Mengenal Siklus Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)

Selamat pagi sampai malam kawan-kawan dumay, 

Artikel kali ini akan membahas tentang siklus dari Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), materi ini adalah materi lanjutan dari pembahasan sebelumnya tentang pengertian dasar PLTU untuk yang belum membaca materi sebelumnya bisa langsung di klik link tersebut agar bisa memahami materinya dasar dan memudahkan dalam memahami materi lanjutan ini.

SIKLUS PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP (PLTU)

A. Teori Siklus Rankine

PLTU adalah jenis Pembangkit Listrik Tenaga Thermal yang banyak digunakan karena effisiensinya tinggi sehingga menghasilkan enegi listrik yang ekonomis. PLTU juga merupakan mesin konversi energi yang mengubah energi kimia bahan bakar menjadi energi listrik yang konversi energinya berlangsung melalui tiga tahapan, yaitu :

1. Energi kimia dalam bahan bakar diubah menjadi energi panas dalam bentuk uap bertekanan tinggi  dan bertemperatur tinggi di Boiler.
2. Energi panas (uap) diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran di Turbin.
3. Energi mekanik diubah menjadi energi listrik di Generator.

Proses Konversi Energi pada PLTU

PLTU menggunakan fluida kerja Air dan Uap yang bersirkulasi secara tertutup (siklus tertutup) artinya menggunakan fluida kerja yang sama secara ber-ulang-ulang.

Urutan sirkulasinya adalah sebagai berikut :

1. Pertama Air diisikan ke Boiler hingga penuh ke seluruh permukaan pemindah panas, selanjutnya Air ini dipanaskan dengan Gas panas hasil pembakaran bahan bakar dengan udara sehingga berubah menjadi Uap.
2. Kedua, Uap hasil produksi Boiler dengan tekanan dan temperatur tertentu di arahkan untuk memutar Turbin sehingga menghasilkan Daya mekanik berupa putaran.
3. Ketiga, Generator yang di kopel langsung dengan Turbin berputar mengkasilkan energi listrik sebagai hasil dari perputaran medan magnit dalam kumparan, sehingga menghasilkan energi listrik dari terminal output generator.
4. Keempat, Uap bekas keluar turbin masuk ke Kondensor untuk didinginkan dengan air pendingin agar berubah kembali menjadi Air yang disebut Air Kondensat kemudian digunakan kembali sebagai Air Pengisi Boiler,
5. Demikian siklus ini berlangsung terus menerus dan ber-ulang-ulang seperti penjelasan pada gambar di bawah.

Gambar Siklus Fluida Kerja Sederhana pada PLTU

Gambar Diagram T-s Siklus PLTU (Siklus Rankine)

Penjelasan dari proses diagram siklus rankine :

Proses a-b è Kompresi Isentropis Air dinaikkan tekanannya dari P1 ke P2 di Pompa Air Peingisi.

Proses b-c è Air bertekanan dinaikkan temperaturnya sampai mendidih di LP/HP Heater dan Ekonomiser.

Proses c-d è Air berubah menjadi Uap jenuh (Vapourising), proses Isothermis di Pipa Boiler & Steam Drum.

Proses d-e è Uap dipanaskan lanjut (Superheated Vapour), proses Isobar di Superheater.

Proses e-f  è Uap melakukan kerja Tekanan dan Temperaturnya turun, proses ekspansi Isentropik di Turbin.

Proses f-a  è Pembuangan panas laten uap dan merubahnya menjadi Air Kondensat, proses Isobar Isothermis di Kondensor 

B. Siklus Air dan Uap.

B.1. Siklus Air

Siklus Air di mulai dari masuknya air (dgn cara dipompakan/Boiler Feed Pump) ke Ekonomiser (disini air dipanaskan oleh Gas bekas sisa pembakaran bahan bakar) dan ditampung di Steam Drum.

Gambar Siklus Air dan Uap pada Boiler

Gambar Steam Drum Boiler dan Konstruksinya

Selanjutnya dari Steam Drum Air turun melalui Pipa Down Comer ke Header Bawah lalu di distribusikan ke Pipa Riser (Pipa pemanas) yang tersusun berupa dinding di Boiler.

Gambar potongan Pipa Riser dan Dinding Ruang Bakar Boiler

Di dalam pipa riser ini Air mengalami pemanasan dan naik kembali ke Drum akibat perbedaan temperatur, sirkulasi Air seperti ini terjadi secara alami dan disebut Sirkulasi Alami bila sirkulasi ini dibantu dengan pompa disebut sirkulasi Paksa. Laju sirkulasi paksa adalah sekitar 1,7 artinya jumlah air yang disirkulasikan 1,7 kali kapasitas penguapan.

Gambar Prinsip Sirkulasi Alami

Gambar Prinsip Sirkulasi Paksa

Beberapa keuntungan dari sistem sirkulasi paksa antara lain :

1. Waktu start (pemanasan) lebih cepat.
2. Respon lebih baik untuk memperthankan aliran Air saat start tau beban penuh.
3. Mencegah terjadinya stagnasi di sisi penguapan.

Perpindahan panas yang terjadi di Boiler adalah secara Radiasi, Konveksi dan Konduksi.

Fosil Boiler Outline

B.2. Siklus Uap Utama (Main Steam)

Siklus Uap Utama di mulai dari keluarnya Uap jenuh dari Steam Drum dialirkan ke Super Heater I (Primary S/H) dan ke Super Heater II (Secondary S/H) kemudian ke outlet header selanjutnya masuk ke Turbin Tekanan Tinggi. Super Heater berfungsi untuk memanaskan Uap Jenuh sehingga menjadi Uap Superheat agar kandungan energinya bertambah, sementara untukmengontrol temperatur uap digunakan Spray air yang disebut Desuperheater.

Gambar Siklus Uap Superheat

B.3. Siklus Uap Panas Ulang (Reheat Steam)

Pada PLTU dengan kapasitas > 100 MW dengan Turbin multi silinder, maka Uap dari HP (High Pressure) Turbin dialirkan kembali ke Boiler (Reheater) untuk dipanaskan kembali agar temperaturnya naik sama dengan temperatur Main Steam sehingga kandungan energi panasnya meningkat selanjutnya Uap ini dialirkan kembali ke Turbin Tekanan Menengah (Intermediate Pressure Turbine), pemanasan di Reheater ini menggunakan Gas Buang keluar dari Super Heater. Sebagaimana Super Heater, Reheaterpun ada Primary dan Secondary Reheater.

Gambar Siklus Uap Reheat

C. Sistem Udara Pembakaran dan Gas Buang.

C.1. Sistem Udara Pembakaran

Udara berfungsi untuk proses Pembakaran sehingga disebut Udara Pembakaran. Udara dari atmosfir dihisap oleh Force Draft/FD Fan (pemasok Udara) dan masuk ke Air Heater (berfungsi untuk memanaskan udara) dari sini kemudian masuk ke Wind Box untuk didistribusikan ke Burner untuk proses pembakaran yang sempurna.

Gambar Siklus Udara Pembakaran pada Boiler

Gambar Force Draft Fan

C.2. Sistim Gas Buang

Gas panas hasil pembakaran atau gas buang (Flue Gas) berfungsi sebagai sumber panas. Gas panas dari ruang bakar dialirkan ke pipa-ppa Superheater I & II, Reheater, Ekonomiser dan ke Air Heater, dari Air Heater gas masuk ke alat penangkap abu ( Electrostatic Precipitator/EP ) selanjutnya gas dihisap oleh Induced Draft/ID Fan dan dibuang ke atmosfir melalui Cerobong (Stack). 

Gambar Air Heater

Gambar Electrostatic Precipitator (EP)

Gambar Siklus Gas di Boiler

Sekian untuk materi pembahasan kali ini semoga kawan-kawan pembaca dapat menambah pengetahuannya melalui artikel ini dan untuk lebih memudahkan dalam memahami materi ini admin sudah memberikan rangkuman tentang materi ini agar lebih mudah lagi dipahami.

Siklus kerja PLTU yg merubah Air menjadi Uap Superheat dan ekspansi Uap di Turbin dan uap sisa diubah lagi menjadi air dapat digambarkan dengan diagram T-S (Temperatur-Entropi), Siklus yg demikian disebut Siklus Ideal Rankine.

Siklus air boiler merupakan rangkaian siklus fluida kerja,dimana air dipanaskan menjadi uap dan dialirkan ke Turbin.

Siklus Uap Utama dalam boiler adalah Uap dari Drum Boiler dalam kondisi jenuh dialirkan ke Primary Superheater dan Secondary Superheater kemudian ke Outlet Header selanjutnya ke Turbin.

Sistem Udara Pembakaran berfungsi untuk proses pembakaran bahan bakar disebut sebagai udara pembakaran yg berasaldari atmosfir dihisap oleh FD Fan dan dialirkan ke Air Heater lalu udara panas ini masuk ke Wind Box untuk didistribusikan ke Burner untuk proses pembakaran.

Peralatan yg termasuk dalam sistem Gas Buang meliputi Air Heater (AH), Electrostatic Precipitator (EP) atau Baghouse Filter dan ID Fan.

Silahkan saran dan kritiknya di tunggu di kolom komentar karena materi ini disusun oleh admin yang masih awam dan belum ahli dalam bidang ini jadi di tunggu masukannya. terima kasih !