SESSION 3 GAS-TURBINE POWER PLANT
Outline 1. 2. 3. 4. 5.
Dasar Teori Turbin Gas Proses PLTG dan PLTGU Klasifikasi Turbin Gas Komponen PLTG Kelebihan dan Kekurangan
1. Dasar Teori Turbin Gas Turbin gas bekerja atas dasar siklus Brayton yang merupakan suatu standar siklus udara.
qi n
P
2
3
k
Pv
P2= P3
=c
pressure ratio, rp = P1/P2
Siklus Brayton
k = Pv
wout
c
win P1= P4
4
1
qo ut
v
v v
2
1
v4
V
3
T 3
qin
P=
c
= st. on
P2
2 t. cons P=
= P1
4
Proses 1-2 Kompresi Isentropik (pada kompresor) Proses 2-3 P = konstan, Penambahan Panas
qout
Proses 3-4 Ekspansi Isentropik (pada Turbin)
1
s1=s2
s3=s4
s
Proses 4-1 P = konstan, Pembuangan Panas
Efisiensi Siklus Brayton Q1 2 Q41 1 1 k 1 Q1 2 (V2 / V1 ) • Q1-2 = Energi masuk (Conditions 1 – 2) • Q4-1 = Energi keluar (Condition 4 – 1) • V2/V1 = Rasio kompresi • k = Specific Heat Ratio = 1,3 – 1,4 (udara)
Penjelasan Siklus Brayton Pemampatan (compression) udara dihisap dan dimampatkan Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian dibakar Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozzle Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan
Prinsip Turbin Gas Regeneratif
2. PROSES PLTG Fuel
Combustion Chamber Electric Power Output
Compressed Air
Combustion Gases
Electric Generator
Compressor Air Intake
Turbine Exhaust Gases
Proses PLTG Transmission line Air filter
Switch
stack
yard
compressor Electric Power diesel
Generator
Gas
Main
line
transformer
Gas Turbine Pumping house
Fuel pump
Combustion system
El
Proses PLTG
chimney air
chimney
Filter GT
PGN
1
Steam
G HRSG
GFC
2
by pass
main
1 1. Gas pressure regulator 2. Gas accumulator 3. Deaerator 4. Economizer GFC; gas fuel compressor HRSG; Heat Recovery Steam and Gas
4
3 water
Proses PLTGU
Proses PLTGU EXHAUST BYPASS SILENCER
EXHAUST SILENCER DIVERTER VALVE
AIR INLET FILTER
HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR (HRSG)
GENERATOR
GAS TURBINE
SUPPLEMENTARY BURNER
PROCESS STEAM
Proses PLTGU
Efisiensi Termal PLTGU & PLTG
3. KLASIFIKASI TURBIN GAS Berdasarkan Siklusnya Turbin gas siklus tertutup (Close Cycle) Turbin gas siklus terbuka (Open Cycle)
Berdasarkan Siklus Fuel
Combustion Chamber
Compressed Air
Qin
Heat Exchanger
High Pressure Air
High Temp.Air
Compressor
Turbine
Combustion Gases
Wnet
Turbine
Compressor
Heat Exchanger
Exhaust Gases
Air Intake
Qout
Open cycle
Closed Cycle
Berdasarkan Konstruksi Poros Turbin gas poros tunggal (Single Shaft) Turbin gas poros ganda (Double Shaft)
Berdasarkan Konstruksi Poros Single Shaft
Double Shaft
Berdasarkan Aplikasi • Industrial heavy-duty gas turbines • Aircraft-derivative gas turbines
Industrial Heavy-duty Gas Turbines • • • •
Daya keluaran yang besar Berumur panjang Memiliki efisiensi paling tinggi dibanding tipe gas turbin lain Tidak berisik dibandingkan dengan Aircraft-derivative gas turbine
Aircraft-derivative gas turbines
• • • • •
Paling banyak digunakan pada Power Plant Biaya instalasi yang relatif murah Peralatan start-up membutuhkan daya yang kecil Proses start-up dan shut-down dapat dilakukan dengan cepat Dapat meng-handle fluktuasi perubahan beban
Berdasarkan Kapasitas Medium-range gas turbines Small gas turbines
Medium-range gas turbines • Kapasitas berkisar antara 5000 – 15000 hp (3,7 – 11,2 MW). • Memiliki efisiensi yang cukup tinggi. • Pada kompresor terdapat 10-16 tingkat sudu, dengan rasio tekanan sekitar 5-11. • Biasanya menggunakan regenerator untuk meningkatkan efisiensi
Small gas turbines • Biasanya menggunakan kompresor sentrifugal • Kapasitas di bawah 500 hp (3,7 MW) • Memiliki efisiensi sekitar 20 %, karena: – Efisiensi kompresor sentrifugal yang digunakan memiliki efisiensi lebih rendah dibanding kompresor aksial – Temperatur masuk pada turbin diusahakan tidak melebihi 1700oF (927oC)
4. KOMPONEN PLTG
Komponen Utama
Air Inlet Section Air Inlet Housing Inertia Separator Pre-Filter Main Filter Inlet Bellmouth Inlet Guide Vane
Compressor Section Compressor Rotor Assembly Compressor Stator Inlet Casing Forward Compressor Casing Aft Casing Discharge Casing
Compressors • Centrifugal Compressor • Axial Flow Compressor
Centrifugal Compressor
Axial Compressor
Combustion Section
Combustion Chamber Transition Pieces Combustion Liners Cross Fired Tubes Fuel Nozzle Flame Detector Ignitors (Spark Plug)
Combustion Chamber Zona pembakaran pada combustion chamber ada 3, yaitu: • • •
Primary zone Secondary zone Dilution zone
Gradien temperatur, deposit karbon, dan asap harus diminimalisir, karena: • • •
Gradien temperatur dapat menyebabkan combustion liner membengkok dan retak Deposit karbon meningkatkan pressure loss dan mengacaukan pola aliran Asap pencemaran lingkungan
Tipe Combustor • Can
• Annular
• Can-annular
Turbine Section Turbine Rotor Case First Stage Nozzle First Stage Turbine Wheel Second Stage Nozzle and Diafragma Second Stage Turbine Wheel
Turbine Blade Cooling 1. 2. 3. 4. 5.
Convection cooling Impingement cooling Film cooling Transpiration cooling Water cooling
Axial Flow Turbine Impuls, umum untuk menghadapi tekanan sangat tinggi (stage awal steam)
Reaksi, umum untuk menghadapi tekanan sedang (gas turbine)
Heat Recovery Steam Generators
Komponen Penunjang Starting Equipment untuk melakukan start up sebelum turbin bekerja Coupling and Accessory Gear untuk memindahkan daya & putaran dari poros yang bergerak ke poros yang akan digerakkan Lube Oil System untuk melakukan pelumasan secara kontinyu pada setiap komponen sistem turbin gas Cooling System sistem pendingin yang digunakan pada turbin gas adalah air dan udara
5. KEUNTUNGAN DAN KERUGIAN
Keuntungan dan Kerugian PLTG Keuntungan dan Kerugian PLTGU
Kelebihan dan Kekurangan PLTG Kelebihan: • Proses instalasi yang mudah dan murah • Start-up time yang cepat • Tenaga darurat (back-up) • Dapat menggunakan berbagai macam variasi bahan bakar • Ramah lingkungan Kekurangan: • Single-cycle memiliki efisiensi yang rendah
Kelebihan dan Kekurangan PLTGU Keuntungan: •
• •
Gas panas keluaran dari turbin gas dapat digunakan untuk memanaskan air sehingga menjadi uap untuk menggerakkan turbin uap Meningkatkan efisiensi menjadi sebesar 40-50% Efisiensi bahan bakar
Kerugian: • •
Peningkatan biaya Peningkatan luas area yang dibutuhkan
