analisis dan perancangan penukar kalor untuk meningkatkan kinerja pltu

ANALISIS DAN PERANCANGAN PENUKAR KALOR

UNTUK MENINGKATKAN KINERJA PLTU

KURSUS SINGKATPT PLN (Persero) LITBANG

NOVEMBER 2013

Day 1

Heat Balance Diagram PLTU

Latar Belakang

• Heat balance diagram menunjukkan keseimbagan massa dan energi pada setiap komponen siklus uap PLTU.

• Heat balance diagram merupakan dasar perancangan suatu PLTU dan dijadikan acuan kinerja pada saat commissioning.

• Heat balance diagram sangat penting bagi manajemen dan operator PLTU dalam upaya mencapai kinerja PLTU yang maksimal.

Siklus Dasar PLTU

• Siklus dasar PLTU umumnya menggunakan siklus Rankine sederhana.

• Efisiensi serta kehandalan siklus PLTU ini terlalu rendah.

• Hanya diterapkan pada PLTU kapasitas kecil (< 2 MW).

• Untuk PLTU kapasitas besar, umumnya digunakan siklus Rankine superheating, reheating, dan/atau regeneratif.

Siklus Rankine sederhana

Siklus Rankine sederhana

Siklus Rankine dengan Superheating

Siklus Rankine dengan Superheating & Reheating

Siklus Rankine dengan Regenerating

Pel = 200000.00 kW

4.000 30.03

126.23 12812.874

1010

1.000 30.00

125.83 12812.874

99

3.000 37.03

155.39 12812.874

88

3.000 159.23

2780.96 28.821

77

80.00 134.90

572.45 201.022

66

3.000 133.53

561.46 201.022

55 5.000 45.27

189.99 172.202

44 0.09700 45.21

189.33 172.202

33

0.09700 45.21

2359.00 172.20222

122.0 536.76

3445.18 201.022

125.0 538.00

3445.18 201.022

11

8

7

6

5

4

3

2

1

p T

h m

m = Massflow [kg/s]

p = Pressure [bar]T = Temperature [°C]h = Enthalpy [kJ/kg]Pel = Electrical Pow er [kW]

Siklus Rankine PLTU Kapasitas Besar

FFFF F

Open Feedwater Heater (Deaerator, DEA)

Closed Feedwater Heater (LP Heater)

Closed Feedwater Heater (HP Heater)

Reheater

Condenser

Heat Exchanger pada PLTU

• Condenser tipe shell and tube• Deaerator tipe direct contact• HP & LP Heater tipe shell and tube• Oil cooler tipe shell and tube• Terkadang oil cooler atau condenser

menggunakan tipe air-cooled

Shell and Tube

Air-cooled

Deaerator

Studi Kasus

PLTU Unit 3 Tambak LorokSemarang

Siklus PLTU Unit 3 Tambak Lorok• Kapasitas: 200 MW gross.• Menggunakan superheating dan reheating.• Memiliki satu deaerator.• Memiliki 3 Low Pressure Heater (LP Heater).• Memiliki 2 High Pressure Heater (HP Heater).• Mulai beroperasi pada tahun 1980.• Awalnya dioperasikan dengan bahan bakar minyak (MFO).• Saat ini tidak dioperasikan karena menunggu pasokan gas.

Pel = 200000.00 kW

TAMBAK LOROK - SEMARANG

5.000 214.20

2886.14 146.205

69.80 448.38

3284.38 23.957

125.0 538.00

3445.18 203.081

0.5040 67.03

280.59 14.600

1.890 87.02

364.51 9.587

1.890 133.77

2736.26 9.587

0.5040 81.52

2560.00 5.014

8.170 115.63

485.69 146.205

26.90 406.59

3251.62 18.124

26.90 179.51

761.87 42.081

69.80 538.00

3503.02 179.124

0.2140 53.60

224.41 17.907

0.2140 61.53

2456.41 3.307

69.80 236.28

1020.40 23.957

128.9 285.62

1262.69 203.081

1.000 30.00

125.83 9603.251

2.000 37.05

155.39 9603.251

130.0 173.91

742.91 203.081

8.170 265.31

2982.82 14.795

8.170 171.29

724.85 203.081 0.09700 45.21

189.33 146.205

0.09700 45.21

90.99(X) 128.297

FFFF F

HEAT BALANCE - 200 MW PLTU UNIT 3

p T

h m

m = Massflow [kg/s]

p = Pressure [bar]T = Temperature [°C]h = Enthalpy [kJ/kg]X = Steam quality [%]Pel = Electrical Pow er [kW]

Base Case

Case 1 - Base 41,321%

Pel = 200000.00 kW

TAMBAK LOROK - SEMARANG

5.000 214.20

2886.14 148.835

69.80 448.38

3284.38 0.000

125.0 538.00

3445.18 182.601

0.5040 67.03

280.59 14.863

1.890 87.02

364.51 9.759

1.890 133.77

2736.26 9.759

0.5040 81.52

2560.00 5.104

8.170 115.63

485.69 148.835

26.90 406.59

3251.62 18.302

26.90 179.51

761.87 18.302

69.80 538.00

3503.02 182.601

0.2140 53.60

224.41 18.229

0.2140 61.53

2456.41 3.366

69.80 235.60

1017.18 0.000

128.9 230.01

992.47 182.601

130.0 230.00

992.47 182.601 1.000 30.00

125.83 9775.984

2.000 37.05

155.39 9775.984

130.0 173.91

742.91 182.601

8.170 265.31

2982.82 15.464

8.170 171.29

724.85 182.601 0.09700 45.21

189.33 148.835

0.09700 45.21

90.99(X) 130.605

FFFF F

HEAT BALANCE - 200 MW PLTU UNIT 3

p T

h m

m = Massflow [kg/s]

p = Pressure [bar]T = Temperature [°C]h = Enthalpy [kJ/kg]X = Steam quality [%]Pel = Electrical Pow er [kW]

Case 2 – Base 41,321%

Pel = 200000.00 kW

TAMBAK LOROK - SEMARANG

5.000 214.20

2886.14 149.549

69.80 448.38

3284.38 42.779

125.0 538.00

3445.18 207.428

0.5040 67.03

280.59 14.934

1.890 87.02

364.51 9.806

1.890 133.77

2736.26 9.806

0.5040 81.52

2560.00 5.128

8.170 115.63

485.69 149.549

26.90 406.59

3251.62 -0.038

26.90 179.51

761.87 42.741

69.80 538.00

3503.02 164.649

0.2140 53.60

224.41 18.317

0.2140 61.53

2456.41 3.382

69.80 179.51

764.07 42.779

128.9 285.62

1262.69 207.428

130.0 173.91

742.91 207.428 1.000 30.00

125.83 9822.884

2.000 37.05

155.39 9822.884

130.0 173.91

742.91 207.428

8.170 265.31

2982.82 15.139

8.170 171.29

724.85 207.428 0.09700 45.21

189.33 149.549

0.09700 45.21

90.99(X) 131.232

FFFF F

HEAT BALANCE - 200 MW PLTU UNIT 3

p T

h m

m = Massflow [kg/s]

p = Pressure [bar]T = Temperature [°C]h = Enthalpy [kJ/kg]X = Steam quality [%]Pel = Electrical Pow er [kW]

Case 3 - Base 41,321%

Pel = 200000.00 kW

TAMBAK LOROK - SEMARANG

5.000 214.20

2886.14 145.297

69.80 448.38

3284.38 24.808

125.0 538.00

3445.18 201.803

0.5040 67.03

280.59 15.247

1.890 123.93

2715.46 0.000

1.890 133.77

2736.26 0.000

0.5040 81.52

2560.00 15.247

8.170 115.63

485.69 145.297

26.90 406.59

3251.62 16.995

26.90 179.51

761.87 41.803

69.80 538.00

3503.02 176.995

0.2140 53.60

224.41 18.514

0.2140 61.53

2456.41 3.268

69.80 233.48

1007.28 24.808

128.9 285.62

1262.69 201.803

130.0 227.88

982.76 201.803 1.000 30.00

125.83 9490.819

2.000 37.05

155.39 9490.819

130.0 173.91

742.91 201.803

8.170 265.31

2982.82 14.704

8.170 171.29

724.85 201.803 0.09700 45.21

189.33 145.297

0.09700 45.21

90.99(X) 126.782

FFFF F

HEAT BALANCE - 200 MW PLTU UNIT 3

p T

h m

m = Massflow [kg/s]

p = Pressure [bar]T = Temperature [°C]h = Enthalpy [kJ/kg]X = Steam quality [%]Pel = Electrical Pow er [kW]

Case 4 – Base 41,321%

Pel = 200000.00 kW

TAMBAK LOROK - SEMARANG

5.000 214.20

2886.14 146.926

69.80 448.38

3284.38 25.086

125.0 538.00

3445.18 204.066

0.5040 67.03

280.59 14.311

1.890 67.03

280.71 14.311

1.890 133.77

2736.26 14.311

0.5040 81.52

2560.00 -0.001

8.170 115.63

485.69 146.926

26.90 406.59

3251.62 17.186

26.90 179.51

761.87 42.272

69.80 538.00

3503.02 178.980

0.2140 53.60

224.41 17.643

0.2140 61.53

2456.41 3.332

69.80 233.48

1007.28 25.086

128.9 285.62

1262.69 204.066

130.0 227.88

982.76 204.066 1.000 30.00

125.83 9676.503

2.000 37.05

155.39 9676.503

130.0 173.91

742.91 204.066

8.170 265.31

2982.82 14.869

8.170 171.29

724.85 204.066 0.09700 45.21

189.33 146.926

0.09700 45.21

90.99(X) 129.283

FFFF F

HEAT BALANCE - 200 MW PLTU UNIT 3

p T

h m

m = Massflow [kg/s]

p = Pressure [bar]T = Temperature [°C]h = Enthalpy [kJ/kg]X = Steam quality [%]Pel = Electrical Pow er [kW]

Case 5 – Base 41,321%

Pel = 200000.00 kW

TAMBAK LOROK - SEMARANG

5.000 214.20

2886.14 146.613

69.80 448.38

3284.38 25.033

125.0 538.00

3445.18 203.632

0.5040 53.60

224.44 17.810

1.890 87.02

364.51 9.614

1.890 133.77

2736.26 9.614

0.5040 81.52

2560.00 8.197

8.170 115.63

485.69 146.613

26.90 406.59

3251.62 17.149

26.90 179.51

761.87 42.182

69.80 538.00

3503.02 178.599

0.2140 53.60

224.41 17.810

0.2140 61.53

2456.41 0.000

69.80 233.48

1007.28 25.033

128.9 285.62

1262.69 203.632

130.0 227.88

982.76 203.632 1.000 30.00

125.83 9640.866

2.000 37.05

155.39 9640.866

130.0 173.91

742.91 203.632

8.170 265.31

2982.82 14.837

8.170 171.29

724.85 203.632 0.09700 45.21

189.33 146.613

0.09700 45.21

90.99(X) 128.803

FFFF F

HEAT BALANCE - 200 MW PLTU UNIT 3

p T

h m

m = Massflow [kg/s]

p = Pressure [bar]T = Temperature [°C]h = Enthalpy [kJ/kg]X = Steam quality [%]Pel = Electrical Pow er [kW]

Kenaikan Biaya Operasional• Untuk Base Case dan Case 1, beban 200 MW gross.• Heat rate base case: 2.081 kCal/kWh.• Heat rate Case 1: 2.105 kCal/kWh.• Jika HHV batubara 5.500 kCal/kg maka penambahan

konsumsi batubara sebesar 850 kg/jam, atau 20.403 kg/hari.

• Jika harga batubara 65 USD per ton dan kurs 1 USD = Rp 11.000 , maka kenaikan biaya sebesar Rp 14.588.320 per hari, atau sekitar Rp 5 milyar per tahun untuk 8.000 jam operasi PLTU dalam satu tahun.

Latihan 1

• Copy file heat balance PLTU Tambak Lorok Unit 3.

• Ubah tekanan kondensor dari 0,097 bara menjadi 0,08 bara.

• Perhatikan perubahan efisiensi yang terjadi.• Diskusikan hasilnya.

Latihan 2

• Simulasikan kondisi operasi dengan HP Heater #2 rusak.

• Caranya: ubah kenaikan temperatur feedwater menjadi 0 (nol).

• Jalankan Cycle-Tempo untuk memperoleh keseimbangan yang baru.

• Perhatikan keseimbangan massa dan energi di tiap komponen.

• Diskusikan pengaruhnya terhadap kinerja PLTU tersebut.

Latihan 3

• Lakukan hal yang sama seperti pada Latihan 2 untuk keempat heater lainnya.

• Buat kenaikan temperatur feedwater pada HP Heater #1 sama dengan 0 (nol).

• Demikian pula untuk kasus lain, buat temperatur condensate pada LP Heater #1, #2, atau #3 sama dengan nol (0).

• Diskusikan keseimbangan baru yang diperoleh.

Tugas

• Cari heat balance diagram dan kondisi operasi aktual salah satu PLTU di lingkungan PLN.

• Bandingkan kondisi aktual dengan kondisi keseimbangan menurut heat balance diagram.

• Tentukan kinerja aktual PLTU Unit 3 tersebut.• Diskusikan jika kinerja aktual berbeda dengan

kinerja menurut heat balance diagram.

Terima Kasih