Subcritical-Supercritical dan Steam Drum Boiler di PLTU

Dilihat dari phase-nya, boiler terbagi menjadi 3 yaitu:

Subcritical Boiler

Subcritical artinya adalah phase yang terbentuk di boiler tidak homogen (masih bisa dibedakan antara cair dan uap) sehingga tipe boiler ini membutuhkan steam drum/boiler drum untuk memisahkan kedua phase untuk lanjut dipanaskan kembali menjadi superheated steam yang digunakan untuk memutar sudu turbine. Operasi subcritical boiler adalah pada < 22,1 MPa (1 bar = 0,98 kg_f/ cm² = 0,1 MPa) = 220 bar (Zhou and Turnbull, 2002). Contoh operasi boiler P = 170 bar dan T = 540 ^oC mempunyai efisiensi dengan kisaran 32 - 38 %.

Berdasarkan Handbook Kurita (1999), pressure boiler/tekanan boiler dibedakan menjadi 3 sebagai berikut:

"Subcritical is not homogeneous produced phase in Boiler (still can be distinguished between liquid and vapor) so that this types Boiler requires a Steam Drum to separate 2 phases before it is used to rotate Turbine Blade. Subcritical Boiler operation 22,1 MPa (1 bar = 0,98 kg_f/ cm² = 0,1 MPa). Examples Boiler operation are P = 170 bar dan T = 540 ^oC has the efficiency of 32 - 38 %."

Supercritical Boiler

Supercritical artinya keadaan substansi dimana tidak bisa dibedakan antara phase cair dan uap (kedua phase homogen) dan tipe boiler ini tidak membutuhkan steam drum sehingga sering disebut once through boiler (boiler satu kali lewatan dimana air masuk langsung menjadi steam dan langsung digunakan untuk memutar sudu turbine). Air mencapai keadaan critical pada tekanan 22,1 MPa, jadi operasi supercritical boiler > 22,1 MPa. Contoh operasi boiler ini adalah P = 250 bar dan T = 615 ^oC mempunyai efisiensi kisaran pada 37 - 42 %. Terdapat pengendalian superketat terhadap parameter kualitas air pada boiler tipe ini salah satunya adalah pengendalian dissolved oxygen hanya menggunakan all-volatile treatment (AVT) seperti ammonia dan hydrazine. Baca detail di: Siklus All-Volatile Treatment (AVT) Uap-Air di PLTU. Batasan parameter DO sudah terkendali adalah 25-50 ppb.

"Supercritical is substance condition which it can not be distinguished between liquid and vapor phases (2 phases is homogeneous) and this types a Boiler no requires Steam Drum so that called One Through Boiler (one through direct to be used to rotate Turbine Blade). Water reach Critical Point at pressure 22,1 MPa, so operating of Supercritical Boiler must > 22,1 MPa. Examples Boiler operating are P = 250 bar dan T = 615 ^oC has the efficiency of 37 - 42 %."

Ultra Supercritical Boiler

Boiler supercritical & ultra supercritical didesain dengan konstruksi metalurgi yang sangat baik (high grade quality) karena tidak adanya steam drum, sehingga konstruksi boiler dan turbine dijaga jangan sampai terdapat reaksi kerak dan korosi. Contoh operasi ultra supercritical boiler adalah pada P = 300 bar dan T = 630 ^oC mempunyai efisiensi kisaran pada 43 - 45 %.

Penambahan tingkat efisiensi boiler berdampak menurunnya biaya operasional dan mengurangi emisi CO₂

"Supercritical Boiler designed with the best metallurgical construction (high grade quality) because it is no Steam Drum, so that construction Boiler and Turbine are guarded from reaction of scale and corrosion. Examples Ultra Supercritical Boiler operating are P = 300 bar and T = 630 ^oC has the efficiency of 43 - 45 %.
The addition degree of Boiler efficiency has effect decreasing operational cost and reduce CO₂emissions."

Berdasarkan literatur dari Basu (2019) seperti berikut:

Rankine Cycle with Superheater

Keterangan :

1 - 2 : Siklus awal yaitu air dipompa dari tekanan rendah ke tekanan tinggi (menggunakan pompa BFP) yang kemudian dilewatkan ke pre-boiler (economizer) untuk dipanaskan awal, sehingga temperatur pelan-pelan naik

2 - 3 : Proses pemanasan di boiler pada tekanan tetap, sehingga air berubah menjadi saturated steam dan entropi naik (energi per satuan temperatur yang tidak bisa digunakan untuk melakukan kerja)

3 - 3' : saturated steam yang terbentuk harus dipanaskan lagi sehingga temperaturnya naik yang berimbas juga pada tekanan naik dan berubah menjadi superheated steam. Kenaikan pressure inilah yang digunakan untuk memutar sudu turbine

3' - 4' : superheated steam telah digunakan untuk memutar sudu turbine tekanan tinggi sehingga temperatur dan tekanan pelan-pelan turun
4' - 4 : entropi terus turun karena mengikuti penurunan temperatur namun energi yang ada pada steam masih bisa dinaikkan lagi temperaturnya (reheater) pada siklus 4 - 3 sehingga bisa digunakan untuk memutar sudu turbine tekanan rendah

4 - 1 : Setelah tekanan menjadi rendah, low pressure steam diubah menjadi air lagi di condenser

Siklus terjadi terus menerus dalam keadaan tertutup (close cycle) dan proses inilah yang terjadi di PLTU.

"Description :
1 - 2 : the first cycle is water pumped from low pressure to high pressure (BFP) then to Pre Boiler (Economizer) to be heated so that rising temperature
2 - 3 : heating process in Boiler at constant pressure, so that water converted into Saturated Steam
3 - 3' : Saturated Steam that produced must be heated again so that rising temperature at constant pressure and changed to Superheated Steam
3' - 4' : Superheated Steam used to rotate Turbine Blade so that decreasing of temperature and pressure
4 - 1 : after pressure become low. Low Pressure steam converted into water in Condenser
The cycles occur continuously in close cycle and this is occuring process in PLTU"

Steam Drum

Diambil dari handbook (Babcock & Wicox) didapat informasi bahwa fungsi steam drum sebagai berikut:

Mencampur feedwater dengan saturated water sisa pemisahan uap dan air
Mencampur injeksi kimia agar merata ke semua sistem
Memurnikan steam dari kontaminan dan kandungan moisture
Sebagai sarana blowdown untuk membuang solid content yang tertangkap
Sebagai water storage emergency ketika boiler terjadi perubahan beban
Mencegah water droplet carry-over ke superheater yang memungkinkan thermal damage bisa terjadi
Mengurangi steam carry-under yang bisa menyebabkan penurunan hydraulic pumping head
Mencegah carry-over solid yang ter-disoolved yang bisa menyebabkan kerusakan pada turbine

Berikut penampang steam/water drum di PLTU:

Referensi:

[1] Feriyanto, Y.E. (2015). Best-Practice Experience in Steam Power Plant, Surabaya

[2] The Babcock & Wilcox Company. Boiling Heat Transfer, Two-Phases Flow and Circulation

[3] http://www.answers.com/Q/What_is_difference_between_subcritical_supercritical_boiler

[4] http://www.scribd.com/doc/87622501/Super-Critical-Boilers-vs-Sub-Critical-Boilers

[5] http://www.nationalboiler.com/blog/boiler-repair/the-benefits-of-supercritical-boilers

[6] http://www.slideshare.net/SHIVAJICHOUDHURY/super-critical-boiler

[7] http://www.erc.uct.ac.za/jesa/volume19/19-1jesa-kapooria-etal.pdf

[8] https://en.wikipedia.org/wiki/Rankine_cycle

[9] Zhou, S., and Turnbull, A. (2002). Steam Turbine Operating Condictions, Chemistry of Condensate, and Environment Assisted Cracking - A Critical Review. UK

[10] Kurita. (1999). Handbook of Water Treatment, Second Edition. Japan

[11] Basu, P. (2019). Power Plant Instrumentation and Control Handbook. Chapter 2. Main Equipment

Kutip Artikel Ini Sebagai Referensi (Citation):

Feriyanto, Y.E. (2015). Subcritical-Supercritical dan Steam Drum Boiler di PLTU, Best Practice Experience in Power Plant. www.caesarvery.com. Surabaya

ARTIKEL TERKAIT:
1. Macam - Macam Boiler
2. Macam Cycle Proses
3. Boiler & Permasalahannya

Trending Topik

Subcritical-Supercritical dan Steam Drum Boiler di PLTU

Diposting oleh caesarvery On Friday, October 23, 2015

Related Posts:

2 comments