Sistem Tenaga Listrik Pada Boiler

Boiler memerlukan sejumlah peralatan bantu seperi pompa, fan, dan mesin listrik lainnya untuk dapat menjalankan boiler. Semua peralatan ini mengunakan tenaga listrik dan sebagian peralatan bantu digerakkan dengan motor listrik. Besarnya tenaga listrik yang diperlukan untuk menjalankan mesin mesin listrik pada suatu pembangkit listrik sekitar 4% sampai 6% dari kapasitas energi yang dihasilkan pembangkit listrik tersebut. Sistem yang mendistribusikan daya untuk pasokan motor dan mesin listrik pada semua peralatan listrik di pembangkit sering disebut “Pemakaian sendiri”

Sistem distribusi daya digunakan untuk mennyediakan energi listrik yang akan digunakan untuk keperluan mesin – mesin pembankit sendiri. Mesin – mesin listrik pada boiler menurut fungsinya dikelompokkan menjadi dua bagian, yaitu:

1.      Mesin listrik penting (urgent)

Mesin listrik ini berkaitan langsung dengan kelangsungan jalannya unit pembangkit, dan bila hilang (mati) maka akan segera menyebabkan pengurangan keluaran unit. Contoh mesin listrik urgent antara lain adalah Boiler feed water, Induced draft fan, Primary air fan, Loop air fan dan sebagainya. Pada seetiap pembangkit secara rinci tentunya ada perbedaan jumlah atau jenis mesin listrik yang digunakan tergantung dari pabrikan pembuat dan kondisi setempat. 

2.      Mesin listrik pelayanan (service)

Mesin listrik ini tidak berkaitan langsung pada sistem pembangkit. Apabila mesin listrik ini tiba – tiba mati tidak akan berpengaruh banyak terhadap output pembangkit listrik hingga interval waktu tertentu. Mesin listrik yang termasuk dalam kelompok ini misalnya pada sistem pemurnian air, sistem ash handling, root blower supporting, atau mesin listrik pembantu yang tidak masuk dalam kelompok urgent.

Penangkap Debu Pada Boiler (Dust Catcher)

Electrostatic Precipitator

Untuk menanggulangi dampak negatif terhadap lingkungan, maka dalam pengolahan abu pada boiler batu bara harus menjamin karakteristik kualitas emisi udara, akan memenuhi standard baku mutu emisi udara yang ditetapkan pihak terkait tentang Baku Mutu Ambien dan Emisi Udara Tidak Bergerak. Oleh karena itu boiler harus dilengkapi dengan peralatan Electrostatic Precipitator yang bisa mengurangi jumlah limbah udara.

Gambar Electrostatic Precipitator

Cara Kerja Electrostatic

Electrostatic Precipitator merupakan suatu alat yang digunakan untuk menangkap abu keluaran dari boiler dengan menggunakan prinsip kerja elektrostatis. ESP mempunyai tiga komponen utama, yaitu Discharge electrode, Collection electrode, dan Hammer device. Discharge Electrode adalah elektroda yang dialiri arus DC tegangan tinggi negatif sehingga menghasilkan medan listrik negatif. Collection Electrode adalah elektroda yang di groundkan. Sedangkan Hammering device adalah alat yang digunakan untuk melepaskan debu yang menempel pada Collecting Electrode

.

Gambar  Medan listrik pada elektroda

Discharge electroda mendapatkan supplai energi listrik, sehingga disekitar elektroda ini menjadi daerah medan listrik, dan semakin jauh dari elektroda ini maka medan listrik juga akan semakin lemah.

Discharge Electrode yang menghasilkan medan listrik negatif maka di daerah ini juga terdapat elektron dalam jumlah yang banyak. Sedangkan pada Collecting Electrode yang ditanahkan sehingga menjadi bermuatan positif, maka jumlah elektron yang banyak disekitar Discharge Electrode tadi akan bergerak ke arah Collecting Electrode. Proses inilah yang disebut ionisasi.

Gambar  Proses ionisasi

Gas buang berasal dari keluaran air preheater melalui ducting menuju seal inlet dan debu / dust akan mengalami proses ionisasi, sehingga debu yang awalnya bermuatan netral setelah melewati medan listrik akan menjadi negatif. Partikel debu yang sudah bermuantan negatif kemudian menempel pada pelat – pelat pengumpul (Collecting Electrode). Secara periodik setelah debu menempel, pelat akan di getarkan oleh Hammer sehingga debu tersebut akan jatuh ke bak penampung. Untuk debu yang belum menempel pada bagian pertama akan menempel pada bagian berikutnya dan akan mengalami proses yang sama, sampai pada bagian terakhir sisa debu yang tidak terjaring akan di buang melalui cerobong.

Coal Handling

Pendahuluan

Batu bara hal penting yang perlu diperhatikan dalam sebuah PLTU, karena menyangkut kelangsungan proses pembakaran pada boiler. Pengolahan batu bara yang baik sangat menentukan effisiensi pembakaran pada boiler. Pengolahan batu bara tersebut melingkupi penentuan kualitas batu bara, pendistribusian batu bara, juga pada proses crusher batu bara.

 Ship Unloader

Proses awal dari pengolahan batu bara pada suatu PLTU adalah bongkar muat batu bara. Kebanyakan distribusi batubara di Indonesia dilakukan melalui jalur laut, karena itulah sebagian PLTU di bangun di dekat laut untuk memudahkan mendapatkan suplay batubara

Stacker Reclaimer

Setelah proses bongkar muat batu bara dari laut,  batu bara di alirkan ke tempat penampungan atau coal bunker dengan menggunakan conveyor. Pada bagian ini batu bara dipisah menurut jenisnya, seperti yang mempunyai kalori tinggi dan rendah atau menurut kriteria yang lain. apabila terdapat batu bara yang tidak memenuhi syarat maka akan dikembalikan ke tempat penampungan sementara tadi. proses inilah yang disebut reklamasi

Crusher

Setelah melalui proses pemilihan batu bara di angkut menggunakan conveyor menuju Coal Crusher. Coal crusher berfungsi menghancurkan batubara menjadi ukuran yang lebih kecil. Batu bara di hancurkan menjadi ukuran yang kecil dimaksudkan untuk mendapatkan efisiensi pembakaran yang baik, karena dengan ukuran batubara yang kecil batu bara bisa terbakar habis

Tipe coal crusher

¢  Ring Type Coal Crusher

¢  Hammer Mill Coal Crusher

¢  Brad Ford Breaker

> Ring Type Coal Crusher

Crusher ini adalah crusher yang mempunyai rotor dengan ring palu didalamnya. Setelah memasuki crusher, batu bara akan diputar oleh palu rotor dengan kecepatan tinggi dan akan hancur. Tetapi batu bara ini belum berukuran yang diinginkan sehingga batu bara ini akan di putar lagi oleh ring palu dan dihancurkan sampai berukuran kecil. Apabila batu bara sudah berukuran kecil maka batu bara akan jatuh kebawah melalui scrane yang telah di sesuaikan dengan ukuran batu bara yang diinginkan. Sedangkan batubara yang tersisa yang menyebabkan kotoran akan dibersihkan secara berkala

> Hammer Mill Coal Crusher

Batu bara dimasukkan dalam crusher pada bagian atas. Batu bara dihancurkan oleh ring yang bekerja memutar dan berporos dari pusat pada rotor atau dengan palu berayun melekat padanya. Pada bagian Adjustable digunakan untuk menentukan ukuran dari hasil crusher batubara yang akan dikehendaki

 >Bradford Breaker

Bradford breaker digunakan untuk crusher dengan kapasitas yang besar. Crusher ini terdiri dari sebuah silinder besar yang terbuat dari pelat baja yang berlubang yang mana pelat ini digunakan mengangkat rak batu bara yang melekat di dalam. Silinder akan berputar perlahan – lahan sekitar 20 rpm menerima batu bara di salah satu ujunnya dan batu bara akan di hancurkan. Hasil crusher batu bara akan di angkat rak tersebut dan kemudian akan jatuh kebawah

Water Intake

Water intake merupakan tempat pertama kalinya air laut masuk untuk kemudian di treatment. Fungsu utama dari water intake ini adadlah membersihkan air laut dari sampah dan binatang laut.

Bar Scrane

Bagian paling utama dari water intake ini adalah bar scrane, yaitu suatu saringan yang akan menyaring air dari sampah sampah dan binatang laut. Jadi pada bagian ini air akan dipisahkan dengan benda padat yang terbawa air laut.

Bar scrane sendiri ada yang bekerja hanya menyaring sampah saja, tetapi juga ada yang bekerja secara mekanik yaitu menyaring sampah dan mengumpulkannya pada wadah tertentu, sehingga ketika sampah sudah menumpuk pada scrane sampah tersebut bisa di angkut sehingga tidak menghalangi air laut yang akan masuk treatment.

Grease Trap

Bagian lain dari water intake yang tak kalah penting adalah adanya grease trap, namun tak semua water intake dilengapi dengan peralatan ini. Grease trap ini seperti namanya merupakan alat yang berfungsi menangkap grease atau minyak yang terkandung dalam air sehingga minyak tidak menggumpal dan membeku di pipa dan membuat pipa tersumbat.

Cara kerja grease trap adalah sebagai berikut:

• Air masuk melalui inlet (1) dan minyak akan terangkat karena masa jenis minyak lebih ringan daripada air
• Lumpur akan mengendap dan di tahan di penyaring (3)
• Air keluar melalui pipa (4) sengaja dibuat panjang kebawah untuk mengambil air bersih tanpa campuran minyak dan akan dikeluarkan melalui outlet (5)

Water Treatment Plant

Pada suatu pembangkit tenaga uap hal yang sangat perlu diperhatikan adalah masalah air, karena air inilah yang akan digunakan selama proses pembuatan uap, dan karena hampir seluruh bagian dari boiler berisi air dan uap maka untuk menghindari permasalahan yang akan merusak pipa dan peralatan yang lain karena korosi. Untuk itulah deprlukan air bersih dan untuk mendapatkan air bersih maka diperlukannya pengolahan air atau water treatment plant.

Pada dasarnya ada 2 jenis air yang dibutuhkan PLTU.

—  Demineralized water

                >untuk mensuplai boiler dalam memproduksi uap penggerak turbin. Disebut demineralized water karena air tersebut sudah dihilangkan kandungan mineralnya.

—  Raw water

                >untuk pendingin (cooling water) bagi mesin-mesin PLTU dan untuk dipergunakan sebagai service water.

Berikut ini adalah permasalahan pada air

Bagian bagian Boiler

Boiler merupakan suatu alat untuk menghasilkan uap pada tekanan dan temperatur tinggi (superheated vapor). Perubahan dari fase cair menjadi uap dilakukan dengan memanfaatkan energi panas yang didapatkan dari pembakaran bahan bakar. Boiler pada PLTU menggunakan batubara sebagai bahan bakar utamanya. Sedangkan bahan bakar pendukung adalah solar dan residu, dimana solar dan residu ini digunakan hanya sebagai pemantik awal (ignition) untuk membakar batubara. Penyaluran panas dari bahan bakar ke air demin dapat terjadi secara radiasi, dan konveksi.

Bagian pemindah panas dari boiler terdiri dari pemanas mula (Low Pressure Heater dan High Pressure Heater) , economizer, pemanas lanjut (Superheater), dan  pemanas ulang (Reheater).

Pemindahan panas dalam boiler terjadi dalam proses :

1.      Radiasi di ruang bakar

2.      Konveksi di Economizer dan Air Heater

3.      Kombinasi radiasi dan konveksi di Superheater dan Reheater.

Komponen Utama Boiler

Komponen utama boiler terdiri dari : wall tube, steamdrum /main drum, superheater, reheater, dan economizer

Wall Tube

     Dinding boiler terdiri dari tubes / pipa-pipa yang disatukan oleh membran, oleh karena itu disebut dengan wall tube. Di dalam wall tube tersebut mengalir air yang akan dididihkan. Dinding pipa boiler adalah pipa yang memiliki ulir dalam (ribbbed tube), dengan tujuan agar aliran air di dalam wall tube berpusar (turbulen), sehingga penyerapan panas menjadi lebih banyak dan merata, serta untuk mencegah terjadinya  overheating karena penguapan awal air pada dinding pipa yang menerima panas radiasi langsung dari ruang pembakaran .

     Wall tube mempunyai dua header pada bagian bawahnya yang berfungsi untuk menyalurkan air dari downcomers.

     Downcomer merupakan pipa yang menghubungkan steam drum dengan bagian bawah low header.

     Untuk mencegah penyebaran panas dari dalam furnace ke luar melalui wall tube, maka disisi luar dari walltube dipasang dinding isolasi yang terbuat dari mineral fiber.

Steam Drum

     Steam Drum adalah bagian dari boiler yang berfungsi untuk  :

1.      Menampung air yang akan dipanaskan pada pipa-pipa penguap (wall tube),dan   menampung uap air dari pipa-pipa penguap sebelum dialirkan ke superheater.

2.      Memisahkan uap dan air yang telah dipisahkan di ruang bakar

( furnace ).

3.      Mengatur kualitas air boiler, dengan membuang kotoran-kotoran terlarut di dalam boiler melalui continious blowdown.

4.      Mengatur permukaan air sehingga tidak terjadi kekurangan saat boiler beroperasi yang dapat menyebabkan overheating pada pipa boiler.

     Bagian-bagian dari steam drum terdiri dari : feed pipe, chemical feed pipe, sampling pipe, baffle pipe, sparator, scrubber, dryer, dan  dry box.

     Level air dari drum harus selalu dijaga agar selalu tetap setengah dari tinggi drum. Sehingga banyaknya air pengisi yang masuk ke steam drum harus sebanding dengan banyaknya uap yang meninggalkan drum, supaya level air tetap konstan.

     Pengaturan level air dilakukan dengan mengatur Flow Control Valve. Jika level air di dalam drum terlalu rendah, akan menyebabkan terjadinya overheating pada pipa boiler, sedangkan bila level air dalam drum terlalu tinggi, kemungkinan butir-butir air terbawa ke Turbine dan akan mengakibatkan kerusakan pada Turbine.

Superheater

     Superheater berfungsi untuk menaikkan temperatur uap jenuh menjadi uap panas lanjut dengan memanfaatkan gas panas hasil pembakaran. Uap yang masuk ke superheater berasal dari steam drum. Temperatur masuk superheater  adalah 304^oC dan temperatur keluar sebesar 541^oC. Uap yang keluar dari  superheater  kemudian digunakan untuk memutar HP Turbine.

Reheater

     Reheater berfungsi untuk memanaskan kembali uap yang keluar dari HP Turbine dengan memanfaatkan gas hasil pembakaran yang temperaturnya relatif masih tinggi. Pemanasan ini bertujuan untuk menaikkan efisiensi sistem secara keseluruhan . Perpindahan panas yang paling dominan pada reheater adalah perpindahan panas konveksi. Uap ini kemudian digunakan untuk menggerakkan IP Turbine, dan setelah uap keluar dari IP Turbine, langsung  digunakan untuk memutar LP Turbine tanpa mengalami pemanasan ulang.

Economizer

     Economizer berupa pipa-pipa air yang dipasang ditempat laluan gas hasil pembakaran sebelum air heater. Economizer menyerap panas dari gas hasil pembakaran setelah melewati superheater, untuk memanaskan air pengisi sebelum masuk ke main drum. Pemanasan air ini dilakukan agar  perbedaan temperatur antara air pengisi dan air yang ada dalam steam drum tidak terlalu tinggi,  sehingga tidak terjadi thermal stress (tegangan yang terjadi karena adanya pemanasan) di dalam main drum. Selain itu dengan memanfaatkan gas sisa pembakaran, maka akan meningkatkan efisiensi dari boiler dan proses pembentukan uap lebih cepat.

     Perpindahan panas yang terjadi di economizer terjadi dengan arah aliran kedua fluida berlawanan (counter flow). Air pengisi steam drum mengalir ke atas menuju steam drum, sedangkan udara pemanas mengalir ke bawah.

Siklus Batu bara dan Abu pada PLTU

     Batubara yang dibongkar dari kapal selanjutnya diangkut dengan menggunakan Conveyor menuju tempat penyimpanan sementara (Temporary Stock). Dan selanjutnya batubara tersebut dibawa ke Coal Bunker diteruskan ke Coal Feeder yang berfungsi mengatur jumlah aliran batubara ke Mill Pulverizer.

     Di dalam Mill Pulverizer, batubara ini dihancurkan dari diameter 5 cm menjadi serbuk yang sangat halus seperti tepung dengan ukuran 200 mesh. Serbuk batubara ini dicampur dengan udara primer, yaitu udara panas yang bersumber dari Primary Air Fan. Udara ini dimanfaatkan untuk mendorong batubara dari Pulverizer  melalui Coal Pipe menuju ke Coal Burner di boiler untuk proses pembakaran.

     Dalam Coal Burner, batubara dan udara primer dicampur dengan udara sekunder yang dipanaskan di dalam Secondary Air Heater dan dialirkan oleh Force Draft Fan. Dalam proses pembakaran persentase perbandingan udara adalah 20% udara primer dan 80% udara sekunder.

     Kemudian setelah terjadi pembakaran dihasilkan limbah abu. Abu tersebut terdiri dari 80 % Fly Ash yang terbang terbawa aliran gas buang dan 20% berupa Bottom Ash yang jatuh ke dasar boiler. Fly ash terbawa melewati Electrostatic Prescipitator akibat tarikan Induce Draft Fan. Induce Draft Fan berfungsi untuk menghisap abu terbang hasil pembakaran dan menjaga tekanan boiler pada -10 mm WG, supaya jika terjadi kebocoran pada boiler, api tidak tersembur keluar boiler.

     Electrostatic Prescipitator berfungsi untuk menangkap 99,5% Fly Ash dengan sistem elektrode dan 0,5% sisanya dibuang melalui cerobong (Stack). Dari 99,5% Fly Ash itu dikumpulkan dan diambil dengan alat Pneumatic Gravity Conveyor pada unit 1-4 dan pada unit 5-7 menggunakan kompresor. Abu tersebut digunakan sebagai material untuk bahan pembuat jalan, beton semen dan bahan bangunan (conblock).

     Untuk menjaga agar abu yang dikeluarkan dari cerobong tidak terakumulasi di daerah yang sempit, cerobong untuk unit 1-4 dibuat setinggi 200 meter, dan cerobong untuk unit 5-7 dibuat setinggi 275 m. Sedangkan Bottom Ash jatuh di dasar boiler ditampung oleh bak SDCC (Submerged Drag Chain Conveyor). Abu Bottom Ash ini juga digunakan sebagai material untuk bahan pembuat jalan, beton semen dan bahan bangunan (conblock).