Upload
others
View
5
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
INSTITUT TEKNOLOGI PLN
PENGARUH OVERHAUL TERHADAP EFISIENSI BOILER
UNIT 1 DI UJP PLTU BANTEN 3 LONTAR
SKRIPSI
Disusun Oleh:
Azman Hasan
2015-12-101
FAKULTAS TEKNOLOGI DAN BISNIS ENERGI
PROGRAM STUDI S1 TEKNIK MESIN
JAKARTA
2020
PLN TECHNOLOGY INSTITUTE
THE INFLUENCE OF OVERHAUL ON THE EFFICIENCY
OF BOILER UNIT 1 IN UJP PLTU BANTEN 3 LONTAR
THESIS
Arranged by:
Azman Hasan
2015-12-101
FACULTY OF ENERGY TECHNOLOGY AND BUSINESS
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
JAKARTA
2020
v
Pengaruh Overhaul Terhadap Efisiensi Boiler Unit 1
Di UJP PLTU Banten 3 Lontar
Azman Hasan, 2015 – 12 – 020
Dibawah bimbingan Ir. Sudirmanto, M.M.
ABSTRAK
Di dalam sebuah sistem PLTU terdapat komponen-komponen salah satunya adalah boiler. Boiler merupakan komponen utama dari PLTU yang berfungsi mengubah fasa air menjadi fasa uap dengan temperature dan tekanan tertentu dari proses perebusan air yang diperlukan turbin uap untuk menggerakkan generator sehingga menghasilkan listrik. Di UJP PLTU Banten 3 Lontar menggunakan batubara sebagai bahan bakarnya dan menggunakan solar (HSD) sebagai bahan bakar start up nya. Didalam boiler terjadi proses pembakaran dan perpindahan panas, salah satu hal yang mempengaruhi efisiensi dari boiler tersebut. Efisiensi boiler adalah kemampuan unjuk kerja boiler yang ditunjukkan dari perbandingan panas yang masuk (heat input) ke dalam sistem dengan panas yang dipindahkan atau diserap oleh fluida kerja serta kerugian-kerugian panas (heat loss) yang terjadi pada boiler. Pada skripsi ini dilakukan perhitungan dan analisa efisiensi boiler unit 1 PLTU Lontar meliputi analisa hasil perhitungan sebelum dan sesudah overhaul, yang mana analisa tersebut akan dijabarkan dengan menggunakan metode direct dan metode indirect. Standar perhitungan yang digunakan menggunakan USA Standard ASME PTC-4-1 Power Test Code Steam Generator Units tahun 2013. Nilai perhitungan efisiensi boiler sebelum overhaul dengan metode direct adalah 75.72% dan setelah overhaul adalah 77.01% Peningkatan angka setelah overhaul adalah 1.29%. Sedangkan nilai perhitungan efisiensi boiler sebelum overhaul dengan metode indirect adalah 81.34% dan setelah overhaul adalah 83.03% Peningkatan angka setelah overhaul adalah 1.69%. Hal yang paling berpengaruh pada kenaikan efisiensi karena adanya pekerjaan membersihkan tube boiler sehingga perpindahan panas lebih efisien.
Kata kunci: Efisiensi Boiler, Komponen Utama Boiler, Metode Direct, Metode
Indirect
vi
Effect of Overhaul on Unit 1 Boiler Efficiency
at Banten UJP PLTU Banten 3 Lontar
Azman Hasan, 2015 – 12 – 020
Under the guidance of Ir. Sudirmanto, M.M.
ABSTRACT
In a PLTU system there are components, one of which is a boiler. Boilers are the main component of a power plant that functions to change the water phase into a vapor phase with a certain temperature and pressure from the boiling water process needed by a steam turbine to drive a generator to produce electricity. In Banten 3 Lontar UJP PLTU uses coal as its fuel and uses diesel fuel (HSD) as its start up fuel. In the boiler there is a combustion process and heat transfer, one of the things that affects the efficiency of the boiler. Boiler efficiency is the performance capability of a boiler which is shown from the ratio of heat entering (heat input) into the system with the heat transferred or absorbed by the working fluid and heat losses that occur in the boiler. In this thesis the calculation and analysis of the efficiency of the boiler unit 1 Lontar PLTU includes analysis of the results of calculations before and after overhaul, of which the analysis will be elaborated using the direct method and the indirect method. The calculation standard using the USA ASME PTC-4-1 Power Test Code Steam Generator Units in 2013. The calculation value of boiler efficiency before overhaul by direct method is 75.72% and after overhaul is 77.01% The increase in the number after overhaul is 1.29%. While the calculation value of boiler efficiency before overhaul with the indirect method is 81.34% and after overhaul is 83.03% The increase in the number after overhaul is 1.69%. Affected the efficiency increase because of the cleaningof the boiler tubes made transfer of heat more efficient. .
Keywords: Boiler Efficiency, Boiler Components, Direct Method, Indirect Method
vii
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN TIM PENGUJI ............................................................ i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ................................................................. ii
UCAPAN TERIMA KASIH ................................................................................. iii
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ................................. iv
ABSTRAK .......................................................................................................... v
ABSTRACT ...................................................................................................... vi
DAFTAR ISI ..................................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... ix
DAFTAR TABEL ................................................................................................ x
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xi
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ................................................................................ 1
1.2 Permasalahan Penelitian ................................................................ 5
1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian........................................................ 6
1.4 Sistematika Penulisan ..................................................................... 6
BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................... 8
2.1 Tinjauan Pustaka ............................................................................ 8
2.2 Teori Pendukung............................................................................. 9
2.2.1 Siklus Rankine ........................................................................ 9
2.2.2 Boiler .................................................................................... 11
2.2.3 Klasifikasi Boiler ................................................................... 12
2.2.4 Komponen Utama Boiler Dan Fungsinya .............................. 14
2.2.5 Sirkulasi Udara Dan Gas Buang ........................................... 21
2.2.6 Peralatan Pada Sistem Udara Pembakaran Dan Gas Buang 22
2.2.7 Analisa Batubara .................................................................. 24
2.2.8 Overhaul ............................................................................... 26
2.2.9 Perhitungan Efisiensi Boiler .................................................. 27
2.3 Hipotesis ....................................................................................... 35
BAB III METODELOGI PENELITIAN ............................................................... 36
3.1 Perancangan Penelitian ................................................................ 36
3.2 Lokasi Penelitian ........................................................................... 36
3.3 Kerangka Pemecahan Masalah .................................................... 38
3.4 Teknik Pengolahan Data ............................................................... 41
3.5 Teknik Perhitungan Data ............................................................... 42
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN............................................................... 46
4.1 Pengumpulan Data ....................................................................... 46
4.2 Kegiatan Overhaul Boiler .............................................................. 46
4.3 Pengolahan Data .......................................................................... 51
viii
4.4 Hasil .............................................................................................. 54
4.4.1 Hasil Perhitungan Efisiensi Boiler Sebelum Overhaul ........... 54
4.4.2 Hasil Perhitungan Efisiensi Boiler Setelah Overhaul ............. 60
4.5 Analisa Data Hasil Perhitungan ..................................................... 67
4.5.1 Efisiensi Boiler Sebelum Dan Sesudah Overhaul Dengan
Metode Direct ....................................................................... 67
4.5.2 Unsur Kehilangan Panas ...................................................... 68
4.5.3 Efisiensi Boiler Sebelum Dan Sesudah Overhaul Dengan
Metode Indirect ..................................................................... 73
4.6 Analisa Ekonomi ........................................................................... 74
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 75
5.1 Kesimpulan ................................................................................... 75
5.2 Saran ............................................................................................ 75
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 76
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Konversi Energy Pada PLTU .................................................... 9
Gambar 2. 2 Siklus Rankine ........................................................................ 10
Gambar 2. 3 Boiler PLTU Banten 3 Lontar .................................................. 11
Gambar 2. 4 Boiler Pipa Api ........................................................................ 13
Gambar 2. 5 Boiler Pipa Air ......................................................................... 13
Gambar 2. 6 Sirkulasi Udara ....................................................................... 21
Gambar 2. 7 Sirkulasi Gas .......................................................................... 22
Gambar 2. 8 Electrostatic Precipitator ......................................................... 23
Gambar 2. 9 Wind Box Burner .................................................................... 24
Gambar 2. 10 Perbandingan Metode Langsung Dan Tidak Langsung .......... 28
Gambar 2. 11 Skema Efisiensi Boiler Metode Direct ..................................... 29
Gambar 2. 12 Skema Efisiensi Boiler Metode Indirect ................................... 31
Gambar 3. 1 Peta Lokasi PLTU Banten 3 Lontar ......................................... 37
Gambar 3. 2 Kerangka Pemecahan Masalah .............................................. 38
Gambar 3. 4 Diagram Alir Perhitungan Data ............................................... 44
Gambar 4. 1 Grafik Efisiensi Boiler Sebelum Dan Sesudah Overhaul ......... 67
Gambar 4. 2 Grafik Kehilangan Panas Sebelum Dan Sesudah Overhaul.... 69
Gambar 4. 3 Diagram Sankey Sebelum Overhaul ....................................... 70
Gambar 4. 4 Diagram Sankey Sesudah Overhaul ....................................... 70
Gambar 4. 5 Diagram Sankey Performance Test Sebelum Overhaul .......... 71
Gambar 4. 6 Diagram Sankey Performance Test Sesudah Overhaul .......... 71
x
DAFTAR TABEL
Tabel 4. 1 Data Spesifikasi Boiler UJP PLTU Banten 3 Lontar ...................... 46
Tabel 4. 2 Scope Pekerjaan Overhaul Dibagian Boiler .................................. 47
Tabel 4. 3 Data Performance Test Boiler Sebelum Dan Sesudah Overhaul .. 51
Tabel 4. 4 Hasil Hitung Efisiensi Boiler Metode Direct ................................... 66
Tabel 4. 6 Hasil Hitung Efisiensi Boiler Metode Indirect ................................. 66
Tabel 4. 7 Perbandingan Heat Loss Sebelum Dan Sesudah Overhaul .......... 68
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Lembar Bimbingan Skripsi ...................................................... 79 Lampiran 2 Enthalpy Feedwater Dengan Steam Property ......................... 81 Lampiran 3 Enthalpy Superheat Dengan Steam Property ......................... 83 Lampiran 4 CP Superheat Dengan Steam Property .................................. 85 Lampiran 5 Tabel Kalor Spesifik Gas Ideal (Udara Flue Gas) ................... 87
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Seiring dengan meningkatnya jumlah penduduk dunia, kebutuhan
manusia yang harus dipenuhi secara global juga meningkat termasuk kebutuhan
akan energi. Kemajuan dibidang teknologi juga menuntut tersedianya energi
yang berkesinambungan, misalnya kebutuhan listrik. Pada kenyataanya semua
energi yang kita gunakan dimuka bumi ini berasal dari matahari. Batubara yang
kita bakar, bensin yang kita gunakan untuk kendaraan, angin yang berhembus
melintasi negara, hujan yang turun membasahi bumi semua melepaskan energi.
Batubara atau bahan bakar minyak berasal dari tumbuhan, tanaman atau
organisme yang membusuk. Tanaman pada dasarnya tumbuh pada bumi dan
menyimpan energi yang diperoleh dari matahari. Dengan berlalunya waktu
dimana tanaman ini tertimbun namun tetap menyimpan energinya. Pembangkit
Listrik Tenaga Uap (PLTU) merupakan pembangkit listrik tenaga termal yang
banyak digunakan, karena efisiensinya baik sehingga menghasilkan energi listrik
yang ekonomis.
Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) batubara merupakan jenis
pembangkit terbesar yang dikembangkan oleh pemerintah Indonesia untuk
mengatasi kekurangan pasokan listrik dan untuk mengurangi ketergantungan
BBM pada PLTD. Jika dilihat dari bahan baku yang digunakan untuk
menghasilkan uap, maka PLTU bisa dikatakan pembangkit yang berbahan baku
air, karena untuk menghasilkan uap yang digunakan untuk memutar turbin, tentu
diperlukan air. Dalam PLTU terdapat proses yang terus-menerus berlangsung
dan berulang-ulang. Prosesnya adalah air menjadi uap, kembali menjadi air dan
seterusnya. Proses inilah yang dimaksud dengan proses PLTU. Prinsip kerja
PLTU adalah air yang dipanaskan di dalam boiler sehingga menghasilkan steam
yang digunakan untuk memutar turbin, karena turbin dikopel satu poros dengan
generator sehingga perputaran rotor turbin menyebabkan berputarnya rotor
generator sehingga menghasilkan listrik. Energi panas yang digunakan untuk
2
mengubah air menjadi uap diperoleh dari hasil pembakaran bahan bakar
sehingga pada PLTU batubara, sumber energi primernya untuk pengoperasian
sistem PLTU adalah batubara, sedangkan sumber energi sekunder pada sistem
pembangkit listrik tersebut adalah uap karena untuk memproduksi uap
dibutuhkan sumber energi panas yang diperoleh dari pembangkaran batubara.
PLTU yang pertama kali beroperasi di Indonesia yaitu pada tahun 1962
dengan kapasitas 25 MW, suhu 500oC, tekanan 65 Kg/cm2, boiler masih
menggunakan pipa biasa dan pendingin generator dilakukan dengan udara.
Kemajuan pada PLTU yang pertama adalah boiler yang sudah dilengkapi pipa
dinding dan pendingin generator dilakukan dengan hydrogen, namun
kapasitasnya masih 25MW. Boiler dayanya ditingkatkan dari 100-200 MW, maka
boilernya harus di lengkapi superheater, economizer dan tungku tekanan.
Kemudian turbinnya bisa melakukan pemanasan ulang dan arus ganda dan
pendingin generatornya masih menggunakan hydrogen. Hanya saja untuk
kapasitas 200 MW uap dihasilkan mempunyai tekanan 131,5 Kg/cm2 dan suhu
540oC dan bahan bakarnya masih menggunakan minyak bumi.
Air yang digunakan dalam siklus PLTU disebut dengan air demin, yaitu
air yang mempunyai kadar conductivity sebesar 0.2 mikro siemen. Sebagai
perbandingan air mineral yang kita minum sehari-hari air demin ini, setiap unit
PLTU biasanya dilengkapi dengan desalination plant dan demineralization plant
yang berfungsi untuk memproduksi air demin. Secara sederhana siklus PLTU
bisa dilihat ketika proses memasak air. Mula-mula air ditampung dalam tempat
memasak dan kemudia diberi panas dari sumbu api yang menyala dibawahnya.
Akibat pembakaran menimbulkan air terus mengalami kenaikan suhu sampai
pada batas titik didihnya. Karena pembakaran terus berlanjut maka air yang
dimasak yang dimasak melampaui titik didihnya sampai timbul uap panas. Uap
inilah yang digunakan untuk memutar turbin dan generator yang akan
menghasilkan energi listrik. Siklus PLTU merupakan siklus tertutup (close cycle)
yang idelanya tidak memerlukan lagi air jika memang kondisinya sudah
mencukupi. Tetapi kenyataannya masih diperlukan banyak air penambah setiap
hari. Hal ini mengindikasikan banyak sekali kebocoran di pipa-pipa saluran air
maupun di dalam sebuah PLTU. Untuk menjaga agar siklus tetap berjalan, maka
3
untuk menutupi kekurangan air dalam siklus akibat kebocoran, hotwell selalu
ditambah air sesuai kebutuhannya dari air yang berasal dari demineralized tank.
Berdasarkan hal diatas, maka dilakukan suatu penelitian yaitu analisis
energi pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) untuk mengetahui efisiensi
pemakaian bahan baku yang berupa air dan batubara.
Didalam PLTU terdapat salah satu komponen penting, yaitu boiler. Boiler
adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai
terbentuk air panas atau uap. Komponen penting pada boiler adalah burner,
ruang bakar, penukar panas dan sistem kontrol. Komposisi yang tepat dalam
pencampuran antara bahan bakar dan udara di ruang bakar akan menghasilkan
pembakaran yang sempurna. Panas yang dihasilkan ditransfer ke air melalui
penukar panas. Uap panas lanjut pada tekanan tertentu kemudian digunakan
untuk proses produksi untuk memutar turbin uap yang akan menggerakan
generator untuk menghasilkan listrik. Didalam boiler terjadi proses pembakaran,
prinsip dasar terjadinya pembakaran adalah segitiga api, dimana segitiga api ini
terjadi apabila ada tiga komponen yaitu bahan bakar, udara pembakaran dan
panas. Untuk menghasilkan pembakaran yang sempurna diperlukan jumlah
bahan bakar dan udara yang proporsional ataupun sesuai dengan kebutuhan,
bila jumlah udara yang diberikan tidak cukup, maka pembakaran yang sempurna
tidak akan tercapai. Fungsi dari udara pembakaran bersama dengan bahan
bakar melakukan proses pembakaran didalam ruang bakar boiler (furnace).
Proses pembakaran berlangsung terus menerus selama boiler beroperasi,
pasokan udara pembakaran pun harus dilakukan secara kontinyu.
Efisiensi termis suatu ketel uap (boiler) merupakan salah satu isu penting
dalam PLTU, dimana semakin besar efisiensi boiler maka energi listrik yang
dihasilkan juga optimal. Efisiensi termis boiler didefinisikan sebagai prosentase
energi (panas) masuk yang digunakan secara efektif pada uap yang dihasilkan.
Salah satu faktor yang mempengaruhi efisiensi boiler adalah total udara
pembakaran (pembakaran yang sempurna) dan nilai kalori bahan bakar
batubara. Batubara sulit dikontrol karena bersumber langsung dari alam,
sementara total udara pembakaran tadi dikontrol oleh fan-fan sebagai alat bantu
di boiler yang digunakan untuk mengatur kebutuhan udara. untuk memutar turbin
4
uap yang akan menggerakan generator untuk menghasilkan listrik. Didalam
boiler terjadi proses pembakaran, prinsip dasar terjadinya pembakaran adalah
segitiga api, dimana segitiga api ini terjadi apabila ada tiga komponen yaitu bahan
bakar, udara pembakaran dan panas. Untuk menghasilkan pembakaran yang
sempurna diperlukan jumlah bahan bakar dan udara yang proporsional ataupun
sesuai dengan kebutuhan, bila jumlah udara yang diberikan tidak cukup, maka
pembakaran yang sempurna tidak akan tercapai. Fungsi dari udara pembakaran
bersama dengan bahan bakar melakukan proses pembakaran didalam ruang
bakar boiler (furnace). Proses pembakaran berlangsung terus menerus selama
boiler beroperasi, pasokan udara pembakaran pun harus dilakukan secara
kontinyu. Efisiensi termis suatu ketel uap (boiler) merupakan salah satu isyu
penting dalam PLTU, dimana semakin besar efisiensi boiler maka energi listrik
yang dihasilkan juga optimal. Efisiensi termis boiler didefinisikan sebagai
prosentase energi (panas) masuk yang digunakan secara efektif pada uap yang
dihasilkan. Salah satu faktor yang mempengaruhi efisiensi boiler adalah total
udara pembakaran (pembakaran yang sempurna) dan nilai kalori bahan bakar
batubara. Batubara sulit dikontrol karena bersumber langsung dari alam,
sementara total udara pembakaran tadi dikontrol oleh fan-fan sebagai alat bantu
di boiler yang digunakan untuk mengatur kebutuhan udara.
Untuk menjaga keandalan pembangkit, kondisi penyebab matinya (shut
down) pembangkit harus dikurangi seoptimal mungkin. Penyebab berhentinya
(shut down) suatu pembangkit bisa disebabkan oleh faktor kesengajaan atau
ketidak sengajaan. Faktor kesengajaan disebabkan oleh adanya program
pemeliharaan pembangkit yang merupakan suatu keharusan untuk menjaga
agar kondisi mesin tetap andal dan beroperasi secara optimal, dimana kondisi
(shut down) tidak dapat dihindari. Penyebab lainnya adalah faktor ketidak
sengajaan, berhenti beroperasinya suatu pembangkit lebih disebabkan oleh
gangguan-gangguan yang tidak terduga. Oleh karena itu, perlunya diketahui
performansi setiap peralatan yang digunakan. Banyak faktor yang dapat
mempengaruhi efisiensi boiler. Kinerja boiler mengalami penurunan signifikan
disebabkan tidak terpenuhinya kebutuhan udara pembakaran, perawatan tidak
5
dilaksanakan sesuai dengan standar. Guna mempertahankan kinerja boiler
sesuai desain, maka setiap pembangkit melakukan maintenance.
Overhaul adalah kegiatan pemeliharaan yang dilakukan dengan
membongkar keseluruhan mesin dan pemeriksaan secara teliti penyebab
kerusakan dan mengganti peralatan-peralatan yang rusak. Overhaul dilakukan
secara berkala, setiap setahun sekali atau yang disebut Simple Inspection dan
empat tahun sekali atau yang disebut Serious Inspection.
1.2 Permasalahan Penelitian
1.2.1 Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, saya memberikan identifikasi
masalah yang akan bahan penelitian sebagai berikut:
• Efisiensi mempengaruhi listrik yang dihasilkan
• Overhaul mempengaruhi efisiensi boiler
1.2.2 Ruang Lingkup Masalah
Dalam penyusunan skripsi ini penulis membatasi masalah khusus pada
pengaruh efisiensi boiler sebelum dan sesudah overhaul. Untuk mempermudah
dalam pengolahan data, penulis menggunakan beberapa pembatasan dan
asumsi yaitu:
1. Isi skripsi ini hanya meliputi ruang lingkup area boiler unit 1 di UJP PLTU
Banten 3 Lontar.
2. Perhitungan efisiensi boiler menggunakan metode direct dan metode
indirect.
3. Data efisiensi boiler diambil pada kondisi sebelum dan sesudah overhaul
pada tahun 2019 di unit 1 UJP PLTU Banten 3 Lontar.
1.2.3 Rumusan Masalah
6
Dalam judul skripsi yang diangkat agar tidak menyimpang dan terlalu
luas maka diberikan rumusan masalah sebagai berikut:
1. Apakah overhaul dapat meningkatkan efisiensi boiler unit 1
UJP PLTU Banten 3 Lontar?
1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan dari penulisan ini ditinjau dari latar belakang dan rumusan
masalah adalah untuk mengetahui pengaruh overhaul terhadap efisiensi
boiler.
Pada uraian tujuan penelitian yang dibahas sebelumnya, penulis mampu
mencapai target dan diharapkan manfaat penelitian ini dapat tersusun dengan
rapi dan benar. Manfaat penelitian akan dilampirkan baik secara praktis dan
secara teoritis yaitu :
1. Secara Praktis
Dari hasil penelitian ini penulis berharap dapat digunakan sebagai
referensi tentang penelitian pengaruh overhaul terhadap efisiensi boiler
dan dapat digunakan untuk menambah ilmu pengetahuan pada
lingkungan masyarakat dalam kampus maupun lingkungan masyarakat
di luar kampus. Dan penulis berharap penelitian ini dapat memenuhi
persyaratan dalam menyelesaikan kurikulum pendidikan Sarjana Strata
Satu (S1) dan mendapatkan gelar Sarjana Teknik Strata Satu (S1).
2. Secara Teoritis
a. Dapat mengetahui perbandingan efisiensi boiler sebelum dan
sesudah overhaul.
b. Dapat menghitung efisiensi boiler dengan metode direct dan metode
indirect.
1.4 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan skripsi ini dimaksudkan untuk mempermudah
dalam pembacaan dan memberikan gambaran mengenai pembahasan skripsi
adalah sebagai berikut:
7
Bab I PENDAHULUAN
Pada bab ini menjelaskan secara ringkas mengenai latar belakang
masalah yang akan diteliti, tujuan penulisan, batasan masalah, manfaat
penulisan, metode pengumpulan data, dan sistematika penulisan skripsi.
Bab II TINJAUAN PUSTAKA
Menjelaskan beberapa teori dasar yang diperlukan untuk melakukan
penelitian pengaruh overhaul terhadap efisiensi boiler seperti: jenis metode
perhitungan efisiensi boiler yang digunakan.
Bab III METODE PENELITIAN
Menjelaskan tentang langkah-langkah yang digunakan dalam
pengambilan data atau pengumpulan data dan langkah pengerjaannya, serta
kerangka pemecahan masalah.
Bab IV HASIL DAN ANALISIS
Menjelaskan tentang data-data hasil perhitungan efisiensi boiler dengan
metode direct dan metode indirect yang dilakukan pada saat sebelum dan
sesudah overhaul.
Bab V KESIMPULAN DAN SARAN
Berisi mengenai kesimpulan analisa dan pembahasan mengenai hasil
dari penelitian serta terdapat juga beberapa saran dan pendapat.
8
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Peneliti meninjau beberapa penelitian yang telah dilakukan sebelumnya
dengan bahasannya kurang lebih sama. Rujukan penelitian ini diharapkan dapat
membantu peneliti dalam menulis skripsi ini.
1. Jurnal C.T.K. Iswandi, tahun 2012 dengan judul “Analisis Kinerja Boiler
Pada PLTU Unit 1 PT. Semen Tonasa”. Dalam penelitian ini, terdapat
dua metode pengkajian efisiensi boiler: Metode langsung, dikenal juga
sebagai “metode input-output” karena metode ini hanya memerlukan
panas masuk/input (bahan bakar) dan keluaran/output (uap) untuk
evaluasi efisiensi. Metode tak langsung, efisiensi merupakan perbedaan
antara kehilangan panas dan energi yang masuk. Standar acuan untuk
uji boiler dengan metode tak langsung adalah British Standard, BS
845:1987 dan USA Standard ASME PTC 4-1. Pada metode ini akan
dilakukan suatu perhitungan mengenai besaran energi masukan bahan
bakar yang dimasukan kedalam fluida kerja, yang mana energi masukan
tersebut akan berkurang yang disebabkan oleh adanya rugi atau losses
yang terjadi.
2. Jurnal Eko Siswanto, tahun 2015 dengan judul “Analisa Efisiensi Exergi
Boiler Wanson III Pada Unit Kilang Di Pusat Pendidikan Dan Pelatihan
Minyak Dan Gas Bumi (PUSDIKLAT MIGAS) Cepu”. Analisa Efisiensi
exergi boiler wanson pada unit kilang di PUSDIKLAT MIGAS
Cepu yang bertujuan untuk mengidentifikasi penggunaan energi
sebenarnya atau hasil kualitas terhadap konsumsi energi aktual dan
kehilangan energy sebenarnya akibat irrevesibilitas proses. Karena
boiler merupakan sumber destruksi exergi terbesar dalam sistem PLTU.
Sehingga kesempatan dalam meningkatkan efisiensi performa sangat
besar.
9
2.2 Teori Pendukung
PLTU merupakan salah satu jenis pembangkit tenaga thermal yang
banyak digunakan, ini dikarenakan biaya bahan bakarnya yang lebih murah dan
dapat menghasilkan daya yang besar PLTU merupakan mesin konversi energi
yang merubah energi kimia yang terdapat di dalam bahan bakar menjadi energi
listrik.
Proses konversi energi pada PLTU berlangsung melalui 3 tahapan, yaitu:
Gambar 2. 1 Konversi Energy Pada PLTU
(Nurmalita, 2012)
a. Pertama, energi kimia dalam bahan bakar diubah menjadi energi panas
dalam bentuk uap bertekanan dan temperature tinggi.
b. Kedua, energi panas (uap) diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk
putaran.
c. Ketiga, energi mekanik diubah menjadi energi listrik.
2.2.1 Siklus Rankine
Siklus merupakan rangkaian dari beberapa proses yang dimulai dari
suatu tingkat keadaan kemudian kembali ke tingkat keadaan semula dan terjadi
secara berulang (Nurmalita, 2012). Siklus rankine sederhana terdiri dari empat
komponen utama yaitu pompa, boiler, turbin, dan kondensor:
10
T = Suhu ; S = Entropi
Gambar 2. 2 Siklus Rankine
(Nurmalita, 2012)
Siklus di PLTU menggunakan siklus rankine dengan superheater dan
reheater.
Keterangan gambar:
Proses 1-1’ : Penaikan tekanan pada air menggunakan condensate
extraction pump.
Proses 1’-2 : Pemanasan air pada low pressure heater.
Proses 2-2’ : Penaikan tekanan air menggunakan boiler feed pump.
Proses 2’-3 : Pemanasan air pada high pressure heater dan pada
economizer.
Proses 3-4 : Pemanasan air menjadi uap air pada wall tube dan
downcomer di dalam boiler.
Proses 4-5 : Pemanasan uap air menjadi uap panas lanjut
(superheated steam) pada superheater.
Proses 5-6 : Ekspansi uap di dalam high pressure turbine.
Proses 6-7 : Pemanasan kembali uap yang keluar dari high
pressure turbine yang terjadi dalam reheater.
Proses 7-7’ : Ekspansi uap yang keluar dari reheater di dalam
11
intermediate pressure turbine.
Proses 7’-8 : Ekspansi uap di dalam low pressure turbine tanpa
mengalami pemanasan ulang.
Proses 8-1 : Pendinginan uap menjadi air di dalam condenser.
2.2.2 Boiler
Boiler adalah sebuah bejana tertutup dimana panas pembakaran
dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam
pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu
proses. Boiler berfungsi untuk merubah energi panas dari bahan bakar menjadi
energi panas pada uap, terdiri dari tiga bagian utama yaitu economizer untuk
memanaskan air menuju titik perpindahan phasa, evaporator untuk merubah
phasa air menjadi uap dan superheater untuk memanaskan lanjut uap tersebut
sampai suhu tertentu (Ramadhan M. F., 2018).
Gambar 2. 3 Boiler PLTU Banten 3 Lontar (Ramadhan P. , 2017)
12
Pada boiler, sumber panas didapatkan dari pembakaran bahan bakar di
dalam furnace. Energi panas ini sebagian akan terpancar secara radiasi ke
pipa-pipa evaporator sehingga memanaskan pipa-pipa tersebut. Panas yang
terserap oleh permukaan pipa akan secara konduksi berpindah ke sisi
permukaan dalam pipa.
Di dalam pipa, mengalir air yang terus-menerus menyerap panas
tersebut. Proses penyebaran panas antar molekul air di dalam aliran ini terjadi
secara konveksi. Perpindahan panas konveksi antar molekul air, seakan-akan
menciptakan aliran fluida tersendiri terlepas dengan aliran air di dalam pipa-
pipa boiler. Gas hasil pembakaran yang mengandung energi panas akan terus
mengalir mengikuti bentuk boiler hingga ke sisi keluaran. Di sepanjang
perjalanan, panas yang terkandung di dalam gas buang akan diserap oleh
permukaan tubing boiler dan diteruskan secara konduksi ke air di dalam pipa.
Secara bertahap, air akan berubah fase menjadi uap basah (saturated steam)
dan dapat berlanjut hingga menjadi uap kering (superheated steam)
(Ramadhan P. , 2017).
2.2.3 Klasifikasi Boiler
Klasifikasi boiler secara umum dibagi dua yaitu, boiler pipa api dan boiler
pipa air. Jenis boiler pipa api banyak digunakan oleh industri yang memerlukan
tekanan uap yang relatif rendah, misalnya pabrik-pabrik gula. Sedangkan jenis
pipa air digunakan oleh industri/pembangkit listrik yang memerlukan tekanan uap
yang tinggi, misalnya pada pusat-pusat listrik tenaga uap.
2.2.3.1 Boiler Pipa Api
Pada jenis boiler pipa api, gas panas hasil pembakaran (flue gas)
mengalir melalui pipa-pipa yang dibagian luarnya diselimuti air sehingga terjadi
perpindahan panas dari gas panas ke air dan air berubah menjadi uap. Gambar
boiler pipa api dapat dilihat pada gambar.
13
Gambar 2. 4 Boiler Pipa Api
(Ramadhan P. , 2017)
Keterbatasan dari boiler pipa api adalah tekanan uap tidak dapat dibuat
terlampau tinggi karena ketebalan drum akan sedemikian tebalnya sehingga
tidak menguntungkan. Boiler seperti ini banyak digunakan di pabrik-pabrik gula
karena tidak memerlukan tekanan uap yang tinggi.
2.2.3.2 Boiler Pipa Air
Pada boiler jenis ini, air berada didalam pipa sedangkan gas panas
berada diluar pipa. Boiler pipa air dapat beroperasi dengan tekanan sangat tinggi
(lebih dari 100 Bar). Gambar boiler pipa air dapat dilihat pada gambar.
Gambar 2. 5 Boiler Pipa Air
(Ramadhan P. , 2017)
14
Cara kerja boiler pipa air adalah diluar pipa terjadi proses pengapian,
kemudian dihasilkan panas yang digunakan untuk memanaskan pipa yang berisi
air. Melalui economizer air tersebut terlebih dahulu dikondisikan, kemudian
dihasilkan steam yang terlebih dahulu dikumpulkan dalam sebuah boiler drum.
Melalui tahap secondary superheater dan primary superheater setelah tekanan
dan temperature sesuai bary steam dilepaskan ke pipa utama distribusi. Didalam
pipa air harus ada pengkondisian air yang mengalir terhadap mineral atau
kandungan lain yang terlarut dalam air hal ini harus diperhatikan pada tipe ini
karena menjadi factor utama (Ramadhan P. , 2017).
Keuntungan dari boiler pipa air ialah kapasitas steam besar, tekanan
operasi mencapai 100 bar, dibanding dengan boiler pipa api, nilai efisiensinya
lebih tinggi. Kerugiannya ialah proses konstruksinya lebih detail, investasi diawal
realtif mahal, penanganan air yang masuk kedalam boiler dalam system ini lebih
sensitive.
2.2.4 Komponen Utama Boiler Dan Fungsinya
2.2.4.1 Boiler Drum
Bentuk drum mempengaruhi jalannya fluida melalui ketel, dan bentuknya
tergantung dari fungsinya, variasi didalamnya disesuaikan dengan instalasi
didalam drum ketel. Boiler drum adalah bejana tempat menampung air yang
datang dari economizer dan uap hasil penguapan dari wall tube (riser). Kira-kira
setengah dari drum berisi air dan setengahnya lagi berisi uap. Level air didalam
drum harus dijaga agar selalu tetap kira-kira setengah dari tinggi drum.
Banyaknya air pengisi yang masuk ke dalam drum harus sebanding dengan
banyaknya uap yang meninggalkan drum, sehingga level air terjaga konstant.
Pengaturan level di dalam boiler drum dilakukan dengan mengatur besarnya
pembukaan flow control valve. Apabila level didalam air drum terlalu rendah/tidak
terkontrol akan menyebabkan terjadinya overheating pada pipa-pipa boiler,
sedangkan bila level drum terlalu tinggi, kemungkinan butir-butir air terbawa ke
turbin dan mengakibatkan kerusakan pada turbin. Untuk mengamankannya pada
boiler drum dipasang alarm untuk level high dan level low serta trip untuk level
very low dan very high. Level air didalam boiler drum dapat dimonitor dengan
15
menggunakan peralatan level gauge/level indikator yang terdapat didekat boiler
drum lokal), atau dengan cara remote (jarak jauh) di control room, juga dicatat
pada level recorder. Uap akan mengalir ke arah puncak boiler drum melewati
steam separator dan screen dryer lalu keluar dari dalam drum dalam keadaan
kering menuju separator dan akhirnya ke turbin. Butir-butir air yang terpisah dari
uap akan jatuh dan bersirkulasi kembali bersama air yang baru masuk.
2.2.4.2 Furnace dan Waterwall
• Furnace
Proses pembakaran dilaksanakan didalam sebuah ruang yang
dinamakan ruang bakar, yang disusun sedemikian sehingga dapat
mengendalikan pemberian udara dan bahan bakar. Ruang bakar ini
harus direncanakan untuk dapat menghasilkan langsung energi panas
oleh api kedalam uap dan air di dalam unit pemanas lainnya (ketel,
superheater, economizer dan reheater). Selain itu juga ruang bakar
harus direncanakan untuk mereduksi panas serendah-rendahnya.
Semua unsur bahan bakar yang dapat terbakar harus dapat terbakar
dengan sempurna dalam ruang bakar. Temperatur tinggi yang
dibangkitkan oleh api, interior dinding ruang bakar harus dibuat dari
bahan yang sanggup menahan panas dan juga mempunyai tahanan
tinggi untuk mengalirkan panas. Temperatur tinggi hasil pembakaran
biasanya diteruskan ke puncak ruang bakar untuk masuk ke saluran gas
ketel.
• Wall tube
Didalam tube wall terdapat air yang bersirkulasi dari boiler drum
melalui down comer dan low header. Panas yang dihasilkan dari proses
pembakaran didalam furnace sebagian diberikan kepada air yang ada
didalam tube wall sehingga air berubah menjadi uap. Selain berfungsi
untuk membuat air menjaadi uap, tube wall juga mencegah penyebaran
panas daari dalam furnance ke udara luar dan untuk lebih menjamin agar
panas tersebut tidak terbuang ke udara luar melewati tube wall, maka
dibalik tube wall (arah udara luar) dipasang dinding isolasi yang terbuat
16
dari mineral fiber. Sedangkan pada down comer merupakan pipa yang
berukuran besar, menghubungkan bagian bawah boiler drum dengan
lower header. Down comer (pipa turun) tidak terkena panas secara
langsung dari ruang bakar. Dan untuk menghindari kerugian panas yang
terbuang pada down comer, maka down comer diberi isolasi.
2.2.4.3 Superheater dan Reheater
Pemanas lanjut uap atau superheater ialah alat untuk memanaskan uap
basah menjadi uap yang dipanaskan lanjut (kering). Uap yang dipanaskan lanjut
bila digunakan untuk melakukan kerja dengan jalan ekspansi didalam turbin atau
mesin uap tidak akan (segera) mengembun, sehingga mengurangi kemungkinan
timbulnya bahaya yang disebabkan terjadinya pukulan balik atau back stroke
yang diakibatkan mengembunnya uap belum pada waktunya sehingga
menimbulkan vakum ditempat yang tidak semestinya didaerah ekspansi.
Superheater adalah peralatan yang berfungsi untuk menaikkan
temperatur uap jenuh sampai menjadi uap panas lanjut sesuai dengan kebutuhan
untuk menggerakkan turbin. Karena uap yang terbentuk dari pemanasaan
didalam pipa pipa di ruang bakar berada dalam wujud kenyang (jenuh) atau
basah maka uap yang demikian jika digunakan atau diekspansikan dalam turbin,
akan menimbulkan pengembunan yang cepat.
Sedangkan Reheater adalah peralatan yang berfungsi untuk menaikkan
temperature uap dari turbin tekanan tinggi untuk dipanaskan ulang sesuai
dengan kebutuhan untuk menggerakkan turbin tingkat tekanan berikutnya. Uap
yang telah digunakan untuk memutar turbin tekanan tinggi (HP Turbine)
mengakibatkan tekanan dan temperaturnya turun. Dengan memanfaatkan gas
bekas maka uap tersebut dipanaskan ulang untuk menaikkan temperaturnya
dengan tekanan tetap, sehingga mendapatkan entalpi yang lebih tinggi. Sesuai
analisa Termodinamika, baik superheater maupun reheater, efisiensi termis
suatu instalasi akan naik apabila menggunakan uap panas lanjut. Dengan
menggunakan uap basah, akan menimbulkan erosi pada sudu-sudu turbin.
Superheater (pemanas uap lanjut) dan reheater terpasang disaluran gas buang
dalam ketel uap. Didalam superheater uap jenuh atau basah yang berasal dari
17
drum ketel temperaturnya dinaikkan pada tekanan tetap sampai temperature
yang diinginkan. Energi panas diambil dari gas-gas bekas, berlangsung secara
radiasi dan/atau konveksi. Sebagaimana halnya pada pipa – pipa air lainnya.
Temperatur uap dibuat sedemikian tinggi sehingga material ketel harus mampu
menahan suhu maupun tekanan kerjanya.
2.2.4.4 Economizer
Ekonomiser terdiri dari pipa – pipa air yang ditempatkan pada lintasan
gas asap sebelum meninggalkan ketel. Pipa – pipa ekonomiser dibuat dari bahan
baja atau besi tuang yang sanggup menahan panas dan tekanan tinggi. Korosi
yang mungkin terbentuk sebelah sisi air dapat dihindarkan dengan jalan
melunakkan air pengisi terlebih dahulu, dan korosi di sebelah luar (sisi gas asap)
diatasi dengan mempertahankan temperatur gas asap tinggi diatas titik embun
gas sulphur. Konduktivitas panas dan tahanan aliran gas yang disebabkan oleh
abu/debu yang melekat pada pipa – pipa dicegah dengan pembersihan pipa –
pipa secara berkala.Dengan menggunakan ekonomiser, efisiensi thermis ketel
naik; diperkirakan penghematan pemakaian bahan bakar dapat berkurang 1%
tiap kenaikan temperatur air pengisi 50C. Agar pemakaian ruangan kecil, maka
permukaan pipa – pipa biasanya dibuat polos (licin) dan berliku dan dipasang
horizontal serta sejajar satu sama lain dalam saluran gas buang. Di kedua ujung
pipa dibuat kotak pengumpul (header) atas dan bawah dan juga sejajar satu
sama lain. Penyerapan panas dari gas – gas kepada air akan lebih bermanfaat
bila gas asap mengalir ke bawah dan air mengalir berliku– liku keatas.
2.2.4.5 Fan
Draft sistem adalah perbedaan antara tekanan atmosfer dengan tekanan
statis di ruang bakar, saluran gas buang maupun cerobong yang menghasilkan
laju aliran tertentu.
Secara garis besar, draft sistem mempunyai peranan penting yang sama
dalam sistem pembangkit, diantaranya:
i. Untuk menyuplai udara di ruang bakar boiler agar memenuhi kebutuhan
untuk pembakaran antara udara dan bahan bakar.
18
ii. Untuk menghilangkan gas buang dari ruang bakar dan mengalirkannya
kecerobong dan atmosfer dengan sempurna.
iii. Mengurangi polusi dari fly ash (mempermudah fly ash masuk ke hopper).
Dalam draft sistem tersebut terdapat beberapa fan yang sangat penting
bagi proses pembakaran di dalam boiler agar terjadi keseimbangan dan efisiensi.
Fan tersebut adalah Primary Air Fan (PA Fan), Force Draft Fan (FD Fan), dan
Induced Draft Fan (ID Fan).
• Primary Air Fan (PA Fan)
PA Fan terletak di bagian Pulverizer (bagian yang berfungsi sebagai
penggerus batubara kasar yang disuplai oleh Coal Feeder menjadi serbuk
batubara yang sangat halus sebelum disalurkan ke burner) dan berfungsi
sebagai penghasil udara primer (Primary Air) yang digunakan sebagai udara
pengangkut serbuk batubara dari Pulverizer menuju Burner untuk dibakar di
Furnace Boiler (ruangan yang berisi pipa-pipa boiler yang digunakan untuk
tempat pembakaran). Mula-mula PA Fan yang bekerja pada tekanan rendah
mengambil udara dari luar untuk dijadikan sebagai udara primer, lalu PA Fan
akan bekerja pada tekanan tinggi untuk menyalurkan serbuk batubara dari
Pulverizer ke furnace boiler yang dibantu oleh Seal Air Fan (penghasil udara
bertekanan). Sebelum masuk ke boiler, udara primer dinaikkan suhunya terlebih
dahulu oleh Primary Air Heater yang berfungsi sebagai pemanas awal udara
primer yang dihasilkan oleh PA Fan sebelum disalurkan pada Pulverize.
Primary air fan ini dibagi menjadi dua berdasarkan letaknya, yaitu cold
primary air system dan hot primary air system. Cold primary air system terletak
pada salauran sebelum air heater, sedangkan hot primary air system terletak
setelah melewati air heater.
Cold primary air system mempunyai keuntungan yaitu mempunyai
efisiensi volumetric yang kecil saat ditekan tetapi memiliki kerugian di air
heater yang lebih besar dibanding hot primary air heater yang mempunyai
kerugian di air heater kecil tetapi membutuhkan pendinginan untuk komponen
kipasnya serta konstruksinya lebih rumit.
19
• Force Draft Fan (FD Fan)
FD Fan terletak pada bagian ujung saluran air intake boiler dan
digerakkan oleh motor listrik. Fan ini bekerja pada tekanan tinggi dan berfungsi
menghasilkan udara sekunder (Secondary Air) yang akan dialirkan ke dalam
boiler untuk mencampur udara dan bahan bakar dan selanjutnya digunakan
sebagai udara pembakaran pada furnace boiler. Udara yang diproduksi oleh
Force Draft Fan (FD Fan) diambil dari udara luar. Dalam perjalananya menuju
boiler, udara tersebut dinaikkan suhunya oleh secondary air heater (pemanas
udara sekunder) agar proses pembakaran bisa terjadi di boiler.
FD Fan dan PA Fan bekerja sama untuk membuat campuran antara
udara dan serbuk batubara dengan perbandingan kurang lebih 13 : 1 agar terjadi
pembakaran sempurna. Bercampurnya udara dan serbuk batubara 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.
• Induced Draft Fan (ID Fan)
ID Fan dipasang di dekat stack (cerobong pembuangan gas hasil
pembakaran batubara) dan electrostatic precipitator (penangkap abu batubara
jenis Fly Ash yang beterbangan sehingga dapat mengurangi polusi udara yang
akan dikeluarkan melalui stack). ID Fan berfungsi untuk mempertahankan
pressure pada furnace boiler dan bekerja pada tekanan atmosfir rendah karena
digunakan untuk menghisap gas dan abu sisa pembakaran pada boiler untuk
selanjutnya dibuang melalui stack. Sebelum gas dan abu sisa pembakaran
dibuang, terlebih dahulu dilewatkan pada electrostatic precipitator agar bisa
mengurangi prosentase polusi udara yang dihasilkan dari sisa pembakaran
tersebut.
2.2.4.6 Pulverizer
Fungsi mill (pulveriser) pada sistem bahan bakar batubara adalah
menggiling atau menghaluskan bongkahan-bongkahan batubara sehingga
20
menjadi bubuk batubara. Bubuk batubara (PulveriserFuel) mempunyai ukuran
sekitar 200 Mesh. Tujuan menggiling batubara adalah membuat luas permukaan
bubuk batubara menjadi besar, sehingga dalam proses pembakaran antara
batubara dan udara lebih homogen dan pembakaran menjadi lebih sempurna.
2.2.4.7 ESP dan Bag Filter
Abu (Bottom Ash) yang dihasilkan saat proses pembakaran akan jatuh
ke bagian bawah ketel uap dan dikeluarkan dari ketel menggunakan bottom ash
extractor. Debu (fly ash) adalah hasil proses pembakaran batubara sangat halus
sehingga mudah terbawa oleh gas buang menuju cerobong ke udara luar. Debu
ini merupakan material yang dapat menimbulkan polusi udara, oleh karenanya
debu yang keluar harus diusahakan sedikit mungkin jumlahnya. Salah satu jenis
peralatan yang bertugas untuk menangkap debu menuju cerobong tersebut
dikenal dengan nama Electrostatic Precipitator yang dapat menangkap abu/debu
dari dalam gas buang sebanyak lebih dari 99% atau kadar abu/debu dalam gas
buang hanya tinggal 0,4 g/Nm3. Gas buang mengalir melalui medan Electrostatic
yang dihasilkan oleh pasangan Electroda arus DC bertegangan tinggi (50 KV –
70 KV). Discharge Electrodes atau Emitter Electrodes biasanya berupa kawat –
kawat logam yang dipasang tegak, digantung pada insulator, dipasang dicelah-
celah plat yang berfungsi sebagai Collecting Electrodes.
2.2.4.8 Sootblower
Boiler-boiler modern dilengkapi dengan pembersih abu (sootblower)
yang dapat dioperasikan dari jarak jauh (remotely operated) dan dikendalikan
secara bergantian dan berurutan. Fungsi dari sootblower adalah untuk
membersihkan abu, kotoran yang menempel pada pipa-pipa wall tube,
superheater, economizer, reheater, dan pada elemen air heater. Tujuan dari
pembersihan tersebut adalah untuk menaikkan efisiensi dari boiler dan
menghindari kerusakan pipa-pipa pada boiler / superheater.
21
2.2.5 Sirkulasi Udara Dan Gas Buang
Udara untuk proses pembakaran di dalam furnace (ruang bakar) diambil
dari udara luar menggunakan Forced Draft Fan dan dialirkan didalam saluran
udara melalui air heater dan berakhir di wind box sebelum masuk ke furnace.
Gambar sirkulasi udara untuk boiler berbahan bakar batubara dapat
dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2. 6 Sirkulasi Udara
(Ramadhan P. , 2017)
Pencampuran udara dan bahan bakar bereaksi dalam proses
pembakaran menghasikan panas dan produk lain seperti gas buang (gas hasil
pembakaran, flue gas) dan produk lainnya seperti abu (Bottom Ash) dan debu
(Fly Ash). Gas buang ini mengalir dari furnace didalam saluran gas buang (flue
gas duct) menuju cerobong (stack melalui superheater, economizer, air heater,
eceltropresipitator, dan induced draft fan) (Simanjuntak & Amien, 2015).
Gambar sirkulasi gas dapat dilihat pada gambar dibawah ini.:
22
Gambar 2. 7 Sirkulasi Gas
(Ramadhan P. , 2017)
2.2.6 Peralatan Pada Sistem Udara Pembakaran Dan Gas Buang
2.2.6.1 Fan (kipas)
Penggunaan fan pada PLTU batubara lebih dari satu jenis, yaitu Induced
Draft fan (ID fan), Forced Draft fan (FD fan), Primary Air fan (PA fan) dan ada
pula yang dilengkapi dengan Gas Recirculating fan (GR fan).
FD Fan berfungsi sebagai pemasok udara pembakaran kedalam ruang
bakar. PA fan berfungsi sebagai suplai udara untuk sarana transportasi serbuk
batubara dan juga berfungsi untuk mengeringkan batubara didalam pulverizer.
ID Fan berfungsi menarik / mempertahankan tekanan di ruang bakar (Pengendali
tekanan ruang bakar) juga berfungsi untuk menarik sisa gas hasil pembakaran
menuju cerobong dan keluar ke lingkungan. Gas Recirculating fan (GR fan)
berfungsi menarik kembali sisa gas panas yang dikembalikan ke ruang bakar,
yang bertujuan meningkatkan efisiensi boiler (Siswanto, 2015).
23
2.2.6.2 Air Heater
Air heater adalah pemanas udara sehingga temperatur udara
pembakaran dapat mencapai + 300 ºC dan menghasilkan pembakaran yang
lebih sempurna. Air heater terpasang dari jenis elemen-elemen plat yang
berfungsi mengambil panas dari gas bekas dan kemudian ditransfer ke udara
pembakaran (discharge FD Fan) dengan mekanisme perpindahan panas
konveksi.
2.2.6.3 Electrostatic Precipitator (ESP)
Abu (Bottom Ash) yang diproduksi saat proses pembakaran akan jatuh
ke bagian bawah boiler dan dikeluaran dari boiler menggunakan bottom ash
extractor. Debu (fly ash) sangat halus sehingga dapat terbawa oleh gas buang
menuju cerobong ke udara luar. Debu ini merupakan material yang dapat
menimbulkan polusin udara, oleh karenanya debu hatus diusahakan sekecil
mungkin jumlahnya.
Salah satu jenis peralatan yang bertugas untuk menangkap debu menuju
cerobong tersebut dikenal dengan nama Electrostatic Precipitator yang dapat
menangkap debu dari dalam gas buang sebanyak lebih dari 99%. Gas buang
mengalir melalui medan Electrostatic yang menghasilkan pasangan electroda
arus DC bertegangan tinggi (50 KV – 70 KV). Disetiap unit boiler terpasang dua
electrostatic precipitator.
Gambar 2. 8 Electrostatic Precipitator (Ramadhan P. , 2017)
24
2.2.6.4 Wind Box
Windbox berfungsi sebagai wadah atau box penampung dari udara
pembakaran yang di suplai oleh FD Fan. Didalam windbox terdapat Secondary
Air Damper untuk mengatur jumlah aliran udara pembakaran yang dibutuhkan
pada setiap level burner.
Gambar 2. 9 Wind Box Burner
(Ramadhan P. , 2017)
2.2.6.5 Stack (cerobong)
Stack atau cerobong berfungsi sebagai saluran pembuangan gas hasil
pembakaran batubara menuju atmosfir.
2.2.7 Analisa Batubara
Analisa batubara terdiri dari: analisa ultimate, analisa proximate dan
analisa fisika. Analisa ultimate menganalisa seluruh elemen komponen batubara,
padat atau gas dan analisis proximate menganalisis hanya fixed carbon, bahan
yang mudah menguap, kadar air dan persen abu sedangkan analisis fisika
menentukan nilai kalor, indeks ketergilingan dan berat jenis dari batubara
tersebut. Analisis ultimate harus dilakukan oleh laboratorium dengan peralatan
yang lengkap oleh ahli kimia yang terampil, sedangkan analisis proximate dapat
dilakukan dengan peralatan yang sederhana (Ramadhan M. F., 2018).
25
2.2.7.1 Analisa Proximate
Analisis proximate menunjukan persen berat dari fixed carbon, bahan
mudah menguap, abu, dan kadar air dalam batubara. Jumlah fixed carbon dan
bahan yang mudah menguap secara langsung turut andil terhadap nilai panas
batubara. Fixed carbon bertindak sebagai pembangkit utama panas selama
pembakaran. Kandungan bahan yang mudah menguap yang tinggi menunjukan
mudahnya penyalaan bahan bakar. Kadar abu merupakan hal penting dalam
perancangan grate tungku, volum pembakaran, peralatan kendali polusi dan
sistim handling abu pada tungku. Parameter-parameter tersebut digambarkan
dibawah ini.
Fixed carbon merupakan bahan bakar padat yang tertinggal dalam
tungku setelah bahan yang mudah menguap didistilasi. Fixed carbon juga
merupakan zat yang menguap dan tersisa setelah moisture, volatile matter, dan
kadar abu dihilangkan. Kandungan utamanya adalah karbon tetapi juga
mengandung hidrogen, oksigen, sulfur dan nitrogen yang tidak terbawa gas.
Fixed carbon memberikan perkiraan kasar terhadap nilai panas batubara.
1. Bahan yang mudah menguap (volatile matter)
Bahan yang mudah menguap dalam batubara adalah metan,
hidrokarbon, hydrogen, karbon monoksida, dan gas-gas yang tidak
mudah terbakar, seperti karbon dioksida dan nitrogen. Bahan yang
mudah menguap merupakan indeks dari kandungan bahan bakar bentuk
gas didalam batubara. Kandungan bahan yang mudah menguap berkisar
antara 20 hingga 35%. Kadar volatile metter dapat ditentukan dengan
memanaskan sampel batubara dalam cawan tertutup pada 949°C dalam
waktu 7 menit.
2. Kadar Abu
Abu merupakan kotoran yang tidak akan terbakar. Kandungannya
berkisar antara 5% hingga 40%. Kadar abu dapat ditentukan dengan
menempatkan contoh batubara ke dalam cawan porselin, kemudian
secara perlahan dipanaskan dalam tanur pada suhu 704-746°C selama
setengah jam, pemanasan berikutnya, sampai tidak ada sisa carbon lagi.
26
3. Kadar Air
Kandungan air dalam batubara harus diangkut, di-handling dan disimpan
bersama-sama batubara. Kadar air akan menurunkan kandungan panas
per kg batubara, dan kandungannya berkisar antara 0,5 hingga 10%.
Kadar air ini tertambat pada struktur bagian dalam batubara, dapat
dihilangkan dengan memanaskan didalam alat pengering pada
temperatur 105-110°C dalam suasana non oksidan.
4. Kadar Sulfur
Bahan bakar yang banyak belerang (sulfur) adalah bahan bakar minyak,
sedangkan batubara kandungan sulfurnya relatif lebih kecil. Kandungan
belerang yang makin tinggi mempunyai pengaruh sebagai berikut:
• Menaikkan titik embun gas buang.
• Mempercepat pembentukan kerak sulfat pada ketel, economiser, dan
air heater.
• Mempercepat laju korosi.
• Menurunkan efisiensi, hal ini karena suhu gas buang harus lebih tinggi
dari pada titik embun untuk mencegah korosi.
2.2.7.2 Analisa Ultimate
Analisis ultimate menentukan berbagai macam kandungan kimia unsur-
unsur seperti karbon, hidrogen, oksigen, sulfur, dan lain-lain. Analisis ini berguna
dalam penentuan jumlah udara yang diperlukan untuk pembakaran dan volum
serta komposisi gas pembakaran. Informasi ini diperlukan untuk perhitungan
suhu nyala dan perancangan saluran gas buang.
2.2.8 Overhaul
Overhaul merupakan perbaikan, pemeliharaan, dan pengujian secara
berkala dan menyeluruh dari suatu alat, atau sebagian besar bagiannya sampai
suatu kondisi yang bisa diterima.
27
2.2.8.1 Jenis-jenis Overhaul
• Simple Inspection (SI) dilaksanakan bila unit telah beroperasi 8000 jam
sesudah pelaksanaan Medium Inspection atau 8000 jam sesudah
pelaksanaan serius Inspection, overhaul dilaksanakan selama 15-20
hari.
• Mean Inspection (ME) dilaksanakan bila unit telah beroperasi 16.000 jam
sesudah pelaksanaan serious Inspection, overhaul dilaksanakan selama
30-35 hari.
• Serious Inspection (SE) dilaksanakan setelah unit beroperasi 8000 jam
dari start awal dan selanjutnya setelah unit beroperasi 32.000 jam,
overhaul dilaksanakan selama 45-50 hari.
2.2.8.2 Tujuan Overhaul
• Untuk meningkatkan kesiapan, keandalan dan efisiensi unit pembangkit
• Menurunkan persentase pemeliharaan emergency
2.2.9 Perhitungan Efisiensi Boiler
Efisiensi adalah tingkatan kemampuan kerja suatu alat. Sedangan
efisiensi pada boiler adalah tingkat kemampuan kerja boiler atau ketel uap yang
didapatkan dari perbandingan antara energi yang dipindahkan oleh fluida kerja
didalam ketel dengan masukan energi kimia dari bahan bakar.
ASME Standard PTC 4 – 1998 merupakan standar untuk melakukan
performance test boiler (fuel fired steam generator). Tingkat akurasi tes tertentu
dipengaruhi oleh factor bahan bakar yang digunakan dan faktor operasi.
Berdasarkan ASME PTC 4. 1998, ada dua metode yang biasa digunakan
untuk perhitungan efisiensi boiler Direct Method atau Input-Output dan Indirect
Method atau Heat Loss Method.
28
Gambar 2. 10 Perbandingan Metode Langsung Dan Tidak Langsung
(Ramadhan P. , 2017)
2.2.9.1 Direct Method atau Input-Output
Perhitungan dengan Direct method dikenal juga sebagai metode input-
output, karena kenyataannya metode ini hanya memerlukan keluaran/output
(steam) dan panas yang masuk/input (bahan bakar). Perhitungan dengan
metode direct method ini juga lebih sederhana dan mudah, namun hasilnya
kurang akurat sehingga jarang digunakan. Disamping itu penggunaan metode
langsung tidak mengidentifikasikan variable yang menyebabkan terjadinya
perubahan efisiensi.
Data yang diperlukan untuk perhitungan efisiensi boiler dengan
menggunakan metode langsung atau input-output adalah sebagai berikut:
1. Gms = Laju aliran main steam (T/h)
2. hg = Entalpi Saturasi Main Steam (kcal/kg)
3. hf = Entalpi saturasi feed water (kcal/kg)
4. Gfuel = Laju Aliran Bahan Bakar (T/h)
5. GCV = Nilai Kalori Batubara (kcal/kg)
29
Gambar 2. 11 Skema Efisiensi Boiler Metode Direct
(Iswandi, 2012)
Tahap – tahap yang harus dilakukan untuk perhitungan efisiensi boiler
menggunakan metode direct adalah sebagai berikut:
Boiler Efisiensi (η)= ℎ𝑒𝑎𝑡 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡
ℎ𝑒𝑎𝑡 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡× 100%
Boiler efisiensi (η) = 𝐺𝑚𝑠 ×(hg−hf)
𝐺𝑓𝑢𝑒𝑙 × GCV × 100%
Keterangan:
Gms = Laju aliran main steam
hg = Enthalpi saturasi main steam
hf = Enthalpi saturasi feed water
Gfuel = Laju aliran bahan bakar
GCV = Nilai kalori batubara
30
2.2.9.2 Indirect Method atau Heat Loss Method
Perhitungan dengan Indirect Method atau disebut dengan metode
kerugian panas, memiliki hasil yang lebih teliti tetapi memerlukan data yang tepat
dari variabel kerugian. Parameter dari variabel yang diperlukan kadang sulit
diperoleh karena tidak terpasang secara permanen sehingga perlu tambahan
pemasangan instrumen ukur untuk variabel tersebut. Metode ini dapat
mengidentifikasikan penyebab terjadinya kerugian bila terjadi perubahan
efisiensi. Perhitungan efisiensi boiler dengan metode indirect method / heat loss
method dapat dilihat pada persamaan berikut:
Efisiensi Boiler = 100 – (L1 + L2+ L3 + L4 + L5 + L6 + L7+ L8) .................... (2.1)
Total heat loss atau kerugian – kerugian pada proses pembakaran,
meliputi kerugian panas yang disebabkan oleh:
L1 = Kerugian panas karena gas cerobong yang kering
L2 = Kerugian panas karena penguapan air yang terbentuk karena H2 dalam
bahan bakar
L3 = Kerugian panas karena penguapan kadar air dalam bahan bakar
L4 = Kerugian panas karena adanya kadar air dalam udara pembakaran
L5 = Kerugian panas karena pembakaran tidak sempurna
L6 = Kerugian panas karena radiasi dari kehilangan lain yang tidak terhitung
L7 = Kerugian panas karena karbon yang tidak terbakar dalam abu terbang
(Fly Ash)
L8 = Kerugian panas karena karbon yang tidak terbakar dalam abu bawah
(Bottom Ash)
31
Gambar 2. 12 Skema Efisiensi Boiler Metode Indirect
(Iswandi, 2012)
Data yang diperlukan untuk perhitungan efisiensi boiler dengan
menggunakan metode indirect adalah sebgai berikut:
1. Analisis ultimate bahan bakar (batubara) yaitu: H2, O2, S, C, Kadar air, dan
kadar abu.
2. Persentase oksigen atau CO2 dalam gas buang.
3. Suhu gas buang dalam oC (Tf).
4. Suhu awal atau suhu ambien dalam oC (Ta) dan kelembaban udara dalam
kg/kg udara kering.
5. GCV bahan bakar dalam kcal/kg.
6. Persentase bahan yang dapat terbakar dalam abu (untuk bahan bakar padat).
7. GCV abu dalam kcal/kg (untuk bahan bakar padat).
Tahap – tahap yang harus dilakukan untuk perhitungan efisiensi boiler
menggunakan metode heat loss adalah sebagai berikut:
32
1. Menghitung udara kebutuhan teoritis
(O2)t = (11,6C)+(34,8(H2-O2))+(4,35S) ..................................................... (2.2)
Dimana:
C = %karbon/kg bahan bakar
H2 = %hidrogen/kg bahan bakar
O2 = %oksigen/kg bahan bakar
S = %sulfur/kg bahan bakar
2. Menghitung CO2 teoritis
%CO2 = 𝑚𝑜𝑙 𝐶
𝑚𝑜𝑙 𝑁2+𝑚𝑜𝑙 𝐶 ................................................................................. (2.3)
Dimana:
mol C = 𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝐶 𝑖𝑛 𝑓𝑢𝑒𝑙
𝑚𝑜𝑙 𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝐶
mol N2 = 𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝑁2𝑖𝑛 𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑎𝑖𝑟
𝑚𝑜𝑙 𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝑁2 +
𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝑁2 𝑖𝑛 𝑓𝑢𝑒𝑙
𝑚𝑜𝑙 𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝑁2
3. Menghitung persentase kelebihan udara yang dipasok / Excess air (EA)
EA = 02%
21−02%× 100 ........................................................................... (2.4)
Jika ukuran O2 tidak ada maka menggunakan rumus berikut:
EA = 7900×(%𝐶𝑂2)𝑡−(%𝐶𝑂2)𝑎
(%𝐶𝑂2)𝑎×(100−(%𝐶𝑂2)𝑡) ................................................................ (2.5)
4. Menghitung massa udara yang sebenarnya yang dipasok / kg bahan
bakar (AAS)
AAS = (1+ 𝐸𝐴
100) × 𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑎𝑖𝑟 ................................................ (2.6)
33
5. Menghitung massa gas buang kering
m = m CO2 + m N2 fuel + m N2 udara pembakaran + m O2 gas buang ..... (2.7)
Dimana:
massa CO2 = (%C) x 44
12
massa N2 udara pembakaran = 𝐴𝐴𝑆 𝑋 77
100
massa O2 gas buang = (𝐴𝐴𝑆−(𝑂2)𝑡) 𝑥 23
100
6. Menghitung kerugian – kerugian panas (Heat Loss)
a. Menghitung kerugian panas karena gas buang kering (L1)
L1 = 𝑚 𝑥 𝐶𝑝 𝑥 (𝑇𝑓−𝑇𝑎)
𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100 .................................................................. (2.8)
Dimana:
m = massa dry flue gas (kg/kg batubara)
Cp = panas spesifik flue gas (kcal/kgoC)
Tf = Temperatur flue gas (oC)
Ta = Temperatur ambient (oC)
GCV = Gross calorific value (kcal/kg)
b. Menghitung kerugian panas karena moisture dari pembakaran H2
(hydrogen) (L2)
L2 = 9×H2×(584+𝐶𝑝(𝑇𝑓−𝑇𝑎)
𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100 ............................................................... (2.9)
Dimana:
H2 = Massa hydrogen dalam 1 kg batubara
Cp = Panas spesifik superheated steam (kcal/kgoC)
GCV = Gross calorific value (kcal/kg)
Tf = Temperatur flue gas (oC)
Ta = Temperatur ambient (oC)
9 = Konstanta
584 = Konstanta
34
c. Menghitung kerugian panas karena moisture di batubara (L3)
L3 = 𝑚 ×(584+𝐶𝑝(𝑇𝑓−𝑇𝑎)
𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100 ................................................................. (2.10)
Dimana:
m = Massa moisture dalam 1 kg batubara
Cp = Panas spesifik superheated steam (kcal/kgoC)
GCV = Gross calorific value (kcal/kg)
Tf = Temperatur flue gas (oC)
Ta = Temperatur ambient (oC)
584 = Konstanta
d. Menghitung kerugian panas karena moisture di udara (L4)
L4 = 𝐴𝐴𝑆 × 𝐻𝑢𝑚𝑖𝑑𝑖𝑡𝑦 ×𝐶𝑝(𝑇𝑓−𝑇𝑎)
𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100 ....................................................... (2.11)
Dimana:
AAS = Massa udara actual yang disuplai dalam 1 kg batubara
Humidity (Rasio kelembaban) = massa air yang terkandung dalam stiap kg
udara kering
Cp = Panas spesifik superheated steam (kcal/kgoC)
GCV = Gross calorific value (kcal/kg)
Tf = Temperatur flue gas (oC)
Ta = Temperatur ambient (oC)
e. Menghitung kerugian panas karena pembakaran tidak sempurna (L5)
L5 = %𝐶𝑂 ×𝐶
%𝐶𝑂+%𝐶𝑂2 ×
584
𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎 × 100 ................................................... (2.12)
Dimana:
CO = Volume CO di flue gas
CO2 = Volume CO2 aktual di flue gas
C = Kandungan carbon (kg/kg batubara)
GCV = Gross calorific value (kcal/kg)
584 = Konstanta
35
f. Menghitung kerugian panas karena radiasi dan konveksi (L6)
L6 =
𝐴𝐵𝑀𝐴 ×(𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎 + 𝛽)
100
𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100 ............................................................ (2.13)
Dimana:
ABMA = Total rad and convection from American Boiler Manufactures
Association Chart
Β = Heat credit specificaation (0%)
g. Menghitung kerugian panas karena karbon yang tidak terbakar
Fly ash yang tidak terbakar (L7)
L7 =𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑎𝑏𝑢 𝑝𝑒𝑟 𝑘𝑔 𝑏𝑏 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 × 𝐺𝐶𝑉 𝑓𝑙𝑦 𝑎𝑠ℎ
𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100 .................................. (2.14)
Bottom ash yang tidak terbakar (L8)
L8 = 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑎𝑏𝑢 𝑝𝑒𝑟 𝑘𝑔 𝑏𝑏 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 × 𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑜𝑡𝑡𝑜𝑚 𝑎𝑠ℎ
𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100 .............................. (2.15)
2.3 Hipotesis
Penulis menguraikan hipotesis pengolahan data yang didapat dengan
literatur dan referensi yang ada, serta dugaan dari rumusan masalah. Dimana
penulis menduga efisiensi boiler meningkat setelah dilakukannya overhaul.
36
BAB III
METODELOGI PENELITIAN
3.1 Perancangan Penelitian
Metode penelitian ini sangat membantu penulis dalam melakukan
penyusunan skripsi. Penulis dapat melakukan penelitian dengan benar karena
sudah terdapat langkah – langkah yang akan digunakan dalam melaksanakan
penelitian. Dalam penelitian ini penulis menggunakan metode deskriptif dimana
metode ini biasa digunakan dalam penulisan skripsi fakultas teknik. Dimana
metode deskriptif yang digunakan penulis memiliki tujuan untuk melakukan
penelitian pengaruh overhaul terhadap efisiensi boiler unit 1 di UJP PLTU Banten
3 Lontar.
Dalam metodologi penelitian ini penulis dapat mendeskripsikan
bagaimana pengaruh efisiensi boiler sebelum dan sesudah dilakukannya
overhaul. Bagaimana tahap–tahap untuk mengetahui, menganalisa dan
menghitung efisiensi boiler sebelum dan sesudah overhaul, dengan metode
indirect. Dimana gambaran tersebut merupakan data – data yang diperoleh dari
UJP PLTU Banten 3 Lontar yang bersumber dari data aktual unit.
Dalam penelitian ini penulis mengambil data dari bagian efisiensi UJP
PLTU Banten 3 Lontar. Untuk menghitung efisiensi boiler sebelum dan sesudah
dilakukannya overhaul. Ini bertujuan agar penulis dapat menganalisa efisiensi
boiler unit 1 UJP PLTU Banten 3 Lontar.
3.2 Lokasi Penelitian
Penelitian dilakukan selama 2 bulan yaitu pada tanggal 11 November
2019 hingga 10 Januari 2020. Lokasi penelitian dilakukan di Unit Jasa
Pembangkit Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Banten 3 Lontar yang
beralamat di Jalan Raya Insinyur Sutami Desa Lontar, Kecamatan Kemiri,
Kabupaten Tangerang, Banten.
37
Gambar 3. 1 Peta Lokasi PLTU Banten 3 Lontar
(Sumber: Google Maps)
38
3.3 Kerangka Pemecahan Masalah
Untuk mempermudah pemahaman yang dilakukan dalam penelitian,
maka digunakan flow chart sebagai berikut:
SALAH
BENAR
𝑃𝑒𝑛𝑔𝑜𝑙𝑎ℎ𝑎𝑛 𝐷𝑎𝑡𝑎 ∶
1. Menghitung efisiensi boiler dengan metode Direct
(input-output).
2. Menghitung Efisiensi boiler dengan metode
Indirect (heat loss).
Kesimpulan dan Saran
Mulai
Pengumpulan data :
1. Data spesifikasi boiler unit 1 UJP PLTU Banten 3
Lontar.
2. Data scope pekerjaan overhaul unit 1 UJP PLTU
Banten 3 Lontar.
3. Data performance test efisiensi boiler sebelum
ηBefore < ηAfter
Selesai
Analisa
Gambar 3. 2 Kerangka Pemecahan Masalah
39
1. Mulai
2. Pengumpulan data
Data yg dibutuhkan antara lain:
1) Data spesifikasi boiler
Data spesifikasi boiler didapatkan dari bagian efisiensi di UJP PLTU
Banten 3 Lontar
2) Data scope pekerjaan overhaul unit 1 UJP PLTU Banten 3 Lontar
Data scope pekerjaan overhaul didapatkan dari bagian pemeliharaan
mekanik boiler di UJP PLTU Banten 3 Lontar.
3) Data performance test efisiensi boiler sebelum overhaul dan sesudah
overhaul unit 1
Data performance test efisiensi bioiler didapatkan dari bagian efisiensi
UJP PLTU Banten 3 Lontar.
3. Pengolahan Data
Pada pengolahan data akan dilakukan perhitungan yang dibutuhkan untuk
menghitung efisiensi boiler dengan menggunakan data-data yang telah
dikumpulkan.
1) Menghitung efisiensi boiler dengan metode direct (input-output)
Perhitungan efisiensi boiler menggunakan persamaan rumus (2.1)
2) Perhitungan kebutuhan udara teoritis, jumlah excess air, AAS, dan masa
gas buang kering.
a. Menghitung kebutuhan udara teoritis menggunakan persamaan rumus
(2.3)
b. Menghitung karbon dioksida (CO2) teoritis menggunakan persamaan
rumus (2.4)
c. Menghitung jumlah excess air menggunakan persamaan rumus (2.5)
d. Menghitung AAS (actual mass of air supplied) dengan menggunakan
persamaan rumus (2.6)
e. Menghitung masa gas buang kering dengan menggunakan persamaan
rumus (2.7)
40
3) Perhitungan kerugian panas.
a. Menghitung L1 (kerugian panas karena gas buang kering) dengan
menggunakan rumus (2.8)
b. menghitung L2 (kerugian panas karena moisture akibat pembakaran
hydrogen) dengan menggunakan persamaan rumus (2.9)
c. menghitung L3 (kerugian panas karena kandungan moisture pada
batubara) dengan menggunakan persamaan rumus (2.10)
d. menghitung L4 (kerugian panas karena moisture di udara) dengan
persamaan rumus (2.11)
e. menghitung L5 (kerugian panas karena pembakaran tidak sempurna)
dengan menggunakan persamaan rumus (2.12)
f. menghitung L6 (kerugian panas karena radiasi, konveksi) dengan
menggunakan persamaan rumus (2.13)
g. menghitung L7 (kerugian panas karena karbon tidak terbakar pada
bahan bakar) dengan menggunakan persamaan rumus (2.14) dan (2.15)
4) Perhitungan efisiensi boiler metode indirect (heat loss)
Perhitungan efisiensi boiler menggunakan persamaan rumus (2.2)
4. Efisiensi boiler before lebih kecil dari pada efisiensi boiler after
Pada tahap ini diharapkan efisiensi boiler sebelum overhaul dan sesudah
overhaul lebih meningkat.
5. Kesimpulan dan saran
Setelah analisis nilai pengaruh overhaul terhadap efisiensi boiler, akan
didapatkan beberapa kesimpulan dan saran.
6. Selesai
1) Teknik Pengumpulan Data
Agar tujuan seperti yang telah diuraikan sebelumnya dapat tercapai
dengan baik, maka diperlukan data yang akurat sebagi dasar penelitian.
Data untuk dasar penelitian ini didapat dengan cara sebagai berikut:
2) Pengamatan Tidak Langsung
41
Terlebih dahulu saya mencari jurnal atau artikel yang berkaitan dengan
tugas akhir saya. Setelah saya menemukan saya membaca dan mulai
melihat data data apa saja yang diperlukan untuk melakukan pengolahan
data pada tugas akhir saya.
3) Pengamatan Langsung
Setelah 1 bulan lamanya mencari tahu data dan belajar mengenai PLTU
Banten 3 lontar. Saya meminta data performance test boiler sebelum dan
sesudah overhoul, begitu pula data spesifikasi boiler.
4) Wawancara
Saya melakukan metode wawancara kepada bagian efisiensi (Bang
Zulchan) mengenai data terkait, belajar mengenai proses perhitungan dan
analisis terhadap data data.
5) Studi Literatur
Setelah data yang saya kumpulkan telah ada semua, saya mencari
referensi untuk pengolahan data yang terkait yaitu dari buku ASME PTC 4.1
dan jurnal efisiensi lainnya untuk melanjutkan ke pengeolahan data.
3.4 Teknik Pengolahan Data
Dalam teknik pengolahan data ini penulis ingin menjabarkan atau
memaparkan tentang pengolahan data yang didapat oleh penulis sebagai bahan
untuk mengerjakan penelitian ini. Disini penulis akan menjabarkan langkah –
langkah perhitungan yang dibutuhkan sebagai berikut:
1. Efisiensi boiler (metode direct)
2. Kebutuhan udara teoritis untuk proses pembakaran.
3. Karbon dioksida (CO2) teoritis
4. Kelebihan udara atau excees air yang disuplai.
5. Massa udara yang sebenernya.
6. Masa gas buang kering.
7. Kerugian – kerugian panas / heat loss
8. Efisiensi boiler (metode indirect)
42
Data yang diolah sebanyak 2 sempel dari unit 1 UJP PLTU Banten 3 Lontar,
yaitu 1 sampel sebelum overhaul dan 1 sampel setelah overhaul. Dari 2 sempel
hasil perhitungan efisiensi boiler penulis akan menganalisa pengaruh overhaul
terhadap efisiensi boiler pada unit 1 di UJP PLTU Banten 3 Lontar.
3.5 Teknik Perhitungan Data
Dalam teknik perhitungan data penulis akan menghitung efisiensi boiler
dengan menggunakan metode heat loss. Langkah perhitungan efisiensi boiler
sebagai berikut:
1. Menghitung efisiensi boiler dengan metode direct menggunakan
persamaan rumus (2.1)
2. Menghitung kebutuhan udara teoritis dengan menggunakan persamaan
rumus (2.3).
3. Menghitung CO2 teoritis dengan menggunakan persamaan rumus (2.4).
4. Menghitung persen kelebihan udara yang dipasok / Excess air (EA) dengan
menggunakan persamaan rumus (2.5).
5. Menghitung massa udara yang sebenarnya yang dipasok / kg bahan bakar
(AAS) dengan menggunakan persamaan rumus (2.6).
6. Menghitung gas buang kering dengan persamaan rumus (2.7).
7. Menghitung kerugian-kerugian panas (heat loss):
8. Menghitung kerugian panas karena gas buang kering dengan
menggunakan persamaan rumus (2.8).
9. Menghitung kerugian panas karena moisture dari pembakaran H2
(hydrogen) dengan menggunakan persaman rumus (2.9).
10. Menghitung kerugian panas karena moisture di batubara dengan
menggunakan persamaan rumus (2.10).
11. Menghitung kerugian panas karena moisture di udara dengan mengunakan
persamaan rumus (2.11).
12. Menghitung kerugian panas karena pembakaran tidak sempurna dengan
menggunakan persamaan rumus (2.12).
43
13. Menghitung kerugian panas karena radiasi dan hal lain yang tidak terhitung
dengan mengunakan persamaan rumus (2.13).
14. Menghitung kerugian panas karena karbon yang tidak terbakar, yaitu:
menghitung fly ash yang tidak terbakar dengan rumus (2.14) dan bottom
ash yang tidak terbakar dengan rumus (2.15)
15. Menghitung efisiensi boiler dengan metode indirect menggunakan
persmaan rumus (2.2)
44
Gambar 3. 3 Diagram Alir Perhitungan Data
45
3.6 Teknik Analisis Data
Dalam teknik analisis data, penulis menjelaskan tentang analisis hasil
perhitungan pengaruh overhaul terhadap efisiensi boiler, yaitu meliputi:
1. Analisis efisiensi boiler sebelum dan sesudah overhaul dengan metode direct.
2. Analisis persen kehilangan panas sebelum dan sesudah overhaul
a. kehilangan panas karena gas buang kering.
b. kehilangan panas karena moisture dari pembakaran hydrogen.
c. kehilangan panas karena moisture di bahan bakar (batubara).
d. kehilangan panas karena moisture di udara.
e. kehilangan panas karena karbon yang tidak terbakar dan tertinggal dalam
fly ash dan bottom ash.
3. Analisis efisiensi boiler sebelum dan sesudah overhaul dengan metode
indirect.
46
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengumpulan Data
Perhitungan efisiensi boiler yang dilakukan dengan menggunakan
metode direct dan metode indirect atau kerugian panas ialah berdasarkan data
– data performance test sebelum dan sesudah overhaul tanggal di UJP PLTU
Banten 3 Lontar unit 1. Tujuan dilakukannya perhitungan untuk mengetahui
bagaimana efisiensi boiler UJP PLTU Banten 3 Lontar unit 1 pada saat sebelum
dan sesudah overhaul.
Tabel 4. 1 Data Spesifikasi Boiler UJP PLTU Banten 3 Lontar
Boiler Model: DG1025/17.4-ll13
Manufacturer: Dong Fang Boiler Group Co.
Superheated
Steam
Max. Continuous Evaporation t/h
BMCR
Operating
Condition
BRL
Operating
Condition
Mass Rated Evaporation t/h 1025 976.2
Outlet Pressure Mpa 17.4 17.32
Outlet Temperature 541 541
Reheated
Steam
Mass Flow t/h 839.4 802
Inlet/Outlet Pressure MPa 3.76/3.58 3.59/3.41
Inlet/Outlet Temperature 329/541 324/541
Flue Gas Temperature (Corrected) 131 131
Feedwater Temperature 281 278
Drum Pressure Mpa 18.77 18.58
Design Efficiency (%) 93.26 93.71
Sumber: Manual Book PLTU Banten 3 Lontar
4.2 Kegiatan Overhaul Boiler
Overhaul adalah kegiatan pemeriksaan, perbaikan dan pengujian
seluruh bagian dari komponen utama ataupun alat bantu boiler baik yang
47
bergerak maupun yang diam. Pekerjaan-pekerjaan yang dilaksanakan pada saat
overhaul pada boiler unit 1 PLTU Banten 3 Lontar ialah sebagai berikut.
Tabel 4. 2 Scope Pekerjaan Overhaul Dibagian Boiler
LINGKUP PEKERJAAN DETAIL PEKERJAAN
INSPEKSI UJP UNIT 1
SAFETY VALVE
SOOTBLOWER SYSTEM
• Tagging System & Persiapan (Tools Dan
Material)
• Lapping Seat Disc
• Pemeriksaan Seat & Disc (Pt & Contact
Check)
• Penggantian Bonet Gasket
• Pengecatan (Spek High Temp Paint)
• Popping Test (Sertifikasi Kemenaker)
• Tagging Released & Laporkan Pekerjaan
Selesai
• Buat Laporan Pekerjaan (Isi Feedback Wo
Pada Tab Actual Dan Log)
CLEANING WATER JET
WALL TUBE,
SUPERHEATER, REHEATER
& ECONOMIZER BOILER
• Water Jet Wall Tube
• Water Jet Superheater
• Water Jet Reheater
• Water Jet Economizer
INSPEKSI UJP UNIT 1
COAL FEEDER A - E
• Tagging System & Persiapan (Tools Dan
Material)
• Tagging System & Persiapan (Tools Dan
Material)
• Pembersihan Kaca Intip / Manhole
• Relagging Head & Tail Pulley
• Penggantian Bearing Head & Tail Pulley
• Penggantian Idler
• Penggantian Belt Coal Feeder
• Adjusting Belt Coal Feeder
• Penggantian Inner & Outer Cleaner
• Pemeriksaan Cleaning Chain
• Inspeksi Gear Box
• Penggantian Oil Gearbox
• Penggantian Rubber Seal Manhole
48
LINGKUP PEKERJAAN DETAIL PEKERJAAN
• Tagging Released & Laporkan Pekerjaan
Selesai
• Buat Laporan Pekerjaan (Isi Feedback Wo
Pada Tab Actual Dan Log)
INSPEKSI UJP UNIT 1
COAL BURNER DEVICE
• Tagging System & Persiapan (Tools Dan
Material)
• Pembersihan/Pemeriksaan Burner
• Pembersihan/Pemeriksaan Burner Nozzle
• Penggantian Nozzle Burner
• Penggantian Coal Box Burner (Incl. Ceramic)
• Adjusment Mechanical Linkage Burner
• Penggantian Seal Kit Actuator Tilting Burner
(8 Bh)
• Pemeriksaan Dan Seting Air Adjusment
Damper
• Periksa Sudut Tilting Sway Burner
Menggunakan Digital Protractor ; +30 Deg
(Up) = 0 % (Toleransi ± 5 Deg) ; -30 Deg
(Down) = 100 %
• Inspeksi Coal Gate Valve (Visual)
• Penggantian Gland Packing Coal Gate Valve
• Pemeriksaan Ceramic
• Pemeriksaan Plat Dinding Coal Burner
INSPEKSI UJP UNIT 1
PRIMARY AIR FAN A & B
• Tagging System & Persiapan (Tools Dan
Material)
• Pembersihan Body Fan
• Penggantian Bearing
• Penggantian Seal Labyrint
• Pemeriksaan Labyrint
• Pembersihan Fan Blade
• Ndt Fan Blade (Pt)
• Pemeriksaan Shaft (Ndt & Run Check)
• Pemeriksaan Fixed Coupling
• Pembersihan Silencer
• Pemeriksaan Cooling System
• Penggantian Pelumas Bearing Nde Dan De
• Pemeriksaan Dan Re- Alignment
• Pengecatan
49
LINGKUP PEKERJAAN DETAIL PEKERJAAN
• Tagging Released & Laporkan Pekerjaan
Selesai
• Buat Laporan Pekerjaan (Isi Feedback Wo
Pada Tab Actual Dan Log)
INSPEKSI UJP UNIT 1
INDUCED DRAFT FAN A & B
• Tagging System & Persiapan (Tools Dan
Material)
• Pembersihan Body Fan
• Penggantian Bearing
• Pembersihan Fan Blade
• Ndt Fan Blade (Pt)
• Pemeriksaan Shaft (Ndt & Run Check)
• Pemeriksaan Ovality Fixed Coupling
• Regreasing Bearing Nde, De, Guide Damper
• Pemeriksaan Rotary Damper
• Penggantian Bearing Rotary Damper
• Penggantian Flexible Hose Bearing
• Pemeriksaan Dan Re- Alignment
• Pemeriksaan Kondisi Pondasi (Visual &
Leveling)
• Painting Body
• Tagging Released & Laporkan Pekerjaan
Selesai
• Buat Laporan Pekerjaan (Isi Feedback Wo
Pada Tab Actual Dan Log)
INSPEKSI UJP UNIT 1
FORCED DRAFT FAN A & B
• Tagging System & Persiapan (Tools Dan
Material)
• Pembersihan Body Fan
• Penggantian Bearing
• Pembersihan Fan Blade
• Ndt Fan Blade (Pt)
• Run Out Shaft
• Penggantian Hydraulic Oil
• Penggantian Filter
50
LINGKUP PEKERJAAN DETAIL PEKERJAAN
• Pemeriksaan Fixed Coupling
• Penggantian Seal Moving Blade
• Penggantian Ring Balance Arm
• Pembersihan Silencer
• Pembersihan He Cooling
• Regreasing Bearing Nde & De
• Pemeriksaan Dan Re- Alignment
• Pengecatan
• Tagging Released & Laporkan Pekerjaan
Selesai
• Buat Laporan Pekerjaan (Isi Feedback Wo
Pada Tab Actual Dan Log)
INSPEKSI UJP UNIT 1
AIR PREHEATER A & B
• Tagging System & Persiapan (Tools Dan
Material)
• Pembersihan Element Aph (Water Jet)
• Adjust Sealing System (Top-Bottom Radial
Seal, Axial Seal, Bypass Seal)
• Penggantian Sealing System (Top-Bottom
Radial Seal, Axial Seal, Bypass Seal)
• Adjust Seal Gap
• Run Out Rotor
• Penggantian Guide & Thrust Bearing
• Pengantian Lube Oil Guide & Thrust Bearing
• Penggantian Gland Packing Top Dan Bottom
Sealing
• Tagging Released & Laporkan Pekerjaan
Selesai
• Buat Laporan Pekerjaan (Isi Feedback Wo
Pada Tab Actual Dan Log)
Sumber: Pemeliharaan Mekanik Boiler UJP PLTU Banten 3 Lontar
Hasil dari pengumpulan data ini diperlukan untuk mengetahui efisiensi
boiler dengan meggunakan metode heat loss, berikut ini adalah data – data yang
diperlukan untuk menghitung efisiensi boiler dengan metode heat loss:
51
Tabel 4. 3 Data Performance Test Boiler Sebelum Dan Sesudah Overhaul
4.3 Pengolahan Data
Boiler di PLTU Lontar berasal dari manufaktur Dong Fang Boiler Group
Boiler Performance Data Satuan Sebelum
Overhaul
Sesudah
Overhaul
Coal Flow T/h 154.64 141.55
Main Steam Pressure Mpa 16.06 16.29
Main Steam Temperature °C 536 514
Feed Water Pressure Mpa 1.7510929 1.709033203
Feed Water Temperature °C 283 268
Main Steam Flow T/h 986.5686 1003.7183
%CO2 in Flue Gas % 17.2 18.22
%O2 in Flue Gas % 1.855 1.905
%CO in Flue Gas % 0 0
Average Flue Gas
Temperature °C 182.09 165.86
Humadity In Ambient Air Kg/Kg Dry Air 0.02496 0.02482
Ambient Temperature °C 33.7 33.6
Fuel Analysis (in %)
Ash Content in Fuel %wt 5.63 6.49
Moisture in Coal %wt 28.76 28.73
Carbon Content %wt 48.52 50.05
Hydrogen Content %wt 5.00 5.33
Oxygen Content %wt 10.33 9.17
Nitrogen Content %wt 1.37 0.8
Sulfur Content %wt 0.4 0.37
ABMA ABMA 0.18 0.18
GCV Of Coal kcal/kg 4325 4753
GCV Of Fly Ash kcal/kg 157 457.47
GCV Of Bottom Ash kcal/kg 30.7 28.75
Fly Ash Split % 0.9 0.9
Bottom Ash Split % 0.1 0.1
52
Co, China. Berdasarkan tujuan dan konstruksi boiler di PLTU Banten 3 Lontar,
ialah termasuk kategori industrial boiler karena memiliki spesifikasi antara lain
boiler digunakan untuk menggerakan turbin, menggunakan bahan bakar minyak
solar atau HSD (High Speed Diesel) untuk start up atau penyalaan awal
sementara bahan bakar primernya menggunakan batubara, memiliki kapasitas
uap 1025 Ton uap/jam maka boilernya termasuk boiler kapasitas sangat tinggi
ditinjau dari kapasitas kerjanya, bertekanan desain outlet superheater 17.4 MPa
termasuk kedalam boiler dengan tekanan kerja sangat tinggi, suhu uap keluar
superheater 541 ºC, dengan perakitannya dilakukan di PLTU Lontar dimana
boiler tersebut akan dioperasikan.
Jika ditinjau dari konstruksinya dan berdasarkan daerah yang mengalami
pemanasan boiler di PLTU Lontar termasuk tipe Water Tube Boiler. Terlihat
bahwa air sirkulasi pada boiler masuk melalui pipa-pipa dan panas hasil
pembakaran dilewatkan melalui permukaan luar pipa tersebut. Berdasarkan
bentuk dan letak pipa-pipa evaporatornya merupakan tipe boiler pipa lurus,
kemudian berdasarkan sirkulasi airnya boiler PLTU Lontar merupakan boiler
dengan sirkulasi paksa karna air yang digunakan dipompa menuju boiler
menggunakan BFPT (Boiler Feed Pump Turbine), yaitu pompa yang berfungsi
untuk mengalirkan air pengisi menuju tube-tube didalam boiler.
Sistem pembakaran pada boiler PLTU Lontar yaitu berjenis Pulverized
Fuel Boiler dengan pembakaran tangensial, karena pada alat bantu utama boiler
terdapat pulverizer atau mill sebagai penghalus batubara yang akan digunakan
sebagai bahan bakar utamanya. Disebut pembakaran tangensial karena
batubara halus tersebut dihembuskan dengan sebagian udara pembakaran
masuk menuju furnace boiler melalui serangkaian nosel burner yaitu berjumlah
empat buah burner dari keempat sudut menciptakan bola api pada pusat tungku.
Untuk tekanan diruang bakar boiler PLTU Lontar menggunakan sistem
balanced draft, Hal ini berarti tekanan statik adalah sama dengan tekanan
atmosfir pada titik tertentu didalam boiler. Untuk boiler PLTU Lontar, balanced
draft kenyataannya dibawah tekanan atmosfir. Draft dijaga sedikit dibawah
tekanan atmosfir agar tidak ada bahan bakar dan panas yang bocor keluar boiler.
Sistem balanced draft menggunakan forced draft fan dan induced draft fan untuk
53
mempertahankan tekanan ruang bakar yang sesuai. Berikut adalah Diagram
Control system ruang bakar atau furnace di PLTU Lontar.
Sedangkan spesifikasi batubara yang dipakai sebagai bahan bakar
utama untuk pembakaran diboiler PLTU Lontar ialah untuk nilai kalor (LHV) harus
direntan antara 3900-4500 kcal/kg, Indeks ketergilingan atau grandibilty index
berada direntan antara 45-65 HGI, untuk kandungan karbon, hydrogen, oksigen,
nitrogen, sulpur, ash dan lain lainnya tidak begitu dipentingkan tp berpengaruh
juga terhadap efisiensi boiler, yg utama ialah nilai kalor dan indeks ketergilingan
karena berpengaruh terhadap pembakaran diboiler dan efisiensinya.
Untuk mengetahui efisiensi boiler harus dilakukan beberapa perhitungan
yaitu menghitung:
1. Efisiensi boiler (Metode Direct)
2. Kebutuhan udara teoritis untuk proses pembakaran.
3. Karbon dioksida (CO2) teoritis
4. Kelebihan udara atau excees air yang dipasok.
5. Massa udara yang sebenernya yang dipasok.
6. Gas buang kering.
7. Kerugian – kerugian panas (Heat Loss)
8. Efisiensi boiler (Metode Indirect)
54
4.4 Hasil
4.4.1 Hasil Perhitungan Efisiensi Boiler Sebelum Overhaul
Dari data-data yang telah dikumpulkan maka dapat dilakukan
perhitungan efisiensi boiler dengan metode direct dan metode indirect, yaitu:
4.4.1.1 Menghitung efisiensi boiler (metode direct)
Boiler Efisiensi (η) = ℎ𝑒𝑎𝑡 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡
ℎ𝑒𝑎𝑡 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡× 100%
Boiler efisiensi (η) = 𝐺𝑚𝑠 ×(hg−hf)
𝐺𝑓𝑢𝑒𝑙 × GCV × 100%
Boiler efisiensi (η) = 986.5686 ×(812.68−299.56)
154.64 × 4325 × 100% = 75.72%
Dimana:
Gms = Laju aliran main steam
hf = Enthalpi saturasi feed water
hg = Enthalpi saturasi main steam
Gfuel = Laju aliran bahan bakar
GCV = Nilai kalori batubara
4.4.1.2 Menghtung efisiensi boiler (metode indirect)
1) Menghitung udara kebutuhan teoritis
(O2)t = (11,6C)+(34,8(H2-O2))+(4,35S)
(O2)t = (11,6 × 0,4825) + (34,8(0,05- 0,1033
8)) + (4,35 × (4,35 × 10-3))
= 5,597 + 1,2906 + 0,0174
= 6,905 kg/kgbb
Dimana:
C = %karbon/kg bahan bakar
H2 = %hidrogen/kg bahan bakar
O2 = %oksigen/kg bahan bakar
S = %sulfur/kg bahan bakar
55
2) Menghitung CO2 teoritis
%CO2 = 𝑚𝑜𝑙 𝐶
𝑚𝑜𝑙 𝑁2+𝑚𝑜𝑙 𝐶
%CO2 = 0,04043
0,1913 + 0,04043= 0,1745 × 100 = 17,45%
Dimana:
mol C = 𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝐶 𝑖𝑛 𝑓𝑢𝑒𝑙
𝑚𝑜𝑙 𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝐶
mol C = 0,4852
12= 0,04043
mol N2 = 𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝑁2𝑖𝑛 𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑎𝑖𝑟
𝑚𝑜𝑙 𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝑁2 +
𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝑁2 𝑖𝑛 𝑓𝑢𝑒𝑙
𝑚𝑜𝑙 𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝑁2
mol N2 = 6,9363 ×
77
100
28 +
13,7 × 10−3
28= 0,1913
3) Menghitung persentase kelebihan udara yang dipasok (Excess air, EA)
EA = 02%
21−02%× 100
EA = 1,855%
21−1,855%× 100 = 9,6892%
4) Menghitung massa udara yang sebenarnya yang dipasok/kg bahan
bakar (AAS)
AAS = (1+ 𝐸𝐴
100) × 𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑎𝑖𝑟
AAS = (1+ 9,6892
100) × 6,9363 = 7,60837 kg/kgbb
5) Menghitung massa gas buang kering
m = m CO2 + m N2 fuel + m N2 udara pembakaran + m O2 gas buang
= 1,7791 + (13,7 x10-3) + 5,8584 + 0,1546 = 7,8058 𝑘𝑔
𝑘𝑔𝑏𝑏⁄
Dimana:
massa CO2 = (%C) x 44
12
massa CO2 = 0,4852 x 44
12 = 1.7791
𝑘𝑔𝑘𝑔𝑏𝑏⁄
massa N2 udara pembakaran = 𝐴𝐴𝑆 𝑋 77
100
massa N2 udara pembakaran = 7,60837 𝑥 77
100 = 5,8584
𝑘𝑔𝑘𝑔𝑏𝑏⁄
56
massa O2 gas buang = (𝐴𝐴𝑆−(𝑂2)𝑡) 𝑥 23
100
massa O2 gas buang = (7,60837−6,9363) 𝑥 23
100 = 0,1546
𝑘𝑔𝑘𝑔𝑏𝑏⁄
6) Menghitung kerugian – kerugian panas (Heat Loss)
6.a) Menghitung kerugian panas karena gas buang kering (L1)
L1 = 𝑚 𝑥 𝐶𝑝 𝑥 (𝑇𝑓−𝑇𝑎)
𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100
L1 = 7.8056 × 0.236 × (184.86−33.7)
4325× 100
= 0.063161 × 100 = 6.3204%
Dimana:
m = massa dry flue gas (kg/kg batubara)
Cp = panas spesifik flue gas (kcal/kgoC)
Tf = Temperatur flue gas (oC)
Ta = Temperatur ambient (oC)
GCV = Gross calorific value (kcal/kg)
• Nilai Cp didapat dari tabel tekanan gas buang/udara
Diketahui:
average flue gas temperature = 182.09 oC = 455.09 oK
Mencari Cp dengan interpolasi:
(500−457.86)𝐾
(500−450) =
(1.014𝑘𝑗
𝑘𝑔𝐾−𝐶𝑝)
(1.014−0.978)𝑘𝑗
𝑘𝑔𝐾
44.91𝐾
50𝐾 =
1.014𝑘𝑗
𝑘𝑔𝐾−𝐶𝑝
0.036𝑘𝑗
𝑘𝑔𝐾
1.61676 = 50.7 – 50Cp
50Cp = 49.083 𝑘𝑗
𝑘𝑔𝐾
Cp = 0.9816𝑘𝑗
𝑘𝑔𝐾 × (0.24 kcal/kj)
Cp = 0.236 kcal/kgK
57
6.b) Menghitung kerugian panas karena moisture dari pembakaran H2
(hydrogen) (L2)
L2 = 9×𝐻2×(584+𝐶𝑝(𝑇𝑓−𝑇𝑎)
𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100
L2 = 9 × 0,05 × (584 + 0,671 (182.09 − 33,7))
4325× 100
= 6.3204%
Dimana:
H2 = Massa hydrogen dalam 1 kg batubara
Cp = Panas spesifik superheated steam (kcal/kgoC)
GCV = Gross calorific value (kcal/kg)
Tf = Temperatur flue gas (oC)
Ta = Temperatur ambient (oC)
9 = Konstanta
584 = Konstanta
• Nilai Cp superheated steam didapat dari software steam property
pada Lampiran.
Diketahui: main steam temperature = 536 oC
steam pressure = 16,06 Mpa
Maka didapat nilai Cp = 0.671 kcal/kgK
6.c) Menghitung kerugian panas karena moisture di batubara (L3)
L3 = 𝑚 ×(584+𝐶𝑝(𝑇𝑓−𝑇𝑎)
𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100
L3 = 0.2876 × (584 + 0.671 (182.09 − 33.7))
4325× 100
= 0.045455 × 100 = 4.5455%
Dimana:
m = Massa moisture dalam 1 kg batubara
Cp = Panas spesifik superheated steam (kcal/kgoC)
GCV = Gross calorific value (kcal/kg)
Tf = Temperatur flue gas (oC)
Ta = Temperatur ambient (oC)
584 = Konstanta
58
6.d) Menghitung kerugian panas karena moisture di udara (L4)
L4 = 𝐴𝐴𝑆 × 𝐻𝑢𝑚𝑖𝑑𝑖𝑡𝑦 ×𝐶𝑝(𝑇𝑓−𝑇𝑎)
𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100
L4 = 7.60837 × 0.02496 ×(0,671 (182.09− 33.7))
4325× 100
= 0.4372%
Dimana:
AAS = Massa udara actual yang disuplai dalam 1 kg batubara
Humidity (Rasio kelembaban) = massa air yang terkandung dalam
stiap kg udara kering
Cp = Panas spesifik superheated steam (kcal/kgoC)
GCV = Gross calorific value (kcal/kg)
Tf = Temperatur flue gas (oC)
Ta = Temperatur ambient (oC)
6.e) Menghitung kerugian panas karena pembakaran tidak sempurna (L5)
%𝐶𝑂 ×𝐶
%𝐶𝑂+%𝐶𝑂2 ×
584
𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎 × 100
0 × 0,4852
0 +17,2 ×
584
4325 × 100 = 0%
Dimana:
CO = Volume CO di flue gas
CO2 = Volume CO2 aktual di flue gas
C = Kandungan carbon (kg/kg batubara)
GCV = Gross calorific value (kcal/kg)
584 = Konstanta
59
6.f) Menghitung kerugian panas karena radiasi dan konveksi (L6)
L6 = ABMA
L6 = 0.18%
Dimana:
ABMA = Total rad and convection from American Boiler
Manufactures Association Chart
6.g) Menghitung kerugian panas karena karbon yang tidak terbakar
1) Fly ash yang tidak terbakar (L7)
L7 = 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑎𝑏𝑢 𝑝𝑒𝑟 𝑘𝑔 𝑏𝑏 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 ×𝐺𝐶𝑉 𝑓𝑙𝑦 𝑎𝑠ℎ
𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100
= 0.00563 ×157
4325× 100
= 0.183%
Dimana:
% ash content in fuel = 0.0563
Ratio bottom ash to fly ash = 90 : 10
GCV fly ash = 157 kcal/kg
Jumlah fly ash per kg batubara = 0.9 × 0.0563 = 0.05067
2) Bottom ash yang tidak terbakar (L8)
L8 = 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑎𝑏𝑢 𝑝𝑒𝑟 𝑘𝑔 𝑏𝑏 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 ×𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑜𝑡𝑡𝑜𝑚 𝑎𝑠ℎ
𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100
= 0.05067 ×30.7
4325× 100
= 0.00399%
Dimana :
% ash content in fuel = 0.0563
Ratio bottom ash to fly ash = 90 : 10
GCV bottom ash = 30.7 kcal/kg
Jumlah bottom ash per kg batubara = 0.1 × 0.0563 = 0.00563
60
Menghitung efisiensi boiler (metode indirect)
Efisiensi Boiler (η)
= 100 – (6.3204 + 7.1123 + 4.5455 + 0.4372 + 0 + 0.18 + 0.183 + 0.00399)
= 81.22%
4.4.2 Hasil Perhitungan Efisiensi Boiler Setelah Overhaul
Dari data-data yang telah dikumpulkan maka dapat dilakukan
perhitungan efisiensi boiler dengan metode direct dan metode indirect, yaitu:
4.4.2.1 Menghitung efisiensi boiler (metode direct)
Boiler Efisiensi (η) = ℎ𝑒𝑎𝑡 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡
ℎ𝑒𝑎𝑡 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡× 100%
Boiler efisiensi (η) = 𝐺𝑚𝑠 ×(hg−hf)
𝐺𝑓𝑢𝑒𝑙 × GCV × 100%
Boiler efisiensi (η) = 1003.7183 ×(797−280,82)
141.55 × 4753 × 100% = 77,01%
Dimana:
Gms = Laju aliran main steam
hf = Enthalpi saturasi feed water
hg = Enthalpi saturasi main steam
Gfuel = Laju aliran bahan bakar
GCV = Nilai kalori batubara
4.4.2.2 Menghitung efisiensi boiler (metode indirect)
1) Menghitung udara kebutuhan teoritis
(O2)t = (11,6C)+(34,8(H2-O2))+(4,35S)
(O2)t = (11,6 × 0,5005) + (34,8(0,0533- 0,0917
8)) + (4,35 × (3,7 × 10-3))
= 5,8058 + 1,5889 + 0,016095
= 7,4108 kg/kgbb
Dimana:
C = %karbon/kg bahan bakar
H2 = %hidrogen/kg bahan bakar
O2 = %oksigen/kg bahan bakar
S = %sulfur/kg bahan bakar
61
2) Menghitung CO2 teoritis
%CO2 = 𝑚𝑜𝑙 𝐶
𝑚𝑜𝑙 𝑁2+𝑚𝑜𝑙 𝐶
%CO2 = 0,0417
0,2041 + 0,0417= 0,1893 × 100 = 16,96%
Dimana:
mol C = 𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝐶 𝑖𝑛 𝑓𝑢𝑒𝑙
𝑚𝑜𝑙 𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝐶
mol C = 0,5005
12= 0,0417
mol N2 = 𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝑁2𝑖𝑛 𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑎𝑖𝑟
𝑚𝑜𝑙 𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝑁2 +
𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝑁2 𝑖𝑛 𝑓𝑢𝑒𝑙
𝑚𝑜𝑙 𝑤𝑡 𝑜𝑓 𝑁2
mol N2 = 7,4108 ×
77
100
28 +
8 × 10−3
28= 0,2041
3) Menghitung persentase kelebihan udara yang dipasok (Excess air, EA)
EA = 02%
21−02%× 100
EA = 1,905%
21−1,905%× 100 = 9,976%
4) Menghitung massa udara yang sebenarnya yang dipasok / kg bahan bakar
(AAS)
AAS = (1+ 𝐸𝐴
100) × 𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑎𝑖𝑟
AAS = (1+ 9,976
100) × 7,4108 = 8,1501 kg/kgbb
5) Menghitung massa gas buang kering
m = m CO2 + m N2 fuel + m N2 udara pembakaran + m O2 gas buang
m = 1,8351 + (8 x10-3) + 6,2756 + 0,17 = 8,2887 𝑘𝑔
𝑘𝑔𝑏𝑏⁄
Dimana:
massa CO2 = (%C) x 44
12
massa CO2 = 0,5005 x 44
12 = 1.8351
𝑘𝑔𝑘𝑔𝑏𝑏⁄
massa N2 udara pembakaran = 𝐴𝐴𝑆 𝑋 77
100
massa N2 udara pembakaran = 8,1501 𝑥 77
100 = 6,2756
𝑘𝑔𝑘𝑔𝑏𝑏⁄
massa O2 gas buang = (𝐴𝐴𝑆−(𝑂2)𝑡) 𝑥 23
100
62
massa O2 gas buang = (8,1501−7,4108) 𝑥 23
100 = 0,17
𝑘𝑔𝑘𝑔𝑏𝑏⁄
6) Menghitung kerugian – kerugian panas (Heat Loss)
6.a) Menghitung kerugian panas karena gas buang kering (L1)
L1 = 𝑚 𝑥 𝐶𝑝 𝑥 (𝑇𝑓−𝑇𝑎)
𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100
L1 = 8,2887 × 0,233 × (165.86−33.6)
4753× 100
= 0.05374 × 100 = 5.374%
Dimana:
m = massa dry flue gas (kg/kg batubara)
Cp = panas spesifik flue gas (kcal/kgoC)
Tf = Temperatur flue gas (oC)
Ta = Temperatur ambient (oC)
GCV = Gross calorific value (kcal/kg)
• Nilai Cp didapat dari table tekanan gas buang/udara
Diketahui: average flue gas temperature = 165.86 oC = 438.86K
Mencari Cp dengan interpolasi :
(450−438,86)𝐾
(450−400) =
(0.978𝑘𝑗
𝑘𝑔𝐾−𝐶𝑝)
(0.978−0.939)𝑘𝑗
𝑘𝑔𝐾
11.14𝐾
50𝐾 =
0.978𝑘𝑗
𝑘𝑔𝐾−𝐶𝑝
0.039𝑘𝑗
𝑘𝑔𝐾
0.4344 = 48.9 – 50Cp
50Cp = 48.4656 𝑘𝑗
𝑘𝑔𝐾
Cp = 0.9693𝑘𝑗
𝑘𝑔𝐾 × (0.24 kcal/kj)
Cp = 0.233 kcal/kgK
63
6.b) Menghitung kerugian panas karena moisture dari pembakaran H2
(hydrogen) (L2)
L2 = 9×𝐻2×(584+𝐶𝑝(𝑇𝑓−𝑇𝑎)
𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100
L2 = 9 × 0,0533 × (584 + 0,696 (165,86 − 33,6))
4753× 100 = 6.8231%
Dimana:
H2 = Massa hydrogen dalam 1 kg batubara
Cp = Panas spesifik superheated steam (kcal/kgoC)
GCV = Gross calorific value (kcal/kg)
Tf = Temperatur flue gas (oC)
Ta = Temperatur ambient (oC)
9 = Konstanta
584 = Konstanta
• Nilai Cp superheated steam didapat dari software steam
property pada Lampiran
Diketahui: main steam temperature = 514 oC
steam pressure = 16.29 Mpa
Maka didapat nilai Cp = 0.696 kcal/kgK
6.c) Menghitung kerugian panas karena moisture di batubara (L3)
L3 = 𝑚 ×(584+𝐶𝑝(𝑇𝑓−𝑇𝑎)
𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100
L3 = 0.2873 × (584 + 0.696 (165.86 − 33.6))
4753× 100
= 0.04102 × 100
= 4.102%
Dimana:
m = Massa moisture dalam 1 kg batubara
Cp = Panas spesifik superheated steam (kcal/kgoC)
GCV = Gross calorific value (kcal/kg)
Tf = Temperatur flue gas (oC)
Ta = Temperatur ambient (oC)
584 = Konstanta
64
6.d) Menghitung kerugian panas karena moisture di udara (L4)
L4 = 𝐴𝐴𝑆 × 𝐻𝑢𝑚𝑖𝑑𝑖𝑡𝑦 ×𝐶𝑝(𝑇𝑓−𝑇𝑎)
𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100
L4 = 8.1501 × 0,02482 ×(0.696 (165.86 − 33.6))
4753× 100 = 0.3918%
Dimana:
AAS = Massa udara actual yang disuplai dalam 1 kg batubara
Humidity (Rasio kelembaban) = massa air yang terkandung dalam
stiap kg udara kering
Cp = Panas spesifik superheated steam (kcal/kgoC)
GCV = Gross calorific value (kcal/kg)
Tf = Temperatur flue gas (oC)
Ta = Temperatur ambient (oC)
6.e) Menghitung kerugian panas karena pembakaran tidak sempurna
(L5)
%𝐶𝑂 ×𝐶
%𝐶𝑂+%𝐶𝑂2 ×
5744
𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎 × 100
0 × 0,4709
0 +18,22 ×
584
4753 × 100 = 0%
Dimana:
CO = Volume CO di flue gas
CO2 = Volume CO2 aktual di flue gas
C = Kandungan carbon (kg/kg batubara)
GCV = Gross calorific value (kcal/kg)
584 = Konstanta
6.f) Menghitung kerugian panas karena radiasi dan konveksi (L6)
L6 = ABMA
L6 = 0.18%
Dimana:
ABMA = Total rad and convection from American Boiler
Manufactures Association Chart
6.g) Menghitung kerugian panas karena karbon yang tidak terbakar
• Fly ash yang tidak terbakar (L7)
65
L7 = 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑎𝑏𝑢 𝑝𝑒𝑟 𝑘𝑔 𝑏𝑏 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 × 𝐺𝐶𝑉 𝑓𝑙𝑦 𝑎𝑠ℎ
𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100
= 0.00649 × 457.47
4753× 100
= 0.5621 %
Dimana:
% ash content in fuel = 0.0649
Ratio bottom ash to fly ash = 90 : 10
GCV fly ash = 457.47 kcal/kg
Jumlah fly ash per kg batubara = 0.9 × 0.0649 = 0.05841
• Bottom ash yang tidak terbakar (L8)
L8 = 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑎𝑏𝑢 𝑝𝑒𝑟 𝑘𝑔 𝑏𝑏 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 × 𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑜𝑡𝑡𝑜𝑚 𝑎𝑠ℎ
𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎× 100
= 0.05841 × 28.75
4753× 100
= 0.00392 %
Dimana :
% ash content in fuel = 0.0649
Ratio bottom ash to fly ash = 90 : 10
GCV bottom ash = 28.75 kcal/kg
Jumlah bottom ash per kg batubara = 0.1 × 0.0649 = 0.00649
Menghitung efisiensi boiler (metode indirect)
Efisiensi Boiler (η)
= 100 – (5.374 + 6.8231 + 4.102 + 0.3918 + 0 + 0.18 + 0.5621 + 0.00392)
= 82.56%
66
Tabel 4. 4 Hasil Hitung Efisiensi Boiler Metode Direct
Parameter Metode Direct Satuan Sebelum
Overhaul
Sesudah
Overhaul
Laju aliran main steam T/h 986.5686 1003.7183
Entalpi main steam kcal/kg 812.68 797
Entalpi feedwater kcal/kg 299.34 280.82
Laju aliran bahan bakar T/h 154.64 141.55
Nilai kalori batubara kcal/kg 4325 4753
Efisiensi Boiler % 75.72 77.01
Tabel 4. 5 Hasil Hitung Efisiensi Boiler Metode Indirect
Parameter Metode Indirect Satuan Sebelum
Overhaul
Sesudah
Overhaul
Gas buang kering (L1) % 6.3204 5.374
Kelembaban dari pembakaran hydrogen (L2) % 7.1123 6.8231
Kelembaban di bahan bakar (batubara) (L3) % 4.5455 4.102
Kelembaban di udara (L4) % 0.4372 0.3918
Pembakaran yang tidak sempurna (L5) % 0 0
Radiasi permukaan dan konveksi (L6) % 0.18 0.18
Karbon tidak terbakar dalam fly ash (L7) % 0.183 0.5621
Karbon tidak terbakar dalam bottom ash (L8) % 0.00399 0.00392
Total Losses % 18.78239 17.43692
Effisiensi Boiler % 81.22 82.56
67
4.5 Analisa Data Hasil Perhitungan
Gambar 4. 1 Grafik Efisiensi Boiler Sebelum Dan Sesudah Overhaul
4.5.1 Efisiensi Boiler Sebelum Dan Sesudah Overhaul Dengan Metode
Direct
Dari hasil perhitungan efisiensi boiler sebelum dan sesudah overhaul
tersebut diketahui bahwa terjadi peningkatan nilai efisiensi yaitu sebesar 1.29%
dapat dilihat dari gambar grafik 4.1 nilai efisiensi boiler sebelum overhaul ialah
75.72% dan sesudah overhaul yaitu 77.01%. Hal ini disebabkan karena pada
saat overhaul dilakukan pembersihan pada tube boiler.
72
74
76
78
80
82
84
Sebelum OHDirect
Sesudah OHDirect
Sebelum OHIndirect
Sesudah OHIndirect
75,7277,01
81,22
82,56
Efisiensi (%)
Efisiensi
68
4.5.2 Unsur Kehilangan Panas
Tabel 4. 6 Perbandingan Heat Loss Sebelum Dan Sesudah Overhaul
No Item Sebelum
Overhaul
Sesudah
Overhaul Selisih
Kehilangan panas karena: % % %
1 Gas Buang Kering L1 6.3204 5.371 -0.933
2 Moisture Dari Pembakaran
Hydrogen L2 7.1123 6.8231 -0.2892
3 Moisture di Batubara L3 4.5455 4.102 -0.4435
4 Moisture di Udara L4 0.4372 0.3918 -0.0409
5 Pembakaran yang tidak
sempurna L5 0 0 0
6 Radiasi dan konveksi L6 0.18 0.18 0
7 Karbon yang tidak terbakar
dalam fly ash L7 0.183 0.5621 0.3791
8 Karbon yang tidak terbakar
dalam bottom ash L8 0.00399 0.00392 -0.00007
Total 18.78239 17.43692 -1.32757
69
Berikut ini adalah grafik perbandingan kehilangan panas sebelum dan sesudah overhaul:
Gambar 4. 2 Grafik Kehilangan Panas Sebelum Dan Sesudah Overhaul
0
1
2
3
4
5
6
7
8
L1L2
L3L4
L5L6
L7L8
6,3204 7,1123
4,5455
0,4372
0 0,180,0204
0,0359
5,371
6,8231
4,102
0,3918
0 0,180,0624
0,0353
6,054
4,296
6,48
0,2760,983
0,180,037
0,066
6,324
4,193
6,228
0,2861,076
0,180,035
0,062
Kehilangan Panas (%)
Perhitungan Sebelum OH
Perhitungan Sesudah OH
Performance Test Sebelum OH
Performance Test Sesudah OH
70
Gambar 4. 3 Diagram Sankey Sebelum Overhaul
Gambar 4. 4 Diagram Sankey Sesudah Overhaul
71
Gambar 4. 5 Diagram Sankey Performance Test Sebelum Overhaul
Gambar 4. 6 Diagram Sankey Performance Test Sesudah Overhaul
72
Jika dilihat dari penurunan efisiensi boiler pada sebelum dan sesudah
overhaul disebabkan karena beberapa factor, berikut adalah penjelasannya.
a. Kehilangan Panas Karena Gas Buang Kering
Melihat dari hasil perhitungan pada gambar 4.3 dan gambar 4.4
didapatkan jumlah kerugian panas akibat massa gas buang kering
mengalami penurunan sebanyak 0.933% dimana nilai sebelum overhaul
6.3204% dan sesudah overhaul 5.371%. Hal ini disebabkan oleh adanya
kotoran yang menempel pada tube boiler sehingga dapat mengurangi
perpindahan panas yang terjadi, sehingga mrngakibatkan panas hasil
pembakaran tersebut terbuang melalui stack.
b. Kehilangan Panas Karena Moisture dari Pembakaran Hidrogen
Melihat dari hasil perhitungan pada gambar 4.3 dan gambar 4.4
didapatkan jumlah kehilangan panas karena moisture dari pembakaran
hydrogen mengalami penurunan sebesar 0.2892% dimana nilai sebelum
overhaul 7.1123% dan sesudah overhaul 6.8231%. Hal ini disebabkan
karena nilai kandungan oksigen content setelah overhaul lebih sedikit
sehingga kadar hydrogen yang mengikat kadar oksigen lebih sedikit dan
menghasilkan H2O lebih sedikit.
c. Kehilangan Panas Karena Moisture di Bahan Bakar (Batubara)
Melihat dari hasil perhitungan pada gambar 4.3 dan gambar 4.4 untuk
analisis kehilangan panas karena moisture pada batubara mengalami
penurunan sebesar 0.4435% dimana nilai sebelum overhaul 4.5455% dan
sesudah overhaul 4.102%. Hal ini disebabkan karena pada saat kegiatan
overhaul pembersihan di elemen airpreheater yang merupakan elemen
pemanas pada saluran sistem udara primer menyebabkan pengeringan
batubara yang terjadi di mill menjadi lebih optimal sehingga dapat
menurunkan kadar moisture pada batubara.
d. Kehilangan Panas Karena Moisture di Udara
Melihat dari hasil perhitungan pada gambar 4.3 dan gambar 4.4 untuk
analisis kehilangan panas karena moisture di udara mengalami penurunan
sebesar 0.0409% dimana nilai sebelum overhaul 0.4372% dan sesudah
overhaul 0.3918%. Hal ini disebabkan karena faktor humidity atau uap air
73
dan temperature ambient yang terkandung di udara atmosfer sekitar yang
disuplai oleh forced draft fan untuk memenuhi kebutuhan udara pada proses
pembakaran di ruang bakar boiler.
e. Kehilangan Panas Karena Karbon Yang Tidak Terbakar Dan Tertinggal
Dalam Fly Ash Dan Bottom Ash
Faktor yang terakhir ialah kehilangan panas karena karbon yang tidak
terbakar dan tertinggal dalam abu atas atau fly ash maupun abu bawah atau
bottom ash.
• Unborn Carbon Fly Ash (L7)
Melihat dari hasil perhitungan pada gambar 4.3 dan gambar 4.4
untuk analisis kehilangan panas karena karbon tidak terbakar dalam fly
ash mengalami kenaikan sebesar 0.3791% dimana nilai unborn carbon
fly ash sebelum overhaul 0.183% dan sesudah overhaul 0.5621%. Hal
ini disebabkan karena pada saat setelah overhaul nilai dari HHV fly ash
mengalami kenaikan dimana nilai HHV fly ash sebelum overhaul
sebesar 157 kcal/kg dan setelah overhaul 457.47 kcal/kg.
• Unborn Carbon Bottom Ash (L8)
Melihat dari hasil perhitungan pada gambar 4.3 dan gambar 4.4
untuk analisis kehilangan panas karena karbon tidak terbakar dalam
bottom ash mengalami penurunan sebesar 0.00007% dimana nilai
sebelum overhaul 0.00399% dan sesudah overhaul 0.00392%. Hal ini
disebabkan karena pada saat setelah overhaul nilai dari HHV bottom
ash mengalami penurunan dimana nilai HHV bottom ash sebelum
overhaul sebesar 30.7 kcal/kg dan setelah overhaul 28.75 kcal/kg.
4.5.3 Efisiensi Boiler Sebelum Dan Sesudah Overhaul Dengan Metode
Indirect
Dari hasil perhitungan efisiensi boiler sebelum dan sesudah overhaul
tersebut diketahui bahwa terjadi peningkatan nilai efisiensi yaitu sebesar 1.34%
dapat dilihat dari gambar grafik 4.1 nilai efisiensi boiler sebelum overhaul ialah
81.22% dan sesudah overhaul yaitu 82.56%. Hal ini disebakan karena losses
yang terjadi pada saat setelah overhaul lebih kecil dibandingkan losses yang
74
terjadi pada saat sebelum overhaul. Sementara hasil efisiensi dari performance
test sebelum overhaul 81.46% dan sesudah overhaul 81.56%.
4.6 Analisa Ekonomi
Dari data sebelum dan sesudah overhaul didapatkan pengurangan
penggunaan batubara sebesar 13.09 T/h, dimana penggunaan batubara
sebelum overhaul 154.64 T/h dan sesudah overhaul 141.55 T/h. jika harga batu
bara Rp 839 per kg, pengurangan biaya yang dikeluarkan untuk batubara sekitar
Rp 263.580.240 per hari.
75
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil perhitungan data yang telah dilakukan untuk mengetahui
pengaruh overhaul terhadap efisiensi boiler sebelum dan sesudah overhaul unit
1 UJP PLTU Banten 3 Lontar dengan metode direct dan indirect didapatkan:
1. Untuk metode direct didapatkan hasil efisiensi boiler sebelum overhaul
sebesar 75.72% dan sesudah overhaul sebesar 77.01% sehingga
mengalami kenaikan sebesar 1.29%.
2. Untuk metode indirect didapatkan hasil efisiensi boiler sebelum overhaul
sebesar 81.22% dan sesudah overhaul sebesar 82.56% sehingga
mengalami kenaikan efisiensi sebesar 1.34%.
3. Selisih penggunaan bahan bakar sebelum dan sesudah overhaul
sebesar 13.09 T/h dan pengurangan biaya yang dikeluarkan untuk
batubara sekitar Rp 263.580.240 per hari.
5.2 Saran
1. Dari laporan skripsi ini penulis menyarankan untuk kegitan overhaul
harus selalu rutin dilakukan karena overhaul memberikan hasil yang
positif terhadap kenaikan efisiensi boiler.
2. Tambahkan analisa secara finansial untuk penelitian selanjutnya.
76
DAFTAR PUSTAKA
E, N. (2013). Optimalisasi Kinerja Soot Blower Pada Boiler PLTU Tanjung Jati B. Iswandi, C. T. (2012). Analisis Kinerja Boiler Pada PLTU Unit 1 PT. Semen
Tonasa. Nurmalita. (2012). Analisis Efiesiensi Energi Pada Pembangkit Listrik Tenaga
Uap (PLTU) PT. Energi Alam Raya Semesta Di Kabupaten Nagan Raya Naggroe Aceh Darussalam.
Ramadhan, M. F. (2018). Analisis Nilai Excess Air Terhadap Efisiensi Boiler Pada PLTU Batubara Unit Pembangkitan Peabuhan Ratu 3 x 350 MW.
Ramadhan, P. (2017). Analisa Efisiensi Boiler Dengan Metode Heat Loss Sebelum dan Sesudah Overhaul PT. Indonesia Power UJP PLTU Lontar Unit 3. Jurnal Power Plant.
Simanjuntak, O. T., & Amien, S. (2015). Studi Keandalan (Reliability) Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Labuhan Angin Sibolga.
Siswanto, E. (2015). Analisa Efisiensi Exergi Boiler Wanson III Pada Unit KIlang Di Pusat Pendidikan Dan Pelatihan Minyak Dan Gas Bumi (PUSDIKLAT MIGAS) Cepu.
78
LAMPIRAN
79
Lampiran 1 Lembar Bimbingan Skripsi
80
81
Lampiran 2 Enthalpy Feedwater Dengan Steam Property
Mencari Enthalpy Feedwater Dengan Steam Property
(Metode Direct) Sebelum Overhaul
82
Mencari Enthalpy Feedwater Dengan Steam Property
(Metode Direct) Setelah Overhaul
83
Lampiran 3 Enthalpy Superheat Dengan Steam Property
Mencari Enthalpy Superheat Dengan Steam Property
(Metode Direct) Sebelum Overhaul
84
Mencari Enthalpy Superheat Dengan Steam Property
(Metode Direct) Setelah Overhaul
85
Lampiran 4 CP Superheat Dengan Steam Property
Mencari CP Superheat Dengan Steam Property
(Metode Indirect) Sebelum Overhaul
86
Mencari CP Superheat Dengan Steam Property
(Metode Indirect) Setelah Overhaul
87
Lampiran 5 Tabel Kalor Spesifik Gas Ideal (Udara Flue Gas)
Tabel Kalor Spesifik Gas Ideal (Udara Flue Gas)
88
Lampiran 6 Surat Pengambilan Data
89
Lampiran 7 Lembar Revisi
90
91
92