TUGAS TERMODINAMIKA Makalah Kunjungan PLTU Tanjung Jati B Disusun Oleh : Muhammad Yahya (21060112130092) UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2014
TUGAS TERMODINAMIKA
Makalah Kunjungan PLTU Tanjung Jati B
Disusun Oleh :
Muhammad Yahya (21060112130092)
UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG
2014
BAB I
PENDAHULUAN
2.1 Latar Belakang
Seiring dengan perkembangan teknologi listrik telah menjadi salah satu
kebutuhan pokok dalam menjalani kehidupan. Hampir semua aspek kehidupan
manusia memerlukan energi listrik, di perkantoran, rumah tangga, dan perindustrian.
Semakin banyaknya berdiri industri-industri baru yang memerlukan energi listrik
dalam pengoperasiannya sehingga menyebabkan kebutuhan akan energi listrik terus
meningkat setiap tahunnya.
Dalam memenuhi kebutuhan akan energi listrik didirikan pembangkit-
pembangkit yang baru. Pembangkit energi listrik ini biasanya berada di daerah yang
jauh dari pusat beban. Agar energi listrik ini sampai ke pusat beban maka diperlukan
saluran transmisi dan distribusi energi listrik. Pembangkit listrik di Indonesia umunya
menggunakan saluran transmisi 150 kV. Masalah lain yang muncul adalah
penyebaran pusat-pusat beban yang tidak merata. Sehingga pembangkit yang
mempunyai kapasitas kecil seringkali harus digunakan untuk menyuplai beban yang
besar, sedangkan pembangkit yang berkapasitas besar digunakan untuk menyuplai
beban yang kecil. Untuk mengatasi hal ini, pusat pembangkit yang ada harus
diinterkoneksikan, agar tenaga listrik dapat ditransmisikan sesuai dengan kebutuhan.
Interkoneksi sistem ini bertujuan untuk menghubungkan pembangkit-pembangkit
yang ada menjadi satu, sehingga pembangkit tenaga listrik yang ada dapat digunakan
untuk menyuplai beban yang letaknya jauh dari lokasi tersebut.
2.2 Tujuan
1. Meningkatkan, memperluas dan memantapkan pengetahuan tentang dunia
kelistrikan.
2. Meningkatkan dan memperluas pengetahuan tentang PLTU Tanjung Jati B
Jepara.
3. Memahami aspek-aspek usaha yang potensial dalam lapangan kerja, antara lain
struktur organisasi usaha, asosiasi usaha, jenjang karier dan management usaha
di PT PLN (persero).
4. Memperoleh masukan dan umpan balik guna memperbaiki dan mengembangkan
PT PLN (PERSERO) ke depannya.
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Profil Umum Perusahaan
PLTU Tanjung Jati B adalah pembangkit listrik berbahan bakar batubara yang
terletak di wilayah Jawa Tengah tepatnya di Desa Tubanan, Kecamatan Kembang,
Kabupaten Jepara.
PLTU Tanjung Jati B merupakan sebuah produk strategi energi nasional
Indonesia yang mendorong investasi internasional guna menyediakan keamanan dan
ketersediaan energi listrik bagi rakyat Indonesia. PLTU ini memberikan keuntungan
bagi infrastruktur jaringan listrik dan pembangkit-pembangkit listrik yang ada pada
saat ini, dengan menyediakan 2640 MW tambahan energi listrik yang dapat
diandalkan, ekonomis dan dalam lingkungan pengelolaan yang bertanggung jawab.
Berikut adalah rincian profil dari PLTU Tanjung Jati B.
Area : 150 ha Location : Desa Tubanan, Kec. Kembang, Jepara Jawa Fuel : Fuel Oil (start-up) and Coal Capacity : 4 x 660 MW Net Lessor : PT Central Java Power (Sumitomo group) Lessee : PT PLN (Persero) Operator : PT TJB Power Services & PT KPJB COD
Unit 1 : 1 October 2006 Unit 2 : 1 November 2006 Unit 3 : 1st Sync : 15 Mei 2011 COD : 13 Oct 2011 Unit 4 : 1st Sync : 15 Ags 2011 COD : 1 Jan 2012
Berikut ini adalah gambar PLTU Tanjung Jati B Jepara
Gambar 2.1 Penampakan PLTU Tanjung Jati B Jepara
2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Uap
Prinsip Kerja Utama PLTU ditunjukan pada gambar dibawah.
Gambar 2.2 Gambaran sistem kerja pada PLTU
Dalam PLTU, energi primer yang dikonversikan menjadi energi listrik adalah
bahan bakar. Bahan bakar yang digunakan dapat berupa batu bara (padat), minyak
(cair), atau gas. Ada kalanya PLTU menggunakan Kombinasi beberapa macam bahan
bakar.
Konversi energi tingkat pertama yang berlangsung dalam PLTU adalah
konversi energi primer menjadi energi panas (kalor).Hal ini dilakukan alam ruang
bakar dari ketel uap PLTU.Energi panas ini kemudian dipindahkan ke dalam air yang
ada dalam ruang bakar dari ketel uap PLTU. Energi panas ini kemudian dipindahkan
ke dalam air yang ada dalam pipa ketel untuk menghasilkan uap yang dikumpulkan
dalam drum dari ketel. Uap dari drum ketel dialirkan ke turbin uap. Dalam turbin uap,
energi (enthalpy) uap dikonversikan menjadi energi mekanis penggerak generator,
dan akhirnya energi mekanis dari turbin uap ini dikonversikan menjadi energi listrik
oleh generator.
Proses pembakaran batu bara umumnya membutuhkan tempat penyimpanan
dan peralatan penangannannya. Ukuran biji batu bara diperkecil dengan
menggunakan mesin pemecah (pulverizer) dan disimpan di tempat terbuka sampai
sekiranya dibutuhkan baru akan diambil. Conveyor bertugas menganggkut batubara
menuju ke mesin pemecah (pulverizer). Pada umumnya batubara di hancurkan di
mesin pulverizer dengan menggunakan variable speed coal feeders controlled untuk
merespon perubahan beban. Batubara akan terbakar dengan mudah dan efisien seperti
gas jika dibuat dalam serbuk halus. Di samping itu jika digunakan dalam bentuk
serbuk, batubara akan mempunyai keuntungan-keuntungan antara lain dapat
menanggapi perubahan beban dengan baik, kebutuhan akan kelebihan udara
pembakaran (excess air) rendah sehingga konsumsi daya untuk kipas lebih rendah,
suhu pembakaran lebih tinggi, efisiensi thermal lebih baik dan biaya operasi dan
pemeliharaan rendah. Kemudian serbuk batu bara tersebut didorong oleh udara
primer dari primary air fan (PAF) sampai ke pembakaran. Pembakar batu bara serbuk
menerima serbuk batubara kering dan udara primer kemudian mencampurnya dengan
udara pembakaran utama dari forced draft fan (FDF) sehingga timbullah nyala api di
dalam.
Gambar 2.3 Sistem batu bara serbuk
Dalam perhitungan neraca energi dan efisiensi perlu diketahui nilai kalor dari
proses pembakaran batubara. Nilai kalor menunjukkan perpindahan panas dari suatu
proses pembakaran batu bara yang didinginkan sampai suhu awak dari udara dan
batu bara.
Ada dua macam nilai kalor, yaitu nilai kalor Tinggi (HHV, High Heating
Value) yaitu nilai kalor yang terjadi jika semua uap yang terbentuk telah
terkondensasi, sehingga dalam hal ini termasuk kalor laten penguapan air. Selain
HHV ada nilai lain yaitu Nilai Kalor Rendah (LHV, Low Heating Value) yaitu nilai
kalor yang tidak termasuk nilai kalor laten untuk penguapan uap air. HHV dan LHV
dalam kcal/kg dapat ditentukan dengan:
HHV = [ 8,080C + 34.500 (H O/8) +2220 SJ]
Dan
LHV = HHV - 588,76 x W
Dimana:
- C = Fraksi massa Karbon
- H = Fraksi massa Hidrogen
- O = Fraksi massa Oksigen
- S = Fraksi massa Sulfur
- W = Jumlah uap air yang terbentuk karena pembakaran 1 kg batu bara
Dalam perhitungan neraca energi dan efisiensi digunakan HHV karena semua
kandungan energi total harus diperhitungkan. Panas yang dihasilkan dalam kcal/hr
dari pembakaran batubara di dalam Boiler sebesar:
QBB= HHV x BB
Dimana:
- BB : Jumlah batubara yang dibakar di ketel dalam kg/hr
Sedangkan untuk mencari kebutuhan udara yang dibutuhkan untuk pembakaran tiap
kg batubara adalah :
UOG = 11,5C +34,5
8 + 4,325
UOV =
1,29
Dimana :
- UOG : kebutuhan udara teoritis (kgudara/kgbatubara)
- UOV : kebutuhan udara teoritis (m3
udara/kgbatubara)
- C,H,O,S : fraksi C,H,O dan S dalam setiap kg batubara (%)
Kebutuhan udara sebenarnya tiap kg batu bara memperhitungkan factor excessair
(udara lebih) supaya pembakaran yang terjadi lebih sempurna. Factor udara lebih
(excess air) dicari dengan menggunakan persamaan:
m = 21/(21-O2)
dimana:
- m : Faktor udara lebih (excess air)
- O2 : Kadar oksigen dalam gas buang (%)\
Kebutuhan udara sebenarnya adalah:
U = m.Uo
Dimana:
- U = kebutuhan udara actual (kgudara/kgbatubara) atau (m3
udara/kgbatubara)
- Uo = kebutuhan udara teoritis (kgudara/kgbatubara) atau (m3
udara/kgbatubara)
Dari pembakaran tersebut dihasilkan gas buang yang dibuang ke atmosfer melalui
cerobong. Untuk menghitung laju aliran dari gas buang ini digunakan persamaan :
Gog = Uog + (1 A)
Gg = m.Uog + (1 A)
Gov = Uov+ 5,6
8 +1,24W + 0,8 N
Gv = (m-1) Uov +Gov
Dimana:
- Gog : berat gas asap teoritis (kggasasap/kgbatubara)
- Gg : berat asap actual (kggasasap/kgbatubara)
- A,W,N : fraksi asap, uap air, nitrogen dalam setiap kg batu bara (%)
- Gov : volume gas asap teoritis (m3
gasasap/kgbatubara)
- Gv : volume gas asap actual (m3
gasasap/kgbatubara)
Laju aliran udara atau gas buang yang diperlukan atau dihasilkan oleh pembakaran
sujumlah tertentu batu bara dalam kg/hr adalah:
m = U.BB
debit aliran fluida dalam m3/hr adalah :
Q = m/
Dimana adalah berat jenis fluida
BAB III
PEMBAHASAN
3.1 Komponen Utama PLTU Tanjung Jati B
Pada PLTU Tanjung Jati B ini terdapat beberapa komponen utama dalam
proses pembankitan daya listrik, seperti proses pembangkitan uap, proses
pembangkitan daya listrik, peralatan bantu, dan penanganan limbah. Berikut adalah
masterplan PLTU Tanjung Jati B
Gambar 3.1 Masterplan PLTU Tanjung Jati B
3.2 Proses Pembangkitan Uap
Proses pembangkitan uap merupakan kombinasi kompleks dari peralatan-
peralatan di dalam ketel seperti ekonomiser, superheater dan reheater. Ketel sebagai
bagian utama dari proses pembangkitan uap mengubah cair jenuh menjadi uap jenuh.
Berikut adalah kombinasi peralatan penghasil uap pada PLTU Tanjung Jati B.
Gambar 3.2 peralatan penghasil uap PLTU Tanjung Jati B
Pada instalasi pembangkit tenaga yang besar biasanya digunakan ketel pipa
air daripada ketel pipa api karena memiliki dimensi yang lebih kecil sehingga
harganya lebih ekonomis.
Gambar 3.3 Diagram alir proses pembangkitan uap secara umum
Pada gambar diatas menunjukkan proses yang berlangsung pada boiler
termasuk perubahan fluida didalamnya. Pada boiler untuk membangkitkan panas
diperlukan adanya 3 hal yaitu udara, bahan bakar, dan batu bara. Udara didapatkan
dari luar dengan bantuan FD Fan yang menyedot udara langsung dari luar, sedangkan
serbuk batubara yang sudah benar-benar halus nantinya akan di sedot oleh PA fan dan
masuk ke boiler. Pada boiler terdapat 2 buah drum yaitu upper drum dan lower drum,
bedasarkan fungsinya yaitu untuk proses pemisahan antara fluida dengan uap. Uap
yang sudah dipanaskan nantinya akan digunakan oleh turbin HP turbin, dan panas
sisanya nantinya akan di panaskan kembali, berguna untuk meningkatkan efisiensi.
Penyerapan panas pada masing-masing peralatan dirumuskan sebagai berikut :
Q = m (hout - hin)
Dimana:
- m : laju aliran air atau uap (kg/hr)
- hout : entalpi air atau uap keluar (kJ/kg)
- hin : entalpi air atau uap masuk (kJ/kg)
Efisiensi ketel adalah ratio antara panas yang diserap oleh ketel dengan panas dari
bahan bakar.
ketel =
yang perlu diperhatikan di sini adalah pengendalian proses pembangkitan uap
(tekanan, suhu, dan ketinggian air) yang berakibat langsung terhadap efisiensi PLTU
apabila terjadi perubahan beban. Efisiensi pembakaran maksimum memerlukan lebih
banyak udara disbanding dengan perhitungan secara teoritis. Pengandalian proses
pembakaran dan mengoprasikan control valve, dampers dan variable speed drive.
Bahan bakar atau panas yang masuk ke dalam ketel harus dijaga sesuai dengan
tekanan uap yang diinginkan.Aliran udara ke dalam ketel dikoordinasikan dengan
panas yang masuk. Bila beban pada uap meningkat tekanan ketel akan menurun, hal
ini terdeteksi oleh alat pengatur sehingga aliran udara dan panas masuk dan di
tingkatkan untuk menjaga tekanan uap menjadi normal. Air dalam drum uap harus
dijaga pada ketinggian yang konstan, konsumsi uap yang tinggi oleh turbin dan
rendahnya penyediaan air pengisi ketel penyebab rendahnya air dalam drum uap. Hal
ini akan menggerakkan alat pengukur untuk meningkatkan bukaan katup pengisi air
ketel. Akibat dari banyaknya jumlah panas yang terserap pada komponen logam dari
superheater dan reheater menyebabkan suhu uap berubah.Suhu uap yang tinggi
menyebabkan kerusakan pada peralatan.Suhu uap yang keluar superheater dan
reheater dikendalikan oleh katup atur pada penyemprot adir dalam attemperator yang
diletakkan di dalam peralatan tersebut.
3.2.1 Kondensasi dan pendinginan
Fungsi kondensor adalah menciptakan ruang hampa udara pada keluaran
turbin, mengkondensasi uap yang keluar dari turbin untuk digunakan kembali pada
situs tertutup, melakukan deaerasi kondensor untuk mempertahankan ruang hampa
dan mereduksi jumlah gas tak mampu kondensasi yang terbawa masuk kedalam ketel
melalui feedwater
Alat ini biasanya berupa penukar panas selongsong dan tabung (shell and
tube) dimana mekanisme perpindahan panasnya terutama adalah pengembunan uap
jenuh di luar tabung dan pemanasan dengan konveksi.
Gambar 3.4 Skema kondensor
Gambar diatas menunjukkan skema kondensor yang mempunyai dua aliran pad
sisi air terdiri atas sebuah selongkong baja dengan kotak air pada kedua ujungnya.
Air masuk ke tabung dari kotak air yang terbagi dua terdapat pada satu ujung
kondensor, mengalir melalui tabung-tabung itu sampai ke kotak air berbalik arah dan
mengalir melalui tabung yang separuh lagi ke belahan lainnya pada kotak air yang
terbagi dua. Gas tidak dapat dikondensasi dipisahkan dari kondensor dengan
menggunakan multistage steam fet air ejectors (SJALE). Proses pembuangan gas tak
mampu kondensasi disebut deaerasi. Biasanya terdapat batas maksimum gas-gas tak
mampu kondensasi yang terkandung dalam kondensat ( 0,01 cm3/L). peralatan
deaerasi ini juga digunakan untuk membuat ruang hampa udara
Air kondensat dari kondensator ini kemudian dipanaskan di dalam feed water
heater dengan menggunakan uap dari bocoran uap (extractiob steam) dari turbin.
Feedwater heater ini biasanya jumlahnya lebih dari satu dan dipasang secara seri.
Apabila uap bocoran yang masuk ke dalam feed water heater bertekanan tinggi maka
heaternya dinamakan high preasure feedwater heater (HPH), sebaliknya dinamakan
low preasure feedwater heater (LPH), selain heater-heater di atas terdapat satu,
peralatan lagi yang juga berfungsi untuk membuang gas-gas tak mampu kondensasi
di samping untuk memanaskan air pengisi ketel yang dinamakan Deaerator.
3.3 Proses Pembangkitan Daya Listrik
Turbin uap adalah alat yang digunakan untuk mengkonversi energi kinetis
fluida menjadi enrgi mekanis yang akan memutar generator dan menghasilkan energi
listrik..uap air akan masuk kedalam turbin melewati beberapa tahap yang tiap
tahapnya terdiri dari sebuah sudu tetap yang berfungsi sebagai nosel dan sudu
bergerak yang terpasang pada rotor. Pada nosel, uap air dipercepat sampai kecepatan
tinggi, dan energi kinetic ini dirubah menjadi kerja pada poros.
Apabila digunakan satu buah turbin, akan menyebabkan kerugian karena
diperlukan uap dengan kecepatan yang sangat tinggi di atas kecepatan yang diijinkan
karena ekspansi dari tekanan tinggi sampai tekanan condenser. Maka biasanya
digunakan lebih dari satu buah turbin, pada bahasan kali ini ada 3 buah turbin yaitu
turbin bertekanan tinggi (high preasure turbine), turbin bertekanan menengah
(intermediate pressure turbine) dan turbin tekanan rendah (low preasure
turbine).Untuk tekanan tinggi biasanya menggunakan asas impuls sedangkan untuk
tekanan rendah biasanya digunakan turbin menggunakan asas reaksi.
Gambar dibawah menunjukkan turbin tekanan tinggi, turbin tekanan
menengah, dan turbin tekanan rendah.
Gambar 3.3 Konfigurasi turbin uap
Selanjutnya Turbin akan membuat generator berputar dan menghasilkan daya
listrik yang akan ditransmisikan nantinya. Generator menghasilkan arus pada
tegangan 22800 Volt yang mengalir dari generator melewati konduktor menuju
transformator. Berikut adalah generator yang digunakan di PLTU Tanjung Jati B.
Gambar 3.4 Turbin Uap PLTU Tanjung Jati B
3.4 Peralatan Bantu (Auxiliary Equipment)
Untuk mengoprasikan pembangkit listrik tenaga uap diperlukan peralatan-
peralatan bantu untuk meningkatkan unjuk kerja dari sitem tersebut di samping
peralatan-peralatan utama. Dalam suatu pembangkit listrik dengan kapasitas besar,
peralatan bantu ini mutlak diperlukan keberadaannya.
Sistem peralatan bantu disini termasuk sistem air pengisian ketel, sistem udara
pembakaran dan gas buang serta sistem penanganan dan persiapan bahan bakar.
Peralatan-peralatan utamanya antara lain boiler feed pumps, condensate pumps,
condenser circulating water pumps, boiler water circulating pumps, forced draft fans,
primary air fans, induced draft fans dan pulverizers. Peralatan bantu lain seperti
kompresor udara, sistem pendinginan air, sistem pemanasan, sistem penerangan dan
lain-lain.
Daya listrik yang dibutuhkan oleh peralatan-peralatan bantu tersebut biasanya
disuplai oleh instalasi itu sendiri. Jadi daya listrik yang diterima oleh masyarakat
adalah daya total dari PLTU itu dikurangi oleh daya peralatan bantunya.
3.4.1 Pompa
Pompa berfungsi untuk memindahkan fluida dari suatu tempat ke tempat lain.
Dalam suatu instalasi pembangkit terdapat beberapa macam pompa yang berfungsi
sebagai auxiliary equipment. Beberapa yang besar yaitu boiler feed pump yang
berfungsi untuk meindahkan air pengisi ketel dari feedwater heater ke dalam ketel,
condensate pump digunakan untuk memindahkan air dari kondensor ke dalam
feedwater heater, condensate water pump untuk memasukkan air laut ke dalam
kondensor dan boiler water circulating pump untuk membuat sirkulasi air dari dalam
drum menuju ke heater dan naik ke steam drum sambil menerima perpindahan panas.
3.4.2 Fan
Fan berfungsi mendorong atau menarik udara atau gas. Forced draft fan
berfungsi untuk mendorong udara yang dibutuhkan untuk pembakaran batu bara.
Primary air fan befungsi untuk mendorong udara primer yang dibutuhkan untuk
trasportasi serbuk batu bara ke dalam burner sekaligus mengeringkan batubara
tersebut. Induced draft fan berfungsi untuk menarik gas buang dari dalam dapur
pembakaran dan membuangnya melalui cerobong.
3.4.3 Pulverizer
Pulverizer ini berfungsi untuk menghancurkan bongkahan batu bara menjadi
serbuk batu bara. Di samping itu di dalam pulverizer ini juga terjadi pengeringan batu
bara oleh udara primer panas yang masuk ke dalam pulverizer.
Gambar 3.5 Pulverizer PLTU Tanjung Jati B
3.5 Penanganan Limbah
PLTU Tanjung jati B sudah memiliki mekanisme penanganan limbah hasil
proses produksinya sendiri, yaitu dari mulai penangkap debu, penanganan abu,
penyerapan sulfur, cerobong asap, dan pengolahan limbah cair.
1. Electro Static Precipitator (ESP) untuk mengatasi pencemaran udara
dengan cara menangkap abu terbang (fly ash) dengan kemampuan 99.3%
abu terbang dapat ditangkap.
2. Flue Gas Desulphurization (FGD) untuk menurunkan kadar sulfur dalam
gas buang menggunakan batu kapur.
3. Ash Pond untuk menampung abu hasil pembakaran batubara.
4. Waste Water Treatment Plant (WWTP) untuk mengolah limbah padat dan
cair.
Berikut adalah diagram alir penanganan limbah di PLTU Tanjung Jati B.
Gambar 3.6 diagram alir penanganan limbah PLTU Tanjung Jati B
BAB IV
PENUTUP
1. Kesimpulan
Setelah melakukan kunjungan studi ke PLTU Tanjung Jati B maka penulis
dapat mengambil kesimpulan bahwa :
1. PLTU Tanjung Jati B ini memiliki 4 unit dengan kapastitas bersih masing-
masingnya 660 MW dan berjasa dalam menyuplai 10% kurva bebabn Jawa-
Bali sekarang ini.
2. PLTU tanjung Jati B ini memiliki kebutuhan batubara sebesar 12000 ton per
2 unit.
3. Untuk menghindari korosi akibat penggunaan air, maka PLTU Tanjung Jati
B menerapkan perlindungan katodik dan Chlorinization pada peralatan yang
rentan terhadap korosi.
4. PLTU Tanjung Jati B sudah memiliki mekanisme penangan limbah yang
baik dan membuat dampak buruk terhadap lingkungan berkurang.
2. Saran
Setelah melakukan kunjungan studi ke PLTU Tanjung Jati B maka penulis
dapat menyarankan untuk :
1. PT PLN (Persero) memperbaiki alat yang rusak di PLTU Tanjung Jati B
yang cukup berjasa dalam menyediakan daya listrik di Indonesia ini
khususnya Jawa Bali.