ANALISA TEKNIS EVALUASI KINERJA BOILER TYPE IHI FW SR SINGLE DRUM AKIBAT KEHILANGAN PANAS DI PLTU PT. PJB UNIT PEMBANGKITAN GRESIK Putra Is Dewata (Mahasiswa) I Made Ariana, ST.,MT.,Dr.MarSc. (Dosen pembimbing I) Ir. Tjoek Soeprajitno (Dosen pembimbing II) Jurusan Teknik Sistem Perkapalan - Fakultas Teknologi Kelautan - Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Januari 2011 ABSTRAK Heat loss or loss of energy can also be called is one important factor that is very influential in identifying the efficiency of the boiler. This causes a lot of losses incurred, so the impact on economic factors as well. Boiler is one medium that serves to produce steam generators, where the boiler requires good conditions so as to generate steam with the necessary capacity. Boiler Unit 3 Type IHI FW SR Single Drum in power plant PT. PJB Gresik Power Units classified as old, so that the boiler efficiency has decreased. For this study analyzes the heat loss calculation in order to know the size reduction of boiler efficiency. From the analysis of data calculation, showed that the Boiler Unit 3 Type IHI FW SR Single Drum contained in power plant PT. PJB Gresik Power Unit at the time of commissioning a boiler efficiency of 88.966% while the state now has a boiler efficiency of 86.817%. This shows that there is a decrease boiler efficiency by 2.149% of efficiency at the time of commissioning condition. These factors also caused by the loss of heat, at the time of commissioning the heat loss due to exhaust gas of 3.157% and the present condition of 4.489%. Similarly, the heat loss caused by water content contained in the combustion process the element hydrogen. At the time of the commissioning of 6.359% and at the present condition of 6.914%. Keyword : Boiler, Effisiensi, Heat Loss. PENDAHULUAN Era globalisasi semakin membuat masyarakat dunia tertantang, karena 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. Dalam kasus tersebut, pihak pemerintahpun tidak mengimbangi akan pemenuhan kebutuhan energi atau bahan bakar yang sudah dikataka langka atau sulit untuk didapatkan. Faktor tersebut banyak berpengaruh terhadap kecenderungan ekonomis, sehingga harga bahan bakar semakin meningkat. Semakin meningkatnya harga bahan bakar, makin menipis pula persediaan bahan bakar. Hal itu membuat penurunan kualitas efisiensi peralatan industri khususnya boiler. Oleh karena itu proses analisa teknis pada boiler sangat diperlukan, sebagai upaya peningkatan efisiensi untuk menekan biaya operasional. Kehilangan panas atau juga bisa disebut kehilangan energi merupakan salah satu faktor penting yang sangat berpengaruh dalam mengidentifikasi efisiensi pada boiler. Hal ini menyebabkan banyak kerugian yang ditimbulkan, sehingga berdampak pada faktor ekonomis juga. Dengan adanya suatu analisa teknis pada boiler, maka nantinya akan diketahui besarnya efisiensi, energi yang dibutuhkan untuk proses dan sumber-sumber kerugian energi pada boiler sehingga dapat dilakukan tindak lanjut yang berdampak pada peningkatan efisiensi dan penghematan biaya operasional. Kinerja boiler mempunyai parameter seperti efisiensi dan rasio yang berkurang terhadap waktu. Hal tersebut disebabkan karena buruknya proses pembakaran. Buruknya kinerja boiler dipengaruhi oleh buruknya kualitas bahan bakar dan kualitas air. Neraca panas dapat membantu dalam mengidentifikasikan kehilangan panas yang dapat atau tidak dapatdihindari. Untuk membantu dalam menemukan penyimpangan efisiensi boiler dari efisiensi terbaik dan target area permasalahan untuk tindakan perbaikan diperlukan pengujian efisiensi boiler. Dengan melihat kondisi diatas maka diperlukan suatu analisa teknis pada boiler yang nantinya akan diketahui besarnya efisiensi, energi yang dibutuhkan untuk proses dan sumber-sumber kerugian energi pada boiler, sehingga dapat dilakukan tindak lanjut yang berdampak pada peningkatan efisiensi dan penghematan biaya operasional. TUJUAN 1. Mengetahui effisiensi Boiler Unit 3 Type IHI FW SR Single Drum di PLTU PT. PJB UP Gresik pada kondisi komisioning dengan kondisi operasi local (sekarang). 2. Mengetahui faktor kehilangan panas terhadap effisiensi Boiler Unit 3 Type IHI FW SR Single Drum di PLTU PT. PJB UP Gresik pada kondisi komisioning dengan kondisi operasi local (sekarang). 1
3. Mencari penyebab penurunan effisiensi Boiler Unit 3 Type IHI FW SR Single Drum di PLTU PT. PJB UP Gresik. TINJAUAN PUSTAKA Siklus Pada Steam Power Plant Pada instalasi pembangkit daya yang memanfaatkan uap bertekanan tinggi untuk menggerakkan turbin uap digunakan suatu acuan siklus kerja yang menjadi dasar dari pengoperasian instalasi tersebut. Siklus kerja yang digunakan pada instalasi PLTU adalah siklus rankine, ciri utama siklus rankine adalah fluida kerja yang digunakan yaitu air. Pada gambar dibawah ini menunjukkan proses aliran sederhana dimana uap yang dihasilkan dalam boiler diperlukan oleh turbin untuk menghasilkan kerja. Aliran yang keluar dari turbin melewati kondensor dimana aliran itu dipompa kembali ke boiler. Daya yang diproduksi oleh turbin lebih besar dari yang diperlukan oleh pompa dan output daya bersih sama dengan selisih antara kecepatan input panas dalam boiler Qm dan kecepatan penolakan panas dalam kondensor Qc. ( El Wakil, 1992 ) Siklus rankine terdiri dari 4 langkah yang ditunjukkan pada gambar diatas dan dijelaskan sebagai : 1 2 Proses pemanasan dengan tekanan konstan. Jalur yang ada disepanjang isobar (tekanan boiler), dan terdiri dari 3 bagian, yaitu pemanasan dari air sampai temperatur saturasinya, penguapan pada temperatur dan tekanan konstan, dan pemanasan tinggi dari uap sampai temperatur diatas temperatur saturasinya. 2 3 Ekspansi adiabatik (isentropik) reversibel dari uap dalam turbin menuju tekanan kondenser. Jalur yang umumnya memotong kurva saturasi, menghasilkan gas buang yang mengandung air. Namun pemanasan tingkat tinggi yang dicapai pada langakah 1 2 menggeser jalur cukup jauh kekanan pada gambar, dimana kandungan embun tidak terlalu besar. 3 4 Proses dengan suhu dan tekanan konstan dalam kondensor untuk menghasilkan cairan tersaturasi pada titik 4. 4 1 Pemompaan adiabatik (isentropik) reversibel dari cairan terkondensasi sampai ke tekanan boiler. T Qm Boiler Pump Ẇ (pump) Condenser Qc Turbine Gambar Siklus Steam Power Plant Siklus yang digunakan pada umumnya untuk Steam Power Plant adalah siklus renkine, seperti yang digambarkan dibawah ini. Pertama, langkah pemanasan 1 2 berjalan dengan baik sampai melebihi penguapan, sehingga untuk memproduksi uap yang sangat panas. Kedua, langkah pendinginan 3 4 membawa kondensasi lengkap, menghasilkan cairan tersaturasi untuk dipompa ke boiler. 2 Ẇ (turbine) Pengertian Boiler Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Air yang disuplai ke boiler untuk diubah menjadi steam disebut air umpan. Dua sumber air umpan adalah: (1) Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses dan (2) Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar ruang boiler dan plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang. ( UNEP, 2008 ) Tipe Tipe Boiler Tipe-tipe boiler dapat dibedakan menurut tujuan dan konstruksinya, daerah yang mengalami pemanasan, sumber panasnya, sirkulasinya, dan dinding penyangganya. 1 4 3 S Klasifikasi Boiler berdasarkan pada tujuan dan konstruksinya boiler dibedakan menjadi : -. Package boiler -. Industrial boiler -. Utility boiler -. Circulating fluidized bed boiler -. Supercritical boiler -. Marine boiler Gambar Siklus Rankine 2
Klasifikasi Boiler berdasarkan daerah yang mengalami pemanasan boiler dibedakan menjadi : -. Fire Tube Boiler Pada fire tube boiler, gas panas melewati pipa pipa dan air umpan boiler berada didalam shell untuk dirubah menjadi steam. Fire tube boiler biasanya digunakan untuk kapasitas steam yang relatif kecil dengan tekanan steam rendah sampai sedang. Komponen Komponen Pada Boiler : -. Furnace -. Staeam drum -. Super heater -. Reheater -. Burner -. Economizer -. Tube water wall Auxiliary equipment : -. Induce draft fan -. Force draft fan -. Valve, control and instrument Balance of boiler : -. Deaerator -. Feed water heater -. Blow down system Perpindahan Panas Pada Boiler Gambar Fire Tube Boiler -. Water Tube Boiler Pada water tube boiler, air umpan boiler mengalir melalui pipa pipa masuk ke dalam drum. Air yang tersikulasi dipanaskan oleh gas pembakar membentuk steam pada daerah uap dalam drum Gambar Water Tube Boiler Klasifikasi Boiler berdasarkan bahan bakar yang digunakan : -. Solid fuel -. Oil fuel -. Gaseous fuel -. Elektrik Klasifikasi Boiler berdasarkan kegunaan boiler : -. Power boiler -. Industrial boiler -. Komersial boiler -. Residential boiler -. Heat recovery boiler Radiasi Perpindahan panas secara Radiasi adalah perpindahan panas antara suatu benda ke benda lain dengan perantara gelombang elektromagnetik tanpa tergantung pada media diantara benda yang menerima pancaran panas tersebut. Konveksi Perpindahan panas secara Konveksi adalah perpindahan panas yang dilakukan oleh suatu molekul molekul fluida. Molekul molekul fluida tersebut mengandung sejumlah panas. Pada saat molekul tersebut bersentuhan dengan dinding atau pipa ketel maka panas tersebut sebagian akan mengalir ke dinding atau pipa ketel tersebut, sedangkan sebagian akan terbawa oleh molekul. Gerakan molekul tersebut disebabkan karena perbedaan temperatur didalam fluida itu sendiri. Konduksi Perpindahan panas secara Konduksi adalah perpindahan panas dari suatu bagian benda padat ke bagian lain dari benda padat yang sama atau dari benda padat yang satu ke benda padat yang lain karena terjadinya fisik tanpa terjadinya perpindahan panas molekul molekul dari benda padat itu sendiri. ( Djokosetyardjo, 1999 ) Pembakaran Pembakaran terjadi secara proseskimia antara bahanbahan yang mudah terbakar dengan oksigen dari udara untuk menghasilkan energi panas yang dapat digunakan untuk keperluan lain. Komponen utama bahan-bahan yang mudah terbakar adalah carbon, hidrogen, dan campuran lainnya. Dalam proses pembakaran komponen ini terbakar menjadi karbondioksida dan uap air. Sejumlah sulfur juga terdapat pada sebagian besar bahan bakar.( Singer, 1991 ) Proses pembakaran sempurna dapat diartikan bahwa dalam proses pembakaran senyawa-senyawa yang dihasilkan diantaranya adalah karbon dioksida (CO2) dan uap air (H2O). Sedangkan belerang yang ada di dalam bahan bakar akan terbakar menjadi belerang dioksida 3
(SO2). Proses pembakaran tersebut sesuai dengan persamaan kimia berikut ini: C + O2 CO2 2H2 + O2 2H2O S + O2 SO2 Kesetimbangan Energi Panas pada Boiler ṁ Uap h Uap Q Flue Gas BOILER Q Pembakaran ṁ Air h Air Gambar 2.8 Kesetimbangan Panas ( Luhu, 2006 ) Neraca Kalor Pembakaran sempurna( Dhimas, 2009 ) Parameter kinerja boiler, seperti effisiensi dan rasio penguapan, berkurang terhadap waktu disebabkan buruknya pembakaran, kotornya permukaan penukar panas dan buruknya operasi dan pemeliharaan. Bahkan untuk boiler yang baru sekalipun, alasan seperti buruknya kualitas bahan bakar dan kualitas air dapat mengakibatkan buruknya kinerja boiler. Neraca panas dapat membantu dalam mengidentifikasi kehilangan panas yang dapat atau tidak dapat dihindari. Uji efisiensi boiler dapat membantu dalam menemukan penyimpangan efisiensi boiler dari efisiensi terbaik dan target area permasalahan untuk tindakan perbaikan. Proses pembakaran dalam boiler dapat digambarkan dalam bentuk diagram alir energi. Diagram ini menggambarkan secara grafis tentang bagaimana energi masuk dari bahan bakar diubah menjadi aliran energi dengan berbagai kegunaan dan menjadi aliran kehilangan panas dan energi. Panah tebal menunjukan jumlah energi yang dikandung dalam aliran masing-masing. Kesetimbangan panas pada boiler adalah sebagai berikut : ( ṁ Uap x h Uap ) ( ṁ Air x h Air ) = η Boiler ( Q Pembakaran Q Gas Buang ) Dimana : ṁ Uap = Laju massa uap yang keluar dari boiler(kg/jam) h Uap = Entalpi uap yang keluar dari boiler (kj/kg ) ṁ Air = Laju massa air yang masuk ke boiler ( kg/jam ) h Air = Entalpi air yang masuk ke boiler ( kj/kg ) η Boiler Q Pembakaran Q Gas buang = Effisiensi Boiler Perhitungan Effisiensi Boiler = Panas yang diberikan boiler dari hasil pembakaran ( kj/jam ) = Panas yang keluar dari boiler melalui gas buang ( kj/jam ) Efisiensi adalah tingkatan kemampuan kerja dari suatu alat. Sedangkan efisiensi pada boiler adalah tingkat kemampuan kerja boiler atau ketel uap yang didapatkan dari perbandingan antara energi yang dipindahkan ke atau diserap oleh fluida kerja didalam ketel dengan masukan energi kimia dari bahan bakar. Untuk tingkat efisiensi pada boiler atau ketel uap tingkat efisiensinya berkisar antara 70% hingga 90%. Gambar neraca energi boiler Diagram neraca energi boiler Neraca panas merupakan keseimbangan energi total yang masuk boiler terhadap yang meninggalkan boiler dalam bentuk yang berbeda. Gambar berikut memberikan gambaran berbagai kehilangan yang terjadi untuk pembangkitan steam. ( UNEP, 2008 ) Terdapat dua metode pengkajian efisiensi boiler : Metode Langsung: energi yang didapat dari fluida kerja (air dan steam) dibandingkan dengan energi yang terkandung dalam bahan bakar boiler. Metode Tidak Langsung: efisiensi merupakan perbedaan antara kehilangan dan energi yang masuk. Metode langsung Energi yang didapat dari fluida kerja (air dan steam) dibandingkan dengan energi yang terkandung dalam bahan bakar boiler. Metode tidak langsung Effisiensi merupakan perbedaan antara kehilangan panas dan energi yang masuk. 4
Effisiensi Boiler Effisiensi boiler rmerupakan nilai yang menunjukkan kemampuan boiler dalam mengubah air menjadi uap dengan menggunakan kalor hasil pembakaran Kehilangan - kehilangan panas pada boiler meliputi : kehilangan panas karena gas buang kering pada cerobong yang disebut sebagai kehilangan panas karena adanya kandungan air dalam bahan bakar. Kehilangan panas karena adanya kandungan air dalam bahan bakar / Heat Loss Due to Moisture in Fuel" (L2) = Moisture in Fuel (Mf1) x {595 + (0,46 x Flue gas temperature) - Reference air temperature }. kehilangan panas karena adanya kandungan air di bahan bakar 3. Kehilangan panas karena kadar air untuk pembakaran hidrogen dalam bahan bakar (L3) : 100 % Bah an Bak ar B O I L E R Kehilangan panas karena kadar air untuk pembakaran hidrogen Kehilangan panas karena kandungan air didalam udara Kehilangan panas karena uap untuk pengabutan bahan bakar Kehilangan panas karena unsur karbon monoksida Unsur hidrogen yang ada didalam bahan bakar menyebabkan terjadinya uap air (H2O) pada proses pembakaran. Akibatnya kalor yang timbul akibat pembakaran bahan bakar di boiler sebagian diserap oleh uap air ini, sehingga mengurangi kalor yang digunakan oleh boiler untuk menguapkan air umpan (Feed Water). Hal ini menimbulkan kerugian yang berdampak terhadap penurunan effisiensi boiler, dan disebut sebagai kehilangan panas karena kadar air untuk pembakaran hidrogen dalam bahan bakar. Kehilangan panas karena perpindahan panas (radiasi) Skema kehilangan panas pada Boiler Kehilangan panas karena kadar air untuk pembakaran hidrogen dalam bahan bakar / Heat Loss Due to Moisture from Burning Hydrogen" (L3) = Moisture in Fuel (Mf2) x { 595 + (0,46 x Flue gas temperature) - Reference air temperature } Dari penjelasan skema diatas dapat dijabarkan kerugian / kehilangan panas (Heat Loss) adalah sebagai berikut : 1. Kehilangan panas karena gas buang kering (L1) : Gas asap hasil pembakaran yang keluar dari boiler masih memiliki kalor yang tinggi. Kalor yang berasal dari gas buang tersebut dimanfaatkan kembali dengan menggunakan media Air Heater, yaitu berfungsi untuk memanaskan udara pembakaran. Gas asap yang keluar dari Air Heater juga masih memiliki kalor, tetapi sudah tidak dapat dimanfaatkan kembali. Hal ini menimbulkan kerugian yang disebut kehilangan panas karena terbawa gas buang kering. Kehilangan panas karena gas buang kering / Heat Loss Due to Dry gas" (L1) = { Dry gas x Specific heat of flue gas x ( Flue gas temperature - Reference air temperature ) } 2. Kehilangan panas karena adanya kandungan air dalam bahan bakar (L2) : Air dalam bahan bakar tidak akan bereaksi dalam proses pembakaran, dan akan menyerap sebagian kalor dari hasil pembakaran. Akibatnya akan mengurangi kalor yang digunakan oleh boiler untuk menguapkan air umpan (Feed Water). Kerugian ini 5 4. Kehilangan panas karena kandungan air didalam udara pembakaran (L4) : Udara pembakaran yang diambil dari udara bebas, selalu mengandung uap air. Uap air ini tidak bereaksi selama proses pembakaran, tetapi hanya akan bercampur dengan gas gas asap hasil pembakaran. Uap air ini akan menyerap sebagian kalor yang dihasilkan oleh pembakaran dalam boiler, sehingga mengurangi kalor yang digunakan oleh boiler untuk menguapkan air umpan (Feed Water). Kerugian inilah yang disebut sebagai kehilangan panas karena kandungan air didalam udara pembakaran. Kehilangan panas karena kandungan air didalam udara pembakaran / Heat Loss Due to Moisture in the Combustion Air" (L4) = 0,46 x Moisture in air (Ma) x { Flue gas temperature - Reference air temperature } 5. Kehilangan panas karena uap untuk pengabutan bahan bakar (L5) : Uap / Steam digunakan untuk menspray atau mengatomisasi bahan bakar residu sehingga dapat
menyemprot ke dalam ruang bahan bakar. Akan tetapi uap / steam ini akan bercampur dengan gas gas hasil pembakaran dan ikut menyerap sebagian kalor dari hasil pembakaran. Adanya uap air ini dapat mengurangi kalor yang digunakan oleh boiler untuk menguapkan air umpan (Feed Water). Kerugian ini yang disebut sebagai kehilangan panas karena uap untuk pengabutan bahan bakar. Kehilangan panas karena uap untuk pengabutan bahan bakar / Heat Loss Due to Atomizing Steam" (L5) = Atomizing steam flow per unit x { Enthalpy of vapor at 0,07 ata - Make up water enthalpy } START Studi Lapangan : Pengumpulan data data Boiler type IHI FW SR Single Drum Identifikasi daerah Studi Lit t 6. Kehilangan panas kaena terdapatnya unsur karbon monoksida (L6) : Kerugian panas yang terjadi karena abu atau terak yang masih mengandung kalor, yang masih dapat digunakan. Kerugian ini disebut sebagai kehilangan panas kaena terdapatnya unsur karbon monoksida. Kehilangan panas kaena terdapatnya unsur karbon monoksida / Heat Loss Due to Formation Carbon Monoxide" (L6) = { ( Carbon monoxide / ( Carbon dioxide + Carbon monoxide ) ) x 5644 x ( Carbon / 100 ) } 7. Kehilangan panas karena perpindahan panas atau radiasi (L7) : Rumus Kehilangan kehilangan Energi Panas & Effisiensi Boiler Penurunan model matematis keseluruhan sistem Visualisasi Data Analisa Data Radiasi panas yang keluar dari dinding dinding boiler ikut mengurangi kalor yang digunakan oleh boiler untuk menguapkan air umpan (Feed Water). Hal ini menimbulkan kerugian pula yang disebut kehilangan panas karena perpindahan panas atau radiasi. Kehilangan panas karena perpindahan panas atau radiasi / Heat Loss Due to Radiation" (L7) = (Look From radiation loss chart) Boiler steam flow. Grafik standart yang tersedia dalam American Manufacturers Association ( ABMA). METODOLOGI Studi literatur mengenai rumus yang relevan untuk menentukan penurunan effisiensi boiler dan kerugian panas yang terjadi. Pengumpulan data yang dibutuhkan untuk proses perhitungan. Menganalisis penurunan effisiensi boiler, kerugian panas dan penyebab turunnya effisiensi pada boiler. Perhitungan Boiler menurut kondisi Komisioning dan kondisi sekarang (Operasi) Membandingkan effisiensi boiler kondisi Komisioning dengan kondisi sekarang (Operasi) Pembahasan hasil perbandingan effisiensi boiler pada kondisi komisioning dengan kondisi sekarang (Operasi) Kesimpulan dan Saran FINISH 6
ANALISA DATA dan PERHITUNGAN Summary of Heat Losses Comisioning Condition ( Load 200 MW ) Spesifikasi Boiler Unit 3 di PLTU PT. PJB UP Gresik Type Reheat steam flow Superheater outlet : IHI-FW SR single drum tipe pemanas ulang sirkulasi alami : 523.000 kg/jam : 173,8 kg/cm 2 g x 541 0 C 1 2 "Dry gas" (L1) = (52) "Moisture in Fuel" (L2) = (58) 3,15738395 % 0,01059909 % Reheat outlet Reheat inlet Bahan bakar : 31,2 kg/cm 2 g x 541 0 C : 32,9 kg/cm 2 g x 316 0 C : Residu oil 3 "Moisture from Burning Hydrogen" (L3) = (62) 6,35945676 % Temperatur udara luar : 32 0 C Temperatur gas buang : 131 0 C Tekanan udara luar : 1 atm Tahun pembuatan : 1987 Negara pembuat Produksi : Tokyo Japan : Ishikawajima harima, 4 5 "Moisture in the Combustion Air" (L4) = (65) "Atomizing Steam" (L5) = (74) 0,10959354 % 0,19606517 % Heavy industries Co.,ltd, 6 of "Carbon monoxide" (L6) = (76) 0 % Analisa Kondisi Komisioning Boiler pada Beban Tinggi ( 200 MW ) di PLTU PT. PJB UP Gresik. 7 8 " Due to Radiation" (L7) = (80) Uncounted Loss (L8) = (81) 0,2 % 1 % 9 Total Loss = { (82) + (83) + (84) + (85) + (86) + (87) + (88) + (89) } 11,0330985 % Fuel Analysis Comisioning Condition No ITEM COMISIONING UNIT 1 High Heating Value (HHV) 10463 Kcal / kg 10 Effisiensi Boiler (η ) = 100 - (100) 88,9669015 % 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 % 7
Analisa Kondisi Operasi (Local) Boiler pada Beban Tinggi ( 188 MW ) di PLTU PT. PJB UP Gresik. OPERASI ( LOCAL ) DATA ( 188 MW ) Fuel Analysis No ITEM Ket OPERASI UNIT 1 High Heating Value ( HHV ) Labor 10183 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 % 1 2 3 Summary of Heat Losses Operational Condition ( Load 188 MW ) "Dry gas" (L1) = (52) "Moisture in Fuel" (L2) = (58) "Moisture from Burning Hydrogen" (L3) = (62) 4,489350337 % 0,017362884 % 6,914768678 % PEMBAHASAN Pada perhitungan effisiensi boiler dengan menggunakan metode tidak langsung atau (Kehilangan panas / Heat Loss) didapatkan keterangan yaitu adanya penurunan effisiensi boiler yang disebabkan oleh faktor kehilangan panas, yang mana kehilangan panas terbesar disebabkan karena gas buang dan kehilangan panas karena terdapatnya kandungan air pada proses pembakaran hidrogen. 4 5 "Moisture in the Combustion Air" (L4) = (65) "Atomizing Steam" (L5) = (74) 0,159794148 % 0,250847194 % 6 7 8 9 10 of "Carbon monoxide" (L6) = (76) " Due to Radiation" (L7) = (80) Uncounted Loss (L8) = (81) Total Loss = { (82) + (83) + (84) + (85) + (86) + (87) + (88) + (89) } Effisiensi Boiler (η ) = 100 - (100) 0 % 0,35 % 1 % 13,18212324 % 86,81787676 % 8
Heat Loss of Dry Gas ( L1 ) Komisioning 200 MW Operasi / Local 188 MW 3,157 % 4,489 % Kehilangan panas yang disebabkan oleh 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 %. 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. Heat Loss of Moisture from Burning Hydrogen ( L3 ) 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. Komisioning 200 MW Operasi / Local 188 MW 6,359 % 6,914 % 9
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. 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. Effisiensi Boiler Komisioning 200 Operasi / Local 188 Selisih MW MW 88,966 % 86,817 % 2,149 % 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. Kehilangan - kehilangan panas sangat berpengaruh penting terhadap effsiensi boiler. Setelah melakukan analisa perhitungan effisiensi, terjadi penurunan antara effsisiensi pada saat komisioning 88,966 % menjadi 86,817 % pada saat sekarang (Operasi). Selisih effisiensi antara kondisi komisioning dengan kondisi sekarang (Operasi) tersebut sebesar 2,149 %. KESIMPULAN 10 1. 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. 2. 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 %. 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 %. 3. 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. 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. DAFTAR PUSTAKA Asean Brown Bovery Combustion Fossil Power, Combustion Engineering INC, Windsor Connecticut. 1991. 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 13740. 1997 Muin S.A, Pesawat-Pesawat Konversi Energi I (Ketel Uap) Rajawali, Jakarta, 1988 UNEP, Boiler & Pemanas Fluida Thermis United Nation Environment Program, 2008 11