BAB III

GAMBARAN UMUM PROSES PRODUKSI LISTRIK PLTUA. DISKRIPSI UMUM

Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) merupakan salah satu pembangkit tenaga listrik yang banyak digunakan di Indonesia. PLTU menggunakan energi dari uap panas untuk memutar turbin, yang kemudian energi mekanis dari turbin tersebut dipakai untuk memutar generator listrik. Untuk pembangkitan uap ini diperlukan energi panas yang diperoleh dari pembakaran bahan bakar di dalam dapur (furnace) pada unit pembangkit uap. Energi panas ini kemudian dipindahkan ke fluida kerja untuk merubah fase fluida kerja dari cair menjadi uap.

Prinsip kerja PLTU Paiton Unit 9 secara umum adalah pembakaran batubara pada boiler untuk memanaskan air dan mengubah air tersebut menjadi uap yang sangat panas yang digunakan untuk menggerakkan turbin dan menghasilkan tenaga listrik dari kumparan medan magnet di generator. Sistem Pengaturan yang digunakan pada power plant ini menggunakan sistem pengaturan loop tertutup, dimana air yang digunakan untuk beberapa proses merupakan putaran air yang sama, hanya perlu ditambahkan jika memang level yang ada kurang dari set pointnya. Bentuknya saja yang berubah, pada level tertentu berwujud air, tetapi pada level yang lain berwujud uap. Proses alir PLTU Paiton Unit 9 dijelaskan pada gambar 3. 1

Gambar 3. 1 Proses alir PLTU Paiton Unit 9Proses berawal dari air yang dipompa ke kondenser, kemudian dari kondenser dipompa ke polisher untuk diproses agar korosi dan pengendapan hilang, setelah itu dipompa ke Feed Water Heater 8, 7, 6 dan 5 untuk dipanaskan dan kemudian dialirkan ke daerator untuk menghilangkan gas gas O2 dan CO2 kemudian dipompa lagi menuju ke Feed Water Heater 3, 2, 1 yang selanjutnya akan diteruskan di economizer untuk dinaikan temperaturnya dan selanjutnya menuju ke Steam drum untuk dipisahkan antara uap dan air, setelah itu Super Heated Steam yang ada akan melalui First Super Heater, Secondary Super Heater dan membentuk Super Heated Steam yang akan digunakan untuk memutar HP turbine sehingga tekanan dan temperaturnya akan turun sehingga superheater steam-nya perlu pemanasan ulang yang terjadi di reheater, dari reheater ini superheater steam akan dikembalikan untuk Memutar IP dan LP turbine. Didalam turbin ini akan terjadi konversi energi thermal dari steam menjadi energi mekanis berotasi yang menyebabkan rotor turbin berputar. Perputaran rotor ini yang akan menggerakkan generator dan akhirnya oleh generator energi mekanis akan diubah menjadi energi listrik. B. BAGIAN-BAGIAN UMUM PADA PLTU

Pada PLTU terdapa bagian-bagian yang sangat penting. Bagian-bagian itu antara lain:1. Coal Silo

Terdapat enam buah coal silo yaitu A, B, C, D, E dan F. Pengisian silo dilakukan dengan menggunakan belt conveyor yang dihubungkan dengan tripper, pengoperasiannya dilakukan oleh operator di Coal Handling Control Building (CHCB). Silo merupakan bunker tempat menampung batubara di instalasi yang kemudian digunakan sebagai bahan bakar di boiler. Dari silo batubara dimasukkan ke pulverizer dengan menggunakan coal feeder, batubara dari pulverizer ini yang akan digunakan untuk pembakaran di boiler.

2. BoilerDalam power plant, energi secara terus menerus diubah dari satu bentuk ke bentuk lain untuk menghasilkan listrik. Komponen yang mengawali perubahan dan pengaliran energi disebut boiler. Definisi boiler sendiri sebagai suatu komponen pada power plant adalah suatu bejana tertutup yang secara efisien mampu mengubah air menjadi steam dengan bantuan panas dari proses pembakaran batubara. Jika dioperasikan dengan benar, boiler secara efisien dapat mengubah air dalam volume yang besar menjadi steam yang sangat panas dalam volume yang lebih besar lagi. Jenis boiler yang digunakan pada unit 9 adalah drum type boiler, yang memungkinkan terjadinya sirkulasi sebagian air dalam boiler secara terus menerus. Pengoperasian drum type boiler yang efisien dan aman sangat tergantung pada sirkulasi air yang konstan di beberapa komponen steam circuit, diantaranya economizer, steam drum dan boiler water circulaating pump.

3. EconomizerEconomizer berfungsi untuk meningkatkan temperatur air (pemanasan awal) sebelum masuk ke boiler untuk selanjutnya dialirkan ke steam drum, komponen ini berada dalam boiler yang terdiri dari rangkaian pipa-pipa (tubes) yang menerima air dari inlet. Sumber panas yang diperlukan oleh alat tersebut berasal dari gas buang dalam boiler. Air mengalir dalam pipapipa, sementara diluar mengalir gas panas yang berasal dari hasil pembakaran boiler. Selanjutnya steam panas tersebut dimanfaatkan untuk memanaskan air sehingga temperaturnya meningkat. Penggunaan economizer untuk pemanasan awal sangatlah penting, karena :

1. Hal tersebut dapat meningkatkan efisiensi boiler secara keseluruhan, karena panas yang ada pada steam bias dimanfaatkan untuk melakukan usaha.

2. Dengan memanaskan air sebelum air diubah menjadi steam di boiler, berarti mempermudah kerja boiler, hanya sedikit saja panas yang perlu ditambahkan.

3. Pemanasan air akan mengurangi thermal shock pada boiler.

4. Steam DrumBerfungsi untuk menyimpan air dalam volume yang besar dan untuk memisahkan uap dari air setelah proses pemanasan yang terjadi dalam boiler. Secara umum, ada empat jenis pipa sambungan dasar yang berhubungan dengan steam drum, yaitu:

4. 1. Feed Water Pipe

Berfungsi mengalirkan air dari economizer ke distribution pipe yang panjangnya sama persis dengan steam drum. Distribute pipe berfungsi mengalirkan air dari economizer secara merata keseluruh bagian steam drum. 4. 2. Downcomer atau Pipa turun

Ditempatkan disepanjang bagian dasar steam drum dengan jarak yang sama antara yang satu dengan yang lainnya. Pipa-pipa ini mengalirkan air dari steam drum menuju boiler circulating pump. Boiler Water Circulating Pump (BWCP) digunakan untuk memompa air dari downcomer dan mensirkulasikannya menuju waterwall yang kemudian air tersebut dipanaskan oleh pembakaran di boiler dan dikirim kembali ke steam drum. 4. 3. Waterwall Pipe

Terletak dikedua sisi steam drum dan merupakan pipa-pipa kecil yang berderet vertikal dalam boiler, setiap pipa disambung satu sama lain agar membentuk selubung yang kontinu dalam boiler. Konstruksi seperti ini disebut konstruksi membran. waterwall bertugas menerima dan mengalirkan air dari boiler circulating pump kemudian dipanaskan dalam boiler dan dialirkan ke steam drum.

4. 4. Steam Outlet Pipe

Merupakan sambungan terakhir, diletakkan dibagian atas steam drum untuk memungkinkan saturated steam keluar dari steam drum menuju superheater.

Dalam steam drum, saturated steam akan dipisahkan dan diteruskan untuk pemanasan lebih lanjut di superheater, sedangkan airnya tetap berada dalam steam drum dan dialirkan ke down comer, dari sini proses akan dimulai lagi. Selain pipa tersebut, juga terdapat blowdown pipa yang letaknya dibagian bawah steam drum, tepat dibawah permukaan air. Saat air berubah menjadi uap, kotoran-kotoran air akan tetap tinggal di air dalam steam drum. Jika konsentrasi kotoran tersebut menjadi tinggi, kemurnian steam yang keluar dari steam drum akan terpengaruh dan akan terbawa ke super heater ataupun ke turbin. Pipa blowdown akan menghilangkan sebagian kotoran air boiler dari permukaan steam drum, dan mengalirkannya sehingga dapat mengurangi konsentrasi kotoran dalam air boiler, dan pada akhirnya dapat menjaga super heater dan turbin tetap bersih.

5.Heater

5. 1. Superheater

Superheater merupakan kumpulan pipa boiler yang terletak dijalan aliran gas panas hasil pembakaran. Panas dari gas ini dipindahkan ke saturated steam yang ada dalam pipa superheater, sehingga berubah menjadi super heated steam.

Superheater ini ada dua bagian, yaitu primary superheater dan secondary superheater. Primary superheater merupakan pemanas pertama yang dilewati oleh saturate steam setelah keluar dari steam drum, setelah itu baru melewati secondary superheater dan menjadi superheated steam. Superheater Steam akan dialirkan untuk memutar high presure turbin, dan kemudian tekanan dan temperaturnya akan turun.

5.2.Reheater

Setelah tekanan dan temperatur Superheater steam turun maka Superheater steam tersebut akan dikembalikan ke boiler untuk pemanasan ulang. Pemanasan ulang ini berlangsung di bagian boiler yang disebut reheater yang merupakan kumpulan pipa boiler yang diberi panas dari gas pembakaran seperti superheater. Jadi reheater berfungsi untuk menaikkan temperatur Superheater steam tanpa mempengaruhi tekanannya. Di bagian reheater, Superheater steam akan dikembalikan untuk memutar Intermediate Presure Turbine(IP) dan Low Presure Turbine (LP). 5.3.Air PreheaterAir preheater adalah instrument yang sistem kerjanya berputar dengan putaran rendah dan berfungsi untuk memanasi udara pembakaran sebelum dikirim ke Furnace. Pemanas Udara pembakaran tersebut diambil dari gas buang hasil pembakaran dari Furnace yang dialirkan melalui air preheater sebelum dibuang ke chimney.

5.4.Feed Water HeaterTerdapat 8 feed water heater, yaitu:

1. Feed Water Heater 8Terletak dibagian bawah Condensor, fungsinya untuk memanaskan air yang keluar dari Condensor. Panas yang digunakan berasal dari extraction LP Turbine.

2.Feed Water Heater 7, 6, & 5

Fungsinya untuk memanaskan air sebelum air memasuki daerator. Panas yang digunakan berasal dari extration LP Turbine.

3.Feed Water Heater 4Terletak diatas daerator. Panas yang digunakan berasal dari extration IP Turbine.

4.Feed Water Heater 3 A-B, 2 A-B & 1 A-BFungsinya untuk memanaskan air yang akan masuk ke economizer, untuk FW Heater 6 A-B & 7 A-B panas yang digunakan berasal dari extration IP Turbine sedangkan untuk FW Heater 8 A-B panas yang digunakan berasal dari extration HP Turbine.

6.FurnaceAda empat syarat pembakaran yaitu bahan bakar, oksigen, panas dan reaksi kimia. Akan tetapi untuk pembakaran di boiler perlu adanya syarat tambahan agar pembakaran di dalam boiler bekerja dengan efisien yaitu turbulensi dan waktu. Waktu yang cukup harus diupayakan agar campuran yang mudah terbakar dapat terbakar seluruhnya. Aliran bahan bakar dalam boiler harus cukup lambat untuk memberikan cukup waktu untuk pembakaran sempurna, kalau tidak bahan yang mudah terbakar akan terkumpul dalam ketel atau cerobong dan menimbulkan bahaya ledakan. Bahaya ledakan dicegah dengan perancangan boiler yang tepat, boiler harus cukup besar untuk memperlambat aliran udara, sehingga sebelum meninggalkan boiler bahan bakar dapat terbakar dengan sempurna.

7.ID Fan, FD Fan dan PA FanUdara pembakaran ada dua macam, yaitu primary air (udara primer) dan secondary air (udara sekunder). Udara primer dipasok oleh primary air fan (PA Fan) yang dihembuskan menuju ke alat penggiling batubara (pulverizer) kemudian bersama-sama dengan serbuk batubara dialirkan ke furnace untuk dibakar (reaksi kimia). Bercampurnya batubara dan udara dibantu oleh dumper tetap yaitu pengatur pengaduk udara sehingga menimbulkan turbulensi yang memungkinkan terjadinya pembakaran yang efisien. Turbulensi mengacu pada gerakan udara didalam furnace, gerakan ini perlu karena dapat menyempurnakan pencampuran udara dan bahan bakar.

Udara primer tidak cukup untuk memenuhi kebutuhan turbulensi untuk melakukan pencampuran bahan bakar secara sempurna atau memenuhi kebutuhan akan oksigen untuk pembakaran sempurna. Untuk itulah diperlukan pasokan dari udara sekunder yang dihasilkan oleh FD Fan bersama ID Fan. Boiler yang bekerja dengan tekanan yang negatif atau dibawah tekanan atmosfir selalu dilengkapi dengan Force Draft Fan (FD Fan) dan Induced Draft Fan (ID Fan). Boiler ini disebut dengan balanced-draft yaitu furnace dengan kipas tarikan seimbang.

8.PulverizerBongkahan-bongkahan batubara yang seperti batu harus dihancurkan menjadi butiran-butiran halus agar batubara mudah tercampur dengan udara. Pulverizer adalah alat untuk menggiling batubara sehingga menjadi halus dan kemudian bersama dengan udara primer akan dialirkan ke furnace. Fungsi lain dari pulverizer adalah untuk mengeringkan batubara sehingga mudah dihaluskan dan dibakar, dan untuk mengklasifikasikan atau menyaring batubara untuk memastikan bahwa batubara yang masuk ke dalam boiler benar-benar halus. Batubara yang tidak tergiling akan keluar melalui sebuah lubang dan ditampung di pyrites hopper dan kemudian dibuang. Gambar aliran udara dan batubara di dalam pulverizer dapat dilihat pada gambar 2. 3. Dalam penggunaan pulverizer yang perlu diperhatikan adalah temperatur dari udara primer, temperatur yang terlalu tinggi dapat menyalakan batubara dari dalam pulverizer dan menyebabkan ledakan. Jika temperatur terlalu rendah, batubara tidak bisa kering benar dan sulit dihaluskan. Temperatur idealnya kira-kira 650 C.

Pulverizer dilengkapi dengan feeder (alat pengisi batubara) yang letaknya diatas pulverizer, berfungsi untuk menyuplai sejumlah batubara sesuai dengan kebutuhaan. Feeder ini mendapat suplai batubara dari penampung batubara yang disebut silo (coal bunker).

Gambar 3.5 Pulverizer PLTU Paiton Unit 99.TurbineKonversi energi terjadi pada turbine blades, Turbin mempunyai susunan blade bergerak berselang seling dengan blade tetap. Steam akan masuk ke turbin dan dialirkan langsung ke turbin blades, blades bergerak dan bekerja untuk mengubah energi thermal dalam steam menjadi energi mekanis berotasi, yang menyebabkan rotor turbin berputar, perputaran rotor ini akan menggerakkan generator dan akhirnya energi mekanik menjadi energi listrik.

Bagian bagian dari turbin:

1. Nozel

Berfungsi untuk merubah energi (pipa pancar) potensial menjadi energi kinetik dari steam. 2. Blades

Berfungsi untuk merubah tenaga kecepatan menjadi tenaga putar. 3. Disck (Roda Turbin)Berfungsi untuk meneruskan tenaga putar turbin kepada pesawat yang digerakkan. Tenaga yang dihasilkan adalah tenaga mekanis steam. Jadi prinsip kerja Turbin adalah tenaga potensial steam diubah menjadi tanaga kinetis pada nozel dan tenaga kinetis ini diubah menjadi tenaga putar pada blade, dengan melalui disck tenaga putar diubah menjadi tenaga mekanis pada poros.

Gambar 3. 6 Turbin HP,IP,dan LP PLTU Paiton Unit 9

10.CondenserSetelah LP Turbin diputar steam kemudian steam akan mengalir menuju condenser untuk didinginkan dan berubah menjadi air. Condenser ada dua A dan B yang letaknya dibawah LP Turbin A dan B. Proses yang terjadi steam bersentuhan langsung dengan pipa yang didalamnya dialiri pendingin berupa air laut. Kondensasi ini mengubah steam menjadi air yang kemudian ditampung di condensate hot well. Air laut selain berfungsi sebagai media heat transfer juga berfungsi untuk mendinginkan kondenser juga mendinginkan closed cooling sistem (air pendingin). Closed cooling sistem ini mendinginkan berbagai per-alatan yang membutuhkan pendinginan seperti air compressor, pump dan generator stator cooling dan juga penting untuk mendinginkan oli untuk pelumasan turbin. Proses pertukaran panas antar close cooling dengan air laut terjadi pada alat yang disebut heat exchanger. Karena adanya blowdown pada steam drum, maka untuk mengembalikan volume air ke volume semula, pada condenser terdapat make-up water untuk menambah volume air. Make up water diambil dari make up demineralizing RO. Kondenser bekerja dalam kondisi vakum, hal ini dikarenakan proses kondensasi yang terjadi yaitu perubahan steam ke air menyebabkan berkurangnya volume. Untuk menjaga agar kondensor dalam keadaan vakum, maka gas-gas yang dilepas dari steam (ketika steam berubah menjadi air) dipompa keluar oleh vakum pump. Alasan lain keadaan vakum adalah efisiensi, steam yang diambil dari turbin adalah enthalpi steam (selisih steam masuk dan keluar) sehingga tekanan diminimalkan agar energi yang dimanfaatkan semakin besar karena Enthalpinya juga besar.

11. PolisherDari condensate hot well, condensate water akan dipompa oleh condensate pump menuju polisher. Condesate pump nya ada tiga, dua aktif dan satu stand by dengan kapasitas tiap pompa sebesar 50%. Di polisher terdapat resin kation dan anion, resin ini berfungsi sebagai:

1. Resin kation : mengikat ion negatif penyebab korosi .

2. Resin anion : mengikat ion positif penyebab kerak atau scale.

Ion- ion tersebuit diikat oleh resin dalam polisher untuk memurnikan air yang masuk ke boiler. Parameter ion-ion itu dapat diukur dengan melihat nilai conductivity-nya (normalnya 0. 2 conductivity tinggi) bisa berarti dua hal :

1. Terdapat kebocoran air laut di dalam polisher , terdeteksi dengan leak detector.

2. Resin telah jenuh dan harus di regenerasi. Regenerasi resin dapat menggunakan: Resin kation : menggunakan asam kuat ( H2SO4) dan Resin anion : menggunakan basa (NaOH)

Dari Polisher, air dipanaskan di feed water heater 2,3 dan 4 dengan sebelumnya diinjeksi amonia untuk meningkatkan pH (pH ideal = 9 -9. 5) agar sodium dari air hilang karena sodium akan mengakibatkan kerusakan pada material boiler . Setelah itu baru ke feed water heater 5 di daerator.

12. DaeratorBerfungsi untuk menyerap atau menghilangkan gas gas yang terkandung pada air pengisi boiler, terutama gas O2, karena gas ini akan menimbulkan korosi. Gas-gas lain yang cukup berbahaya adalah karbon dioksida (CO2). Gas O2 dan CO2 akan bereaksi dengan material boiler dan menimbulkan korosi yang sangat merugikan. Prinsip kerjanya air yang masih mengandung O2 dan CO2 disem-protkan ke steam daerator, sehingga gas-gas tersebut diserap secara thermis dan dikeluarkan melalui valve pelepas udara/gas. Selain itu daerator juga dapat menaikkan temperatur air pengisi boiler (sampai 175C). Penempatan posisi daerator yang tinggi memungkinkan pemberian suction heat yang cukup untuk feed water pump. Dari daerator air akan dipompa dengan tiga feed water pump, dua pompa yang tenaganya dari extraction IP turbin disebut turbin driven pump dan satu pompa yang digerakkan oleh motor disebut motor driven pump, dimana kapasitas tiap pompa 50% menuju feed water heater 3, 2, 1 dan akan menuju ke economizer terus ke steam drum.

13.Circulating Water Sistem

Pada proses kerja PLTU Paiton Unit9 memerlukan air yang diperoleh dari air laut. Sebelum dimasukkan ke boiler air terlebih dahulu di olah melalui 3.1.15.1 Water Treatment.

Pada tahap ini air mengalami beberapa mekanisme fisis antara lain :

Gambar 3. 7 Water Treatment Paiton Unit 9

1. Mechanical accelerated clarifierPrinsip kerja dari mechanical accelerate clarifier adalah pada mechanical agitation di reaksi clarifier pertama akan menyebabkan pengentalan dari tekanan air dan penambahan bahan kimia untuk membantu membentuk partikel-partikel lumpur yang lebih padat. Untuk itu lumpur akan mengalir menuju bagian kedua lalu lumpur dan air akan terpisah pada clarifier. Air akan mengalir menuju pengolahan selanjutnya, lumpur akan diolah lagi.2. Air scouring filterUdara masuk konfigurasi system filter, udara masuk tujuannya adalah untuk mempertahankan proses filtrasi,dan menghilangkan kotoran . dalam proses ini menggunakan udara, lapisan filter dapat pecah terbuka. Proses agitation dapat menyaring partikel bergesekan satu sama lain, membuat polutan dari filter di atas longgar. Jumlah udara saat operasi sesuai dengan situasi actual. Setiap output saringan udara masuk berkapasitas 500m3/ jam3. Sludge thickener1 set sistem pengental lumpur yang mempunyai kapasitas 20m3/jam. Tujuan dari tangki pengental lumpur dari clarifier akan lebih terkonsentrasi di pengental lumpur untuk mengurangi volume lumpur dan beban kerja pada peralatan pengolah lumpur selanjutnya.4. UF membrane

UF pretreatment sistem sebagai system reverse osmosis, tujuannya adalah untuk menghilangkan padatan tersuspensi, koloid, bakteri dan virus dan zat-zat lainnya, untuk system reverse osmosis berikutnya, jangka panjang, operasi stabil jaminan komprehensif. Ultrafiltrasi perangkat menggunakan kerangka struktur, system yang dilengkapi dengan dua set perangkat ultrafiltrasi, masing-masing perangkat membrane ultrafiltrasi ditetapkan 84 KOCH. Setiap perangkat ultrafiltrasoi desain aliran 360m3/jam5. SWRO (Sea Water Revers Osmosis)Sistem reverse osmosis adalah yang paling penting dalam proses desalinasi ini, dengan kapasitas desalinasi tinggi. 2 set membrane kelompok reverse osmosis pengaturan sistem, penggunaan asli dari Dow FILMTIC film SW30HR LE-400, satu set output normal:157m3/jam system desalinasi: satu tahun 99,2%, tiga tahun, 99%, pemulihan sistem: 40%14. Generator

Generator adalah suatu perangkat yang berfungsi untuk mengubah energi mekanik dalam bentuk putaran poros menjadi energi listrik. Generator PLTU Paiton Unit 9 merupakan generator sinkron yang akan membangkitkan tegangan bolak-balik menurut prinsip dasar elektromagnetik. Ada dua struktur kumparan pada mesin sinkron yaitu kumparan medan pada rotor yang mengalirkan penguatan DC dan sebuah kumparan jangkar pada stator tempat dibangkitkannya GGL arus bolak-balik. Kumparan DC pada medan magnet yang berputar dihubungkan pada sumber listrik DC luar melaui slipring dan sikat arang.Generator merupakan jantung dari sebuah pusat pembangkit listrik. Generator membangkitkan listrik yang disuplai ke jaringan transmisi 500kV.Gambar 3. 8 Data Spesifikasi Generator Paiton Unit 923