6 Air Heater Inlet Air Temperature Local 95,8 C 7 Specific Heat of Air at Average Air Temp. Local 0,241 kcal / kg C 8 Specific Heat of Flue Gas Local 0,2425 kcal / kg C 9 Reference Air Temperature Local 41,3 C 10 Enthalpy of Vapor at 0,07 ata ( 1 psia ) Local 715,03 kcal / kg 11 Atomizing Steam Flow Local 1730 kg / h 12 Fuel in Flow Local kg / h 13 Make Up Water Temperatur Local 44,1 C 14 Heat Output ( x 10^6 ) Local 523,943 kcal / h 15 Heat Input ( x 10^6 ) Local 176,245 kcal / h

22 Persentase Kehilangan Panas Pada Kondisi Sekarang (Operasi) Boiler ( 188 MW ) (18) Summary of Heat Losses Percentage Heat Loss "Dry gas" (L1) = (52) 4, % Percentage Heat Loss "Moisture in Fuel" (L2) = (58) 0, % 84 Percentage Heat Loss "Moisture from Burning Hydrogen" (L3) = (62) 6, % 85 Percentage Heat Loss "Moisture in the Combustion Air" (L4) = (65) 0, % 86 Percentage Heat Loss "Atomizing Steam" (L5) = (74) 0, % 87 Percentage Heat Loss of "Carbon monoxide" (L6) = (76) 0 % 88 Percentage Heat Loss " Due to Radiation" (L7) = (80) 0,35 % 89 Uncounted Loss (L8) = (81) 1 % 100 Total Loss = { (82) + (83) + (84) + (85) + (86) + (87) + (88) + (89) } 13, % 101 Effisiensi Boiler (η ) = (100) 86, %

23 Penjelasan dari hasil perhitungan Kondisi Sekarang (Operasi) Boiler ( 188 MW ) Setelah melakukan analisa perhitungan dengan menggunakan metode tidak langsung (Kehilangan panas / Heat Loss) pada kondisi operasional (Local) beban 188 MW, didapatkan hasil total kehilangan panas / Heat Loss sebesar 13,182 %, sehingga effisiensi boiler dapat diketahui sebesar 86,817 %.

24 Grafik Persentase Tiap Tiap Kehilangan Panas Pada Kondisi Sekarang (Operasi) Boiler ( 188 MW )

25 BAB IV ( PEMBAHASAN ) Dibawah ini merupakan grafik persentase kehilangan panas antara kondisi komisioning (200 MW) dengan kondisi sekarang (Operasi) (188 MW) pada saat beban tinggi.

26 Heat Loss of Dry Gas ( L1 ) Komisioning 200 MW Operasi / Local 188 MW 3,157 % 4,489 %

27 Penjelasan Tentang Kehilangan Panas Karena Gas Buang Pada kondisi komisioning dengan beban tinggi 200MW persentase kehilangan panas yang disebabkan oleh gas buang sebesar 3,157 %, sedangkan pada kondisi sekarang (Operasi) dengan beban tinggi 188MW persentase kehilangan panas yang disebabkan oleh gas buang sebesar 4,489 %.

28 Heat Loss of Moisture from Burning Hydrogen ( L3 ) Komisioning 200 MW Operasi / Local 188 MW 6,359 % 6,914 %

29 Penjelasan Tentang Kehilangan Panas Karena kandungan Air yang terdapat pada Proses Pembakaran unsur Hidrogen. Pada saat kondisi komisioning persentase kehilangan panasnya dinyatakan sebesar 6,359 %, sedangkan untuk saat ini pada kondisi sekarang persentase kehilangan panasnya dinyatakan sebesar 6,914 %.

30 Potensi Kalor Bahan Bakar akibat kehilangan panas karena Gas Buang (L1) pada Kondisi Komisioning ( 200 MW ) No ITEM COMISIONING UNIT 1 Kehilangan Panas karena Gas Buang / "Heat Loss Due to Dry Gas" 330, kcal / kg Fuel 2 Fuel Oil Consumption 41559,5 kg / h 3 Laju massa (ṁ) = Kehilangan Panas karena Gas Buang / "Heat Loss Due to Dry Gas" x Fuel Oil Consumption ,2 kcal / h 4 5 Laju massa (ṁ) = 330, kcal / kg x 41559,5 kg / h Laju massa (ṁ) = ,2 kcal / h Laju massa (ṁ) = 3813, kcal / s 3813, kcal / s ,4 joule / s

31 Potensi Kalor Bahan Bakar akibat kehilangan panas karena Gas Buang (L1) pada Kondisi Sekarang (Operasi) ( 188 MW ) No ITEM OPERASI UNIT 1 Kehilangan Panas karena Gas Buang / "Heat Loss Due to Dry Gas" 457, kcal / kg Fuel 2 Fuel Oil Consumption kg / h Laju massa (ṁ) = Kehilangan Panas karena Gas Buang / "Heat Loss Due to Dry Gas" x Fuel Oil Consumption ,75 kcal / h Laju massa (ṁ) = 330, kcal / kg x kg / h Laju massa (ṁ) = ,45 kcal / h 5770, kcal / s Laju massa (ṁ) = 3698, kcal / s ,89 joule / s

32 Potensi Kalor Bahan Bakar akibat kehilangan panas karena Kadar Air untuk Pembakaran Hidrogen dalam Bahan Bakar (L3) pada Kondisi Komisioning ( 200 MW ) No ITEM COMISIONING UNIT 1 Kehilangan Panas karena Kadar Air untuk Pembakaran Hidrogen dalam Bahan Bakar / "Heat Loss Due to Moisture from Burning Hydrogen" 665, kcal / kg Fuel 2 Fuel Oil Consumption 41559,5 kg / h 3 Laju massa (ṁ) = Kehilangan Panas karena Kadar Air untuk Pembakaran Hidrogen dalam Bahan Bakar x Fuel Oil Consumption Laju massa (ṁ) = 665, kcal / kg x 41559,5 kg / h ,09 kcal / h 4 Laju massa (ṁ) = ,09 kcal / h 7681, kcal / s 5 Laju massa (ṁ) = 7681, kcal / s ,06 joule / s

33 Potensi Kalor Bahan Bakar akibat kehilangan panas karena Kadar Air untuk Pembakaran Hidrogen dalam Bahan Bakar (L3) pada Kondisi Sekarang Operasi ( 188 MW ) No ITEM OPERASI UNIT 1 Kehilangan Panas karena Kadar Air untuk Pembakaran Hidrogen dalam Bahan Bakar / "Heat Loss Due to Moisture from Burning Hydrogen" 704, kcal / kg Fuel 2 Fuel Oil Consumption kg / h 3 Laju massa (ṁ) = Kehilangan Panas karena Kadar Air untuk Pembakaran Hidrogen dalam Bahan Bakar x Fuel Oil Consumption Laju massa (ṁ) = 665, kcal / kg x kg / h ,84 kcal / h 4 Laju massa (ṁ) = ,44 kcal / h 8887, kcal / s 5 Laju massa (ṁ) = 7448, kcal / s ,76 joule / s

34

35 Dari grafik diatas dapat dijelaskan bahwa terdapat perbedaan potensi kalor bahan bakar antara kondisi komisioning (Beban 200 MW) dengan kondisi sekarang (Beban 188 MW), yang mana pada saat kondisi komisioning potensi kalor yang dihasilkan untuk kehilangan panas karena gas buang kering (L1) sebesar 330,357 kcal / kg bahan bakar, sedangkan pada kondisi sekarang potensi kalor yang dihasilkan sebesar 457,15 kcal / kg bahan bakar untuk kehilangan panas karena gas buang kering.

36

37 Dari grafik diatas dapat dijelaskan bahwa terdapat perbedaan potensi kalor bahan bakar antara kondisi komisioning (Beban 200 MW) dengan kondisi sekarang (Beban 188 MW), yang mana pada saat kondisi komisioning potensi kalor yang dihasilkan untuk kehilangan panas karena kadar air untuk pembakaran hidrogen dalam bahan bakar (L3) sebesar 665,389 kcal / kg bahan bakar, sedangkan pada kondisi sekarang potensi kalor yang dihasilkan sebesar 704,13 kcal / kg bahan bakar untuk kehilangan panas karena kadar air untuk pembakaran hidrogen dalam bahan bakar.

38

39 Dari grafik diatas dapat dijelaskan bahwa terdapat perbedaan potensi kalor untuk laju massa bahan bakar antara kondisi komisioning (Beban 200 MW) dengan kondisi sekarang (Beban 188 MW), yang mana pada saat kondisi komisioning potensi kalor yang dihasilkan untuk kehilangan panas karena gas buang kering (L1) sebesar 3813,743 kcal / s, sedangkan pada kondisi sekarang potensi kalor untuk laju massa bahan bakarnya yang dihasilkan sebesar 5770,255 kcal / s, untuk kehilangan panas karena gas buang kering.

40

41 Dari grafik diatas dapat dijelaskan bahwa terdapat perbedaan potensi kalor untuk laju massa bahan bakar antara kondisi komisioning (Beban 200 MW) dengan kondisi sekarang (Beban 188 MW), yang mana pada saat kondisi komisioning potensi kalor yang dihasilkan untuk kehilangan panas karena kadar air untuk pembakaran hidrogen dalam bahan bakar (L3) sebesar 7681,465 kcal / s, sedangkan pada kondisi sekarang potensi kalor untuk laju massa bahan bakarnya yang dihasilkan sebesar 8887,696 kcal / s, untuk kehilangan panas karena kadar air untuk pembakaran hidrogen dalam bahan bakar.

42 Effisiensi Boiler Komisioning 200 MW Operasi / Local 188 MW Selisih 88,966 % 86,817 % 2,149 %

43 Penjelasan Tentang Effisiensi Boiler anatara Kondisi Komisioning dengan Operasi (Local) Kehilangan - kehilangan panas sangat berpengaruh penting terhadap effsiensi boiler. Setelah melakukan analisa perhitungan effisiensi, terjadi penurunan antara effsisiensi pada saat komisioning 88,966 % menjadi 86,187 % pada saat sekarang (Operasi). Selisih effisiensi antara kondisi komisioning dengan kondisi sekarang (Operasi) tersebut sebesar 2,149 %.

44 BAB V ( KESIMPULAN ) Boiler Type IHI FW SR Single Drum pada Unit 3 di PLTU PT. PJB Unit Pembangkitan Gresik mengalami penurunan effisiensi sebesar 2,149 %. Dari kondisi komisioning dengan beban tinggi 200 MW sebesar 88,966 % menjadi 86,817 % pada saat kondisi sekarang (Operasi) dengan beban tinggi 188MW. Faktor kehilangan panas / Heat Loss terbesar pada Boiler Type IHI FW SR Single Drum pada Unit 3 di PLTU PT. PJB Unit Pembangkitan Gresik diakibatkan karena kehilangan panas pada gas buang. Sebagaimana pada kondisi komisioning dengan beban tinggi 200MW sebesar 3,157 %, dan pada kondisi sekarang (Operasi) dengan beban tinggi 188MW sebesar 4,489 %.

45 Faktor lain yang menyebabkan turunnya effisiensi pada Boiler Type IHI FW SR Single Drum pada Unit 3 di PLTU PT. PJB Unit Pembangkitan Gresik, diakibatkan karena kehilangan panas yang disebabkan oleh kandungan air yang terdapat pada proses pembakaran unsur hidrogen. Sebagaimana pada saat kondisi komisioning dengan beban tinggi 200 MW sebesar 6,359%, dan pada kondisi sekarang (Operasi) dengan beban tinggi 188MW sebesar 6,914 %. Faktor kebersihan dari permukaan tube pada boiler sangat berpengaruh penting terhadap proses perpindahan panas / heat transfer, karena apabila adanya kerak dan adanya pengendapan (fouling) kotoran yang terdapat pada tube tube boiler, maka proses perpindahan panas / heat transfer akan berkurang sehingga laju perpindahan panas juga akan menurun, dan juga berpengaruh terhadap tingginya temperatur gas buang yang mempengaruhi besarnya kerugian kerugian panas pada boiler.

46 BAB V ( SARAN ) Langkah langkah penghematan energi dapat ditekan dengan meningkatkan effisiensi peralatan. Untuk meningkatkan effsiensi dari boiler dapat dilakukan adalah dengan cara mengurangi faktor faktor kehilangan panas / Heat Loss yang terjadi pada gas buang kering di cerobong, yaitu memanfaatkan gas tersebut sebagai pemanas udara. Hal ini sudah diterapkan, tetapi perlu dilakukan usaha untuk menurunkan rasio kebocoran pada pemanas udara. Selain itu perlu dilakukan perawatan dan perbaikan terhadap permukaan perpindahan panas atau tube untuk mengurangi penebalan kerak dan kebocoran.

47 DAFTAR PUSTAKA Asean Brown Bovery Combustion Fossil Power, Combustion Engineering INC, Windsor Connecticut Singer, Joseph G, 1991, Combustion Fossil Power, Asea Brown Bovery, Windsor Djokosetyardjo.M.J, Ketel Uap Pradnya Paramita, Jakarta, 1999 Luhu, Audit Heat Balance pada Power Plant di PT. Indonesia Power Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, FTK ITS, Surabaya, 2006 Widhi H. Dhimas, Simulasi Kebutuhan Udara Pembakaran Boiler PLTU Indonesia Power Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, FTK ITS, Surabaya, 2009 Harahap F, Termodinamika Teknik Erlangga, Jakarta, 1994 J.P. Holman, Perpindahan Kalor Erlangga Ciracas, Jakarta Muin S.A, Pesawat-Pesawat Konversi Energi I (Ketel Uap) Rajawali, Jakarta, 1988 UNEP, Boiler & Pemanas Fluida Thermis United Nation Environment Program, 2008

48 LOGO