BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

Tugas Akhir

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1

Pendahuluan Pada proses perhitungan dibutuhkan data-data yang berasal dari data

operasi. Hal ini dilakukan karena data operasi merupakan data performance harian yang masih baik.

4.2 Proses perhitungan 4.2.1

Perhitungan berdasarkan data operasi pada tanggal 3 april 2008 pada beban Turbin 150 MW

 Heat Balance di HRSG 1.1 a. LP Economizer Temperatur masuk Economizer

Program Studi Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

: 78,52 oC

44

Tugas Akhir Temperatur keluar Economizer

: 159,08 oC

Panas jenis air (Cp air)

: 4,19

Massa alir

: 60,07

kJ kg. C

ton kg = 16,686111 jam s

QLP Eco = M x Panas jenis air x ΔT = 16,686111

kJ kg x 4,19 x (159,08 – 78,52) oC o kg. C s

= 5632,336698

kJ s

b. LP Evaporator Tekanan di LP Evaporator

: 3,3 bar

Massa alir uap

: 59,71

Dari tabel uap jenuh didapat, Δh = 2153,5

ton kg = 16,5861 jam s

kJ kg

QLP Eva = M x Δh = 16,5861

kJ kg x 2153,5 kg s

= 35718,16635


kJ s

45

Tugas Akhir c. HP Economizer I Temperatur masuk Economizer

: 78,03 oC

Temperatur keluar Economizer

: 143,73 oC


: 4,19

Massa alir air

: 163,74

kJ kg. C

ton kg = 45,48333 jam s

QHP Eco = M x Panas jenis air x ΔT = 45,48333

kJ kg x 4,19 x (143,73 – 78,03) oC kg.o C s

= 12520,78753

kJ s

d. HP Economizer II Temperatur masuk Economizer

: 143,73oC


: 271,66 oC


: 4,19

Massa alir air

: 163,74

kJ kg. C

ton kg = 45,48333 jam s


kJ kg x 4,19 x (271,66 – 143,73) oC o kg. C s

= 24380,27928


kJ s

46

Tugas Akhir e. HP Evaporator Tekanan di HP Evaporator

: 48,3 bar

Maka dari tabel uap jenuh dan interpolasi didapat Δh = 1651,77

Massa alir uap

: 160,74

kJ kg


QHP Eva = M x Δh = 44,65

kJ kg x 1651,77 kg s

kJ s

= 73751,5305

f. Superheater (SH) Tekanan di Superheater

: 48,3 bar

Temperatur masuk SH

: 272,06 oC

Dari tabel uap jenuh dan interpolasi didapat enthalpy (h) masuk SH sebesar 22828,30548

kJ . Temperatur keluar SH 451,09 oC, dari tabel kg

uap panas lanjut dan interpolasi didapat enthalpy (h) keluar SH sebesar 3385,13782

kJ kg

Massa alir uap


: 160,74


47

Tugas Akhir QSH = M x Δh = 44,65

kJ kg x (3385,13782 – 2828,30548) kg s

= 25031,22846

kJ s

g. Total output HRSG Qoutput = QLP Eco + QLP Eva + QHP Eco1 + QHP Eco2 + QHP Eva + QSH = (5632,336698 + 35718,16635 + 12520,78753 + 24380,27928 + 73751,5305 + 25031,22846) = 177034.3288

kJ s

h. Total input HRSG Temperature masuk HRSG

: 532,94 oC ≈> 805,94 °K

Tekanan masuk HRSG

: 1 bar

Dari tabel gas asap dan interpolasi didapat, h = 828,48588

kJ kg

Temperature keluar HRSG

: 143,73 oC ≈> 416,73 °K

Tekanan keluar HRSG

: 1 bar


Flow bahan bakar (mbb)


: 5,10494111

kJ kg

kg s

48

Tugas Akhir kg s

Flow udara (mU)

: 491

Flow gas asap (M)

: 496,10494111

kg s

Qinput = M x Δh = 496,10494111

= 203671,746

kJ kg x (828,48588 – 417,94422) kg s

kJ s

i. Efficiency HRSG 1.1 adalah :

ηHRSG =

=

Qoutput Qinput 177034,328 8 203671 ,746

= 0.8692 = 86,92 %


: 78,62 oC


: 162,14 oC


: 4,19

Massa alir

: 63,76


kJ kg. C


49

Tugas Akhir QLP Eco = M x Panas jenis air x ΔT = 17,7111

kJ kg x 4,19 x (162,14 – 78,62) oC o kg. C s

= 6197,978192

kJ s


: 3,2 bar

Massa alir uap

: 66,47

ton kg = 18,4638889 jam s

Maka dari tabel uap jenuh didapat, Δh = 2156,7

kJ kg

QLP Eva = M x Δh = 18,4638889

kJ kg x 2156,7 kg s

= 39821,06725

kJ s

c. HP Economizer I Temperatur masuk Economizer

: 78,83 oC


: 144,71 oC


: 4,19

Massa alir air

: 175,26


kJ kg. C

ton kg = 48,68333 jam s

50

Tugas Akhir QHP Eco = M x Panas jenis air x ΔT = 48,68333

kJ kg x 4,19 x (144,71 – 78,83) oC o kg. K s

= 13438,4101

kJ s


: 144,71 oC


: 270,57 oC


: 4,19

Massa alir air

: 175,26

kJ kg. C

ton kg = 48,68333 jam s


kJ kg x 4,19 x (270,57 – 144,71) oC kg.o C s

= 25673,3196

kJ s

e. HP Evaporator Tekanan di HP Evaporator

: 47,9 bar

Dari tabel uap jenuh dan interpolasi didapat Δh sebesar 1653,81

Massa alir uap


: 167,83

kJ kg

ton kg = 46,619444 jam s

51

Tugas Akhir QHP Eva = M x Δh = 46,619444


= 77099,70268

kJ s


:47,9 bar

Temperatur masuk SH

: 271,29 oC


kJ . Temperatur keluar SH 457,38 oC, dari tabel uap kg

panas lanjut dan interpolasi didapat enthalpy (h) keluar SH sebesar 3337,09148

kJ kg

Massa alir uap

: 167,83

ton kg = 46,619444 jam s

QSH = M x Δh = 46,619444

kJ kg x (3337,09148 – 2835,04428) kg s

= 23405,16133

kJ s

g. Total output HRSG Qoutput = QLP Eco + QLP Eva + QHP Eco1 + QHP Eco2 + QHP Eva + QSH


52

Tugas Akhir = (6197,978192 + 39821,06725 + 13438,4101 + 25673,3196 + 77099,70268 + 23405,16133) = 185635,6402

kJ s


: 529,40 oC ≈> 802,40 °K

Tekanan masuk HRSG

: 1 bar


kJ kg


: 119,73 oC ≈> 392,73 °K

Tekanan keluar HRSG

: 1 bar


kJ kg

kg s


: 5,043689

Flow udara (mU)

: 491

Flow gas asap (M)

: 496,043689

kg s kg s

Qinput = M x Δh = 496,043689

kJ kg x (824,5848 – 393,6373) kg s

= 213768,8221


kJ s

53

Tugas Akhir


ηHRSG =

=

Qoutput Qinput 185635,640 2 213768 ,8221

= 0.8683 = 86,83 %


: 78,24 oC


: 131,74 oC


: 4,19

Massa alir

: 58,61

kJ kg. C

ton kg = 16,2805556 jam s

QLP Eco = M x Panas jenis air x ΔT = 16,2805556

kJ kg x 4,19 x (131,74 – 78,24) oC kg. C s

= 3649,530746

kJ s



: 3,2 bar

54

Tugas Akhir

Massa alir uap


: 134,21

Maka dari tabel uap jenuh didapat, Δh = 2156,7

kJ kg

QLP Eva = M x Δh = 16,775

kJ kg x 2156,7 kg s

= 36178,6425

kJ s

c. HP Economizer I Temperatur masuk Economizer

: 79,71 oC


: 150,46 oC


: 4,19

Massa alir air

: 166,49

kJ kg. C

ton kg = 46,247222 jam s


kJ kg x 4,19 x (150,46 – 79,71) oC kg. C s

= 13709,64211

kJ s



: 150,46 oC

55

Tugas Akhir Temperatur keluar Economizer

: 270,82 oC


: 4,19

Massa alir

: 166,49

air

kJ kg. C

ton kg = 46,247222 jam s


kJ kg x 4,19 x (270,82 – 150,46) oC kg. C s

= 23322,86253

kJ s

e. HP Evaporator Tekanan di HP Evaporator

: 49,1 bar

Dari tabel uap jenuh dan interpolasi didapat Δh sebesar 1646,09

Massa alir uap

: 124,38

kJ kg


QHP Eva = M x Δh = 34,55


= 56872,4095

kJ s



:49,1 bar

56

Tugas Akhir : 272,81 oC

Temperatur masuk SH


kJ . Temperatur keluar SH 481,7 oC, dari tabel uap kg

panas lanjut dan interpolasi didapat enthalpy (h) keluar SH sebesar 3392,3985

kJ kg

Massa alir uap

: 124,38


QSH = M x Δh = 34,55

kJ kg x (3392,3985 – 2834,45486) kg s

= 19276,95276

kJ s

g. Total output HRSG Qoutput = QLP Eco + QLP Eva + QHP Eco1 + QHP Eco2 + QHP Eva + QSH = (3649,530746 + 36178,6425 + 13709,64211 + 23322,86253 + 56872,4095 + 19276,95276) = 153010,0401

kJ s


: 539 oC ≈> 812,71 °K

Tekanan masuk HRSG

: 1 bar


57

Tugas Akhir


kJ kg


: 187,93 oC ≈> 460,93 °K

Tekanan keluar HRSG

: 1 bar


kJ kg

kg s


: 8,212225

Flow udara (mU)

: 491

Flow gas asap (M)

:496,212225

kg s kg s

Qinput = M x Δh = 496,212225

kJ kg x (835,94371 – 462,38889) kg s

= 185362,4683

kJ s


ηHRSG =

=

Qoutput Qinput 153010,040 1 185362,468 3

= 0.8254 = 82,54 %


58

Tugas Akhir

 Proses di Turbin Uap a. Massa alir Uap Massa alir HP Massa alir uap yang masuk ke turbin uap tekanan tinggi (high pressure) adalah jumlah dari uap panas lanjut yang berasal dari pipa HP ke tiga HRSG yang menyatu didalam header HP: mHP = mHP1 + mHP2 + mHP3 = (160,74 + 167,83 + 124,38) ton jam

= 452,95

ton jam

= 125,819444

kg s

Massa alir uap LP Massa alir uap yang masuk ke turbin uap tekanan rendah (low pressure) adalah jumlah uap jenuh yang berasal dari pipa LP ke tiga HRSG yang menyatu didalam header LP ditambah dengan jumlah uap yang keluar dari turbin HP: mLP = ( mLP1 + mLP2 + mLP3 ) + mHP = (59,71 + 66,47 + 60,93)

ton ton + 452,95 jam jam

ton jam

kg s

= 640,06

= 177,7944

b. Daya Turbin Daya yang dihasilkan generator


: 150 MW = 150000 kW

59

Tugas Akhir Effisiensi generator

: 0,96

Maka, daya actual turbin uap adalah : PTurbin_Uap =

PGenerator Generator

=

150000 kW 0,96

= 156250 kW

= 156250

kJ s

c. Kualitas Uap Keluar Turbin LP

m LP

Dari ke 3 HRSG pipa LP

Dari turbin HP Turbin LP

Gambar 4.1 Aliran uap masuk turbin LP


60

Tugas Akhir

Entalpy (h)

(S1,h1 )

s3' s3 X2' X2

Entropy (s)

Gambar 4.2 diagram h vs s

Karena turbin bersifat revesibel adiabatik, maka garis ekspansi adalah isentropik, atau s1 = s3’.sehingga untuk mencari kualitas uap aktual yang keluar dari turbin LP terlebih dahulu cari kualitas uap yang keluar secara teoritis. Diketahui : Uap masuk pada tekanan 47,6 bar dan temperatur 471,33 oC dari tabel panas lanjut dan interpolasi didapat enthalpy (h) sebesar 3370,2923 kJ kJ dan entropy (s) sebesar 6,9152097 . Uap keluar turbin LP pada kg kg C

tekanan 0,11 bar. Dari tabel uap jenuh didapat: kJ kg

Entalpy cair (hf3)

= 199,7

Enthalpy campuran (hfg)

= 2388,4


kJ kg

61

Tugas Akhir

Entropy cair (sf3’)

= 0,6738

kJ kg C

Entropy campuran (sfg3’)

= 7,4439

kJ kg C

S3’ = ( sf3 + X3 · sfg3 ) 6,9152097

kJ kg C

(7,4439 · X3 )

= ( 0,6738 + X3 · 7,4439 )

kJ kg C

= ( 6,9152097 – 0,6738)

X3’

h3’

kJ kg C

kJ kg C

= 0,8384

= ( hf3 + X3’ · hfg3 ) = ( 199,7

kJ kJ + ( 0,8384 · 2388,4 ) ) kg kg

= 2202,13456

kJ kg

Secara teoritis kualitas uap yang didapat sebesar 0,8384 dan enthalpy ( h3’) didapat sebesar 2202,13456 hWTs

kJ . kg

= h1 – h3’ = 3370,2923

kJ kJ – 2202,13456 kg kg

= 1168,15774

kJ kg


62

Tugas Akhir hWT

h3

= hWTs · ηT = 1168,15774

kJ · 0,8973 kg

= 1048,18794

kJ kg

= h1 - hWT = 3370,2923

kJ kJ - 1048,18794 kg kg

= 2322,10436 h3

kJ kg

= ( hf3 + X3 · hfg3 )

2322,10436

kJ kg

= 199,7

kJ kJ + (X3 · 2388,4 ) kg kg

2324 ,8 199 ,7

X3

= 2388 ,4

X3

kJ kg C

kJ kg C

= 0,8897 Jadi uap yang keluar turbin LP memiliki kualitas uap

sebesar 0,8897 dan enthalpy (h3) sebesar 2322,10436

kJ . kg

d. Efisiensi Turbin Kondisi uap masuk turbin uap tekanan tinggi : Tekanan

: 47,6 bar

Temperatur

: 471,33 oC


63

Tugas Akhir Dari tabel uap panas lanjut dan interpolasi didapat, enthalpy (h) sebesar 3370,2923

kJ kJ dan entropy (s) sebesar 6,9152097 . kg kg. K

Dan jika uap berekspansi secara isentropis sampai tekanan 3,1 bar, maka dari tabel uap jenuh didapat, enthalpy (h) sebesar 2726,1

kJ . kg

Kemudian uap yang keluar dari turbin uap tekanan tinggi masuk ke turbin uap tekanan rendah dan berekspansi secara isentropis sampai pada tekanan 0,09 bar dengan kualitas uap secara teoritis sebesar 0,8384 dan h3’ sebesar 2202,13456

kJ . kg C

Effisiensi Turbin Uap adalah sebagai berikut :

ηTurbin_Uap =

=

m( hHP _ actual ) m( hLP _ actual ) m( hHP _ isentropis ) m( hLP _ isentropis )

PTurbin _ Uap m( hHP _ isentropis ) m( hLP _ isentropis ) 156250

= 125,819444

kJ s

kg kJ kg kJ (3370,2923 2726,1) 177,6444 (2726,1 2202,13456) s kg s kg

= 0,8973 = 89,73 %

e.

Work ratio (Wr) Sebelum mencari work ratio terlebih dahulu mencari daya pompa

total yang mengaliri air dari feedwater tank menuju HRSG.


64

Tugas Akhir Daya pompa LP Diketahui : Tekanan air sebelum masuk pompa (P1)

= 0,44 bar

Tekanan air sesudah keluar pompa (P2)

= 11,2 bar

Dari tabel uap jenuh dan dan interpolasi pada ΔP

= 10,76 bar di

dapat volume spesifik (v) = 0,001131756

m3 . kg

Massa alir air yang keluar pompa LP sama dengan jumlah massa alir air yang masuk ke dalam pipa LP pada ke 3 HRSG : Massa alir pompa LP (mLP) = mLP 1 + mLP2 + mLP3 =(60,07 + 63,76 + 58,61)

= 182,44

ton jam

ton kg = 50,67778 jam s

Maka daya pompa adalah: WPLP = v (P1 – P2) · mLP WPLP = 0,001131756

WPLP

m3 kg · ( 0,44 – 11,2 ) bar · 50,67778 s kg

m3 N kg = 0,001131756 (10,76. 105 ) · 50,67778 2 s kg m

WPLP = 1,217769456

kJ kg · 50,67778 kg s

WPLP = 61,71385258

kJ s


65

Tugas Akhir Daya pompa HP Diketahui : Tekanan air sebelum masuk pompa (P1)

= 0,44 bar

Tekanan air sesudah keluar pompa (P2)

= 88 bar

Dari tabel uap jenuh dan dan interpolasi pada ΔP = 87,56 bar di dapat volume spesifik (v) = 0,001409604

m3 . kg

Massa alir air yang keluar pompa HP sama dengan jumlah massa alir air yang masuk ke dalam pipa HP pada ke 3 HRSG : Massa alir pompa HP (mHP) = mHP 1 + mHP2 + mHP3 = (163,74 + 175,26 + 166,49)

= 505,49

ton jam

ton kg = 140,4138889 jam s

Maka daya pompa adalah: WPLP = v (P1 – P2) · mLP WPLP = 0,001409604

WPLP

m3 kg · ( 0,44 – 88 ) bar · 140,4138889 s kg

m3 N kg = 0,001409604 (87,56. 105 2 ) · 140,413889 s m kg

WPLP = 12,34249262

WPLP = 133,057388


kJ kg · 140,4138889 kg s

kJ s

66

Tugas Akhir Jadi total daya pompa : WPt

= WPHP + WPLP = 61,71385258

kJ kJ + 1733,057388 s s

= 1794,771241

kJ s

Jadi work ratio : Wr

=

daya turbin aktual daya pompa total daya turbin aktual

156250

Wr

=

kJ s

1794,771241

156250

Wr

f.

kJ s

kJ s

= 0,9885

Efisiensi PLTU Sebelum menghitung efisiensi PLTU terlebih dahulu mencari QB. QB

adalah jumlah panas yang digunakan untuk merubah air menjadi uap yang berasal dari ketiga (3) HRSG. QB = QB 1.1 + QB1.2 + QB1.3 QB = (177034,3288 + 185635,6402 + 153010,0401)

kJ s

QB = 515680,0091 ηPLTU =

Wturbin aktual

Wpompa total

QB


67

Tugas Akhir

156250

ηPLTU =

kJ s

1794,771241

515680,0091

kJ s

kJ s

kJ s = 0,2995 = kJ 515680,0091 s 154455,2288

ηPLTU

ηPLTU = 0,2995 x 100 % = 29,95 %

4.2.2

Perhitungan berdasarkan data operasi pada tanggal 7 april 2008 pada beban Turbin 145 MW dengan perhitungan yang sama, dari data operasi pada tanggal 7 april

2008, maka akan didapat hasil sebagai berikut : NO

Nama

Satuan

Nilai

1

Qoutput HRSG 1.1

kJ/s

172360,5949

2

Qoutput HRSG 1.2

kJ/s

180814,9053

3

Qoutput HRSG 1.3

kJ/s

146737,3229

4

Efisiensi HRSG 1.1

%

85,56

5

Efisiensi HRSG 1.2

%

85,33

6

Efisiensi HRSG 1.3

%

81,45

7

Produksi uap

ton/jam

621,02

8

Efisiensi turbin

%

88,74

9

Kualitas uap keluar turbin LP

%

89,11

10

Work Ratio

11

Panas yang diserap

kJ/s

499912,8231

12

Efisiensi PLTU

%

29.81


0,9879

68

Tugas Akhir

4.2.3

Perhitungan berdasarkan data operasi pada tanggal 7 april 2008 pada beban Turbin 132 MW dengan perhitungan yang sama dari data operasi pada tanggal 7 april 2008,

maka akan didapat hasil sebagai berikut : NO

Nama

Satuan

Nilai

1

Qoutput HRSG 1.1

kJ/s

162655,2649

2

Qoutput HRSG 1.2

kJ/s

175136,6968

3

Qoutput HRSG 1.3

kJ/s

138954,5244

4

Efisiensi HRSG 1.1

%

84,26

5

Efisiensi HRSG 1.2

%

84,09

6

Efisiensi HRSG 1.3

%

79,14

7

Produksi uap

ton/jam

592,98

8

Efisiensi turbin

%

84,93

9

Kualitas uap keluar turbin LP

%

90,81

10

Work ratio

11

Panas yang diserap (Qb)

kJ/s

476746,4861

12

Efisiensi PLTU

%

28,46


0,9870

69

Tugas Akhir 4.2.4

Pembahasan

a. Pengaruh pembebanan terhadap efisiensi HRSG

88

Efisiensi (%)

86 84 HRSG 1.1

82

HRSG 1.2 80

HRSG 1.3

78 76 74 150 MW

145 MW

132 MW

Pem bebanan (MW)

Gambar 4.3 Efisiensi dan pembebanan

Pada gambar 4.3 memperlihatkan pengaruh pembebanan terhadap efisiensi dari masing masing HRSG. Dari gambar dilihat bahwa untuk HRSG 1.3 memiliki efisiensi yang terendah dibandingkan dengan efisiensi HRSG 1.1.dan HRSG 1.2. Ini disebabkan karena pada turbin gas 1.3 menggunakan bahan bakar HSD, sedangkan pada turbin gas 1.1 dan turbin gas 1.2 menggunakan bahan bakar gas. Bahan bakar gas lebih baik dari HSD karena bahan bakar gas dapat terbakar secara sempurna, sedangkan bahan bakar HSD tidak dapat terbakar secara sempurna sehingga kandungan yang tidak terbakar secara sempurna akan menempel pada dinding luar pipa/tube-tube dalam HRSG.


70

Tugas Akhir b. Pengaruh Produksi uap terhadap efisiensi

650

Produksi uap (ton/h)

640 630 620 610 600 590 580 570 560 150

145

132

Pem bebanan (MW)

Gambar 4.4 Produksi uap terhadap efisiensi turbin

Pada gambar 4.4 memperlihatkan pengaruh produksi uap terhadap efisiensi turbin uap. Produksi uap yang dihasilkan HRSG akan semakin turun karena panas yang diserap oleh HRSG dan aliran air yang mengalir masuk kedalam HRSG berkurang. Penyebabnya adalah daya pembebanan PLTU yang semakin turun akibat dari menurunya panas yang masuk ke HRSG.


71

Tugas Akhir c. Pengaruh Pembebanan terhadap Efisiensi PLTU

Efisiensi PLTU (%)

30.5 30 29.5 29 28.5 28 27.5 150

145

132

Pe m be banan (MW)

Gambar 4.5 pembebanan (MW) terhadap Produksi uap (ton/h)

Pada gambar 4.5 memperlihatkan bahwa semakin tinggi beban turbin uap maka semakin tinggi efisiensi PLTU, hal ini disebabkan karena naiknya tekanan yang dihasilkan oleh HRSG. Dengan naiknya tekanan uap yang dihasilkan HRSG maka entalpi uap masuk turbin uap meningkat sehingga output turbin uap juga akan meningkat, dan akhirnya akan meningkatkan efisiensi PLTU .pada sistem PLTGU.


72

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

Recommend Documents