ANALISA PERFORMANSI BOILER DENGAN TYPE DG693/13.43-22 PADA PLTU PANGKALAN SUSU LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI MEKANIK oleh : KANIGAH YOSEPIN NAIBAHO NIM :205052083 POLITEKNIK NEGERI MEDAN JURUSAN TEKNIK MESIN MEDAN 2015
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini sesuai dengan waktu yang ditentukan oleh Jurusan Teknik Mesin. Adapun laporan tugas akhir ini berjudul ANALISA PERFORMANSI BOILER DENGAN TYPE DG693/13.43-22 PADA PLTU PANGKALAN SUSU. Ditulis sebagai salah satu syarat bagi setiap mahasiswa jurusan Teknik Mesin, Program Studi Teknik Konversi Energi untuk menyelesaikan pendidikan Diploma III Politeknik Negeri Medan. Dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini, penulis telah mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, baik berupa material, spiritual, informasi maupun segi administrasi. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. M. Syahruddin, S.T., M.T. sebagai Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Ir. Idham Kamil, M.T. sebagai Ketua Jurusan Teknik Mesin. 3. Aulia Salman, S.T., M.T. sebagai Sekretaris Jurusan Teknik Mesin. 4. Ir. Abdul Razak, M.T. sebagai Kepala Program Studi Teknik Energi Mekanik; 5. Ir. Rufinus Nainggolan, M.T. sebagai Dosen Pembimbing. 6. Seluruh dosen pengajar di jurusan Teknik Mesin, khususnya dosen program studi Teknik Konversi Energi Mekanik 7. Teristimewa kepada orangtua penulis yaitu : Bapak saya M.Naibaho dan Ibu saya A.Munthe serta Penteris Naibaho B,Eng,M.T(abang) Febi Ola Naiabaho(Adik) Agnes W Naibaho (Adik), Ruth Gracia Naibaho(Adik), P.Ronaldo Naibaho(Adik) yang telah memberikan motivasi, dukungan moril, doa dan materi, juga kepada keluarga yang telah memberikan doa dan
bimbingan selama ini sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan Diploma III Politeknik Negeri Medan. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih ada kekurangan.untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca.akhir kata penulis mengharapkan agar laporan tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca pada umumnya dan bagi penulis khususnya. Medan, 12 Agustus 2015 Hormat Penulis, Kanigah Yosepin Naibaho NIM 205052083
DAFTAR ISI Halaman Lembar Pengesahan-1... i Lembar Pengesahan-2... ii Lembar Pengesahan-3... iii Kata Pengantar... iv Daftar Isi... v Intisari.. vi Abstract... vii BAB I. PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Batasan Masalah 2 1.3 Tujuan Penulisan... 2 1.4 Manfaat Penulisan. 3 1.5 Metode Pengumpulan Data 3 BAB II. TINJAUAN KEPUSTAKAAN 4 2.1 Teori Penguapan 4 2.2 Ketel uap atau Boiler.. 7 2.3 Klasifikasi Ketel Uap. 8 2.3.1 Ketel Pipa Api... 9 2.3.2 Ketel Pipa Air... 10 2.3.3 Macam-Macam Ketel Uap... 11 2.4 Laju Aliran Uap dan Performansi... 12 2.5 Fluida Kerja Air Boiler dan Pengolahannya... 18 BAB III. SPESIFIKASI KETEL PIPA AIR TIPE BOILER DG693/13.43-22 CHINA 23 3.1 Pendahuluan... 23 3.2 Bagian Bagian Boiler...... 24 a) Ruang Bakar (Furnace)... 24 v
b) Forced Draft Fan (Fd Fan)... 24 c) Drum Atas (Steam Drum)... 25 d) Pipa Uap Pemanas Lanjut (Superheater Pipe)... 25 e) Drum Bawah (Mud Drum)... 25 f) Pipa-Pipa Air (Header)... 26 g) Pembuangan Abu (Ash Hopper)... 26 h) Pembuangan Gas Bekas... 27 i) Pressure Furnace Draft Controller... 27 j) Induced Draft Fan... 28 k) Dust Collector... 28 3.3 Alat Alat Pengaman Pada Boiler... 29 a) Katup Pengaman (Safety Valve)... 29 b) Gelas Penduga... 29 c) Keran Blow Down... 30 d) Manometer... 30 e) Keran Uap Induk... 31 f) Kontrol Air Umpan... 31 g) Soot Blower... 32 h) Panel Utama (Main Panel)... 32 i) Pipa Waterwall... 33 j) Superheater... 33 BAB IV. PERFORMANSI KETEL PIPA AIR COAL FIRED POWER PLANT TYPE DG693/13.43-22.. 34 4.1 Bahan bakar dan Pembakaran... 34 4.1.1 Klasifikassi Batu bara... 34 4.1.2 Sifat Fisik dan Kimia Batu bara... 34 4.1.3 Analisa Batu bara... 35 4.2 Nilai Panas Pembakaran...... 37 4.3 Panas Pembakaran Batu bara...... 38 4.4 Kebutuhan Udara Pembakaran... 38 4.5 Analisa Gas Asap... 41
4.6 Distribusi panas atau beban termal dan Efisiensi... 42 4.6.1 Panas untuk menaikkan suhu air umpan / Ekonomiser... 43 4.6.2 Panas untuk penguapan superheat... 44 4.6.3 Panas untuk pemanas ulang (reheating)... 44 4.6.4 Panas untuk udara pembakaran (Air heater)... 45 4.6.5 Efisiensi Ketel Tipe Boiler DG693/13.43 2.2... 45 4.7 Kerja termal turbin... 46 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN. 47 5.1 Kesimpulan 47 5.2 Saran... 48 Daftar Pustaka. 49 Lampiran-lampiran. 50
INTISARI Ketel uap adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Ketel uap sebagai pesawat energi yang mengkonversikan energi kimia (potensial). Dari bahan bakar menjadi energi panas. Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian akan di gunakan untuk mengalirkan panas kesuatu proses. Uap tersebut akan digunakan untuk proses produksi. Ketel uap yang digunakan yaitu ketel uap pipa air berbahan bakar batu bara yang berjenis bituminous. Untuk pengoperasian boiler di PLTU Pangkalan Susu dengan tekanan 134,3 bar, kapsitas 693 ton uap perjam, pada temperatur 540 O C superheat/reheat dan menggunakan excess air sebesar 120%. Efesiensi ketel uap adalah 87,62 %. Kata Kunci : Ketel uap,bahan bakar,uap,efesiensi
ABSTRACT The boiler is a closed vessel in which the combustion heat transferred to water until it becomes heated water or steam. Boilers as energy plane that converts chemical energy (potential ). Of fuel into heat energy. Hot water or steam under pressure is then to be used to circulate the heat to a certain process. The steam will be used for the production process. Boiler used is water tube boiler fuel manifold bituminous coal. For the operation of the power plant boiler at Pangkalan Susu pressure 134.3 bar, capacity 693 tons of steam per hour, at a temperature of 540 O C superheat / reheat and use excess water by 120 %. Boiler efficiency is 87.62 %. Keywords : boilers, Fuel, Steam, Efficiency
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Permintaan kebutuhan daya listrik Sumatera Utara akhir-akhir ini semakin meningkat sehingga PLN tidak sanggup untuk menyediakannya. Kebutuhan lebih tinggi dari ketersediaan pasokan, oleh karena itu pemadaman bergilir tidak terhindarkan dan hal ini sangat mengganggu aktifitas kehidupan masyarakat dan memperngaruhi pertumbuhan ekonomi. Faktor pemicu awal terjadinya krisis listrik ini disebabkan berkurangnya pasokan bahan bakar gas yang selama ini menjadi tumpuan utama sebagai sumber energi bahan bakar terutama PLTU Pangkalan Susu. Supplai bahan bakar batu bara ini berasal dari Kalimantan, karena batu bara dari kalimantan mempunyai kualitas batu bara yang bagus,dan juga mempunyai pasokan yang masih sangat banyak. Batu bara yang digunakan pada PLTU Pangkalan Susu berjenis bituminous. Sehubungan dengan berkurangnya pasokan sumber bahan bakar batu bara yang ada di indonesia, maka pemanfaatan dan pelaksanaan konversi energi terutama pada pembangkit-pembangkit tenaga maupun di kalangan industry sekarang ini maka sudah sangatlah perlu untuk menggunakan energi tersebut dengan cara yang efekti dan efisien dan semua pihak harus dapat memelihara sumber daya alam yang menjadi sumber energi tersebut, melalui kebijaksanaan pemilihan suatu teknologi yang paling tepat dan pemanfaatan energi secara efisien, rasional, dan bijaksana untuk selalu mewujudkan kemampuan penyediaan energi serta penggunaan yang merata sekaligus menjaga kelestarian sumbersumber energi dan sekaligus menjaga kelestarian lingkungan. Salah satu upaya kegiatan penghematan energi dan diversifikasi energi adalah peralihan penggunaan sumber bahan bakar minyak dan gas kepada penggunaan batu bara. Batu bara dapat digunakan secara praktis untuk bahan bakar boiler atau ketel uap untuk memproduksi uap membangkitkan energi listrik atau memenuhi kebutuhan industri.
Dewasa ini, batu bara menjadi pilihan karena harga masih lebih murah dan sumber cadangannya yang cukup besar dan tersedia hingga beberapa puluhan tahun ke depan. Walaupun dengan terpaksa maka saat ini kalangan indutri atau perusahaan harus membeli ketel baru dan membiarkan ketel yang lama tidak beroperasi karena perubahan penggunaan bahan bakar minyak atau gas ke bahan bakar batu bara. Dalam tugas akhir ini maka diberikan judul Ketel Pipa Air Berbahan Bakar Batu Bara dengan tipe boiler DG693/13.43-22; The boiler in the Indonesia Medan 2 x 200 MW coal fired power plant is manufactured by Dongfang Corporation from Sichuan, China. Kapasitas produksi uap boiler adalah 693 Ton per jam dan Tekanan Kerja 14.43 MPa atau 144,3 Bar. 1.2 Batasan Masalah Topik bahasan atau permasalahan yang akan dibahas dalam laporan tugas akhir ini sebagai berikut : 1. Analisa bahan bakar batu bara untuk ketel uap 2. Proses penguapan (evaporation) pada ketel uap 3. Komponen-komponen ketel uap dan penjelasannya 4. Analisis performansi ketel uap tipe boiler DG693/13.43-22 1. 3 Tujuan Penulisan laporan TA Adapun tujuan penulisan dan pembuatan dari laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Untuk mengetahui dan memahami secara mendalam operasi ketel uap khususnya ketel uap pipa air berbahan bakar batu bara 2. Menghitung kebutuhan bahan bakar dan jumlah produksi uap serta efisiensi ketel uap untuk tipe boiler DG693/13.43-22 (memahami spesifikasi ketel) 3. Untuk memenuhi atau melengkapi persyaratan penyelesaian pendidikan Program Studi Teknik Energi Politeknik Negeri Medan
1. 4 Manfaat Penulisan laporan TA Adapun manfaat dari penulisan dan pembuatan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Untuk penulis sendiri dalam menambah pengetahuan, pengalaman, dan wawasan komprehensif baik secara teori maupun praktis yang menjadi bekal untuk memasuki kerja industri terkait 2. Untuk mahasiswa dan praktisi lapangan yang haus akan ilmu pengetahuan dan praktis bidang ketel uap 3. Dunia industri atau perusahaan menjadi suatu referensi untuk pengoperasian ketel uap yang lebih efektif dan efisien. 4. Pemakai ketel uap tipe boiler DG693/13.43-22 1. 5 Metode Pengumpulan Data Untuk melakukan penulisan laporan tugas akhir ini maka metode pengumpulan data-data dan bahan-bahan yang berhubungan sbb. : 1. Membaca dan memahami materi yang terkandung dalam literatur yang ada di perpustakaan, buku pegangan, akses internet dan sumber-sumber buku lain 2. Mengadakan peninjauan secara langsung ketel pipa air type DG693/13.43-22 serta ketel-ketel jenis lainnya, termasuk ketel uap di laboratorium Teknik Energi Politeknik Negeri medan 3. Melakukan tanya-jawab dengan operator ketel uap dan manajemen perusahaan PT PLN (sektor) Pangkalan Susu. 4. Melakukan asistensi atau diskusi dan tanya-jawab dari dosen pembimbing dan dari dosen-dosen pengajar konversi energi.