Prinsip Kerja Heat Recovery Steam Generator

Posted: October 13, 2011 in Mechanical Engineering
Tags: , , ,

Sebagai salah satu unit pembangkitan tenaga listrik yang dimiliki PT Indonesia Power, Unit Bisnis Pembangkitan Semarang memiliki 3 jenis pembangkit, yaitu :
• Pusat Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU),
• Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)
• Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)
Pusat Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) merupakan pembangkit jenis combined cycle. Pembangkit jenis ini memanfaatkan gas panas pembuangan dari pembangkit tenaga gas untuk memanasi air dalam pipa-pipa Heat Recovery Steam Generator ( HRSG ) menjadi uap untuk menggerakkan turbin uap. Penggunaan teknologi combined cycle menjadikan operasi pembangkit lebih efisien sebab cara ini memanfaatkan gas panas pembuangan pembangkit listrik primer pada turbin gas menjadi tenaga listrik pada tahap sekunder. Selain itu, pembangkit tenaga gas merupakan pembangkit yang akrab dengan lingkungan karena tingkat pembakarannya yang hampir sempurna menghasilkan emisi karbon dioksida dan limbah lain yang sangat rendah. Jadi, selain efisien, jenis pembangkit ini merupakan bukti kepedulian terhadap lingkungan. Sedangkan Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU) merupakan jenis pembangkit yang menggunakan bahan bakar minyak untuk memanasi air pada ketel dan uap hasilnya diapakai untuk menggerakkan turbin uap.

Sistem produksi tenaga listrik PLTGU dibagi menjadi dua siklus, yaitu :
A. Open Cycle
Open cycle merupakan proses produksi listrik pada PLTGU dimana gas buangan dari turbin gas (ditunjukkan gambar 8) langsung dibuang ke udara melalui cerobong exhaust. Suhu gas buangan di cerobong exhaust ini mencapai 550 C. Proses seperti ini pada Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU) dapat disebut sebagai proses Pembangkitan / Produksi Listrik Turbin Gas (PLTG) yaitu suatu proses pembangkitan listrik yang dihasilkan oleh putaran turbin gas .

B. Closed Cycle / Combined Cycle
Pada proses combined cycle / closed cycle, gas buang dari tubin gas (ditunjukkan gambar 8) dimanfaatkan untuk memproduksi uap yang berada di HRSG (Heat Recovery Steam Generator). Kemudian uap yang dihasilkan dari HRSG digunakan untuk memutar turbin uap (ditunjukkan gambar 13) turbin uap dikopel dengan generatoruntuk menghasilkan lisrik (ditunjukkan gambar 14). Jadi proses combined cycle / closed cycle inilah yang disebut sebagai proses Pembangkitan / Produksi Listrik Tenaga Gas Uap ( PLTGU ) yaitu proses pembangkitan listrik yang dihasilkan oleh putaran turbin gas dan turbin uap.
Pusat Listrik Sistem Kombinasi Tambak Lorok Blok II phase I dan Blok I phase II masing-masing berkapasitas 500 MW dan tiap-tiap blok terdiri dari :
• Tiga Unit Gas Turbin Generator dengan kapasitas 3 x 100 MW
• Tiga Unit Heat Recovery Steam Generator (HRSG)
• Satu Unit Steam Turbin Gas (STG) kapasitas 1x 200 MW.
Turbin gas tersebut buatan General Electric (GE). Untuk temperatur udara luar 270 C, 38 % humidity dan bahan bakar gas alam akan mampu membangkitkan 110 MW. Meskipun direncanakan untuk bahan bakar gas tetapi untuk saat ini yang dipakai pada PLTGU Tambak Lorok adalah bahan bakar HSD. Turbin gas ini langsung memutar generator dengan putaran 3000 rpm, berpendingin hidrogen, dan tegangan keluar 11,5 KV.
Setiap turbin gas mempunyai HRSG dan setiap HRSG mempunyai sistem uap tekanan rendah 5,81 Bar (g), dan sistem uap tekanan tinggi sekitar 87,28 Bar (g). Ketiga HRSG (1 Blok) ini mendapatkan supply air pengisi dari Condensate pump pada gedung steam turbine.
Uap dari tiap-tiap HRSG dialirkan ke header tekanan rendah untuk sistem uap tekanan rendah dan header tekanan tinggi untuk sistem uap tekanan tinggi. Dari sini uap dialirkan ke turbin uap.
Satu block combine cycle dapat dioperasikan sebagai berikut :
1. Gas turbine saja ( Open cycle )
2. Normal operasi, yaitu Combined Cycle dengan tiga turbin gas.
3. Combined Cycle dengan dua turbin gas, turbin gas yang satu dimatikan.
4. Combined Cycle dengan satu turbin gas, dua turbin gas dimatikan.
Daya listrik yang dihasilkan pada proses open cycle tentu lebih kecil dibandingkan dengan daya listrik yang dihasilkan pada proses produksi listrik combined cycle / closed cycle. Pada prakteknya, kedua siklus diatas disesuaikan dengan kebutuhan listrik masyarakat. Misalnya hanya diinginkan open cycle karena pasokan daya dari open cycle sudah memenuhi kebutuhan listrik masyarakat. Sehingga stack holder yang membatasi antara cerobong gas dan HRSG dibuat close, dengan demikian gas buang dialirkan ke udara melalui cerobong exhaust. Dan apabila dengan open cycle kebutuhan listrik masyarakat belum tercukupi maka diambil langkah untuk menerapkan combined cycle / closed cycle. Namun demikian dalam sistem mekanik elektrik, suatu mesin akan lebih baik pada kondisi continous running, karena apabila mesin berhenti akan banyak mengakibatkan korosi, perubahan setting, mur atau baut yang mulai kendur dan sebagainya. Selain itu dengan continous running lebih mengefektifkan daya, sehingga daya yang dihasilkan menjadi lebih besar. Jadi secara garis besar untuk produksi listrik di Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap ( PLTGU ) pada PT. Indonesia Power UBP Semarang dapat dibagi menjadi 2 proses yaitu :
1. Proses Pembangkitan / Produksi Listrik Turbin Gas ( PLTG )
2. Proses Pembangkitan / Produksi Listrik Turbin Uap ( PLTU )

4.1.2. Proses Pembangkitan / Produksi Listrik Turbin Gas ( PLTG )
Sebagai pemutar awal saat turbin belum menghasilkan tenaga, motor cranking (ditunjukkan gambar 4) mulai berputar dengan menggunakan energi listrik yang diambil dari jaringan listrik 150 KV / 500 KV Jawa – Bali. Motor cranking (ditunjukkan gambar 4) ini berfungsi memutar kompressor sebagai penghisap udara luar dan menaikkan tekanan udara, dengan terlebih dahulu melalui air filter (ditunjukkan gambar 5).
Disisi lain bahan bakar berupa solar / HSD (High Speed Diesel) dialirkan dari kapal/ tongkang (ditunjukkan gambar 1) ke dalam rumah pompa BBM HSD (ditunjukkan gambar 2) kemudian di pompa lagi dengan pompa bahan bakar (ditunjukkan gambar 3) dimasukkan ke dalam ruang bakar/ combustion chamber (ditunjukkan gambar 7).
Pada saat bahan bakar yang berasal dari pompa bahan bakar dan udara yang berasal dari compressor bercampur dalam combustion chamber, maka bersamaan dengan itu busi (spark plug) mulai memercikkan api sehingga menyulut pembakaran. Gas panas yang dihasilkan dari proses pembakaran inilah yang akan digunakan sebagai penggerak / pemutar turbin gas (ditunjukkan gambar 8). Sehingga listrik dapat dihasilkan setelah terlebih dahulu diolah pada generator (ditunjukkan gambar 10). Daya yang dihasilkan mencapai 100 MW untuk tiap gas turbine generator. Pada PLTGU memiliki dua buah blok dengan masing-masing blok terdiri dari 3 buah gas turbine generator. Karena tegangan yang dihasilkan dari generator masih rendah maka pada tahap selanjutnya tegangan ini akan disalurkan ke trafo utama untuk dinaikkan menjadi 150 KV. Jadi pada proses open cycle maka gas buangan dari turbin gas (ditunjukkan gambar 8) akan langsung dibuang malalui exhaust stack.

4.1.3. Proses Produksi Listrik Turbin Uap ( PLTU )
Gas bekas yang ke luar dari turbin gas (ditunjukkan gambar 8) dimanfaatkan lagi setelah terlebih dulu diatur oleh selector valve (ditunjukkan gambar 9) untuk dimasukkan ke dalam HRSG (Heat Recovery Steam Generator) (ditunjukkan gambar 10) yang memiliki steam drum (ditunjukkan gambar 12). Uap yang dihasilkan dipanaskan pada bagian superheater dan dipakai untuk memutar turbin uap (ditunjukkan gambar 13) kemudian turbin dikopel dengan generator (ditunjukkan gambar 14). Setelah uap masuk pada lingkungan steam turbine building, uap diatur oleh mekanisme katup sebelum masuk turbin. Yaitu stop valve dan control valve, untuk HP steam kedua katup tersebut jadi satu sedangkan untuk LP steam kedua katup tersebut terpisah. Pada HP steam masuk ke sisi turbin bagian high pressure sedangkan LP steam masuk ke bagian belakang HP turbine, dan keduanya digabung menjadi satu kemudian masuk pada LP turbine. Uap bekas dari turbin tadi diembunkan lagi di condensor (ditunjukkan gambar1) kemudian air condensate di pompa oleh condensate pump (ditunjukkan gambar 16), selanjutnya dimasukkan lagi ke dalam deaerator (ditunjukkan gambar 17) dan oleh feed water pump (ditunjukkan gambar 18) dipompa lagi ke dalam drum untuk kembali diuapkan. Inilah yang disebut dengan combined cycle / closed cycle. Jadi secara singkat dapat dikatakan bahwa combined cycle/closed cycle merupakan rangkaian open cycle ditambah dengan proses pemanfaatan kembali gas buang dari proses open cycle untuk menghasilkan uap sebagai penggerak turbin uap (ditunjukkan gambar 13).
Diagram T-S combine cycle dapat kita lihat sebagai berikut:

4.2. GAMBARAN UMUM HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR
Heat Recovery Steam Generator (HRSG) merupakan salah satu komponen dari pembangkit listrik yang menggunakan prinsip combine cycle dimana digunakan dua turbin yaitu turbin gas sebagai turbin utama dan turbin uap. Pembangkitan listrik menggunakan turbin gas atau mesin disel tentu menghasilkan panas dalam jumlah yang besar, dan panas itu dapat dikatakan sebagai sampah. Gas panas yang keluar sebagai hasil proses pembakaran pada turbin gas ( exhaust ) sangat tinggi temperaturnya, yaitu sekitar 6000 C. Gas tersebut digunakan untuk membangkitkan uap. Prinsip dasar HRSG hampir sama dengan boiler tetapi uap yang dihasilkan pada HRSG tentunya uap yang bertekanan rendah yaitu sekitar 80 bar sampai 100 bar, untuk high pressure sistem. Efektifitas penggunaan energi pada sistem gas turbine heat recovery adalah fungsi dari energi yang ditransferkan oleh exhaust gas turbine.

Pada prinsipnya antara HRSG dan boiler adalah sama yaitu suatu peralatan yang digunakan untuk mengubah air menjadi uap dengan bantuan panas. Yang sangat mendasar dari perbedaan ini adalah sumber panas yang digunakan untuk membangkitkan uap. Pada HRSG sumber panas utama yang digunakan untuk membangkitkan uap berasal dari energi panas yang terkandung dalam gas buang turbin gas/PLTG yang dialirkan masuk ke dalam HRSG untuk memanaskan pipa-pipa pemanas. Sedangkan pada boiler/ketel uap, sumber panas yang digunakan berasal dari pembakaran bahan bakar di dalam ruang bakar.


Kecuali perbedaan yang sangat mendasar tersebut, perbedaan lainnya adalah HRSG tidak mempunyai ruang bakar, tidak ada sistem bahan bakar, tidak ada sistem udara bakar, dan tidak ada penghembus jelaga / soot blower.
Secara umum HRSG terdiri dari preheater, ekonomiser, evaporator, dan superheater. Komponen-komponen tersebut merupakan alat penukar kalor jenis tubular atau pipa dengan fluida kerja (air/uap) berada di dalam dan gas buang berada di luar. Panas/kalor dipindahkan dari gas buang tersebut secara konveksi ke fluida kerja. Dan oleh karena gas buang dari turbin gas bersih dari partikulat maka dimungkinkan penggunaan tube atau pipa bersirip untuk meningkatkan laju perpindahan panas dan mengurangi ukurannya tube HRSG tersebut. Ukuran dan jenis tube tergantung dari parameter desain HRSG yang bervariasi yang mencakup unsur-unsur gas buang dan temperaturnya.
Secara filosofi, desain suatu HRSG pada dasarnya bertujuan untuk mengubah besarnya energi panas dari gas buang pada fluida kerja dengan perbedaan temperatur yang setinggi mungkin. Hal ini dilakukan dengan jalan membuat gradien temperatur antara gas buang dan fluida kerja sejajar.

4.2.1. Komponen Utama HRSG
Sebagaimana yang telah dijelaskan di atas bahwa HRSG biasanya terdiri dari beberapa pipa pemanas seperti preheater, economizer, evaporator, dan superheater.
4.2.1.1 Preheater
Preheater merupakan penukar kalor yang biasanya digunakan untuk memperoleh energi panas tambahan dari gas buang. Preheater berada pada bagian akhir atau paling atas dari HRSG untuk menyerap energi terendah dari gas buang.
Aplikasi yang paling umum dari preheater ialah sebagai pemanas awal air kondensat sebelum memasuki deaerator untuk mengurangi jumlah uap yang dibutuhkan untuk proses deaerasi. Di dalam preheater, pemanasan air pengisi mencapai temperatur sedikit di bawah titik didih. Modul dari preheater sendiri berupa tube yang terbuat dari pipa-pipa bersirip. Tata letak preheater ditunjukkan dalam gambar berikut:

4.2.1.2 Ekonomiser (Economizer)
Ekonomiser merupakan alat penukar kalor untuk memanaskan awal air pengisi ketel sebelum masuk ke evaporator. Pada bagian ini jika dimungkinkan terjadi korosi yang tergantung dari besarnya temperatur air pengisi yang masuk.

4.2.1.3 Evaporator (Pipa Penguapan)
Evaporator atau boiler bank merupakan alat penukar kalor yang menghasilkan uap jenuh (saturated) dari air pengisi ketel. Evaporator terletak di antara ekonomiser dan superheater.
Campuran air dan uap meninggalkan evaporator dan masuk drum uap melalui pipa-pipa yang disebut riser. Drum uap merupakan bejana tekan silindris yang terletak di bagian atas HRSG. Di bagian dalam drum, piranti mekanis seperti cyclone dan screen pemisah campuran air dan uap. Uap meninggalkan drum melalui pipa yang menuju ke superheater. Sedangkan air disirkulasikan kembali melalui pipa-pipa yang disebut downcomer masuk kembali ke evaporator. Uap yang masuk ke superheater merupakan uap kering karena jika uap basah yang masuk maka kandungan partikulat padat yang terlarut dalam uap akan mengendap dalam tube superheater yang dapat mengakibatkan temperatur logam tube akan naik dan selanjutnya mengakibatkan terjadinya kegagalan tube.
4.2.1.4 Superheater (Pipa Pemanas Uap Lanjut)
Superheater merupakan alat penukar kalor pada HRSG yang menghasilkan uap panas lanjut (superheated steam). Superheater dapat terdiri dari satu atau lebih modul penukar kalor. Pada modul superheater yang banyak biasanya mempunyai kontrol temperatur uap di antara modul-modulnya untuk mencegah terjadinya temperatur logam yang berlebih pada bagaian akhir dari modul dan untuk meminimalkan kemungkinan kandungan air yang masuk ke dalam turbin uap.

About these ads
Comments
  1. Tika says:

    masi kurang ngerti ttg steel power plant,,,bisa lebih d terangkan,,,karena saya ingin belajar ttg steel power palnt,,macam2,pengaplikasian dan ilmu ttg power plant..terima kasih.

  2. Jaka says:

    Jd di hrsg ada yg di tambah duct burner yaitu additional firing .untk meningkatkan kapasitas steam,

    • rahmanta13 says:

      Iya, karena gas buang dari ga turbin masih 450 deg C, maka digunak untuk steam generator melalui HRSG… siklus ini merupakan combined cycle, gabungan siklus bryton dan rankin. Dan memiliki efisiensi thermal tertinggi… hampir 40 %

  3. roland says:

    Punten mas, sumber tulisannya dari buku atau website apa ya? Saya mau belajar lebih lanjut

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s