10 0 2 MB
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 1 dari 26
COMBUSTION TUNING
LAPORAN KINERJA COMBUSTION Maret 2018
TUNING PADA BOILER PLTU NAGAN RAYA
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 2 dari 26
COMBUSTION TUNING LEMBAR PENGESAHAN
PT. PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
BUKU COMBUSTION TUNING PADA BOILER PLTU NAGAN RAYA
Penyusun
Bhimanda Auliansyah Junior Engineer Pengelola Sistem 9114960ZY
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 3 dari 26
COMBUSTION TUNING KATA PENGANTAR Assalamualaikum Wr. Wb. Puji Syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan anugerah dari-Nya kami dapat menyelesaikan buku kami tentang “Combustion Tuning pada Boiler PLTU Nagan Raya”. Buku ini dibuat sebagai salah satu sumbangsih ide untuk meningkatkan kehandalan PLTU Nagan Raya khususnya dalam hal pengoperasian boiler CFB PLTU Nagan Raya. Semoga hasil dari buku ini dapat bermanfaat bagi semua pihak terutama dalam hal pengoperasian pembangkit dengan boiler CFB. Akhir kata, penulis ucapkan terima kasih terhadap bantuan semua pihak juga saran dan kritik untuk pengembangan dalam penulisan buku dari kami. Wassalamualaikum Wr. Wb.
Nagan Raya, 25 September 2018
Penyusun
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 4 dari 26
COMBUSTION TUNING DAFTAR ISI Halaman Judul
1
Lembar Pengesahan
2
Kata Pengantar
3
Daftar Isi
4
Daftar Gambar
5
Daftar Tabel
6
Abstrak
7
Bab I. Latar Belakang
8
Bab II. Landasan Pemikiran
9
2.1 Definisi PLTU CFB
9
2.2 Chronic Problem PLTU Nagan Raya
10
2.3 Pareto Gangguan
12
2.4 Segitiga Api/Pembakaran
13
Bab III. Pembahasan
15
3.1 Combustion Tuning
15
3.3.1 Mencari Desain Boiler, Desain Batu Bara dan Spesifikasi Fan
15
3.3.2 Menghitung Heat Input Berdasar Desain
18
3.3.3 Menghitung Nilai Theoritical Air Ratio
19
3.3.4 Menghitung Coal Flow
21
3.3.5 Menghitung Theoritical Air Flow
21
3.3.6 O2 Content dan Excess Air Flow
21
3.3.7 Menghitung Total Air Flow
22
3.3.8 Membuat Diagram Combustion Tuning Berdasarkan Beban/Load
22
Bab IV. Analisa Resiko dan Manfaat
24
4.1 Analisa Resiko
24
4.2 Manfaat Combustion Tuning
24
Bab V. Kesimpulan
25
Bab VI. Daftar Pustaka
26
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 5 dari 26
COMBUSTION TUNING DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Diagram Alir PLTU Nagan Raya
8
Gambar 2. Penampang Boiler CFB
9
Gambar 3. Kerusakan Refractory pada Boiler
10
Gambar 5. Slagging pada Boiler
11
Gambar 6. Pareto Losses PLTU Nagan Raya
11
Gambar 7. Segitiga Api/Pembakaran
12
Gambar 8. Skema Combustion Tuning
14
Gambar 9. Rumus Dasar Perhitungan Heat Input
17
Gambar 10. Rumus Perhitungan Theoritical Air Ratio
19
Gambar 11. Rumus Perhitungan Coal Flow
20
Gambar 12. Rumus Perhitungan Theoritical Air Flow
20
Gambar 13. Rumus Perhitungan Excess Air Flow
21
Gambar 14. Rumus Perhitungan Total Air Flow
21
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 6 dari 26
COMBUSTION TUNING DAFTAR TABEL Tabel 1. Desain Boiler PLTU Nagan Raya
16
Tabel 2. Spesifikasi Desain Batu Bara PLTU Nagan Raya
16
Tabel 3. Kapasitas Fan PLTU Nagan Raya
17
Tabel 4. Contoh Hasil Analisa Batu Bara PLTU Nagan Raya dari Eksternal
19
Tabel 5. Contoh Hasil Analisa Batu Bara PLTU Nagan Raya dari Internal
20
Tabel 6. Contoh Diagram Combustion Tuning
23
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 7 dari 26
COMBUSTION TUNING ABSTRAK
PLTU CFB (Circulating Fluidized Bed) adalah PLTU dengan bahan bakar batubara dimana terdapat 3 bagian utama pada boilernya, yaitu: furnace, cyclone separator, dan heat recovery area (HRA). Salah satu pembangkit PLTU dengan boiler CFB di Sumatera dalah PLTU Nagan Raya. Dalam kondisi operasional, salah satu chronic problem PLTU Nagan Raya adalah dari boiler, yaitu kerusakan refractory di cyclone separator, slagging hingga kebocoran tube pada boiler. Salah satu penyebab gangguan yang terjadi pada boiler CFB adalah standar yang ada saat ini hanya berbasis rasio flow udara pembakaran dari Primary Air (PA) dan Secondary Air (SA) Fan, belum berbasis sesuai dengan karakteristik batu bara yang digunakan. Kondisi saat ini, penyetelan udara pembakaran yang dibutuhkan dan seberapa banyak konsumsi batubara yang digunakan belum sesuai dengan analisa kandungan batubara yang akan dipakai. Standar yang seharusnya dapat digunakan yaitu combustion tuning, dimana tujuannya adalah menentukan total air flow (udara pembakaran) dan coal consumption (pemakaian batubara) di area pembakaran (combustion area) pada furnace boiler. Dampak dari combustion tuning ini pada PLTU CFB adalah gangguan yang terjadi pada boiler dapat diminimalisir karena pembakaran yang terjadi di furnace boiler menjadi lebih sempurna sehingga kehandalan pembangkit semakin meningkat dan defisit sistem kelistrikan dapat dihindari.
Kata Kunci: Boiler CFB, Combustion Tuning, Analisa Batubara
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 8 dari 26
COMBUSTION TUNING I.
LATAR BELAKANG
Pertumbuhan ekonomi di Indonesia setelah pulih dari krisis moneter tahun 1998 mengalami lonjakan yang signifikan. Pertumbuhan ekonomi yang bagus ini berbanding lurus dengan pertumbuhan kebutuhan listrik yang semakin meningkat, pemerintah menargetkan tambahan 35.000 MW pembangkit dan rasio elektrifikasi mencapai 95% pada tahun 2019. Kondisi ketersediaan pembangkit di Indonesia khususnya di Pulau Sumatera saat ini sering defisit ketika pembangkitpembangkit base load (operasi kontinyu) mengalami gangguan. Salah satu pembangkit dengan tipe base load di Sumatera adalah PLTU Nagan Raya dengan tipe boiler CFB (Circulating Fluidized Bed) dengan bahar bakar batubara. Sebagian besar permasalahan PLTU CFB berasal dari area pembakaran (boiler), seperti masalah pada refractory, slagging, hingga tube boiler. Diperlukan langkah-langkah antisipasi untuk meningkatkan kehandalan dari PLTU CFB sehingga hal-hal yang dapat mengganggu (disruptive) pemenuhan konsumsi energi listrik yang semakin naik dapat diminimalisir. Buku ini akan membahas tentang salah satu solusi mengatasi masalah pada PLTU Nagan Raya, khususnya pada area pembakarannya (boiler).
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 9 dari 26
COMBUSTION TUNING II.
2.1
LANDASAN PEMIKIRAN
Definisi PLTU CFB
PLTU CFB (Circulating Fluidized Bed) adalah PLTU dengan bahan bakar batubara dimana terdapat 3 bagian utama pada boilernya, yaitu: furnace, cyclone separator, dan heat recovery area (HRA)/Backpass. Salah satu pembangkit PLTU dengan boiler CFB di Sumatera dalah PLTU Nagan Raya. Proses pembakaran di boiler CFB PLTU Nagan Raya adalah batubara yang masuk ke furnace boiler dari coal feeder dipecah oleh pasir dengan memanfaatkan udara pembakaran dari Primary Air (PA) Fan dan Secondary Air (SA) Fan. Batubara yang terpecah dengan masa jenis lebih rendah kemudian tersirkulasi ke cyclone separator untuk dipisahkan kembali antara flue gas ke Heat Recovery Area (HRA) dan batubara (bed material) yang kembali disirkulasikan ke furnace boiler oleh HPFAF (High Pressure Fluidized Air Fan).
Gambar 1. Diagram Alir PLTU Nagan Raya
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 10 dari 26
COMBUSTION TUNING
Gambar 2. Penampang Boiler CFB
2.2
Chronic Problem PLTU Nagan Raya
Dari data operasional, penyebab breakdown terbesar (chronic problem) PLTU Nagan Raya adalah dari boiler, yaitu kerusakan refractory di cyclone separator, kebocoran tube, hingga slagging pada boiler. Pada kondisi operasi, PLTU Nagan Raya juga tidak bisa mencapai load maksimal, salah satunya disebabkan derating akibat total air flow (udara pembakaran) yang terlalu tinggi, hingga over heating temperature dan over velocity pada furnace boiler. Dari chronic problem tersebut, salah satu penyebab gangguan yang terjadi pada boiler CFB adalah standar yang ada saat ini hanya berbasis rasio flow udara pembakaran dari Primary Air (PA) dan Secondary Air (SA) Fan, belum berbasis sesuai dengan karakteristik batu bara yang digunakan. Kondisi saat ini, penyetelan udara pembakaran yang dibutuhkan dan seberapa banyak konsumsi batubara yang digunakan belum sesuai dengan analisa kandungan batubara yang akan dipakai. Standar yang seharusnya dapat digunakan yaitu combustion
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 11 dari 26
COMBUSTION TUNING tuning, dimana tujuannya adalah menentukan total air flow (udara pembakaran) dan coal consumption (pemakaian batubara) di area pembakaran (combustion area) pada furnace boiler. Dampak dari combustion tuning ini pada PLTU CFB adalah gangguan yang terjadi pada boiler dapat diminimalisir karena pembakaran yang terjadi di furnace boiler menjadi lebih sempurna dan over heating temperature hingga over velocity pada furnace boiler dapat dihindari sehingga kehandalan pembangkit semakin meningkat dan defisit sistem kelistrikan dapat dihindari.
Gambar 3. Kerusakan Refractory pada Boiler
Gambar 4. Kebocoran Tube pada Boiler
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 12 dari 26
COMBUSTION TUNING
Gambar 5. Slagging pada Boiler
2.3
Pareto Gangguan
Losses MWH gabungan unit #1 dan #2 170,225.10
Gangguan cyclone separator 99,044.83
kebocoran tube boiler
79,920.92
Gangguan fan Bed temperature high, slagging di furnace Kebocoran pasir di furnace
Kebocoran downcomer boiler Coal feeder blocking Boiler trip
40,643.93 31,231.67 23,363.13 7,290.00 2,437.50
Gambar 6. Pareto Losses PLTU Nagan Raya
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 13 dari 26
COMBUSTION TUNING 2.4
Segitiga Api/Pembakaran
Gambar 7. Segitiga Api/Pembakaran
Proses pembakaran pada boiler tidak terlepas dari segitiga api/pembakaran. Pada prosesnya, api terbentuk dari suatu reaksi kimia (oksidasi) cepat yang terbentuk dari 3 (tiga) unsur yaitu: panas (heat), udara/oksigen (oxygen), dan bahan bakar (fuel). 1. Panas (Heat) Sumber panas diperlukan untuk mencapai suhu penyalaan sehingga dapat mendukung terjadinya pembakaran. Sumber panas anatara lain: panas matahari, permukaan yang panas, nyala terbuka, gesekan, reaksi kimia eksotermis, energi listrik, gas yang dikompresi, dan lain-lain. 2. Oksigen (Oxygen) Sumber oksigen adalah dari udara, dimana dibutuhkan paling sedikit sekitar 15% volume oksigen dalam udara agar terjadi pembakaran. Udara normal dalam atmosfir kita mengandung 21% volume oksigen. 3. Bahan Bakar (Fuel) Bahan bakar adalah semua benda yang dapat mendukung terjadinya pembakaran. Ada 3 (tiga) wujud bahan bakar, yaitu padat, cair, dan gas. Untuk benda padat dan cair dibutuhkan panas pendahuluan untuk mengubah seluruh atau sebagian dari benda ke bentuk gas agar dapat mendukung terjadinya pembakaran.
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 14 dari 26
COMBUSTION TUNING a. Benda Padat Bahan bakar padat yang terbakar akan meninggalkan sisa berupa abu atau arang setelah selesai terbakar. Contohnya adalah kayu, batu bara, plastik, kertas, dan lain-lain. b. Benda Cair Bahan bakar cair contohnya HSD/solar, bensin, minyak tanah, dan lain-lain. c. Benda Gas Bahan bakar gas contohnya gas alam, asetilene, propane, butane, dan lain-lain.
Dari penjelasan diatas, dapat disimpulkan bahwa proses pembakaran pada boiler tidak terlepas dari segitiga api/pembakaran. Penerapannya pada combustion tuning untuk boiler CFB PLTU Nagan Raya adalah dengan dilakukan penyetelan/tuning pada udara pembakaran (total air flow) baik itu dari Primary Air (PA) Fan dan Secondary Air (SA) Fan, juga penyetelan/tuning pada konsumsi bahan bakar batu bara (coal flow) sesuai dengan perhitungan combustion tuning.
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 15 dari 26
COMBUSTION TUNING III. 3.1
PEMBAHASAN
Combustion Tuning
TOTAL AIR FLOW
COAL FLOW
Gambar 8. Skema Combustion Tuning Perhitungan combustion tuning didapat sesuai dengan desain boiler CFB PLTU Nagan Raya, langkah-langkah perhitungannya adalah sebagai berikut:
3.3.1 Mencari Desain Boiler, Desain Batu Bara dan Spesifikasi Fan Tujuannya adalah untuk menentukan batasan kandungan batubara yang akan dikonsumsi dan kapasitas maksimal fan untuk udara pembakaran yang dibutuhkan didalam furnace boiler.
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 16 dari 26
COMBUSTION TUNING
Tabel 1. Desain Boiler PLTU Nagan Raya
Tabel 2. Spesifikasi Desain Batu Bara PLTU Nagan Raya
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 17 dari 26
COMBUSTION TUNING
Fan
Capacity (kNm3/h)
Primary Air (PA) Fan Flow
186,5
Total Primary Air (PA) Fan Flow
373,01
Secondary Air (SA) Fan Flow
123,88
Total Secondary Air (SA) Fan Flow
247,76
Induced Draft (ID) Fan Flow
255,56
Total Induced Draft (ID) Fan Flow
511,12
Tabel 3. Kapasitas Fan PLTU Nagan Raya
Pada Tabel 1, 2, dan 3 diatas terlihat bagaimana kondisi desain boiler, desain batu bara maupun fan-fan eksisting yang ada di PLTU Nagan Raya. Terdapat beberapa parameter yang diperlukan dalam perhitungan combustion tuning, di antaranya: 1. Fuel Consumption Kapasitas desain maksimum coal flow PLTU Nagan Raya adalah 76,21 t/h. Dengan mengetahui desain maksimum coal flow, maka kita dapat mengetahui batasan maksimum konsumsi boiler sehingga boiler tidak mengalami over explosion dan juga dipakai sebagai dasar perhitungan heat input untuk combustion tuning (dibahas pada bab 3.3.2) 2. Ratio of Primary and Secondary Air Rasio pembagian udara pembakaran (total air flow) antara Primary Air (PA) Fan dan Secondary Air (SA) Fan diperlukan untuk menentukan seberapa banyak udara pembakaran yang harus disuplai baik dari PA Fan maupun SA Fan untuk pembakaran di dalam boiler. Rasio udara (total air flow) dari PA Fan dan SA Fan untuk boiler PLTU Nagan Raya adalah 60:40 3. Kapasitas Fan PLTU Nagan Raya memiliki 2 buah Primary Air (PA) Fan, 2 buah Secondary Air (SA) Fan, dan 2 buah Induced Draft (ID) Fan. Kapasitas total udara yang dapat disuplai PA Fan adalah 373,01 (kNm3/h), SA Fan 247,76 (kNm3/h), dan ID Fan 511,12 (kNm3/h). Dengan mengetahui kapasitas fan-fan eksisting, maka dapat diketahui batasan udara pembakaran (total air flow) maksimum yang dapat disuplai oleh masing-masing fan untuk kebutuhan pembakaran di dalam boiler.
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 18 dari 26
COMBUSTION TUNING 4. Nilai Kalori Batu Bara Desain Nilai kalori batu bara desain diperlukan sebagai dasar perhitungan heat input untuk combustion tuning (dibahas pada bab 3.3.2) juga dipakai acuan spesifikasi batu bara yang harus dikonsumsi boiler sehingga efisiensi dan kehandalannya terjaga. Nilai kalori desain batu bara PLTU Nagan Raya adalah 3620,9 Kkal/Kg.
3.3.2 Menghitung Heat Input Berdasar Desain Nilai heat input didapat dari perkalian antara desain nilai kalori batubara boiler dengan coal flow maksimal dari desain boiler. Nilai heat input yang didapat digunakan sebagai batasan maksimal dalam pembakaran di dalam furnace boiler. Heat Input (MW) = Nilai Kalori Desain (Kkal/Kg) x Coal Flow Desain (Ton/Jam)
Gambar 9. Rumus Dasar Perhitungan Heat Input
Langkah-langkah menghitung heat input adalah sebagai berikut: a. Konversi Satuan Coal Flow Desain Coal Flow Desain = 76,21 t/h = 21,17 kg/s b. Konversi Satuan Nilai Kalori Desain Nilai Kalori Desain = 3620,9 Kkal/Kg = 15139,54 J/Kg c. Hitung Heat Input Heat Input (J/s atau Watt) = Nilai Kalori Desain x Coal Flow Desain = 15139,54 J/Kg x 21,17 kg/s = 320504,06 Watt = 320,5 MWt (Mega Watt Thermal)
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 19 dari 26
COMBUSTION TUNING 3.3.3 Menghitung Nilai Theoritical Air Ratio Nilai theoritical air ratio didapat dari hasil analisa batubara yang diperoleh dari 2 analisa, yaitu proximate dan ultimate analysis. Analisa ini berguna untuk perhitungan theoritical air ratio maupun nilai kalori batubara secara kontinyu dalam perhitungan combustion tuning. Berikut adalah contoh hasil analisa batu bara PLTU Nagan Raya dari eksternal dan internal:
Tabel 4. Contoh Hasil Analisa Batu Bara PLTU Nagan Raya dari Eksternal
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 20 dari 26
COMBUSTION TUNING No. Dok Revisi Tanggal Halaman
SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
:SNGR-PI-TOP-01 :0 : 1 JUNI 2015 :
LOGSHEET COAL QUALITY TANGGAL
TEMPAT
3-Jan-18 3-Jan-18 8-Jan-18 8-Jan-18 16-Jan-18 16-Jan-18 23-Jan-18 23-Jan-18 30-Jan-18 30-Jan-18 05-Feb-18 05-Feb-18 13-Feb-18 13-Feb-18 20-Feb-18 27-Feb-18 27-Feb-18 06-Mar-18 06-Mar-18 13-Mar-18 13-Mar-18 20-Mar-18 20-Mar-18 29-Mar-18 03-Apr-18 10-Apr-18 17-Apr-18 24-Apr-18 02-Mei-18 16-Mei-18 21-Mei-18 28-Mei-18 05-Juni-2018 05-Juni-2018 26-Juni-2018 03-Juli-2018
UNIT 1 UNIT 2 UNIT 1 UNIT 2 UNIT 1 UNIT 2 UNIT 1 UNIT 2 UNIT 1 UNIT 2 UNIT 1 UNIT 2 UNIT 1 UNIT 2 UNIT 1 UNIT 1 UNIT 2 UNIT 1 UNIT 2 UNIT 1 UNIT 2 UNIT 1 UNIT 2 Unit 2 Unit 2 UNIT 2 UNIT 2 UNIT 2 UNIT 2 Unit 2 Unit 2 Unit 2 Unit 1 Unit 2 unit 1 unit 1
Total Moisture (Mt ) % 35.62 35.24 32.02 32.77 31.27 32.67 31.25 33.04 31.90 31.98 32.73 34.08 30.41 30.23 31.69 38.28 36.17 32.22 32.47 31.73 33.09 35.06 38.46 27.46 31.5 31.45 31.09 35.3 32.98 34.33 34.17 34.31 33.69 34.88 35.69 34.99
Internal Moisture (Mad) % 35.74 35.79 31.72 32.25 31.48 33.51 32.86 33.20 32.49 32.58 32.95 34.91 30.74 31.88 32.18 37.84 35.44 33.24 33.50 31.43 33.55 34.78 38.55 24.98 33.41 30.68 32.89 34.29 32.55 32.7 35.08 32.99 32.93 34.61 36.18 37.04
Hydrogen Carbon Volatile Content Ash Content Fixed Carbon (Had) (Vad) (Aad) (Fcad) % % % % 3.73 32.740 3.565 27.955 3.71 32.500 3.640 28.070 3.83 33.475 5.435 29.370 3.85 33.655 4.745 29.350 2.85 33.430 4.585 30.505 3.71 32.280 5.460 28.750 3.95 35.290 5.110 26.740 3.71 35.850 5.110 25.840 3.99 35.730 5.350 26.430 3.97 35.615 5.800 26.005 4.21 38.580 4.400 24.070 4.06 37.290 5.095 22.705 4.13 36.995 4.795 27.470 4.03 36.020 5.145 26.955 3.94 35.170 5.775 26.875 4.21 37.300 4.900 19.960 4.02 37.075 5.670 21.815 3.78 33.305 5.735 27.720 3.67 32.185 6.635 27.680 3.81 32.950 4.855 30.765 3.67 31.835 5.605 29.010 3.8 33.650 4.620 26.950 3.65 32.550 3.910 24.990 4.16 37.070 9.250 28.700 3.8 33.940 6.750 25.900 3.92 33.920 4.215 31.185 4.12 37.060 3.725 26.325 4.11 37.51 3.89 24.310 3.7 32.400 7.100 27.950 4.93 42.645 4.485 20.170 3.62 31.720 6.200 27.000 3.65 37.36 4.13 25.520 3.93 34.580 3.370 29.120 4.02 36.640 4.400 24.350 3.88 35.295 5.125 23.400 4.1 38.71 5.9 18.350
High Heating Value (Qgr,v,ad) (MJ/Kg ) ( Cal/g ) 17.400 4161.1 17.240 4122.8 18.209 4354.6 18.238 4361.5 18.963 4534.9 17.911 4283.3 18.668 4464.3 17.911 4283.3 18.522 4429.4 18.401 4400.5 18.677 4466.5 17.825 4262.7 19.246 4602.5 18.771 4489.0 18.433 4408.1 16.685 3990.1 16.556 3959.3 18.063 4319.6 17.797 4256.0 18.817 4500.0 17.923 4286.2 17.256 4126.7 16.157 3863.8 19.486 4659.9 17.998 4301.7 19.015 4547.3 18.889 4517.2 21.279 5088.7 18.082 4234.2 17.383 4157 16.442 3927.2 17.559 4199.1 17.687 4229.7 17.262 4128.1 16.413 3924.1 16.122 3853.1
Low Heating Value Calorific Value (Qnet,v,ar) (MJ/Kg ) ( Cal/g ) (MJ/Kg ) ( Cal/gr ) 15.843 3788.7 17.442 4171.1 15.806 3799.9 17.280 4132.4 16.607 3971.4 18.250 4364.4 16.558 3959.7 18.281 4371.8 17.507 4186.7 19.004 4544.7 16.612 3972.6 17.523 4293.3 17.563 4200.1 18.706 4473.4 16.612 3972.6 17.953 4293.3 17.121 4094.4 18.563 4439.2 17.004 4066.4 18.443 4410.5 17.115 4092.9 18.717 4476 16.421 3927.0 17.856 4272.3 17.784 4252.9 19.288 4612.6 17.681 4228.3 18.813 4499.0 17.020 4070.2 18.500 4424.1 14.826 3545.5 16.750 4005.6 14.718 3519.7 16.617 3973.8 16.808 4019.5 18.103 4329.2 16.558 3959.7 17.834 4264.9 17.224 4119.0 18.859 4510.0 16.525 3951.8 17.963 4295.7 15.596 3729.7 17.299 4136.9 14.544 3478.1 16.193 3872.4 17.382 4156.8 19.530 4670.5 16.974 4059.2 18.028 4311.3 17.282 4132.9 19.056 4557.1 17.727 4239.3 18.930 4527 19.306 4616.9 21.324 5099.5 16.451 3934.1 18.122 4333.7 15.182 3630.7 17.423 4166.6 15.110 3613.4 16.455 3935.1 15.59 3728.2 17.590 4206.5 15.912 3805.2 17.725 4238.8 15.706 3756 17.303 4137.9 14.912 3566.1 16.449 3933.7 14.959 3577.3 16.146 3861.2
Sulfur Carbon (St.ad) C % % 0.22 41.600 0.21 41.507 0.20 43.343 0.22 43.437 0.19 44.328 0.22 41.937 0.17 42.014 0.22 41.610 0.20 42.059 0.21 41.601 0.19 41.736 0.20 39.650 0.20 43.880 0.20 42.721 0.47 42.121 0.47 37.500 0.47 38.891 0.19 41.653 0.17 40.905 0.20 44.277 0.19 41.912 0.24 41.276 0.20 39.015 0.21 45.500 0.2 40.376 0.2 45.310 0.19 42.750 0.21 41.391 0.19 41.377 0.2 40.918 0.17 40.002 0.11 42.381 0.17 43.824 0.21 40.814 0.21 39.087 0.19 36.559
Hidrogen Nitrogen H2 N2 % % 2.514 1.445 2.491 1.450 2.599 1.431 2.615 1.427 2.652 1.431 2.469 1.454 2.672 1.394 2.673 1.383 2.689 1.385 2.659 1.388 2.852 1.328 2.686 1.354 2.861 1.360 2.759 1.380 2.655 1.397 2.682 1.354 2.658 1.359 2.521 1.434 2.414 1.456 2.612 1.441 2.438 1.463 2.539 1.427 2.470 1.449 2.952 1.359 2.508 1.421 2.719 1.422 2.823 1.359 2.785 1.350 2.436 1.452 3.062 1.247 2.353 1.466 2.803 1.353 2.697 1.408 2.702 1.367 2.558 1.394 2.653 1.3258
Oksigen O2 % 28.68 28.90 28.95 28.87 29.37 28.98 32.66 31.73 32.05 31.96 34.43 33.88 32.90 33.33 31.138 32.354 31.858 30.180 29.175 28.397 28.204 29.164 28.521 30.069 31.721 28.809 34.488 32.155 27.892 36.506 28.642 31.774 29.544 32.091 31.623 36.592
theoritical air required for combustion kg/kg of fuel 4.462 4.434 4.682 4.702 4.796 4.473 4.390 4.386 4.429 4.370 4.344 4.069 4.663 4.475 4.476 3.896 4.071 4.404 4.323 4.818 4.492 4.413 4.153 5.006 4.185 4.958 4.450 4.381 4.442 4.233 4.220 4.514 4.745 4.288 4.058 3.580
Tabel 5. Contoh Hasil Analisa Batu Bara PLTU Nagan Raya dari Internal
Dari tabel di atas, kita dapat memperoleh hasil analisa batu bara yang dilakukan secara rutin sehingga hasil perhitungan combustion tuning nantinya sesuai dengan kondisi batu bara yang dikonsumsi boiler secara real time. Berikut adalah rumus menghitung theoritical air ratio sesuai standar ASTM (American Society for Testing and Material): Theoritical air ratio (Kg/Kg of fuel) = ((11,6 x C) + (34,8 x (H - O)/8)) + (4,35 x S))/100
Gambar 10. Rumus Perhitungan Theoritical Air Ratio
Keterangan:
C = Carbon H = Hydrogen O = Oxygen S = Sulphur
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 21 dari 26
COMBUSTION TUNING 3.3.4 Menghitung Coal Flow Penentuan coal flow diperlukan sebagai acuan pengoperasian output konsumsi coal feeder sesuai dengan nilai kalori dan load maksimal sesuai perhitungan. Perhitungan coal flow didapat dari formula pembagian heat input dengan nilai kalori sesuai hasil dari analisa batubara, Berikut adalah rumus menghitung coal flow: Coal Flow (Ton/Jam) = Heat Input (MW) / Nilai Kalori Analisa Batubara (Kkal/Kg)
Gambar 11. Rumus Perhitungan Coal Flow 3.3.5 Menghitung Theoritical Air Flow Perhitungan theoritical air flow digunakan sebagai acuan pengoperasian output fan (primary dan secondary air fan) memenuhi konsumsi udara yang dibutuhkan untuk pembakaran di dalam furnace boiler. Perhitungan theoritical air flow diperoleh dari perkalian antara coal flow sesuai acuan dengan theoritical air ratio yang didapat dari hasil analisa batubara. Hasil dari perhitungan theoritical air flow nantinya akan dibagi sesuai rasio pembagian udara pembakaran PA dan SA Fan PLTU Nagan Raya yaitu 60:40. Berikut adalah rumus perhitungan theoritical air flow:
Theoritical Air Flow (Ton/Jam) = Coal Flow (Ton/Jam) x Theoritical Air Ratio Gambar 12. Rumus Perhitungan Theoritical Air Flow 3.3.6 O2 Content dan Excess Air Flow O2 content merupakan parameter acuan untuk mengetahui berapa banyak udara pembakaran yang berlebih (excess air) hasil dari pembakaran di dalam furnace boiler. O2 content maksimal pembakaran didalam furnace boiler PLTU adalah 3% (rekomendasi hasil Performance Test PLN PUSLITBANG) untuk menghasilkan pembakaran yang ideal. O2 content kemudian dikonversikan ke dalam perhitungan excess air dan didapat excess air flow yang hasilnya digunakan untuk acuan konsumsi udara (total air flow) pembakaran di dalam furnace boiler. Berikut adalah rumus perhitungan excess air flow:
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 22 dari 26
COMBUSTION TUNING
Excess Air Flow (Ton/Jam) = O2 content (%) /100 x Theoritical Air Flow (Ton/Jam) Gambar 13. Rumus Perhitungan Excess Air Flow 3.3.7 Menghitung Total Air Flow Total air flow adalah jumlah total udara yang diperlukan untuk pembakaran di dalam furnace boiler secara ideal. Total air flow didapat dari hasil nilai theoritical air flow ditambah dengan nilai excess air flow, nilai total air flow tergantung dari kandungan kualitas batubara yang akan dikonsumsi didalam furnace boiler. Berikut adalah rumus perhitungan total air flow:
Total Air Flow (Ton/Jam) = Theoritical Air Flow (Ton/Jam) + Excess Air Flow (Ton/Jam) Gambar 14. Rumus Perhitungan Total Air Flow
3.3.8 Membuat Diagram Combustion Tuning Berdasarkan Beban/Load Setelah didapat berbagai acuan untuk pembakaran di dalam furnace boiler dari langkah-langkah diatas, perlu dibuat suatu diagram yang berfungsi sebagai acuan dalam skema pengoperasian pembakaran di dalam furnace boiler. Diagram combustion tuning akan merekap hasil dari perhitungan udara pembakaran (total air flow) hingga kebutuhan batubara yang akan dikonsumsi (coal flow) sesuai dengan beban maksimal yang akan dioperasikan berdasarkan kandungan kualitas batubara yang digunakan. Dengan adanya diagram combustion tuning ini, maka dapat memberikan acuan pengoperasian pembakaran yang ideal di dalam furnace sesuai dengan kandungan kualitas batubara yang tersedia sehingga kehandalan boiler CFB PLTU Nagan Raya dapat ditingkatkan. Berikut adalah contoh diagram combustion tuning dalam bentuk Microsoft Excel:
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 23 dari 26
COMBUSTION TUNING
LOAD (MW)
110 105 100 95 90 85 80 75 70
HHV COAL (KCAL/KG)
4,001.91 4,001.91 4,001.91 4,001.91 4,001.91 4,001.91 4,001.91 4,001.91 4,001.91
COAL FLOW (T/H)
COAL FLOW (KG/S)
HEAT INPUT (MW)
68.86 65.73 62.60 59.47 56.34 53.21 50.08 46.95 43.82
19.13 18.26 17.39 16.52 15.65 14.78 13.91 13.04 12.17
320.50 305.93 291.36 276.80 262.23 247.66 233.09 218.52 203.95
THEORITIC THEORITICAL TOTAL AIR OXYGEN ECO EXCESS AIR AL AIR AIR FLOW FLOW PA FLOW OUTLET (%) (%) RATIO (T/H) (T/H) 5.92 5.92 5.92 5.92 5.92 5.92 5.92 5.92 5.92
407.39 388.87 370.35 351.84 333.32 314.80 296.28 277.77 259.25
3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00
16.67 16.67 16.67 16.67 16.67 16.67 16.67 16.67 16.67
475.29 453.68 432.08 410.48 388.87 367.27 345.66 324.06 302.46
285.17 272.21 259.25 246.29 233.32 220.36 207.40 194.44 181.47
SA FLOW
190.11 181.47 172.83 164.19 155.55 146.91 138.27 129.62 120.98
Tabel 6. Contoh Diagram Combustion Tuning
Dari rekap diagram combustion tuning di atas, ada 2 hal yang harus rutin dilakukan, yaitu input nilai kalori batu bara dan input nilai theoretical air ratio sesuai dengan hasil analisa kondisi batu bara saat itu. Jika 2 hal tersebut sudah dilakukan, maka parameter lain otomatis terisi sehingga hasil dari rekap diagram combustion tuning ini dapat mudah untuk dijalankan.
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 24 dari 26
COMBUSTION TUNING IV. 4.1
ANALISA RESIKO DAN MANFAAT
Analisa Resiko No. 1.
Deskripsi Resiko
Penanganan Resiko
Deviasi angka kebutuhan udara hasil Kalibrasi Flow meter secara berkala hitungan dengan aktual
2.
3.
Deviasi angka konsumsi batubara Kalibrasi Coal Feeder secara rutin 3 bulan hasil hitungan dengan aktual
sekali
Pembakaran yang tidak merata
Penggantian nozzle furnace boiler jika sudah terjadi erosi
4.
Kesalahan perhitungan hasil analisa Melakukan uji batubara di pihak eksternal batubara
4.2
sebagai pembanding data
Manfaat Combustion Tuning 1. Sebagai acuan pengoperasian pembakaran di dalam furnace boiler 2. Mengurangi laju erosi baik pada tube maupun refractory boiler 3. Menghindari over heating temperature dan over velocity pada furnace boiler 4. Meningkatkan kehandalan boiler CFB 5. Meningkatkan efisiensi boiler CFB
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 25 dari 26
COMBUSTION TUNING V.
KESIMPULAN
1. Permasalahan utama pada PLTU Nagan Raya sering didominasi di bagian boiler, utamanya pada sistem pembakaran seperti refractory pada cyclone separator, tube dan total air flow pembakaran yang tinggi. 2. Combustion tuning dapat dijadikan sebagai salah satu langkah antisipasi atau solusi permasalahan didalam pengoperasian boiler 3. Combustion tuning dapat menjadi acuan untuk pengoperasian boiler secara handal dan efisien
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen
PT PLN (PERSERO) PEMBANGKITAN SUMATERA BAGIAN UTARA SEKTOR PEMBANGKITAN NAGAN RAYA
No. Dok Revisi Tanggal Halaman
: : 00 : 25-09-2018 : 26 dari 26
COMBUSTION TUNING VI.
DAFTAR PUSTAKA
Prasetyo, Youdhiyan. 2016. Technical Analysis for the Coal Combustion and Tuning Database Analysis Thermal Power Plant Nagan Raya 2 x 100 MWe Boiler Proper Operation Manual (Vol 1 - 1A) for PLTU Nagan Raya NAD 2 x 100 MW. (2014 : NAD). Sinohydro Corporation Limited
ASME PTC 4 - 2008. Fired Steam Generators. (2009 : New York)
ASTM (American Society for Testing and Material)
Isi dokumen ini sepenuhnya merupakan milik PT. PLN (Persero) KIT SBU Sektor Pembangkitan Nagan Raya dan tidak diperbolehkan memperbanyak baik sebagian maupun seluruhnya kepada pihak lain tanpa seijin tertulis dari manajemen