Laporan Skripsi IDF
-
Upload
aditia-kurniawan -
Category
Documents
-
view
258 -
download
1
Transcript of Laporan Skripsi IDF
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
1/83
LAPORAN TUGAS AKHIR
RANCANGANINDUCED DRAFT FANPADAPULVERIZER COAL
BOILERUNTUK SISTEM PLTU KAPASITAS 200 MW
The Design Of Induced Draft Fans for Pulverizer Coal Boiler with Capacity 200
MW in A Steam Power Plant
Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan
DIPLOMA IV PROGRAM STUDI TEKNOLOGI PEMBANGKIT TENAGA
LISTRIK di JURUSAN TEKNIK KONVERSI ENERGI
Oleh:
ADITIA KURNIAWAN
121724002
TEKNOLOGI PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK
TEKNIK KONVERSI ENERGI
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2016
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
2/83
ii
LEMBAR PENGESAHAN
RANCANGANINDUCED DRAFT FANPADAPULVERIZER COAL BOILER
UNTUK SISTEM PLTU KAPASITAS 200 MW
The design of Induced Draft Fan for Pulverizer Coal Boiler with Capacity 200 MW in A
Steam Power Plant
Diajukan oleh:
Aditia Kurniawan 121724002
Menyetujui:
Pembimbing I
Hartono Budi Santoso, MT.
NIP. 19661107 199512 1 002
Pembimbing II
Maridjo, Drs., MT.
NIP. 19580219 198603 1 003
Mengetahui,
Koordinator Tugas Akhir,
Teguh Sasono, Ir., MT.
NIP. 19640607 199512 1 001
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
3/83
iii
KATA PENGANTAR
Assalammuaalaikum Wr. Wb.
Segala puji dan syukur penulis dipanjatkan ke khadirat Alloh SWT, tak lupa sholawat
serta salam semoga Alloh SWT tetap dilimpah curahkan kepada baginda Rasul, Nabi
Muhammad SAW, kepada keluarganya, para sahabatnya, dan sampai kepada kita selaku
umat yang selalu mengharapkan safaatnya, Amin.
Atas segala rakhmat dan karunia serta cahaya ilmu pengetahuan-Nya yang telah
diberikan kepada penulis, pada akhirnya penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir
ini, yang berjudul RANCANGANINDUCED DRAFT FANPADA PULVERIZED COAL
BOILER UNTUK SISTEM PLTU KAPASITAS 200 MW dengan baik dan lancar.
Penulisan laporan tugas akhir ini ditunjukkan sebagai salah satu syarat kelulusan dari
Program Studi di D-IV Teknologi Pembangkit Tenga Listrik, Departemen Teknik Konversi
Energi, Politeknik Negeri Bandung.
Disadari sepenuhnya oleh penulis bahwa penyusunan laporan tugas akhir ini masih
jauh dari kesempurnaan karena keterbatasan yang dimiliki oleh penulis. Oleh karena itu,
penulis mengharap kritik dan saran yang bersifat membangun dari berbagai pihak agar dalam
penyusunan laporan pada masa yang akan datang menjadi lebih baik lagi.
Semoga dengan penulisan laporan tugas akhir ini dapat memberikan banyak manfaat
bagi para pembaca. Atas perhatian dari semua pihak yang membantu penulisan tugas akhir
ini, penulis ucapkan terima kasih.
Wassalammualaikum Wr. Wb.
Bandung, Oktober 2015
Penulis
Aditia Kurniawan
NIM. 121724002
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
4/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
5/83
v
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... ii
KATA PENGANTAR ........................................................................................... iii
UCAPAN TERIMA KASIH .................................................................................. iv
DAFTAR ISI ........................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... viii
DAFTAR TABEL .................................................................................................. ix
NOMENKLATUR .................................................................................................. x
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ I-1
I.1 Latar Belakang ........................................................................................ I-1
I.2 Tujuan ..................................................................................................... I-2
I.3 Rumusan Masalah ................................................................................... I-2
I.4 Batasan Masalah ..................................................................................... I-2
I.5 Metodologi .............................................................................................. I-3
I.6 Sistematika Penulisan ............................................................................. I-3
BAB II DASAR TEORI ................................................................................ II-1
II.1 Sistem PLTU ....................................................................................... II-1
II.2 Fan ....................................................................................................... II-3
II.2.1 Centrifugal Fan ............................................................................. II-5
II.2.2 Axial Fan ...................................................................................... II-7
II.3 Sistem Draft ........................................................................................ II-9
II.4 Induced Draft Fan .............................................................................. II-11
II.5 Penentuan Kapasitas Induced Draft Fan............................................ II-15
II.5.1 Penentuan Laju Massa Gas Buang ............................................. II-15
II.5.2 Penentuan Laju Volume Gas Buang .......................................... II-17
II.5.3 Penentuan Kebutuhan Tekanan Statis ........................................ II-18
II.5.4 Penentuan Kebutuhan Daya Fan ................................................ II-18
II.5.5 Penentuan Kebutuhan Daya Motor ............................................ II-18
II.6 Penentuan Dimensi Impeller Induced Draft Fan ............................... II-19
II.6.1 Koefisien Kecepatan ................................................................... II-19
II.6.2 Koefisien Diameter dan Rasio Hub ............................................ II-19
II.6.3 Koefisien Tekanan dan Koefisien Volume................................. II-19
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
6/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
7/83
vii
IV.2 Perubahan Beban Terhadap Daya Fan .............................................. IV-1
IV.3 Perubahan Laju Massa dan Volume Terhadap Daya Fan ................. IV-1
BAB V PENUTUP ......................................................................................... V-1
V.1 Simpulan ............................................................................................. V-1
V.2 Saran .................................................................................................... V-1
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... xii
LAMPIRAN A ..................................................................................................... xiii
LAMPIRAN B ...................................................................................................... xv
LAMPIRAN C ................................................................................................ xxxvii
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
8/83
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1 Skema Sistem PLTU Kapasitas 2 X 200 MW ................................ II-1
Gambar II.2 Komponen Utama pada PLTU ....................................................... II-2
Gambar II.3 Diagram T-s siklus rankine............................................................. II-3
Gambar II.4 Hukum fan ...................................................................................... II-4
Gambar II.5 Aliran Udara Centifugal Fan Jenis Radial-Tip ............................... II-5
Gambar II.6 Centifugal Fan Jenis Forward-Curved ............................................ II-6
Gambar II.7 Aliran Udara Centifugal Fan Jenis Backward-Inclined Fan ........... II-7
Gambar II.8 Axial Fan Jenis Propeller. ............................................................... II-8
Gambar II.9 Axial Fan Jenis Tube Axial ............................................................ II-8
Gambar II.10 Axial Fan Jenis Vane Axial .......................................................... II-9
Gambar II.11 Empat macam draft sistem udara pembakaran ........................... II-11
Gambar II.12 Letak Induced Draft Fan pada sistem PLTU .............................. II-12
Gambar II.13 Induced Draft Fans dengan menggunakan Damper ................... II-14
Gambar II.14 Rasio Hub untuk Instalasi Impeller ............................................ II-20
Gambar II.15 Komponen Segitiga Kecepatan pada suatu Blade. ..................... II-21
Gambar II.16 Koefisien Cascade Weinig. ........................................................ II-22
Gambar II.17 Grafik Penentuan Kenaikan Sudut pada Profil. .......................... II-23
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
9/83
ix
DAFTAR TABEL
Tabel II.1 Penentuan Kebutuhan Tekanan Statis .............................................. II-18
Tabel III.1Ultimate Coal Analysis.................................................................... III-2
Tabel III.2 Kebutuhan Tekanan StatisFan........................................................ III-4
Tabel III.3 Perhitungan Desain Impeller ............................................................ III-8
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
10/83
x
NOMENKLATUR
Abu Kandungan abu dalam bahan bakar, %
C Kandungan karbon dalam bahan bakar, %
Kecepatan Absolut fluida, m/s Kecepatan Meridional, m/s Kecepatan absolut komponen u, m/sDCA Drain Cooler Approach, Diameter hub, m Diameter impeller, mg Percepatan Gravitasi, m/s2
Gap Jarak antara casing dan impellr, mm
H Kandungan hidrogen dalam bahan bakar, %
Head, m Entalpi, kJ/kgHHV Higher Heating Value, kJ/kmol bahan bakar
LHV Lower Heating Value, kJ/kmolbahan bakar
Panjang chord Airfoils(Span), m
Massa, kg Laju massa, kg/sn Putaran, rpm
O Kandungan oksigen dalam bahan bakar, %
Tekanan, mmWG Panas, kJ
Laju Panas, kJ/s
Jari-jari seksi dari titik pusat, mS Kandungan Sulfur dalam bahan bakar, %
Ketebalan Airfoils, mm/ Rasio tebal dan panjang airfoil Jarak tiap airfoils, mT Temperatur,
/ Rasio pitch
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
11/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
12/83
I-1
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, kebutuhan
masyarakat akan energi listrik menjadi sangat besar. Untuk memenuhi kebutuhan
energi listrik di Indonesia, pemerintah melalui badan usaha milik negara (BUMN)
yakni PT PLN telah mengeluarkan Rencana Usaha Penyediaan Tenaga Listrik
(RUPTL) untuk periode tahun 2015-2024. Dalam RUPTL tersebut disebutkan
bahwa tahun 2015-2019, PT PLN bersama dengan Independent Power Produsen
(IPP) dalam hal ini adalah pihak swasta akan membangun beberapa pembangkit
tenaga listrik yang terdiri atas Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), Air
(PLTA), Geothermal (PLTP) serta Gas dan Uap (PLTGU) dengan kapasitas
terpasang sebesar 35.000 MW. Dari total 35.000 MW tersebut, sebagian besar akan
disuplai oleh PLTU.
PLTU merupakan pembangkit tenaga listrik yang paling komplek diantara jenis
pembangkit lainnya. PLTU terdiri atas komponen utama dan komponenBalance of
Plant (BOP) yang saling terintegrasi satu dengan yang lainnya. Komponen utama
PLTU terdiri atas boiler, turbin, generator, kondensor, dan pompa. Sedangkan
komponen BOP terdiri atas peralatan bantu seperti Coal Handling, Water
Treatment, Start Up Boiler, sistem pendinginan, sistem pelumasan dan perlatan
pembantu komponen utama. Tanpa adanya dukungan dari komponen pembantu,
suatu PLTU tidak akan mampu bekerja dengan baik.
Salah satu komponen auxiliarydari boiler yang memiliki fungsi yang sangat
penting pada suatu PLTU adalahInduced Draft Fan(ID Fan).Induced Draft Fan
adalah kipas yang digunakan untuk mengalirkan gas buang hasil pembakaran di
ruang bakar boiler menuju chimney. Induced Draf Fan bekerja untuk
mempertahankan tekanan pada furnaceboiler dibawah tekanan atmosfer dengan
cara menghisap flue-gasdan mengalirkannya untuk dibuang ke atmosfer melalui
chimneysehingga sirkulasi udara pembakaran pada boiler tetap seimbang.
Besarnya tekanan dan volume flue-gasyang dihisap oleh ID Fan diatur oleh
besarnya sudut dari blade pitch ID fan.Semakin besar bukaan sudut dari blade pitch
maka tekanan yang dihisap akan semakin besar. Selain itu, besarnya tekanan dan
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
13/83
I-2
laju alir massaflue-gasjuga bisa diatur melalui pengaturan putaranID fantersebut
menggunakan damperdan VFD.
Dengan pentingnya peranID fandalam sistem PLTU, maka pada skripsi kali ini
penulis akan merancangID fanuntuk PLTU dengan kapasitas 200 MW.
I.2 Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai skripsi ini adalah:
1. Mengetahui cara kerja induced draft fanpada PLTU.
2. Mendesain induced draft fanuntuk PLTU dengan kapasitas 200 MW.
3.
Mengetahui performa induced draft fanyang digunakan untuk sistem PLTU
dengan kapasitas 200 MW.
I.3 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah pada skripsi ini adalah:
1. Penentuan kesetimbangan massa gas buang untuk induced draft fanpada
PLTU dengan kapasitas 200 MW.
2. Penentuan spesifikasi dari fandan motor yang digunakan untuk induced
draft fanpada PLTU dengan kapasitas 200 MW.
3. Analisis pengaruh pembeban terhadap kinerja induced draft fan untuk
PLTU dengan kapasitas 200 MW.
I.4 Batasan Masalah
1. Perencanaan perhitungan mencakup balance massa flue-gas, spesifikasi
fan,dimensifan dan poros,pemilihan bahanfanserta gambar teknik desain
induced draft fanmenggunakan standar yang ada.
2. Perancangan ini tidak meliputi instalasi ductsuntukflue-gasyang dialirkan
oleh induced draft fan, sistem pendinginan dan sistem pengaturan laju
massaflue-gas serta analisis aliran fluida yang dihisap oleh induced draft
fan.
3. Perencanaan perhitungan ini hanya mencakup pemilihan spesifikasi motor
penggerak fan, tidak membahas sistem kelistrikan, sistem kendali dan
sistem proteksi untuk motor penggerak.
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
14/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
15/83
I-4
dengan bantuan referensi tersebut penulis mampu merancang sebuah induced
draft fanuntuk PLTU kapasitas 200 MW.
BAB III PERANCANGANINDUCED DRAFT FAN
Pada bab ini berisi tentang tahapan-tahapan perancangan dari induced draft
fan. Tahapan-tahapan dimulai dari menghitung laju massa gas buang secara
stokiometrik dan termodinamika, kemudian memverifikasi dengan data hasil
simulasi menggunakan software. Selanjutnya memilih spesifikasi fan dan
motor yang cocok untuk induced draft fan tersebut.
BAB IV ANALISIS PERANCANGAN
Bab ini berisi tentang analisis-analisis dari perhitungan laju massa gas
buang yang dialirkan oleh induced draft fan. Selain itu pada bab ini juga akan
dibahas mengenai pengaruh pembebanan terhadap kinerja induced draft fan.
BAB V PENUTUP
Bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil perancangan induced draft fan
untuk sistem PLTU kapasitas 200 MW, serta spesifikasifandan motor yang
cocok.
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
16/83
II-1
BAB II
DASAR TEORI
II.1 Sistem PLTU
Pembangkit listrik tenaga uap atau PLTU merupakan jenis pembangkit tenaga
listrik yang paling banyak digunakan di Indonesia. Pembangkit jenis ini umumnya
digunakan untuk menopang beban-beban dasar (base load) pada jaringan
interkoneksi. Umumnya PLTU di Indonesia menggunakan bahan bakar batu bara
sebagai bahan bakarnya. Namun ada juga beberapa PLTU yang menggunakan gas
alam sebagai bahan bakar.
Gambar II.1 Skema Sistem PLTU Kapasitas 2 X 200 MW
Sumber: Mursal. 2015. PengoperasianBoiler Feedwater System. PT. Indonesia
Power: UP Pangkalan Susu.
PLTU merupakan pembangkit listrik tenaga yang paling kompleks karena
menggunakan peralatan yang cukup banyak bila dibandingkan dengan pembangkit
listrik jenis lainnya. PLTU terdiri atas komponen utama atau yang disebut main
componentdan komponen pembantu yang disebutBalance of Plant(BOP).
Komponen utama PLTU terdiri atas boiler, turbin, kondensor, pompa dan
generator beserta dengan peralatan bantu masing-masing alat. Sedangkan BOP
pada sistem PLTU meliputi coal handling plant, ash handling plant,fuel handling
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
17/83
II-2
plant, water treatment plant, waste water treatment plant, circulating water system,
fire protection, detection and alarmdan sistem instrumentasi.
Gambar II.2 Komponen Utama pada PLTU
Sumber: Cengel. A Yunus. 2006. THERMODYNAMICS: An Engineering
Approach, FifthEdition. McGraw-Hill: New York
PLTU membangkitkan listrik dengan cara menerapkan siklus rankine yakni
siklus termodinamika yang mengubah panas menjadi kerja. Pada prosesnya,
pemanasan air umpan hingga menjadi uap bertekanan tinggi dilakukan di boiler.
Kemudian uap tersebut dialirkan menuju turbin untuk menggerakkan turbin yang
telah dikopel dengan generator sehingga dihasilkan listrik. Selanjutnya uap yang
telah digunakan untuk memutar turbin tersebut dikondensasikan lagi di kondensor
hingga menjadi air kondensat. Pada siklus tertutup, air kondensat ini digunakan
kembali sebagai air umpan boiler menggunakan pompa.
Berikut ini cara kerja siklus rankine menggunakan diagram T-s:
Proses 1-2, fluida dalam bentuk cair (air umpan) dipompakan dari tekanan
rendah ke tekanan tinggi. Proses ini memerlukan sedikit input energi.
Proses 2-3, Fluida cair bertekanan tinggi masuk boiler masuk dimana fluida
dipanaskan hingga menjadi uap pada tekanan konstan menjadi uap jenuh.
Proses 3-4, Uap jenuh bergerak menuju turbin, menghasilkan energi listrik.
Hal ini mengurangi temperatur dan tekanan uap, dan mungkin sedikit
kondensasi juga terjadi.
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
18/83
II-3
Proses 4-1, Uap basah memasuki kondensor dimana uap diembunkan dalam
tekanan dan temperatur tetap hingga menjadi cairan jenuh.
Gambar II.3 Diagram T-s siklus rankine
Sumber: Cengel. A Yunus. 2006. THERMODYNAMICS: An Engineering
Approach, FifthEdition.McGraw-Hill: New York
Dalam siklus rankine ideal, pompa dan turbin adalah isentropik, yang berarti
pompa dan turbin tidak menghasilkan entropi dan memaksimalkan output kerja.
Dalam siklus rankine yang sebenarnya, kompresi oleh pompa dan ekspansi dalam
turbin tidak isentropik. Dengan kata lain, proses ini tidak bolak-balik dan entropi
meningkat selama proses. Hal ini meningkatkan tenaga yang dibutuhkan oleh
pompa dan mengurangi energi yang dihasilkan oleh turbin. Secara khusus, efisiensi
turbin akan dibatasi oleh terbentuknya titik-titik air selama ekspansi ke turbin akibat
kondensasi. Titik-titik air ini menyerang turbin, menyebabkan erosi dan korosi,
mengurangi usia turbin dan efisiensi turbin. Cara termudah dalam menangani hal
ini adalah dengan memanaskannya pada temperatur yang sangat tinggi.
II.2 Fan
Fanatau yang dikenal sebagai kipas merupakan peralatan yang sangat penting
keberadaannya bagi sebuah pembangkit tenaga listrik. Dalam suatu pembangkit
tenaga listrik, khususnya PLTU,fanmemiliki fungsi sebagai penyedia udara untuk
proses pembakaran, udara untuk membuat batu bara melayang diruang bakar dan
http://id.wikipedia.org/wiki/Erosihttp://id.wikipedia.org/wiki/Korosihttp://id.wikipedia.org/wiki/Korosihttp://id.wikipedia.org/wiki/Erosi -
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
19/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
20/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
21/83
II-6
2. Forward-Curved
Sesuai dengan namanya, Forward-curved fan akan mengalirkan udara
sesuai dengan arah putarannya. Fanjenis ini digunakan pada lingkungan yang
bersih dan bekerja pada temperature yang lebih rendah. Fanini bekerja dengan
baik pada industri yang membutuhkan tip speedyang rendah namun memiliki
kerja alju udara yang tinggi. Namun fan jenis ini memiliki efisiensi yang
rendah, selain itu pemilihan driver harus dilakukan dengan hati-hati untuk
menghindari beban lebih (overload) pada motor.
Gambar II.6 Centifugal FanJenis Forward-Curved
Sumber: Bleier, P Frank. 1998. Fan Handbook: Selection, Application and
Design. McGraw-Hill: New York.
3. Backward-Inclined
Backward-inclined fanlebih efisien dibandingkan dengan forward-curved
fan. Fan jenis ini jugadikenal sebagai non-overloading fan karena bisa
beroperasi dengan baik pada saat perubahan tekanan statik tanpa menyebabkanbeban lebih (overload) pada motor. Fan dapat bekerja dengan baik dalam
mengatasi laju udara yang berubah-ubah, oleh karenanya fanjenis ini sangat
cocok untuk keperluanforced draft servicepada PLTU.
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
22/83
II-7
Gambar II.7 Aliran Udara Centifugal FanJenisBackward-Inclined Fan
Sumber: Bleier, P Frank. 1998. Fan Handbook: Selection, Application and
Design. McGraw-Hill: New York.
II.2.2 Axial Fan
Axial fanmemiliki aliran udara dan gas yang paralel dengan poros kipasnya.
Axial fan banyak digunakan pada industri pesawat terbang, karena mampu
menghasilkan aerodinamika udara yang baik. Selain itu axial fan memiliki
kelebihan pada konstruksinya yang compact sehingga tidak memerlukan area
yang luas, memiliki berat yang ringan serta bila ditinjau dari segi ekonomi lebih
murah dibandingkan dengan centrifugal fan.Axial fan dikelompokkan dalam 3
jenis yakni:
1. Propeller
Propeller fanbekerja pada putaran rendah dan temperature yang sedang.
Propeller fan mampu mengatasi perubahan laju udara yang besar dengan
perubahan tekanan statik yang kecil serta dapat mengatasi besarnya volume
udara pada tekanan yang rendah. Fan jenis ini banyak digunakan di dalam
ruangan sebagai exhaustfandan di luar ruangan untuk aplikasi udara pendingin
kondensor. Namunfanjenis ini memiliki kekurangan pada efisiensinya yang
rendah yakni berkisar 50% atau kurang.
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
23/83
II-8
Gambar II.8Axial FanJenis Propeller.
Sumber: Bleier, P Frank. 1998.Fan Handbook: Selection, Application andDesign. McGraw-Hill: New York.
2. Tube Axial
Tube axial fan memiliki wheel impeller dan cylindrical housing. Wheel
berputar lebih cepat daripropeller,sehingga mampu bekerja di bawah tekanan
250-400 mmWC. Fan ini juga memiliki efisiensi yang lebih baik daripropeller
yakni 65% dan banyak digunakan sebagai exhaust fan.
Gambar II.9Axial FanJenis Tube Axial
Sumber: Bleier, P Frank. 1998. Fan Handbook: Selection, Application and
Design. McGraw-Hill: New York.
3. Vane Axial
Vane axial fanhampir sama dengan dengan tube axial fan, perbedaannya
terletak pada adanya penambahan guide vane yang dapat meningkatkan
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
24/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
25/83
II-10
Sistem Udara Pembakaran Forced Draft
Dalam sistem ini, seluruh saluran udara, ruang bakar boiler hingga ke
saluran gas bekas bertekanan positif (lebih tinggi dari tekanan atmosfir).
Umumnya diterapkan pada boiler berbahan bakar minyak. Aliran udara
pembakaran dan gas bekas dihasilkan olehfantekan paksa (Forced Draft Fan
/FDF). Pada sistem ini, tekanan yang paling tinggi berada pada sisi tekan
(discharge) FDFdan semakin mendekati cerobong tekanan semakin rendah.
Sistem Udara PembakaranInduced Draft
Pada sistem Induced Draft, IDF dipakai untuk menghisap udara
pembakaran dan flue gasdari boiler. Sehinga dalam ruang bakar semuanya
bertekanan negatif. Sistem ini digunakan pada boiler batu bara berkapasitas
kecil.
Sistem Udara PembakaranBalance Draft
Pada sistem Balanced Draft, FDF dipakai untuk menghembuskan udara
pembakaran sementara kipas hisap paksa IDFdipakai untuk menghisap gas
bekas hasil pembakaran dari ruang bakar ketel. Karenanya, sepanjang laluan
udara dan gas bekas, ada daerah yang bertekanan positif (lebih tinggi dari
tekanan atmosfir), dan ada daerah yang bertekanan negatif (lebih rendah dari
tekanan atmosfir). Itulah sebabnya sistem ini disebut balanced draft. Ruang
bakar biasanya termasuk kedalam daerah yang bertekanan negatif. Daerah
bertekanan paling tinggi adalah disisi tekan (discharge) FDF dan secara
bertahap turun menuju negatif dimana tekanan paling rendah adalah disisi
hisap IDF. Ilustrasi sistem ini terlihat seperti gambar di atas dan umumnya
diaplikasikan pada boiler PLTU batubara. Di dalam Pengoperasian Peralatan
Udara Pembakaran di Unit PLTU UJP Pangkalan Susu menggunakan tipe
balanced draft. Peralatan udara pembakaran ini terbagi menjadi 2 (dua) sistem,
yaitu sistem suplai udara pembakaran (Secondary Air) dan sistem suplai udara
pengangkut serbuk (Primary Air). Selain 2 (dua) sistem udara tersebut,
peralatan udara pembakaran didukung pula oleh sistem udara tambahan yaitu
sistem seal airdan cooling air.
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
26/83
II-11
Gambar II.11 Empat macam draft sistem udara pembakaran
Sumber: Mursal. 2015. PengoperasianBoiler Feedwater System. PT. Indonesia
Power: UP Pangkalan Susu.
II.4 Induced Draft Fan
Induced draft fan (IDF) memegang peranan yang sangat penting bagi sebuah
PLTU.IDFberfungsi untuk mengalirkan gas buang hasil pembakaran bahan bakar
untuk dibuang ke atmosfer agar keseimbangan udara pembakaran di furnacetetapterjaga. IDF beroperasi dengan menghasilkan udara dengan tekanan dibawah
tekanan atmosfer sehingga dapat mengalirkan gas buang ke atmosfer melalui
chimney.
Pada sistem boiler draft, IDF membutuhkan energi yang lebih besar bila
dibandingkan dengan energi yang dikonsumsi oleh Primary Air Fan (PAF) dan
Force Draft Fan(FDF). Hal ini disebabkan karenaIDFmengalirkan 2 fluida secara
bersamaan, yakni udara hasil pembakaran dan partikel hasil pembakaran yang tidak
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
27/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
28/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
29/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
30/83
II-15
Selain keenam hal tersebut, dalam pemilihan fanhal yang harus diperhatikan
pula adalah marginfanatau safety factor. Perhitungan marginfanmerupakan aspek
yang paling critical dalam menentukan ukuran fan yang benar. Margin yang
dimaksudkan mengenai beberapa aspek yakni volume, tekanan kerja, temperatur
ambient dan temperatur kerja termasuk juga kondisi pada saat boiler maximum
continuous rating(MCR).
Regulasi mengenai safetymargin untukfansecara terus-menerus diperbaharui
dan didesain kembali oleh para engineers untuk menghindari kesalahan dalam
penentuan nilai margin agar tidak terlalu besar, karena dapat meningkatkan biaya
investasi dan akan meningkatkan penggunaan energi. Umumnya pelaku industri
manufakturfantelah menyepakati nilai safetymargin untuk draft fanpada boiler
jenis coal fireyakni sebagai berikut (Boiler and Burners Design, Prabir Basu, 2000
hal 479 dan 480):
20% untuk volume
30% untuk daya poros
20% untuk tekanan kerja
20% untuk temperatur
II.5 Penentuan KapasitasInduced Draft Fan
Perancangan ini terdiri atas basic dan detail desain. Basic desain yang dimaksud
terdiri atas penentuan kapasitasfan sesuai dengan kebutuhan gas buang, sedangkan
detail desain terdiri atas dimensi, pemilihan bahan dan gambar teknik dari
rancanganfan. Berikut ini tahapan perancangan induced draft fan:
II.5.1 Penentuan Laju Massa Gas Buang
Gas asap merupakan produk hasil dari pembakaran bahan bakar dengan udara.
Berdasarkan reaksi pembakaran, komposisi dari gas asap yang dihasilkan dalam
setiap 1 kg bahan bakar yang di bakar dapat dihitung dengan persamaan sebagai
berikut (Djokosetyardjo, 2006):
Gas CO2
= 3,67 ............................................................................. (1)dimana,
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
31/83
II-16
CO2: massa gas CO2hasil Pembakaran C : % volume karbon dalam bahan bakar
Gas SO2 = 2 ................................................................................. (2)dimana,
SO2: massa gas SO2hasil Pembakaran S : % volume sulfur dalam bahan bakar
Gas H2O
= 9 ................................................................ (3)dimana,: % volume air dalam bahan bakarH : % volume hidrogen dalam bahan bakar
H2O : massa gas H2O hasil Pembakaran Gas N2
=77%
.................................... (4)
= , ++, ..................................................... (5) = 1 .......... (6)dimana,
N2: massa gas H2O hasil Pembakaran C : % volume karbon dalam bahan bakar
H : % volume hidrogen dalam bahan bakar
N : % volume nitrogen dalam bahan bakar
O : % volume oksigen dalam bahan bakar
S : % volume sulfur dalam bahan bakar
Gas O2 =0,23 ...................................... (7)dimana,
O2: massa gas O2hasil Pembakaran
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
32/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
33/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
34/83
II-19
dimana,
: Daya motor
: Dayafan
: Efisiensi motor, asumsi 0,935II.6 Penentuan Dimensi ImpellerInduced Draft Fan
II.6.1
Koefisien Kecepatan
Koefisien kecepatan () dapat diketahui melalui persamaan berikut: =
,
......................................................................... (16)dimana,
: Koefisien kecepatan : Laju volume gas buang : Total tekanan statis : Faktor massa jenis medium : Kecepatan putaranfan
II.6.2
Koefisien Diameter dan Rasio Hub
Koefisien diameter () dan rasio hub () dapat ditentukan melalui grafik padaGambar II.14 dengan koefisien kecepatan diketahui terlebih dahulu.
II.6.3 Koefisien Tekanan dan Koefisien Volume
Koefisien tekanan () dapat dihitung melalui persamaan berikut: = .................................................................................................... (17)Dan koefisien volume (
) dihitung menggunakan persamaan berikut:
= ..................................................................................................... (18)dimana,
: Koefisien kecepatan : Koefisien diameter : Koefisien tekanan : Koefisien volume
: Rasio hub
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
35/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
36/83
II-21
: Diameter hub : Rasio hubPembagian seksi airfoil (nseksi) pada perancangan ini ditentukan sebanyak 5
seksi, dimana untuk seksi pertama () merupakan jari-jari diameter impeller dan() adalah jari-jari hub impeller. Jarak tiap seksinya dapat dihitung menggunakan
persamaan berikut:
= ....................................................................... (21)II.6.5 AirfoilImpeller Fan
Perancangan airfoil impellers fan umumnya dimulai dengan menggunakan
komponen segitiga kecepatan. Komponen segitiga kecepatan itu sendiri terdiriatas 3, yakni kecepatan absolut fluida masuk sudu impeller (), kecepatan relativefluida terhadap impeller (), kecepatan putar impeller () serta sudut-sudut yangdibentuknya. Seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut:
Gambar II.15 Komponen Segitiga Kecepatan pada suatu Blade.
Sumber: Eck, Bruno. 1973. Fan: Desing and Operation of Centrifugal, Axial-
Flow and Cross-Flow Fan.Pergamon Press: New York
Komponen segitiga kecepatan diatas, dapat dihitung menggunakan persamaan
berikut:
=
................................................................................................ (22)
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
37/83
II-22
= .................................................................................. (23)
=
...................................................................................... (24)
= ............................................................................................. (25) = .......................................................................................... (26) = ............................................................................................... (27) = + .............................................................................................. (28)Umumnya pada perancangan impellers fan, rasio t/l yang terbaik adalah
0,5
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
38/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
39/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
40/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
41/83
II-26
II.8 Penentuan Dimensi Casing Fan
Casing perannya sangat krusial untuk aplikasi pada induced draft fan ini.
Casing berfungsi untuk menyalurkan gas buang yang dihisap oleh fan menuju
chimney yang akan dibuang ke atmosfer. Konstruksi IDF yang paling banyak
digunakan pada pembangkit yakni:
Gambar II.18 Casing Induced Draft Fans
Sumber: Lothar Muller. Variable-Pitch Axial Flow Fan for Thermal Power
Station.
Dalam perancangan casing fan ini, hal yang paling penting selain dari material
adalah celah (gap) antara casing dan impeller. Gap casing fan ini bisa mencapai
lebih dari 35 cm. Namun hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan gap yang
terlalu besar, efisiensi yang akan dicapai oleh fan akan turun dibawah 50%. Hal ini
berbeda dengan saluran (duct), semakin besar diamater saluran, maka gesekan
antara fluida dengan permukaan saluran akan semakin kecil dan akan
meminimalkan biaya operasi.
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
42/83
II-27
II.8.1 Menentukan Gap Casing
Besarnya gap casing fan yang optimal dapat dihitung menggunakan
persamaan berikut:
= ................................................................................... (44)dimana,
: Jarak antara casing dan impeller : Diameter kerjafan
II.8.2 Menentukan Diamter Casing
Pada perancangan ini, casing fandirancang berbentuk tabung dengan diameter
dihitung menggunakan persamaan berikut:
= ......................................................................... (45)dimana,
: Diameter casingfan
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
43/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
44/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
45/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
46/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
47/83
III-5
AH Secundary 3 76,2
Duct to ESP 0,5 12,7
ESP 2 50,8
Duct to Stack 1 25,4
Stack 1 25,4
Total 15 381
= = 1,2 381
= 457,2
III.2.4
Kebutuhan DayaFan
= 102
= 1 , 3 216,84[ ] 457,2 0,9102
= 1403,95 III.2.5
Kebutuhan Daya Motor
= = 1403,950,935 = 1501,55
III.3 Penentuan DimensiImpeller Induced Draft Fan
III.3.1Koefisien Kecepatan
= 128,5
= 128,5 216,84 457,20,125
985=1,0821
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
48/83
III-6
III.3.2Koefisien Diameter dan Hub Rasio
Pada perancangan ini, melalui grafik Koefisien diameter () diketahui sebesar1,605 dan hub rasio (
) sebesar 0,585
III.3.3
Koefisien Tekanan dan Koefisien Volume
Koefisien tekanan () pada perancangan ini dihitung menggunakan persamaan(17) dan (18), yakni sebagai berikut:
= = 11,0821 1,605
=0,3351
Dan koefisien volume () sebesar: = 1 = 11,08211,605=0,2235
III.3.4
Diameter Impeller dan Hub
Diameter kerja fan (
) pada perancangan ini dihitung menggunakan
persamaan (19) sebesar:
= 60 2
= 60 985 16457,20,3351
= 2,88
Selanjutnya diameter hub () dihitung menggunakan persamaan (20) yakni: = = 2,88 0,585 = 1,68 Pembagian seksi airfoil pada perancangan ini ditentukan sebanyak 5 seksi,
jarak tiap seksi ditentukan berdasarkan persamaan (21), yakni sebesar:
= 1
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
49/83
III-7
Jarak tiap seksi = 2,881,684 = 0,14941 = , = 1,44 m = 1,44 0,14941 = 1,29 = 1,29 0,14941 = 1,14 = 1,14 0,14941 = 0,99 = 0,99 0,14941 = 0,84
III.3.5AirfoilImpeller Fan
Komponen segitiga kecepatan pada perancangan ini dihitung berdasarkan
persamaan (21)persamaan (37), yakni sebagai berikut:
= 2,8898560 =148,54 = 216,844 2,881,68 =50,60
= 8457,20,9148,54 =27,36
=( 50,60148,54)=18,81 =( 50,60148,5427,36)=22,662 = 2 = 22,66
18,812 =1,93 = 18,81 22,662 =20,74Untuk contoh perhitung
ini, rasio t/l yang digunakan 1,25 dan rasio (
)
sebesar 0,26. Sehingga peningkatan sudut keluaran () dapat dihitung, yakni: = 2 1 =1,93 10,260,26 =5,48 = = 1 8 , 8 1 5,48 =13,33 = = 2 2 , 6 6 5,48 =28,14Rasio s/l untuk sisi dalam impeller ditetapkan sebesar 0,06, sehingga dapat
ditentukan menggunakan grafik pada gambar 2.1 yakni sebesar 0,8. Dengan
demikian kenaikan sudut keluaran adalah sebagai berikut:
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
50/83
III-8
= () = 0,8( 11,25)
=0,51
" =
= 13,33
0,51
=13,84
" = = 28,14 0,51 =28,66Untuk ukuran span airfoils pada seksi adalah sebagai berikut: = = 2,8811 =0,82 = =0,82 11,25 =0,658 Dan sudut airfoils untuk seksinya adalah: = 20,74 0,8 =21,25
Hasil perhitungan di atas ditabulasi ke dalam tabel berikut ini:
Tabel III.3 Perhitungan Desain Impeller
Seksi (m) (m) u (m/s) Cu(m/s) 1,44 2,88 148,54 27,36 0,06 18,81 22,66 1,29 2,58 133,13 30,53 0,06 20,81 26,25
1,14 2,28 117,72 34,52 0,06 23,26 31,31
0,99 1,98 102,31 39,72 0,06 26,32 38,95 0,84 1,68 86,90 46,77 0,065 30,21 51,582 1
1,93 20,74 1,25 0,26 2,85
2,72 23,53 1,125 0,33 2,03
4,02 27,28 1 0,41 1,44
6,32 32,63 0,875 0,51 0,96
10,69 40,90 0,75 0,615 0,63
5,48 13,33 28,14 0,8 0,51
5,52 15,29 31,77 0,815 0,64
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
51/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
52/83
III-10
tegangan tarik () 84 MPa dan dan faktor keamanan adalah 6. Maka tegangangeser () dapat dihitung menggunakan persamaan (40), yakni:
=
= 846 =14 Kemudian diameter poros dapat ditentukan menggunakan persamaan (42),
yakni sebagai berikut:
= 1 6
= 14457,08416 1 4 1 0 =0,1743 Sehingga diameter poros pada perancangan ini adalah 17,43 cm
III.4.3Penentuan Panjang Poros
Pada perancangan ini, diasumsikan poros hanya bekerja pada kondisi kerja
normal, sehingga sudut defleksi puntiran diasumsikan 0,25. Maka panjang porosberdasarkan persamaan (43) adalah sebagai berikut: = 5 8 4 = 584
=0,257647,872 [
]174,303
5841484409,099.
=2035,8 III.5 Penentuan Dimensi Casing Fan
III.5.1
Menentukan Gap Casing
Gap casing fan dihitung menggunakan persamaan (45), yakni sabagai berikut:
=
100
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
53/83
III-11
= 2880 100 =28,8untuk mempermudah perancangan maka besarnya gap casingdipilih sebesar
30 mm.
III.5.2Menentukan Diameter Casing
Pada perancangan ini besarnya diamter casing fan yakni sebagai berikut:
= =288030
=2910
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
54/83
IV-1
BAB IV
ANALISIS PERANCANGAN
IV.1 Perubahan Beban Terhadap Laju Massa dan Volume Gas Buang
IV.2 Perubahan Beban Terhadap DayaFan
IV.3
Perubahan Laju Massa dan Volume Terhadap DayaFan
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
55/83
V-1
BAB V
PENUTUP
V.1 Simpulan
V.2 Saran
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
56/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
57/83
xii
DAFTAR PUSTAKA
1.
Basur, Prabi. 2000.Boiler and Burners Design and Theory. Springer Spancer:
Amerika Serikat.2. Black and Veatch. 1996. Power Plant Engineering, 1st Edition. Springer
Spancer: Amerika Serikat.
3. Bleier, P Frank. 1998. Fan Handbook: Selection, Application and Design.
McGraw- Hill: New York.
4.
Cengel.A Yunus. 2006. THERMODYNAMICS: An Engineering Approach,
Fifth Edition. McGraw-Hill: New York.
5.
Eck, Bruno. 1973. Fan: Design and Operation Of Centrifugal, Axial-Flow
and Cross-Flow Fan. Pergamon Press: New York.
6. Turner, R. C. 1966.Notes on Ducted Fan Design. Ministry Of Aviation:
London.
7. Wallis, R. A. 1961.Axial Flow Fan Design and Practice. Academic Press:
New York.
8. http://m-selig.ae.illinois.edu/ads/coord_database.html (diakses pada 26 Mei
2016, pukul 08.53 WIB).
http://m-selig.ae.illinois.edu/ads/coord_database.htmlhttp://m-selig.ae.illinois.edu/ads/coord_database.html -
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
58/83
xiii
LAMPIRAN A
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
59/83
xiv
Curiculum Vitae
1. Data Pribadi
Nama : Aditia Kuriawan
Tempat, Tanggal Lahir : Tanjung Enim, 29 Mei 1994
Agama : Islam
Status Pernikahan : Belum Menikah
Alamat : JL. Flamboyan 17, RT 17, RW 06, No. 44, Sekip
Bengkulu
HP :0852-0855-0579
Email : [email protected]
IPK : 3,35
2. Riwayat Pendidikan
2012-2016 : D-4 Teknologi Pembangkit Tenaga Listrik,
Politeknik Negeri Bandung
2009-2012 : SMA Negeri 17 Palembang
2006-2009 : SMP IT IQRA Bengkulu
2000-2006 : SD IT IQRA Bengkulu
3. Riwayat Organisasi
2012-2013 : Wakil Ketua Forum Mahasiswa Sriwijaya
2012-2013 : Anggota Departemen Wirus HMTE
2012-2013 : Anggota Wirus POLBAN
4.
Pengalaman Kerja24 Agustus-25 September 2015 : Kerja Praktik Lapangan di PT PJB UP Cirata
dibagian HAR Listrik.
5. Skill
Desain 2D dan 3D : Autocad, Inventor, Solidworks
Desain Proses : Gatecycle, Cycle-tempo
Pengolah Data : Microsoft Office (word, Excel, Power point, Visio)
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
60/83
xv
LAMPIRAN B
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
61/83
xvi
Sistem PLTU 2 X 200 MW
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
62/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
63/83
xviii
S6 FWH1 FWH2 62,66 2,00 455633,06 63,03 0,00
S2 FB1 SPHT1 989,00 0,10 796083,63 276,23 0,00
S36 DRUM1 FB1 334,11 13,56 3635151,50 371,21 0,00
S52 HX1 SP1 386,50 0,10 716942,25 92,67 0,00
S12 DA1 PUMP2 187,77 1,20 564789,88 190,50 0,00
S27 ST2 FWH6 512,33 2,10 15736,64 834,37 1,00S13 ST1 FWH7 363,68 4,11 56164,05 746,78 1,00
S55 SPHT2 SPHT1 370,00 13,56 564790,56 690,08 1,00
S43 SPHT2 SPHT3 656,44 0,10 796083,63 174,71 0,00
S3 SPHT1 SPHT2 790,97 0,10 796083,63 215,03 0,00
S39 FB1 ST1 540,00 13,42 564790,56 821,32 1,00
S37 SPHT1 FB1 470,00 13,42 564790,56 775,48 1,00
S40 - CND1 27,00 0,20 58378080,00 27,06 0,00
S54 SP1 FB1 386,50 0,10 716942,25 92,67 0,00
S30 FWH7 FWH6 210,65 4,11 56164,05 215,31 0,00
S53 HX1 - 137,21 0,10 796083,63 30,91 0,00
S31 FWH6 DA1 190,99 2,08 71900,69 194,01 0,00
S19 ST3 FWH1 65,52 0,03 21187,50 618,67 0,99
S18 ST3 FWH2 150,89 0,09 10624,25 663,72 1,00S17 ST3 FWH3 249,64 0,25 22335,73 709,09 1,00
S7 ST3 FWH4 344,79 0,60 21051,42 753,66 1,00
S16 ST2 DA1 429,18 1,20 37304,00 793,85 1,00
S51 MU1 CND1 15,56 0,10 47,17 15,62 0,00
S11 FWH4 DA1 139,65 2,00 455633,06 140,60 0,00
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
64/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
65/83
xx
Variable Unit Value
Adj. Cycle LHV Heat Rate kJ/kW-hr 8456,99
Adjusted Cycle LHV Eff. 42,57
Ambient Pressure MPa 0,10Ambient Relative Humidity 0,60
Ambient Temperature C 33,00
Credit for Equivalent Fuel kJ/sec 0,00
Credit for Equivalent Power kW 0,00
Equivalent Elevation m 0,45
GT Aux. and BOP Losses kW 0,00
GT Generator Losses kW 0,00
GT Shaft Power MW 0,00
GT Simple-Cycle LHV Eff. 0,00
Net Cycle LHV Efficiency 42,57
Net Cycle LHV Heat Rate kJ/kW-hr 8456,99
Net Cycle Power MW 200,00
Net Gas Turbine Power MW 0,00
Net Steam Cycle Power kW 199995,83
ST Generator Losses kW 2050,77
ST Generator Output kW 203026,86
ST Shaft Power kW 205077,64
Steam Cycle BOP Losses kW 3031,03
Total LHV Fuel Cons. kJ/sec 469822,91
Analisis Bahan Bakar Batu Bara
Proximatedan ultimate analysisbatubara PT. Bukit Asam.
Thermoflow library fuel
Low coal
Fuel supply temp. 25 oC
Heating Values
LHV 4998,7 kcal/kg
HHV 5333,8 kcal/kg
Ultimate Analysis (weight %)
Moisture 22,4 %
Ash 1,5 %
Carbon 57,21 %
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
66/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
67/83
xxii
Mole flow 3,4557 kg-
mol/s
Mass flow (ash-free) 91,973 t/h
Mass flow 93,3735 t/h
Mass flow 2241 t/day
LHV (ash-free) @ 25 oC 5075 kcal/kg
LHV (adjusted)* @ 25 oC 5075 kcal/kg
Enthalpy (ash-free) ref. to 0 oC 5431,03 kcal/kg
Atomic percentage
C 35,75 %
H 47,85 %
N 15,98 %
O 0,4 %
S 0,01 %
Ar 0 %
* Adjusted heating values include fuel sensible
enthalpy
above 77 oF/25 oC and are on an ash-free basis
Kesetimbangan Massa dan Energi Sistem PLTU
Pada perancangan ini, desain sistem boiler memiliki 1 buah economizer, 3 buah
superheater, dan 2 buah reheater. Berdasarkan pemodelan sistem PLTU yang
digunakan pada perancangan ini, diperoleh laju alir massa yang merupakan
verifikasi dari hasil perhitungan.
Peralatan
Parameter
Laju Massa
(kg/s)
Entalpi
(kJ/kg)
Temperatur
() Tekanan(MPa)Economizer Inlet 156,89 1119,58 257,07 14,06
Economizer Outlet 156,89 1238,08 286,9 14,06
Evaporator Outlet 156,89 2652,96 334,11 13,56
Superheater 1 Inlet 156,89 2652,96 334,11 13,56
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
68/83
xxiii
Superheater 1 Outlet 156,89 2888,54 370 13,56
Superheater 2 Inlet 156,89 2888,54 370 13,56
Superheater 2 Outlet 156,89 3246,00 470 13,42
Superheater 3 Inlet 156,89 3246,00 470 13,42Superheater 3 Outlet 156,89 3437,88 540 13,42
Reheater 1 Inlet 141,29 3019,09 305,03 2,6
Reheater 1 Outlet 141,29 3298,62 427 2,57
Reheater 2 Inlet 141,29 3298,62 427 2,57
Reheater 2 Outlet 141,29 3551,27 541 2,57
Adapun kalor kebutuhan yang dibutuhkan pada komponen dalam sistem boiler
yang digunakan dalam perancangan adalah sebagai berikut:
1. Kebutuhan kalor pada economizer(Qeco).
= =156,89 kgs 1238,08 kJkg156,89 kgs 1119,58 kJkg =18590,99 kJs
2. Kebutuhan kalor pada evaporator(Qeva).
=
=156,89kgs 2652,96
kJkg156,89
kgs 1238,08
kJkg
=221976,19 kJs 3. Kebutuhan kalor pada superheater1 (Qsh1).
= =156,89 kgs 2888,54 kJkg156,89 kgs 2652,96 kJkg
=36958,77kJs
4. Kebutuhan kalor pada superheater2 (Qsh2).
= =156,89 kgs 3246,00 kJkg156,89 kgs 2888,54 kJkg =56081,71 kJs
5.
Kebutuhan kalor pada superheater3 (Qsh3).
=
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
69/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
70/83
xxv
= = , , = 438,90 3. Boiler
Efisiensi Isentropik = 93,44%
= 438,90 = = 438,90 0,9344 = 469,710
Dari perhitungan diatas diketahui bahwa:
Laju kalor total pembangkitan uap
= = 438,90 Nilai kalor pembakaran bawah (LHV)
= 20923,56 / Laju massa bahan bakar
= = 438,90100,9344 20923,56 / = 22,45 /
Turbin dan Ekstraksi
Terminal Temperature Different (TTD) dan Drain Cooler Approach (DCA)
ditentukan dari parameter yang ada di software gatecycle sistem PLTU
Pangkalan Susu 2 x 200 MW.
Komponen TTD () DCA ()Feed Water Heater#7 -5,14 1,47
Feed Water Heater#6 5,16 0,69
Feed Water Heater#5 1,00 48,12
Feed Water Heater#4 19,04 1,24
Feed Water Heater#3 17,16 1,27
Feed Water Heater#2 18,38 0,50
Feed Water Heater#1 2,86 0,08
Dan temperatur air umpan dan kondensat didapat dari software gatecycle.
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
71/83
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
72/83
xxvii
Berdasarkan properties saturasi uap tabel termodinamika dari temperatur uap
jenuh didapat,
Tekanan Uap Jenuh/Tekanan Uap Ekstraksi
# = 4,104 # = 2,077 # = 1,221 # =0,5975 # =0,2513 # = 0,08969
# = 0,02562
= 0,004639 Berdasarkan tabel termodinamika dari temperatur drain dan tekanan uap
jenuh didapat,
Entalphi drain
# = 901,50 /
#
= 801,10 /
# = 797,70 / # = 468,70 / # = 332,90 / # = 265,10 / # = 132,60 /Ditentukan tekanan disain untuk aliran air umpan dan kondensat, serta
tekanan disain di deaerator.
P-HPH #7 Out 14,06 Mpa
P-HPH #6 Out 14,06 Mpa
P-Dea Out 1,20 Mpa
P-LPH #4 Out 2,00 Mpa
P-LPH #3 Out 2,00 Mpa
P-LPH #2 Out 2,00 Mpa
P-LPH #1 Out 2,00 Mpa
P-CFP Out 2,00 Mpa
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
73/83
xxviii
P-HPH #7 In 14,06 Mpa
P-HPH #6 In 14,20 Mpa
P-Dea In 2,00 Mpa
P-LPH #4 In 2,00 MpaP-LPH #3 In 2,00 Mpa
P-LPH #2 In 2,00 Mpa
P-LPH #1 In 2,00 Mpa
Berdasarkan tabel termodinamika untuk tekanan disain diatas dan temperatur
air umpan dan kondensat didapat,
Entalphi air umpan dan kondensat
# = 1119 /
# = 898,6 / # = 797,7 / # = 588,7 / # = 464,5 / # =329 / # = 263,9 / = 134,1 /
Tabel Data Input yang Diperlukan dalam Perhitungan
HP Turbine Inlet Pressure 13,42 Mpa
HP Turbine Inlet Temperature 540oC
HP Turbine Inlet Entalphi 3439 kJ/kg
HP Turbine Inlet Entrophi 6,554 kJ/kg.K
Reheat Outlet Pressure 2,57 Mpa
Reheat Outlet Temperature 541oC
Reheat Outlet Entalphi 3553 kJ/kg
Reheat Outlet Entrophi 7,425 kJ/kg.K
Data entalphi dan entrophi didapat dari tabel termodinamika
Dengan menggunakan proses isentropik (ideal) untuk perubahan tekanan
dengan menggunakan data entrhopi diatas dan tekanan uap ekstraksi didapat,
Entalphi Uap Ekstraksi Turbin Ideal
# , = 3082 / # , = 3476 /
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
74/83
xxix
# , = 3299 / # , = 3091 /
# , = 2881 /
# , = 2682 / # , = 2484 /dengan fraksi uap =0,9425 , = 2255 /dengan fraksi uap =0,8748Entalphi Uap Ekstraksi Turbin Aktual
Dengan menggunkan turbin yang mempunyai efiseinsi isentropik 0,9 didapat,
# = 0,9 #
# =3439 /0,9 3439 /3082 / # = 3117,7 / # , = 3117,7 / # , = 3472,3 / # , = 3324,4 / # , = 3137,2 /
# , = 2948,2 / # , = 2769,1 / # , = 2590,9 / , = 2384,8 /Dengan menggunakan data tekanan uap ekstraksi dan entalphi uap ektraksi
aktual dapat diketahui,Temperatur Uap Ekstraksi
# =361,10 # =502,50 # =429,90 # =336,30 # =239.60 # =145,90
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
75/83
xxx
# =65,52 =31,55 Entrophi Uap Ekstraksi
# = 6,611 /. # = 7,421 /. # = 7,462 /. # = 7,502 /. # = 7,56 /. # = 7,646 /.
# = 7,74 /.
= 7,85 /. dengan fraksi uap =0,9282Heat BalanceEktraksi Turbin
1. High Pressure Heater #7
# =209,18 dan # = 14,06 maka # =898,9 # =257,07 dan # = 14,06 maka # =1119 =564,79 =564,79 1 3600 1000 1 =156,89 =452,11 =452,11 1 3600 1000 1 =125,59 Jumlah kalor yang ditambahkan ke air umpan boiler.
= # # =156,89 1119898,9
=34350,63
Berdasarkan persamaan kesetimbangan energi,
#+ # #= #+ # #Dan # = #, sehingga # # #= # # # =361,10 pada = 4,104 maka # =3117,7 # =210,65 pada = 4,104 maka # =901,5
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
76/83
xxxi
# = # # # # =156,89 ( 1119898,93117,7901,5)=15,58
# = # =15,58 2. High Pressure Heater #6
# =187,77 dan # = 14,2 maka # =797,7
# =209,18 dan # = 14,06 maka # =898,9 =564,79 =564,79 1 3600 1000 1 =156,89 =452,11 =452,11 1 3600 1000 1 =125,59 Jumlah kalor yang ditambahkan ke air umpan boiler.
= # # =156,89 898,9797,7 = 15876,87 /Berdasarkan persamaan kesetimbangan energi,
# # # # # = # # #
Dan # # = #, sehingga
#
#
#
#
#
=
#
# # # # # #= # #+ # # #
# =502,50 pada = 2,077 maka # =3472,3 # =188,46 pada = 2,077 maka # =801,1
# = # # # # #
# #
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
77/83
xxxii
= 156,89 898,9797,7/ + 15,58 801,1901,5/3472,3801,1/
=5,36
# = # # =5,36 15,58 =20,94 3.
Dearator #5
=564,79 =564,79 1 3600 1000 1 =156,89 Berdasarkan tabel termodinamika didapat,
# =139,65 pada
= 2 didapat
# =588,7
=187,77 pada = 1,2 didapat =797,7 # =429,90 pada = 1,221 maka # =3324,4 # =188,46 pada = 2,077 maka # =801,1 # = # # # # # #
= 156,89 797,7588,7/ 20,94 801,1588,7/3324,4588,7/ =10,36 4. Low Pressure Heater #4
# =110,44 dan # = 2 maka # =464,5 # =139,65 dan # = 2 maka # =588,7 =564,79 =564,79 1 3600 1000 1 =156,89 =452,11 =452,11 1 3600 1000 1 =125,59 Jumlah kalor yang ditambahkan ke air kondensat.
= # # =125,59 588,7464,5 = 15597,91 /
Berdasarkan persamaan kesetimbangan energi,
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
78/83
xxxiii
#+ # #= #+ # #Dan dari persamaan 4 didapat # = #, sehingga
# # #=
# #
# =336,30 pada =0,5975 maka # =3137,2 # =111,68 pada =0,5975 maka # =468,7 # = # # # # =125,59 ( 588,7464,53137,2468,7)
=5,85
# = # =5,85
5. Low Pressure Heater #3
# =78,23 dan # = 2 maka # =329
#
=110,44
dan
#
= 2 maka
#
=464,5
=564,79 =564,79 1 3600 1000 1 =156,89 =452,11 =452,11 1 3600 1000 1 =125,59 Jumlah kalor yang ditambahkan ke air kondensat.
= # # =125,59 464,5329
= 17017,04 /
Berdasarkan persamaan kesetimbangan energi,
# # # # # = # # #Dan # # = #, sehingga # # # # # = # # # #
# # #=
# #+
# # #
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
79/83
xxxiv
# =239,6 pada =0,2513 maka # =2948,2
# =79,5 pada =0,2513 maka # =332,9 # = # # # # # # # = 125,59 464,5329/ + 5,85 332,9468,7/2948,2332,9/ =6,20
# = # # =6,20 5,85 =12,05 6. Low Pressure Heater #2 # =62,66 dan # = 2 maka # =263,9 # =78,23 dan # = 2 maka # =329 =564,79 =564,79 1 3600 1000 1 =156,89
=452,11 =452,11 1 3600 1000 1 =125,59 Jumlah kalor yang ditambahkan ke air kondensat.
= # # =125,59 329263,9 =8175,72
Berdasarkan persamaan kesetimbangan energi
# # # # #= # # #Dan # # = #, sehingga # # # # # = # # # # # # #= # #+
# # #
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
80/83
xxxv
# =145,90 pada = 0,08969 maka # =
2769,1
# =63,16 pada = 0,08969 maka # =265,1 # = # # # # # # #
= 125,59 329263,9/ + 6,20 265,1332,9/2769,1265,1/
=3,10
# = # # =3,10 12,05 =15,15
7. Low Pressure Heater #1
# =31,42 dan # = 2 maka # =134,1 # =62,66 dan # = 2 maka # =263,9 # =374,32 =374,32 1 3600 1000 1 =103,98 =452,11 =452,11 1 3600 1000 1 =125,59 Jumlah kalor yang ditambahkan ke air kondensat.
= # # # =103,98 263,9134,1
=13496,26
Berdasarkan persamaan kesetimbangan energi
# #+ #+ # #= #+ # #Dan # # = #, sehingga # # #= # #+
# # #
# =65,52 pada
= 0,02562 maka
# =2590,9
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
81/83
xxxvi
# =31,63 pada = 0,02562 maka # =132,6
#
= # # # # #
# #
= , ,,/ + , ,,/,,/ =6,46
# = # # =6,46 15,15 =21,61 Mass flow feedwater 564,79 t/h 156,89 kg/s
Mass flow condensate 452,11 t/h 125,59 kg/s
Mass flow condensate at LPH #1 374,32 t/h 103,98 kg/s
Mass flow extraction steam #7 56,09 t/h 15,58 kg/s
Mass flow extraction steam #6 19,29 t/h 5,36 kg/s
Mass flow extraction steam #4 21,04 t/h 5,85 kg/s
Mass flow extraction steam #5 37,30 t/h 10,36 kg/s
Mass flow extraction steam #3 22,33 t/h 6,20 kg/s
Mass flow extraction steam #2 11,15 t/h 3,10 kg/s
Mass flow extraction steam #1 23,27 t/h 6,46 kg/s
Mass flow drain HPH #7 56,09 t/h 15,58 kg/s
Mass flow drain HPH #6 75,38 t/h 20,94 kg/s
Mass flow drain LPH #4 21,04 t/h 5,85 kg/s
Mass flow drain LPH #3 43,37 t/h 12,05 kg/s
Mass flow drain LPH #2 54,52 t/h 15,15 kg/s
Mass flow drain LPH #1 77,79 t/h 21,61 kg/s
Mass flow steam to condenser 261,64 t/h 72,68 kg/s
Mass flow of reheater 396,02 t/h 110,01 kg/s
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
82/83
xxxvii
LAMPIRAN C
-
7/26/2019 Laporan Skripsi IDF
83/83
Koordinat Airfoils Gottingen 436
Upper Surface Lower Surface
Sumbu Sumbu
X Y Z X Y Z0.0000000 0.0000000 0.000000 1 0.0000000 0.000000
0.0125000 0.0223100 0.000000 0.9500000 -.0012500 0.000000
0.0250000 0.0326300 0.000000 0.9000000 -.0025000 0.000000
0.0500000 0.0462500 0.000000 0.8000000 -.0050000 0.000000
0.0750000 0.0578700 0.000000 0.7000000 -.0075000 0.000000
0.1000000 0.0665000 0.000000 0.6000000 -.0100000 0.000000
0.1500000 0.0792500 0.000000 0.5000000 -.0125000 0.000000
0.2000000 0.0875000 0.000000 0.4000000 -.0150000 0.000000
0.3000000 0.0925000 0.000000 0.3000000 -.0175000 0.0000000.4000000 0.0895000 0.000000 0.2000000 -.0200000 0.000000
0.5000000 0.0830000 0.000000 0.1500000 -.0212500 0.000000
0.6000000 0.0720000 0.000000 0.1000000 -.0225000 0.000000
0.7000000 0.0585000 0.000000 0.0750000 -.0228300 0.000000
0.8000000 0.0410000 0.000000 0.0500000 -.0227500 0.000000
0.9000000 0.0220000 0.000000 0.0250000 -.0198700 0.000000
0.9500000 0.0112500 0.000000 0.0125000 -.0146900 0.000000
1 0.0000000 0.000000 0.0000000 0.0000000 0.000000