ID Fan Perhitungan [PDF]

Citation preview

1. Perhitungan laju massa flue gas Untuk mengetahui laju massa flue gas yang dihasikan dari proses pembakaran, kita harus mengetahui terlebih dahulu proses pembangkitan listrik pada sistem tersebut secara keseluruhan. Berangkat dari daya yang dihasikan oleh generator, kemudian kita dapat menghitung energy mekanik turbin, kebutuhan panas yang digunakan untuk menghasilkan uap, kebutuhan bahan bakar dan udara, hinga pada akhirnya kita dapat menghitung besarnya laju massa flue gas yang dihasilkan . Gas asap merupakan produk hasil dari pembakaran bahan bakar dengan udara. Berdasarkan reaksi pembakaran, komposisi dari gas asap yang dihasilkan dalam setiap 1 kg bahan bakar yang di bakar dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut (Djokosetyardjo, 2006) : Daya listrik yang dijual



100



MW



Daya listrik yang dibangkitkan



110



MW



Daya input gen (𝜂𝑔𝑒𝑛 = 0,98)



112,24



MW



Daya input turbin (𝜂𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛 = 0,47)



MW



Kebutuhan kalor



kJ/s



Kebutuhan BB (𝜂𝑏𝑜𝑖 = , 𝐿𝐻𝑉 = 4998,7 𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔)



Kg/s



Profile Batubara Komposisi







% massa



Karbon (C)



57,21



Hidrogen (H)



3,92



Oksigen (O)



14,17



Belerang (S)



0,05



Nitrogen (N)



0,75



Air (H2O)



22,4



Ash (a)



1,50



Total



100



CO2 𝐾𝑔



𝐶𝑂2 = 3,67 𝑥 (0,5721)[ 𝐾𝑔𝑢𝑑] 𝑏𝑏



𝐾𝑔



𝐶𝑂2 = 2,0978 [𝐾𝑔𝑢𝑑] 𝑏𝑏







SO2 𝐾𝑔



SO2 = 2 x (0,0005)[ 𝐾𝑔𝑢𝑑 ] 𝑏𝑏



𝐾𝑔𝑢𝑑



SO2 = 0,001[ 𝐾𝑔 ] 𝑏𝑏







H2O 𝐾𝑔



H2O = 9 (0,0392) + (0,224) [ 𝐾𝑔𝑢𝑑 ] 𝑏𝑏



H2O = 0,577 [ 



𝐾𝑔𝑢𝑑 𝐾𝑔𝑏𝑏



]



N2 Kebutuhan oksigen : 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑂2 = (2,67 x C%) + (8 x H%) + (1 x S%) – (O%) 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑂2 = (2,67 x 0,5721) + (8 x 0,0392) + (1 x 0,0005) – (0,1417) 𝐾𝑔



𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑂2 = 1,6982 [ 𝐾𝑔𝑢𝑑 ] 𝑏𝑏



Kebutuhan udara : Asumsi bahwa kandungan oksigen dalam udara adalah 23%, maka 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 =



1,6982 𝐾𝑔𝑢𝑑 0,23



[ 𝐾𝑔 ] 𝑏𝑏



𝐾𝑔𝑢𝑑



𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎1 = 7,383 [ 𝐾𝑔 ] 𝑏𝑏



Kebutuhan udara dengan excess air 20% : 𝐾𝑔



𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 = 7,383 x 1,2 [ 𝐾𝑔𝑢𝑑 ] 𝑏𝑏



𝐾𝑔



𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎2 = 8,8596 [ 𝐾𝑔𝑢𝑑 ] 𝑏𝑏



Maka, 𝐾𝑔



N2 = 76,86% x 8,8596 + 0,0075 [ 𝐾𝑔𝑢𝑑 ] 𝑏𝑏



𝐾𝑔



N2 = 6,8169 [ 𝐾𝑔𝑢𝑑 ] 𝑏𝑏







O2 Bila menggunakan excess air 𝐾𝑔



O2 = 23,14% x (8,8596 – 7,383) [ 𝐾𝑔𝑢𝑑 ] 𝑏𝑏



𝐾𝑔



O2 = 0,3417 [ 𝐾𝑔𝑢𝑑 ] 𝑏𝑏







Abu 𝐾𝑔



Abu = 0,015 [ 𝐾𝑔𝑢𝑑 ] 𝑏𝑏



Total gas asap yang dihasilkan pada reaksi secara teoritis dapat dihitung dengan persamaan : 𝑘𝑔 𝐺𝑝.𝑡𝑜𝑡 = 2,0987 + 0,001 + 0,577 + 6,8169 + 0,3417 + 0,015 [ 𝑝⁄𝑘𝑔 ] 𝑏𝑏



𝐺𝑝.𝑡𝑜𝑡 = 9,8503 [



𝑘𝑔𝑝 ⁄ 𝑘𝑔𝑏𝑏 ]



Laju alir gas asap dapat dihitung menggunakan persamaan : 𝐾𝑔𝑏𝑏



ṁ𝑔𝑎𝑠 𝑎𝑠𝑎𝑝 = 26,00 [



𝑠



ṁ𝑔𝑎𝑠 𝑎𝑠𝑎𝑝 = 256,108 [



𝑘𝑔 ] x 9,8503 [ 𝑝⁄𝑘𝑔 ] 𝑏𝑏



𝑘𝑔𝑝⁄ 𝑠] Analisis Gas Buang (



𝑘𝑔 ⁄𝑘𝑔 ) 𝑏𝑏



CO2



2,0987



SO2



0,001



H2O



0,577



O2



0,3417



N2



6,8169



Ash



0,015



Total gas buang



9,8503 Gas buang (kg/s) 256,108



2. Menghitung massa jenis flue gas Massa jenis flue gas dapat dihitung menggunakan persamaan gas ideal, yakni sebagai berikut : 𝑣= 𝜌=



𝑅̅ 𝑥 𝑇 𝑀𝑥𝜌 1 𝑣



Dimana,



𝜌 = massa jenis gas-mix pada (kg/m3) 𝑇 = temperatur flue gas (⁰𝐾) 𝑅 = ketetapan gas ideal 8,314 (kJ/kmol K) 𝑀 = molaritas (kg/kmol) 𝑣 = volume jenis (m3/kg) Massa jenis flue gas pada 410⁰K Komponen



M (kg/kmol)



υ (m3/kg)



ρ (kg/m3)



CO2



44,01



2,0787



0,4811



H2O



18,02



5,0769



0,1969



O2



32



2,8589



0,3498



SO2



64,06



1,4281



0,7002



N2



28,01



3,2662



0,3062



Total



2,0342



3. Menghitung laju volume flue gas (V) Laju volume flue gas dapat dihitung menggunakan persamaan berikut : 𝑉̇ = 𝑉̇ =



𝑚̇ 𝜌 𝑘𝑔 256,108 ⁄𝑠 𝑘𝑔 2,0342 ⁄ 3 𝑚 3



𝑉̇ = 125,901 𝑚 ⁄𝑠



Margin untuk volume jenis flue gas sebesar 20%, maka volume jenis flue gas sebesar : Volume jenis pada 410⁰K 151,1333649



4. Menghitung tekanan gas yang dibutuhkan (Ps) flue gas Furnace (D2) Boiler exit (D3) Air preheater outlet (D3) Dust collector (D3)



Economizer (D3) Scrubber exit (D3) Ducts/chimney (D4) Total draft yang dibutuhkan Margin sebesar 20%, maka total draft yang dibutuhkan menjadi : 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝑑𝑟𝑎𝑓𝑡 = 120% x 380 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝑑𝑟𝑎𝑓𝑡 = 456 mmW.G 5. Menghitung daya fan 𝑉̇ 𝑥 𝑃𝑠



𝑘𝑤𝑓 =



102 𝑥 𝜂



Dimana, Kwf = daya fan yang dibutuhkan (kW) 𝑉̇ = laju volume flue gas (m3/s) 𝑃𝑠 = tekanan statis (mmWG) 𝜂 = efisiensi fan (maksimal 85%) 𝑘𝑊𝑖𝑓 =



151,1333



𝑚3 𝑠



𝑥 456 𝑚𝑚𝑊𝐺



102 𝑥 0,85



𝑘𝑊𝑖𝑓 = 794,89 kW 6. Menghitung daya motor Efisiensi motor yang diinginkan adalah 95%, maka daya motor yang dibutuhkan adalah 𝑘𝑤𝑚 =



794,89 𝑘𝑊 0,95



𝑘𝑤𝑚 = 836,72 kW 7. Pemilihan jenis fan Untuk fan dengan efisiensi sebesar 85%, maka jenis fan yang dipilih adalah fan jenis Centrifugal Backward Curve Blade dengan desain double inlet double width. 8. Pemilihan metode control volume Metode pengaturan volume flue gas yang dialirkan menggunakan inlet dumper saja, karena PLTU ini dirancang untuk mengatasi beban dasar (base load) saja, sehingga jarang terjadi perubahan laju volume flue-gasnya. 9. Konfigurasi ID fan



Untuk alasan reliability dan ekonomis, maka konfigurasi untuk induced draft fan ini dirancang 2 x 50%, sehingga setiap satu unit boiler di handle oleh 2 buah ID fan dengan masing-masing menghandle 50% dari kapasitas laju volume totalnya. 10. Rangkuman spesifikasi



Spesifikasi desain ID Fan 100 MW No per boiler Flow, m3/s Press, mmWG



2 152,1333 456



Temp, ℃ Fan



Backward Curve Blade (DIDW)



Drive



Motor



Fan power, kW



794,89



Motor power, kW



836,72



Konfigurasi



2 x 50%



Control volume



Dumper