Bagian dan Cara Kerja PLTU
1. Boiler/Ketel Uap
PLTU Paiton, Jawa Timur
Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) terdiri dari beberapa system utama, yaitu :
1. Turbine & Generator 4. Ash Handling System
2. Boiler (Steam Generator) 5. Flue Gas System
3. Coal Handling System 6. Balance of Plant
Turbine & generator bisa dibilang sebagai the heart of the plant, karena dari bagian inilah energi listrik dihasilkan. Generator yang berputar dengan kecepatan tetap, menghasilkan energi listrik yang disalurkan ke jaringan interkoneksi dan selanjutnya didistribusikan ke konsumen.
Steam turbine (turbin uap) yang berfungsi untuk memutar generator, terdiri dari HP (high-pressure) turbine, IP (intermediate-pressure) turbine dan LP (low-pressure) turbine. Turbine & generator memiliki beberapa peralatan pendukung, yaitu lubricating oil system dan generator cooling system.
Boiler (steam generator) berfungsi untuk mengubah air menjadi uap. Uap bertekanan sangat tinggi yang dihasilkan boiler dipergunakan untuk memutar turbine. Boiler terbagi menjadi beberapa sub system, yaitu :
Boiler (Steam Generator)
Sesuai dengan namanya, boiler house steel structure adalah bangunan struktur rangka baja, di mana di dalamnya terpasang semua peralatan steam generator. Bangunan rangka baja ini tingginya antara 50 m (PLTU kapasitas 65 MW) hingga 100 m (PLTU kapasitas 600 MW).
Pressure part system adalah bagian utama dari steam generator. Bagian inilah yang berfungsi untuk mengubah air menjadi uap bertekanan tinggi (superheated steam) dengan temperatur antara 500 - 600 derajat C.
Air yang disuplai ke boiler, pertama kali masuk ke economizer inlet header, terus didistribusikan ke economizer elements, berkumpul kembali di eco outlet header lalu disalurkan ke steam drum. Economizer terletak di dalam backpass area (di bagian belakang boiler house), sementara steam drum ada di bagian depan roof area.
Dinamakan economizer karena bagian ini berfungsi untuk menaikkan temperatur air yang baru masuk boiler dengan cara memanfaatkan gas buang dari pembakaran batu bara di furnace area (combustion chamber). Dengan pemanasan awal di economizer ini effisiensi ketel uap dapat ditingkatkan.
Akibat pemanasan secara konveksi di daerah furnace dan karena gaya gravitasi, air di dalam steam drum air mengalami sirkulasi turun ke water wall lower header melalui pipa downcomers. Dari waterwall lower header air kembali mengalami sirkulasi karena panas, naik menuju water wall upper header melalui tube-tube water wall panel. Kemudian dari waterwall upper header air dikembalikan ke steam drum melalui riser pipes.
Jadi akibat panas pembakaran batu bara air mengalami sirkulasi terus menerus. Sirkulasi ini menyebabkan air di water wall panel & steam drum sebagian berubah menjadi uap.
Pada PLTU berkapasitas besar, sirkulasi tersebut dibantu oleh Boiler water Circulating Pump yang terpasang pada pipa downcomers bagian bawah. Sirkulasi yang lebih cepat akan menyebabkan kecepatan perubahan air menjadi uap juga lebih besar.
Di dalam steam drum terdapat separator yang berfungsi untuk memisahkan uap dari air. Uap yang sudah dipisahkan tersebut, dari steam drum disalurkan ke roof steam inlet header yang terhubung ke boiler roof panel. Boiler roof panel ini yang membawa uap ke belakang menuju backpass panel.
dari backpass panel, uap disalurkan ke Low Temperature Superheater (LTS) yang ada di dalam backpass area, di atas economizer elements. dari LTS uap disalurkan ke Intermediate Temperature Superheaters (ITS). Selanjutnya melalui pipa superheater-desuperheater, uap dibawa ke High Temperature Superheater (HTS) elements untuk menjalani proses pemanasan terakhir menjadi superheated steam.
ITS dan HTS elements lokasinya berada di dalam furnace (ruang pembakaran batu bara) bagian atas. Beberapa boiler manufacturers memberikan nama yang berbeda kepada LT, IT dan HT superheater.
Dari High Temperature Superheater outlet header, superheated steam dengan temperature 500-600 derajat C dan tekanan sangat tinggi disalurkan ke steam turbine melalui pipa main steam.
Pada PLTU berkapasitas kecil, uap tersebut masuk ke High Pressure Turbine, terus ke Low Pressure Turbine dan keluar menuju condenser. Sedangkan pada PLTU berkapasitas besar, setelah memutar HP turbine uap tersebut dibawa kembali ke boiler melalui pipa cold reheat.
Di dalam boiler uap tersebut mengalami pemanasan kembali di dalam Reheater elements. Reheater elements ini biasanya terletak di antara furnace area dan backpass area.
Setelah mengalami pemanasan kembali, reheated steam disalurkan ke Intermediate Pressure Turbine melalui pipa Hot Reheat. Setelah memutar Intermediate dan Low Pressure Turbine, baru uap keluar ke condenser.
2.Sistem Pembakaran, Aliran Udara dan Gas Buang
Pembakaran pulverized-coal dengan tangential burners yang dipasang pada empat sudut combustion chamber Coal & combustion system dalam PLTU terdiri dari coal silo, coal feeder, pulverizer, coal pipes dan combustion burner. Dari coal storage batu bara diangkut dengan belt conveyor menuju boiler house dan disimpan di dalam coal silo. Dalam bangunan PLTU, coal silo lokasinya ada di antara boiler house dan Turbine-Generator building.
Untuk menghasilkan pembakaran yang efisien, batu bara yang masuk ruang pembakaran harus digiling terlebih dahulu hingga berbentuk serbuk (pulverized coal). Penggilingan batu bara menjadi serbuk dilakukan pulverizer yang dikenal juga dengan nama bowl-mill. Disebut demikian karena di dalamnya terdapat mangkuk (bowl) tempat batu bara ditumbuk dengan grinder.
Pemasukan batu bara dari coal silo ke pulverizer diatur dengan coal feeder, sehingga jumlah batu bara yang masuk ke pulverizer bisa diatur dari control room.
Batubara yang sudah digiling menjadi serbuk ditiup dengan udara panas (primary air) dari pulverizer menuju combustion burner melalui pipa-pipa coal piping.
Pada saat start-up, pembakaran tidak langsung dilakukan dengan batu bara, tetapi mempergunakan bahan bakar minyak. Baru setelah beban mencapai 10%-15% batu bara pelan-pelan mulai masuk menggantikan minyak. Maka selain coal piping, burner juga terhubung dengan oil pipe, atomizing air dan scavanging air pipe yang berfungsi untuk mensuplai BBM.
Agar pembakaran dalam combustion chamber berlangsung dengan baik perlu didukung dengan sistem suplai udara dan sitem pembuangan gas sisa pembakaran yang baik. Tugas ini dilakukan oleh Air and Flue Gas System.
Air and Flue Gas System terdiri dari Primary Air (PA) Fans, Forced Draft (FD) Fans, Induced Draft (ID) Fans, Air Heater, Primary Air Ducts, Secondary Air Ducts dan Flue Gas Ducts.
Udara yang akan disuplai ke ruang pembakaran dipanaskan terlebih dahulu agar tercapai efisiensi pembakaran yang baik. Pemanasan tersebut dilakukan oleh Air Heater dengan cara konduksi dengan memanfaatkan panas dari gas buang sisa pembakaran di dalam furnace.
Ada 2 type Air Heater yang banyak dipakai di PLTU. Yang pertama air heater type tubular, banyak dipakai di PLTU yang berkapasitas kecil. Sedangkan air heater type rotary lebih dipilih untuk PLTU kapasitas besar.
Primary Air Fans berfungsi untuk menghasilkan primary air yang diperlukan untuk mendorong batu bara serbuk dari pulverizer ke burner. Forced Draft Fans berfungsi untuk menghasilkan secondary air untuk mensuplai udara ke ruang pembakaran. Sedangkan Induced Draft Fans berfungsi untuk menyedot gas sisa pembakaran dari combustion chamber untuk dikeluarkan ke cerobong asap.
Primary & Secondary Air Duct system (warna biru)
Flue Gas system adalah bagian yang sangat penting untuk menjaga agar PLTU tidak menyebabkan polusi berlebihan kepada lingkungan. Bagian dari flue gas system yang umum terdapat di semua PLTU adalah Electrostatic Precipitator (EP).
Electrostatic Precipitator adalah alat penangkap debu batu bara. Sebelum dilepas ke udara bebas, gas buang sisa pembakaran batu bara terlebih dahulu melewati electrostatic precipitator untuk dikurangi semaksimal mungkin kandungan debunya. Bagian utama dari EP ini adalah housing (casing), internal parts yang terdiri dari discharge electrode, collecting plates dan hammering system, dan ash hoppers yang terletak di bagian bawah untuk menampung abu.
Pada beberapa PLTU modern ada lagi satu peralatan pengendali polusi yang terpasang antara EP dan cerobong asap. Alat tersebut adalah Flue Gas Desulphurization (FGD) plant. Sesuai dengan namanya FGD berfungsi untuk mengurangi kadar sulphur dari gas buang. Kadar sulphur yang tinggi dikhawatirkan bisa menyebabkan terjadinya hujan asam yang berbahaya bagi lingkungan.
Bagian terakhir dari flue gas system adalah stack/chimney/cerobong asap yang berfungsi untuk membuang gas sisa pembakaran.
3.Condenser, Feedwater, Watertreatment dan Cooling Tower
Pembakaran batu bara di dalam furnace meninggalkan sisa berupa abu batu bara. Abu tersebut menempel pada elemen-elemen superheater dan permukaan water wall panel. Lapisan abu yang semakin tebal akan mengurangi efisiensi pembakaran.
Oleh karena itu perlu dilakukan pembersihan secara rutin dengan mempergunakan alat yang bernama sootblower. Pembersihan elemen-elemen superheaters mempergunakan steam sootblower, sedangkan water sootblower dipergunakan untuk membersihkan water wall panel.
Coal and Ash Handling adalah bagian tak terpisahkan dari PLTU. Peralatan paling dominan dari coal handling system ini adalah belt conveyor. Conveyor tersebut berfungsi untuk mengangkut batu bara dari unloader port ke coal storage yard, dan dari storage yard ke boiler house.
Sementara dalam ash handling system, pengangkutan debu batu bara dilakukan melalui sistem perpipaan dibantu dengan udara bertekanan. Bisa juga dilakukan secara manual menggunakan dump truck.
System terakhir dari PLTU yang akan saya tulis adalah Balance of Plant. Balance of Plant ini terdiri dari beberapa sub sistem, di mana yang paling penting adalah =
- Condenser system
- Feedwater system
- Water Treatment Plant
- Cooling Tower
Setelah selesai memutar turbine, uap dibuang ke condenser yang posisinya tepat berada di bawah LP Turbine. Di dalam condenser uap tersebut diubah menjadi air untuk dipompakan kembali ke dalam boiler.
Condenser memerlukan air pendingin untk mengubah uap menjadi air. Beberapa PLTU memanfaatkan air laut sebagai pendingin condenser, sementara PLTU yang lain mempergunakan cooling tower untuk mendinginkan air condenser yang diputar terus menerus dalam sistem tertutup (closed loop).
Condenser system terdiri dari beberapa peralatan utama, yaitu condenser itu sendiri, condenser tube cleaning system, condenser vaccum system dan condensate pump. Condenser vaccum system berfungsi untuk menjaga agar tekanan di dalam condenser selalu lebih kecil dari tekanan atmosfer. Hal ini dilakukan untuk meningkatkan plant efficiency dari PLTU.
Water Treatment plant berfungsi untuk memproduksi semua kebutuhan air bagi operasional PLTU. Pada dasarnya ada 2 jenis air yang dibutuhkan PLTU. Yang pertama adalah demineralized water (demin water) untuk mensuplai boiler dalam memproduksi uap penggerak turbin. Disebut demineralized water karena air tersebut sudah dihilangkan kandungan mineralnya.
Yang kedua adalah raw water yang diperlukan untuk pendingin (cooling water) bagi mesin-mesin PLTU dan untuk dipergunakan sebagai service water.
Secara umum water treatment system PLTU terdiri dari desalination plant untuk memproses air laut atau air payau menjadi raw water, demineralized plant untuk memproduksi demin water dan tanki-tanki atau kolam penyimpanan air.
Sebagaimana saya tulis di muka, uap yang meninggalkan turbin masuk ke condenser untuk diubah kembali menjadi air. Air tersebut dipompa kembali masuk ke boiler untuk diproses menjadi superheated steam yang siap memutar turbin.
Jadi di sini terjadi closed-loop system. Air dan uap diolah terus menerus dalam sistem tertutup untuk menggerakkan turbin uap (steam turbine). Meskipun demikian tetap ada air atau uap yang hilang sebagai system loses dalam proses tersebut. Maka selama PLTU beroperasi selalu diperlukan penambahan demin water baru secara kontinyu.
Air yang dipompa masuk kembali ke dalam boiler biasa dikenal dengan nama boiler feedwater. Sistem yang mensuplai feedwater ini terdiri dari beberapa peralatan utama, yaitu :
-Feedwater pumps
-Feedwater tank yang dilengkapi dengan deaerator tank
-Feedwater heaters
Feedwater tank berfungsi untuk menampung feedwater sebelum dipompa masuk ke boiler oleh feedwater pumps. Pada PLTU berkapasitas kecil, pompa feedwater digerakkan oleh motor listrik, sedangkan pada PLTU berkapasitas besar mempergunakan turbin uap mini.
Untuk meningkatkan efisiensi PLTU, sebelum dipompa masuk ke boiler, feedwater harus dipanaskan terlebih dahulu hingga mencapai suhu tertentu. Pemanasan tersebut dilakukan dengan heater (heat exchanger), yang berlangsung secara konduksi dengan memanfaatkan uap panas yang diambil (diektraksi) dari turbin. Jadi selain diteruskan ke condenser, ada sejumlah kecil uap dari turbin yang diambil untuk memanaskan feedwater heater.
