Upload
abduloding89
View
66
Download
10
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Mengenal lebih dalam tentang boiler
Citation preview
1
KETEL UAP (BOILER)
1. PENDAHULUAN
Unit utilitas merupakan sarana penunjang yang diperlukan untuk operasi
suatu proses. Unit utilitas ini mencakup beberapa bagian, diantaranya adalah
unit pengolahan air, unit pembangkit steam, unit pembangkit listrik, udara tekan
dan lain-lain. Pada makalah ini, yang akan dibahas adalah masalah unit
pembangkit steam (boiler).
1.1 Prinsip Kerja Boiler
Boiler atau ketel uap merupakan sebuah alat untuk menghasilkan uap,
dimana terdiri dari dua bagian yang penting : dapur pemanasan, yaitu untuk
menghasilkan panas yang didapat dari pembakaran bahan bakar dan boiler
proper, yaitu sebuah alat yang mengubah air menjadi uap. Fluida panas (uap)
kemudian disirkulasikan dari ketel untuk berbagai proses dalam aplikasi industri,
seperti untuk penggerak, pemanas, dan lain-lain.
Hal-hal yang mempengaruhi effisiensi boiler adalah bahan bakar dan
kualitas air umpan boiler. Parameter-parameter yang mempengaruhi kualitas air
umpan boiler antara lain :
1. Oksigen terlarut; Dalam jumlah yang tinggi dapat menyebabkan korosi
pada peralatan boiler.
2. Kekeruhan; Dapat mengendap pada perpipaan dan peralatan proses
serta mengganggu proses.
3. pH; Bila tidak sesuai dengan standart kualitas air umpan boiler dapat
menyebabkan korosi pada peralatan.
4. Kesadahan; Merupakan kandungan ion Ca dan Mg yang dapat
menyebabkan kerak pada peralatan dan perpipaan boiler sehingga
menimbulkan local overheating.
2
5. Fe; Fe dapat menyebabkan air berwarna dan mengendap di saluran air
dan boiler bila teroksidasi oleh oksigen.
6. Asiditas; Kadar asiditas yang tinggi dapat menyebabkan korosi.
Gambar 1.1 prinsip dasar ketel uap
1.2 Tipe Boiler
Secara umum, boiler digolongkan menjadi dua tipe :
1. Boiler Pipa Api (Fire Tube Boiler)
Pada boiler pipa api, api dan gas panas yang dihasilkan oleh pembakaran
bahan bakar mengalir melalui pipa-pipa yang dikelilingi oleh air yang
berfungsi sebagai penyerap panas. Panas dihantarkan melalui dinding-
dinding pipa dari gas-gas panas ke air disekelilingnya. Boiler pipa api
dapat menggunakan bahan bakar minyak, gas, dan bahan bakar padat.
3
Gambar 1.2 ketel pipa api
Gambar 1.3 boiler pipa api
Boiler pipa api memiliki keuntungan sebagai berikut:
Konstruksi yang relatif lebih kuat
Biaya perawatan murah
Pengoperasian dan perawatan mudah
Flexibilitas dalam pengaturan dan perubahan beban pada saat
pengoperasiannya
4
Akan tetapi, terdapat juga beberapa hal yang tidak menguntungkan,
diantaranya:
Kapasitas kecil
Efisiensi termal rendah
Lambat mencapai tekanan kerja maksimum
2. Boiler Pipa Air (Water Tube Boiler)
Pada boiler pipa air, air berada di dalam pipa-pipa yang dikelilingi oleh api
dan gas-gas panas yang berada di luar pipa, sehingga pembentukan uap terjadi di
dalam pipa-pipa. Pada dinding dapur boiler pipa air, hampir semuanya tertutup
oleh pipa-pipa air. Pipa-pipa air ini berfungsi sebagai permukaan perpindahan
panas, dan sebagai pendingin dinding dapur boiler sehingga akan
memperpanjang usia pakainya.
Gambar 1.4 Ketel Pipa Air
5
Gambar 1.5 boiler pipa air
1.3 Bagian-Bagian Boiler
1. Ruang bakar/furnace merupakan tempat berlangsungnya pembakaran.
2. Alat pembakar/burner merupakan tempat bercampurnya bahan bakar
dengan udara dan melakukan pembakaran.
3. Permukaan penguap/steaming surface, berfungsi menangkap energi kalor
dari gas dan meneruskannya ke air sehingga air menjadi uap.
4. Cerobong/stack berfungsi sebagai saluran pembuangan gas asap dan
menarik api.
5. Drum uap/steam drum, berfungsi sebagai pengumpul uap, pemisah uap
dan tempat pemasukan air.
6
1.4 Alat Tambahan pada Ketel Boiler
Alat tambahan pada ketel uap diantaranya yaitu:
1. Indikator tinggi air merupakan alat untuk menunjukan tinggi permukaan
air yang ada pada boiler. Alat ini berada di depan boiler.
2. Katup pengaman berfungsi untuk menjaga dari terjadinya peledakan
boiler karena tekanan yang melebihi batas. Terdapat empat macam jenis
katup pengaman, yaitu:
Lever safety valve
Berfungsi untuk menjaga tekanan boiler tetap aman. Jika ada
tekanan yang melebihiseting, maka katup akan terangkat dari
kedudukannya dan uap akan keluar secaraotomatis,sehngga
tekanan dalam air akan turun.
Dead weight safety valve
Umumnya dipakai pada boiler yang diam. Pada tekanan normal
pemberat akanmenyebabkan katup terletak pada kedudukannya.
Jika tekanan melebihi seting, katupakan terangkat dari
kedudukannya dan uap akan keluar sehingga tekanan normallagi.
Jumlah pemberat disesuaikan dengan tekanan perencanaan.
High steam and lower safety valve
Katup ini terletak di puncak pada ketel uap Cornish dan
Lancashire. Katup inidigunakan jika tekanan kerja uap lebih besar
daripada seting, dan jika level air dalam boiler terlalu rendah.
Spring loaded safety valve
Biasanya dipakai pada boiler yang bergerak, misalnya pada kereta
api. Terdapat duakatup yang di tempatkan pada dudukan katup.
Jika tekanan melebihi seting, makauap mendesak katup.
3. Pemanas air, befungsi untuk menaikkan temperatur air yang masuk ke
boiler. Dengan pemanas ini, maka beban termis boiler akan lebih ringan,
dan mengurangikerak-kerak pada boiler.
7
4. Pompa pengisi air, berfungsi sebagai pengisi air pada boiler.
5. Pengatur air merupakan alat kontrol otomatis untuk mengatur
pemasukan air agar tingginya tetap di dalam boiler.
6. Ekonomiser merupakan jenis dari pemanas air. Akan tetapi, ekonomiser
menerima panas dari gas-gas sisa pembakaran yang menuju stack
Keuntungan dari ekonomiser yaitu:
Mengefisiensikan bahan bakar antara 15-20%
Dapat mencegah timbulnya kerak dalam pipa air, karena boiler
sudah dipanaskan dan kerak terbentuk dalam pipa-pipa
ekonomiser.
7. Water treatment plant, berfungsi untuk mengolah air agar air tersebut
baik untuk boiler.
8. Separator, berguna untuk menghilangkan moist ure - moist ure uap
setelah dari boiler untuk didistribusikan. Uap dari boiler dibawa ke dalam
chamber yang jauh lebih besar dari pipanya sendiri, sehingga terjadi
ekspansi volume.
9. Kipas udara atau blower, berfungsi untuk memasukkan udara ke dalam
ruang bakar boiler.
8
Instalasi Ketel Uap
Gambar 1.6 Instalasi Ketel Uap
Komponen Utama :
1. Pompa air umpan ketel
2. Economiser
3. Boiler
4. Superheater
5. Alat Pemanas Udara ( APL)
6. Ruang Bakar
7. Cerobong Asap
8. Blower
9
Cara kerja
Air umpan ketel dari tangki dipompakan ke economizer untuk dipanaskan
awal sebelum masuk ketel uapm Dari economizer air yang sudah hangat dialirkan
ke ketel, selanjutnya dipanaskan sampai menghasilkan uap jenuh (saturated
steam). Uap jenuh dari ketel dipanaskan lanjut di pemanas lanjut (superheater)
dan menghasilkan uap panas lanjut (superheated steam) yang siap untuk
digunakan, seperti :
Menggerakkan turbin uap (steam turbine)
Untuk keperluan pemrosesan (merebus, memanaskan, dll.) Steam
generation juga dilengkapi dengan peralatan peralatan keselamatan,
seperti :
Pengukur level air di ketel
Pengukur tekanan di ketel
dll
1.5 Bahan Bakar dan Proses Pembakaran
Unsur-unsur kimia yang terkandung dalam bahan bakar dan dapat
menghasilkan energi panas adalah karbon (C), hidrogen (H2), dan belerang (S).
Unsur-unsur tersebut akan teroksidasi di ruang bakar dan membentuk gas-gas
yang disebut gas asap. Pada umumnya, bahan bakar juga mengandung oksigen
(O2) yang bereaksi terlebih dahulu dengan hidrogen. Adanya hidrogen
merupakan kerugian energi panas karena jumlah hidrogen yang seharusnya
menghasilkan energi panas di ruang bakar seluruhnya, sebagian telah terambil
oleh oksigen.
1.6 Kebutuhan Udara Pembakaran
Udara yang dibutuhkan untuk membakar bahan bakar dengan reaksi
kimia yang sempurna disebut keperluan udara teoritik dan stokiometrik.
Kebutuhan udara biasanya dinyatakan dengan jumlah udara yang diperlukan
untuk membakar 1 kg bahan bakar. Dari reaksi kimia dapat ditentukan udara dan
10
gas asap yang terjadi. Kebutuhan udara dan gas asap yang terjadi untuk setiap kg
unsur bahan bakar dapat dilihat pada tabel berikut:
Tabel 1.1 Kebutuhan udara dan gas asap yang terjadi
Unsur
Bahan
Bakr (kg)
Keperluan Udara Gas Asap
Oksigen
kg/kg
Unsur
Nitrogen
terbawa
kg/kg Unsur
Udara
Kg/kg
Unsur
Hasil hasil reaksi Nitroge
n
kg/kg
Unsur
Total
kg/kg
Unsur
Rumus
Kimia
Jumlah
kg/kg unsur
C 2,667 8,828 11,495 CO2 3,667 8,828 12,495
H 8 26,483 34,483 H2O 9 26,483 35,483
S 1 3,31 4,31 SO2 2 3,31 5,31
Jika setiap bahan bakar mengandung unsur-unsur sebagai berikut:
Karbon (C) = c kg
Hidrogen (H2) = h kg
Belerang (S) = s kg
Nitrogen (N2) = n kg
Oksigen (O2) = o kg
Air (H2O) = w kg
Abu (A) = a kg
Total 1 kg
Maka keperluan udara teoritik (Lt) adalah sebagai berikut:
Lt = 11,495 (c) + 34,483 (h-o/8) + 4,31 (s)kg udara/kg bb
Keperluan udara yang sebenarnya (Ls) dinyatakan dengan persamaan :
Ls = (1 - ) Lt
= faktor kelebihan udara (exess air)
Harga bergantung pada jenis bahan bakar, ukuran bahan bakar dan cara
pembakaran. Ls juga biasa disebut perbandingan bahan bakar/air fuel ratio (AF).
11
Keperluan udara per kg bahan bakar sering dinyatakan dalam
Nm3 dengan persamaan:
Lsv =
=
Nm3kg bb
1.7 Gas Asap/ Flue Gas Hasil Pembakaran
Jumlah asap yang terjadi jika bahan bakar tidak mengandung abu harus
sama dengan penjumlahan udara yang diberikan dengan bahan bakar yang
terbakar. Jika udara yang diberikan memiliki faktor untuk setiap kg bahan bakar,
udara sejumlah. Lt tidak melakukan reaksi pembakaran. Udara tersebut masih
tetap dan berada dengan asap.
1.8 Pengujian Boiler
Pengujian boiler dapat membantu dalam menemukan penyimpangan
efisiensi boilerdari efisiensi terbaik dan target area permasalahan untuk tindakan
perbaikan. Di dalam pengujian boiler, hal yang harus diperhatikan, yaitu:
1.8.1 Neraca Panas
Neraca panas merupakan keseimbangan energi total yang masuk
terhadap energi total yang keluar boiler dalam bentuk yang berbeda.
Proses pembakararan pada boiler dapatdigambarkan pada diagram
neraca energi. Diagram ini menggambarkan energi yang masukdari
bahan bakar diubah menjadi aliran energi dengan berbagai kegunaan
dan menjadialiran energi dan panas yang hilang.
Gambar 1.7 Diagram neraca energi boiler
12
1.8.2 Perpindahan Panas
Perpindahan panas adalah proses terjadinya perpindahan panas dari
temperature tinggi ke temperatur rendah melalui suatu media. Panas
selalu bergerak dari tempat yangpanas ke tempat dingin. Perpindahan
panas dibagi dalam tiga cara, yaitu konduksi, radiasi dan konveksi.
Perpindahan panas secara konduksi, Konduksi merupakan proses
perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan partikel.
Qk = - kA
di mana , q : laju perpindahan kalor
k : konduktivitas terma
A : luas permukaan
gradien suhu ke arah perpindahan kalor
Perpindahan panas secara Radiasi, Radiasi merupakan
perpindahan energi kalor dalam bentuk
gelombang elektromagnetik.
q= - hAT4
di mana, q : kalor
: proporsionalitas/Stefan- Boltzmann, 5,669 x 10-8 W/m2.K4
A : luas permukaan
T : perubahan temperatur
Perpindahan panas secara konveksi, Konveksi merupakanproses
perpindahan panas dari suatu bagian fluida ke bagian lain fluida
oleh pergerakan fluida itu sendiri. Perpindahan panas konveksi
diklasifikasikandalam konveksi alami (natural convection) dan
konveksi paksa (force convection) menurutcara menggerakkan
13
alirannya. Bila perpindahannya dikarenakan perbedaan
kerapatandisebut konveksi alami (natural convection) dan bila
didorong, misal dengan fan ataupompa disebut konveksi paksa
(forced convection).
Q = hAT
di mana, q : kalor
h : koefisien perpindahan kalor
A : luas permukaan
T: perubahan temperatur
1.8.3 Perhitungan Efisiensi Boiler
Untuk menghitung efisiensi boiler diperlukan data hasil perhitungan
keseimbanganmassa dan energi. Perhitungan yang akan dilakukan
merupakan efisiensi termal denganmenggunakan metode langsung.
Efisiensi dihitung menggunakan parameter-parameterenergi masuk
dan energi keluar sistem boiler yang berguna.
effesiensi =
x 100%
effisiensi =
Di mana:
= laju alir air umpan (kg/jam)
H = entalpi air pengisi boiler (kJ/kg)
Mb = laju alir bahan bakar (kg/jam)
NHF = nilai kalor bahan bakar (kJ/kg)
Mu = laju alir udara (kg/jam)
Hu = entalpi udara (kJ/kg)
Hu = entalpi uap (kJ/kg)
14
1.8.4 Parameter pengukuran
Di dalam pengujian ini, parameter pengukuran yang diamati yaitu:
- Air pengisi boiler
Laju alir air pengisi boiler
Temperatur
- Bahan bakar
Laju alir bahan bakar
Temperatur
- Udara pembakaran
Laju alir udara
Temperatur udara sekitar
- Uap
Temperatur
Tekanan
15
2. Turbin Uap
Turbin Uap adalah salah satu komponen dasar dalam pembangkit listrik
tenaga uap. Dimana komponen utama dari sistem tersebut yaitu : Ketel,
kondensor, pompa air ketel, dan turbin itu sendiri. Uap yang berfungsi sebagai
fluida kerja dihasilkan oleh katel uap, yaitu suatu alat yang berfungsi untuk
mengubah air menjadi uap.
2 3
Wp WT
1 4
Gambar 2.1 Siklus rankine
Siklus ideal yang terjadi didalam turbin adalah siklus Renkine ; Air pada
siklus 1 dipompakan, kondisinya adalah isentropik s1 = s2 masuk ke boiler
dengan tekanan yang sama dengan tekanan di kondenser tetapi Boiler menyerap
panas sedangkan kondenser melepaskan panas, kemudian dari boiler masuk ke
turbin dengan kondisi super panas h3 = h4 dan keluaran dari turbin berbentuk
uap jenuh dimana laju aliran massa yang masuk ke turbin sama dengan laju
aliran massa keluar dari turbin, ini dapat digambarkan dengan menggunakan
diagram T-s berikut:
BOILER
konderser
Q in
Q out
16
3
T Cp
2
4
1
s
Menurut Hukum pertama Thermodinamika, kerja yang dihasilkan oleh
suatu proses siklus adalah sama dengan Jumlah Perpindahan Kalor pada fluida
kerja selama proses siklus tersebut berlangsung. Jadi untuk proses Siklus 1 2
2 3 3 4 1
Dengan rumus:
W = T dS
W = Kerja per satuan berat fluida kerja
Ds = Luas 1 2 - 2 2 3 4 - 1 pada diagaram ( T s )
Dalam kenyataan Siklus sistem Turbin Uap menyimpang dari Siklus
Ideal (Siklus Rankine ) antara lain karena faktor tersebut dibawah ini :
1. Kerugian dalam pipa atau saluran fluida kerja, misalnya kerugian
gesekan dan kerugian kalor ke atmosfer disekitarnya .
2. Kerugian tekanan dalam ketel uap
3. Kerugian energi didalam turbin karena adanya gesekan pada fluida kerja
dan bagian-bagian dari turbin.
Gambar.2.2 Diagram Temperatur (T) Entropi (S)
17
2.1 Prinsip Kerja Turbin Uap
Secara singkat prinsip kerja turbin uap adalah sebagai berikut :
Uap masuk kedalam turbin melalui nosel. Didalam nosel energi panas dari
uap dirubah menjadi energi kinetis dan uap mengalami pengembangan.
Tekanan uap pada saat keluar dari nosel lebih kecil dari pada saat masuk ke
dalam nosel, akan tetapi sebaliknya kecepatan uap keluar nosel lebih besar
dari pada saat masuk ke dalam nosel.
Uap yang memancar keluar dari nosel diarahkan ke sudu-sudu turbin yang
berbentuk lengkungan dan dipasang disekeliling roda turbin. Uap yang
mengalir melalui celah-celah antara sudu turbin itu dibelokkan kearah
mengikuti lengkungan dari sudu turbin. Perubahan kecepatan uap ini
menimbulkan gaya yang mendorong dan kemudian memutar roda dan
poros turbin.
Jika uap masih mempunyai kecepatan saat meninggalkn sudu turbin berarti
hanya sebagian yang energi kinetis dari uap yang diambil oleh sudu-sudu
turbin yang berjalan. Supaya energi kinetis yang tersisa saat meninggalkan
sudu turbin dimanfaatkan maka pada turbin dipasang lebih dari satu baris
sudu gerak. Sebelum memasuki baris kedua sudu gerak. Maka antara baris
pertama dan baris kedua sudu gerak dipasang satu baris sudu tetap ( guide
blade ) yang berguna untuk mengubah arah kecepatan uap, supaya uap
dapat masuk ke baris kedua sudu gerak dengan arah yang tepat.
Kecepatan uap saat meninggalkan sudu gerak yang terakhir harus dapat
dibuat sekecil mungkin, agar energi kinetis yang tersedia dapat
dimanfaatkan sebanyak mungkin. Dengan demikian effisiensi turbin
menjadi lebih tinggi karena kehilangan energi relatif kecil.
18
2.2 Klasifikasi Turbin Uap
Turbin Uap dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kategori yang
berbeda berdasarkan pada konstruksinya, prinsip kerjanya dan menurut proses
penurunan tekanan uap sebagai berikut:
2.2.1 Klasifikasi Turbin berdasarkan Prinsip Kerjanya
1. Turbin Impulse
Turbin impuls atau turbin tahapan impuls adalah turbin sederhana
berrotor satu atau banyak (gabungan ) yang mempunyai sudu-sudu pada
rotor itu. Sudu biasanya simetris dan mempunyai sudut masuk dan sudut
keluar.
Turbin satu tahap.
Turbin impuls gabungan.
Turbin impuls gabungan kecepatan.
Ciri-ciri dari turbin impuls antara lain:
- Proses pengembangan uap / penurunan tekanan seluruhnya terjadi pada
sudu diam / nosel.
- Akibat tekanan dalam turbin sama sehingga disebut dengan Tekanan
Rata.
2. Turbin Reaksi
Turbin reaksi mempunyai tiga tahap, yaitu masing-masingnya terdiri dari
baris sudu tetap dan dua baris sudu gerak. Sudu bergerrak turbin reaksi
dapat dibedakan dengan mudah dari sudu impuls karena tidak simetris,
karena berfungsi sebagai nossel bentuknya sama dengan sudu tetap
walaupun arahnya lengkungnya berlawanan.
Ciri-ciri turbin ini adalah :
- Penurunan tekanan uap sebagian terjadi di Nosel dan Sudu Gerak
- Adanya perbedaan tekanan didalam turbin sehingga disebut Tekanan
Bertingkat.
19
2.2.2 Klasifikasi turbin uap berdasarkan pada tingkat penurunan Tekanan
Dalam Turbin
Turbin Tunggal ( Single Stage )
Dengan kecepatan satu tingkat atau lebih turbin ini cocok untuk untuk
daya kecil, misalnya penggerak kompresor, blower, dll.
Turbin Bertingkat (Aksi dan Reaksi ).
Disini sudu-sudu turbin dibuat bertingkat, biasanya cocok untuk daya
besar. Pada turbin bertingkat terdapat deretan sudu 2 atau lebih.
Sehingga turbin tersebut terjadi distribusi kecepatan / tekanan.
2.2.3 Klasifikasi turbin berdasarkan Proses Penurunan Tekanan Uap
Turbin Kondensasi.
Tekanan keluar turbin kurang dari 1 atm dan dimasukkan kedalam
kompresor.
Turbin Tekanan Lawan.
Apabila tekanan sisi keluar turbin masih besar dari 1 atm sehingga
masih dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin lain.
Turbin Ekstraksi.
Didalam turbin ini sebagian uap dalam turbin diekstraksi untuk roses
pemanasan lain, misalnya proses industri.
2.3 Prinsip Kerja Turbin Uap Jenis Bertingkat 905 TG 1 / 2 / 3 / 4
Turbin pembangkit listrik tenaga uap UP II Dumai adalah turbin yang
mempunyai Condensing Axial Flow Type dan memiliki turbin jenis bertingkat.
Turbin uap yang diinjeksikan steam LP kedalam turbin dan keluaran dalam
bentuk condence (uap jenuh) dan disebut dengan turbin uap kondensasi.
Besarnya tekanan keluaran 0,04 bar sampai dengan 0,1 bar.
Turbin uap dibuat dengan daya yang telah ditentukan. Daya yang
dihasilkan turbin diperoleh dari selisih entalphi (panas jatuh) dan kapasitas uap (
massa aliran uap persatuan waktu ) yang masuk kedalam turbin. Dan pada saat
20
transformasi energi didalam turbin terjadi kerugian, sehingga daya yang
dihasilkan turbin dapat dihitung dengan persamaan berikut:
P = h . ms . i . m dalam KW
Dimana :
h : selisih entalpi dari ekspansi esentropik antara uap baru masuk
kedalam turbin dengan uap bekas yang keluar dari turbin , dalam
KJ/Kg.
Ms : kapasitas uap (massa uap yang masuk kedalam turbin persatuan
waktu).
i : Rendemen dalam turbin.
m : Rendamen mekanis dari turbin.
Dan randemen dari kopling dari turbin
I . m = c
Besarnya harga randemen dari turbin tergantung dari kepada sistem
sudu-sudu turbin. Pada turbin bertingkat deretan sudu ada dua atau lebih
sehingga dalam turbin tersebut terjadi distribusi kecepatan / tekanan, tegantung
dari jenis turbin ( aksi dan reaksi ) serta hasil-hasil fabrikasi. Berikut gambar grafik
kecepatan bertingkat dan tekanan bertingkat pada turbin bertingkat aksi dan
reaksi. Turbin reaksi mengalami ekspansi pada sudu pengarah maupun pada
sudu gerak sehingga menggerakan dan mendorong sudu dalam arah aksial.
Untuk mengurangi dorongan aksial ini, adalah biasanya dengan memasang sudu-
sudu gerak pada pada drum yang juga berfungsi sebagai rotor.
21
2.3.1 Proses Induction Steam Turbin.
Proses pemasukan uap di turbin uap 905 GT 1/2/3/4 secara sederhana :
Uap masuk kedalam emergency stop valve, dimana fungsinya menutup total
suplay uap dari boiler ke turbin dalam waktu yang singkat. Setelah dari stop
valve, uap melewati HP control valve. Control valve ( katup pengatur ) ini
digerakkan oleh sebuah balok yang diatur naik atau turun oleh sebuah silinder
melalui serangkai tuas. Silinder ini menerima sinyal dari Governor.
Katup pengatur uap tekanan tinggi ( HP Control Valve ) mengatur jumlah
uap yang masuk ke nosel ( pipa semprot ), yang selanjutnya menggerakkan
turbin impuls satu tingkat. Energi uap yang masih tersisa kemudian
menggerakkan turbin reaksi yang terdiri atas 14 tingkat. Desain turbin ini
memungkinkan penggunaan uap tekanan rendah (LP steam) yang
diijeksikan/induction untuk membantu menggerakkan turbin reaksi tingkat ke 13
dan tingkat ke 14.
Pola operasi dengan uap tekanan rendah yang bertekanan konstan diatur
oleh LP control valve ( katup pengatur uap tekanan rendah ). Governor mengatur
aliran uap tekanan rendah dan daya keluaran turbin yang tidak saling bergantung
satu sama lainnya. Uap yang telah diekspansikan keluar melalui pipa buangan
berdiameter 70 inchi. Pipa buangan dari tiap turbin 905 - TG 1/2/3/4 bergabung
pada satu pipa berdiameter 110 inchi yang selanjutnya mengalirkan uap dan
kondensat ke surface condensor (pendingin dengan media udara). Sebelum air
tersebut dikembalikan ke Boiler (ketel), air kondensat digabungkan dengan air
yang ada pada bak penampung dan dipompakan ke Turbin 1 Tingkat yang
berjumlah dua buah untuk menjaga kekurangan kuantitas air ke Boiler. Air
dikembalikan kembali ke boiler untuk diubah menjadi uap kembali, jadi sistem
yang digunakan adalah sistem tertutup.
Rumah turbin terbagi dua dalam arah horizontal yang dipasangkan pada
dudukan Bantalan (Bearing Pendestal ).
22
Pipa keluaran uap dan kondensat dihubungkan dengan turbin memakai
sambungan Flens dan arah aliran kebawah. Poros turbin terbuat dari baja tempa
yang kemudian dikerjakan dengan proses permesinan. Sudu turbin terdiri dari
sudu impuls dan sudu reaksi. Bantalan Luncur ( Jounal Bearing ) penyangga poros
terdiri dari dua bahagian. Dudukan bagian depan juga merupakan Rumah
Bantalan Aksial (Trust Bearing) yang meredam gaya aksial. Kelonggaran yang
tepat antara sudu tetap dengan sudu gerak akan menghasilkan pemanfaatan
energi yang optimum.
Balancing Piston dipasang pada turbin untuk mengimbangi gaya aksial
yang ditimbulkan oleh sudu reaksi. Besarnya gaya aksial bergantung kepada
beban yang terjadi yang kelebihannya ditahan oleh bantalan aksial. Pada saat
bersamaan Balancing piston menyekat uap tekanan tinggi didaerah sudu impuls.
Diafragma memisahkan uap bertekanan tinggi dengan uap bertekanan rendah.
Turbin dikontrol oleh governor hidrolik.
Pompa pelumas utama dan Impeler dari governor diputar oleh turbin
melalui roda gigi. Governor adalah sebagai pengatur yang berfungsi untuk
mengurangi aliran uap ke turbin bila kecepatan putar melebihi yang diinginkan
(Over Speed).
2.3.2 Bagian bagian Turbin Uap 905 TG 1 / 2 / 3 / 4
Dari data yang didapatkan dari Blue Book dan menurut lampiran dari gambar
Turbin Part SR 434450 maka bagian bagian Turbin dapat diuraikan sebagai
berikut :
1. CASSING
Adalah sebagai penutup bagian-bagian utama turbin.
2. ROTOR
Adalah bagian turbin yang berputar yang terdiri dari poros, sudu turbin
atau deretan sudu yaitu Stasionary Blade dan Moving Blade. Untuk turbin
23
bertekanan tinggi atau ukuran besar, khususnya unuk turbin jenis reaksi
maka motor ini perlu di Balanceuntuk mengimbagi gaya reaksi yang timbul
secara aksial terhadap poros.
3. BEARING PENDESTAL
Adalah merupakan kekdudukan dari poros rotor.
4. JOURNAL BEARING
Adalah Turbine Part yang berfungsi untuk menahan Gaya Radial atau Gaya
Tegak Lurus Rotor.
5. THRUST BEARING
adalah Turbine Part yang berfungsi untuk menahan atau untuk menerima
gaya aksial atau gaya sejajar terhadap poros yang merupakan gerakan maju
mundurnya poros rotor.
6. MAIN OLI PUMP
Berfungsi untuk memompakan oli dari tangki untukdisalurkan pada bagian
bagian yang berputar pada turbin . Dimana fungsi dari Lube Oil adalah :
Sebagai Pelumas pada bagian bagian yang berputar.
Sebagai Pendingin ( Oil Cooler ) yang telah panas dan masuk ke
bagian turbin dan akan menekan / terdorong keluar secara sirkuler
Sebagai Pelapis ( Oil Film ) pada bagian turbin yang bergerak secara
rotasi.
Sebagai Pembersih ( Oil Cleaner ) dimana oli yang telah kotor
sebagai akibat dari benda-benda yang berputar dari turbin akan
terdorong ke luar secara sirkuler oleh oli yang masuk .
7. GLAND PACKING
Sebagai Penyekat untuk menahan kebocoran baik kebocoran Uap maupun
kebocoran oli.
8. LABIRINTH RING
Mempunyai fungsi yang sam dengan gland packing.
9. IMPULS STAGE
24
Adalah sudu turbin tingkat pertama yang mempunyai sudu sebanyak 116
buah
10. STASIONARY BLADE
Adalah sudu-sudu yang berfingsi untuk menerima dan mengarahkan steam
yang masuk.
11. MOVING BLADE
Adalah sejumlah sudu-sudu yang berfungsi menerima dan merubah Energi
Steam menjadi Energi Kinetik yang akan memutar generator.
12. CONTROL VALVE
Adalah merupakan katup yang berfungsi untuk mengatur steam yang
masuk kedalam turbin sesuai dengan jumlah Steam yang diperlukan.
13. STOP VALVE
Adalah merupakan katup yang berfungsi untuk menyalurkan atau
menghentikan aliran steam yang menuju turbin.
14. REDUCING GEAR
Adalah suatu bagian dari turbin yang biasanya dipasang pada turbin-turbin
dengan kapasitas besar dan berfungsi untuk menurunkan putaran poros
rotor dari 5500rpm menjadi 1500 rpm.
Bagian-bagian dari Reducing Gear adalah :
Gear Cassing adalah merupakan penutup gear box dari bagian-
bagian dalam reducing gear.
Pinion ( high speed gear ) adalah roda gigi dengan type Helical yang
putarannya merupakan putaran dari shaft rotor turbin uap.
Gear Wheal ( low speed gear ) merupakan roda gigi type Helical
yang putarannya akan mengurangi jumlah putaran dari Shaft rotor
turbin yaitu dari 5500 rpm menjadi 1500 rpm.
Pinion Bearing yaitu bantalan yang berfungsi untuk menahan /
menerima gaya tegak lurus dari pinion gear.
25
Pinion Holding Ring yaitu ring berfungsi menahan Pinion Bearing
terhadap gaya radial shaft pinion gear.
Wheel Bearing yaitu bantalan yang berfungsi menerima atau
menahan gaya radial dari shaft gear wheel.
Wheel Holding Ring adalah ring penahan dari wheel Bearing
terhadap gaya radial atau tegak lurus shaft gear wheel.
Wheel Trust Bearing merupakn bantalan yang berfungsi menahan
atau menerima gaya sejajar dari poros gear wheel ( gaya aksial )
yang merupakan gerak maju mundurnya poros.
3. Pembangkit Energi dan Penggunaannya
3.1 Definisi Kogenerasi dan Sistem kogenerasi
Menurut definisi, kogenerasi adalah suatu proses pembangkitan dan
pemanfaatan energi dalam bentuk yang berbeda secara serempak dari energi
bahan bakar untuk menghasilkan tingkat efisiensi maksimum, ekonomis dan
ramah lingkungan.
Aplikasi
kogenerasi yang lazim digunakan adalah pembangkitan energi listrik dan
pembangkitan energi termal. Energi listrik akan dipakai untuk catu daya bagi
peralatan kelistrikan. Energi termalnya akan digunakan untuk membangkitkan
uap, air panas, atau untuk proses pendingin sebuah absorption chiller.
Sistem kogenerasi adalah serangkaian atau pembangkitan secara
bersamaan beberapa bentuk energi yang berguna (biasanya mekanikan dan
termal) dalam satu sistem yang terintegrasi. Sistem CHP (Combined Heat &
Power) terdiri dari sejumlah komponen individu mesin penggerak (mesin
panas), generator, pemanfaatan kembali panas, dan sambungan listrik
tergabung menjadi suatu integrasi. Jenis peralatan yang menggerakkan seluruh
system (mesin penggerak) mengidentifikasi secara khusus sistim CHPnya. Mesin
penggerak untuk sistim CHP terdiri dari mesin reciprocating, pembakaran atau
26
turbin gas, turbin uap, turbin mikro dan sel bahan bakar. Mesin penggerak ini
dapat membakar berbagai bahan bakar, yaitu gas alam, batubara, minyak bakar,
dan bahan bakar alternatif untuk memproduksi daya poros atau energy mekanis.
Meskipun umumnya energi mekanis dari mesin penggerak digunakan untuk
menggerakkan generator untuk membangkitkan listrik, tetapi dapat juga
digunakan untuk menggerakkan peralatan yang bergerak seperti kompresor,
pompa, dan fan. Energi termal dari sistim dapat digunakan untuk penerapan
langsung dalam proses atau tidak langsung untuk memproduksi steam, air panas,
udara panas untuk pengeringan, atau air dingin/ chilled water untuk proses
pendinginanan.
Gambar 3.1 Efisiensi Energi Advantage Pada Sistim Kogenerasi (UNESCAP, 2000)
Gambar 3.1 menunjukkan efisiensi energi canggih CHP dibandingkan
dengan stasiun pusat pembangkit listrik konvensional dan pembangkit boiler.
Sistim CHP hanya menggunakan energy tiga perempat bagian dari energi yang
digunakan jika sistim panas dan daya terpisah. Penurunan konsumsi bahan bakar
primer ini merupakan keuntungan utama sistim CHP, karena jika pembakaran
lebih efisien atau kebutuhan bahan bakar lebih sedikit, berarti emisi akan lebih
sedikit untuk hasil yang sama.
27
3.2 Sistem Kogenerasi Turbin Uap
Turbin uap merupakan salah satu teknologi mesin penggerak yang multi
guna dan tertua yang masih diproduksi secara umum. Pembangkitan energi
dengan menggunakan turbin uap telah berlangsung sekitar 100 tahun, ketika alat
tersebut menggantikan mesin steam reciprocating karena efisiensinya yang
tinggi dan biayanya yang murah. Kapasitas turbin uap dapat berkisar dari 50 kW
hingga ratusan MWs untuk plant utilitas energi yang besar. Turbin uap digunakan
secara luas untuk penerapan gabungan panas dan daya (CHP). Siklus
termodinamika untuk turbin uap merupakan siklus Rankine. Siklus merupakan
dasar bagi stasiun pembangkitan daya konvensional dan terdiri dari sumber
panas (boiler) yang mengubah air menjadi steam tekanan tinggi. Dalam siklus
steam, air pertama-tama dipompa ke tekanan sedang hingga tinggi, kemudian
dipanaskan hingga suhu didih yang sesuai dengan tekanannya, dididihkan
(dipanaskan dari cair hingga uap), dan kemudian biasanya diberikan panas
berlebih/superheated (dipanaskan hingga suhu diatas titik didih). Turbin multi
tahap mengekspansi steam bertekanan sampai ke tekanan rendah dan steam
kemudian dikeluarkan ke kondensor pengembun pada kondisi vakum atau
menuju sistim distribusi suhu menengah yang mengirimkan steam ke
penggunaan industry atau komersial. Kondensat dari kondensor atau dari sistim
penggunaan steam dikembalikan ke pompa air umpan untuk keberlanjutan
siklus. Dua jenis turbin uap yang banyak digunakan adalah jenis tekanan balik
dan ekstraksi kondensasi. Pemilihan diantara keduanya sangat tergantung pada
besarnya panas dan daya, kualitas panas dan faktor ekonomi. Titik ekstraksi
steam dari turbin dapat lebih dari satu, tergantung pada tingkat suhu dari panas
yang diperlukan oleh proses.
28
3.2.1. Turbin Steam Tekanan Balik
Turbin steam tekanan balik merupakan rancangan yang paling sederhana.
Steam keluar turbin pada tekanan yang lebih tinggi atau paling tidak sama
dengan tekanan atmosfir, yang tergantung pada kebutuhan beban panas. Hal ini
yang menyebabkan digunakannya istilah tekanan balik. Dengan cara ini juga
memungkinkan mengekstraksi steam dari tahap intermediate turbin uap, pada
suhu dan tekanan yang sesuai dengan beban panas. Setelah keluar dari turbin,
steam diumpankan ke beban, dimana steam ini akan melepaskan panas dan
kemudian diembunkan. Embun kondensat kembali ke sistim dengan laju alir yang
dapat lebih rendah dari laju alir steam, jika steam digunakan dalam proses atau
jika terdapat kehilangan-kehilangan sepanjang jalur pipa. Air make-up digunakan
untuk menjaga neraca bahan.
Sistem tekanan balik memiliki keuntungan-keuntungan sebagai berikut:
Rancangannya sederhana dengan hanya beberapa komponen
Biaya tahapan tekanan rendah yang mahal dihindarkan.
Modalnya rendah
Kebutuhan air pendingin berkurang atau bahkan tidak ada.
Efisiensi totalnya tinggi, sebab tidak terdapat pembuangan panas ke
lingkungan yang melalui kondensor.
29
Sistim tekanan balik memiliki kerugian-kerugian sebagai berikut:
Turbin uap lebih besar untuk keluaran energi yang sama, sebab turbin ini
beroperasi pada perbedaan entalpi steam yang lebih rendah.
Laju alir massa steam yang menuju turbin tergantung pada beban termis.
Sebagai akibatnya, listrik yang dihasilkan oleh steam dikendalikan oleh
beban panas, yang menghasilkan sedikit atau tidak ada fleksibilitas pada
penyesuaian langsung keluaran listrik terhadap beban listrik. Oleh karena
itu, terdapat kebutuhan bagi hubungan dua arah jaringan listrik untuk
pembelian listrik tambahan atau penjualan listrik berlebih yang
dihasilkan.
3.2.2 Ekstraksi Kondensasi Turbin Uap
Pada sisitim ini, steam untuk beban panas diperoleh dengan cara
ekstraksi dari satu atau lebih tahap intermediate pada tekanan dan suhu yang
sesuai. Steam yang tersisa dibuang ke tekanan kondensor, yang besarnya 0,05
bar dengan suhu sekitar 33 C, sehingga tidak memungkinkan untuk
dimanfaatkan karena suhunya sangat rendah. Sebagai akibatnya, steam ini
dibuang ke atmosfir. Jika dibandingkan dengan sistim tekanan balik, turbin jenis
kondensasi memiliki biaya investasi yang lebih tinggi dan, umumnya, efisiensi
totalnya lebih rendah. Namun demikian, untuk tingkatan tertentu, turbin ini
dapat mengendalikan energy listrik yang tidak tergantung pada beban panas
dengan cara pengaturan laju alir steam yang tepat melalui turbin.
30
3.3 Turbin Gas Sistem Kogenerasi
Sistem turbin gas beroperasi pada siklus termodinamika yang dikenal
dengan siklus Brayton. Pada siklus Brayton, udara atmosfir dikompresi,
dipanaskan, diekspansikan, dengan kemudian berlebih yang dihasilkan oleh
turbin atau ekspander yang dipakai oleh kompresor digunakan untuk
pembangkitan energi. Turbin gas sistim kogenerasi dapat menghasilkan seluruh
atau sebagian permintaan energy setempat, dan energi yang dilepas pada suhu
tinggi pada cerobong pengeluaran dapat dimanfaatkan kembali untuk berbagai
pengunaan pemanasan dan pendinginan (lihat Gambar 4). Walau gas alam sudah
hampir umum digunakan, bahan bakar lain seperti bahan bakar minyak ringan
atau diesel dapat juga dipakai. Ukuran turbin gas yang digunakan bervariasi dari
beberapa MW hingga sekitar 100 MW. Turbin gas kogenerasi memiliki
pengalaman perkembangan yang tercepat akhir-akhir ini karena besarnya
ketersediaan gas alam, kemajuan teknologi yang cepat, penurunan biaya
Pemasangan yang cukup berarti, dan kinerja lingkungan yang lebih baik.
Selanjutnya, masa persiapan untuk perkembangan suatu proyek lebih pendek
dan peralatan dapat dikirim dengan cara modul. Turbin gas memiliki waktu start-
up yang pendek dan memberi fleksibilitas operasi yang berubah-ubah. Walau
turbin tersebut memiliki panas rendah terhadap efisiensi energi, panas yang
dapat dimanfaatkan kembali pada suhu tinggi lebih banyak. Jika keluaran panas
kurang dari yang diperlukan oleh pengguna, maka memungkinkan untuk memiliki
pembakaran tambahan gas alam dengan cara mencampurkan bahan bakar
tambahan terhadap gas buang yang masih kaya dengan oksigen untuk
meningkatkan keluaran panas yang lebih efisien.
31
3.3.1 Turbin gas siklus terbuka sistem kogenerasi
Hampir seluruh sistim turbin gas yang tersedia saat ini, pada berbagai
sektor penggunaan, beroperasi pada siklus Brayton terbuka (juga dikenal dengan
siklus Joule bila ketidak dapat baliknya diabaikan) dimana kompresor mengambil
udara dari atmosfir dan membawanya pada tekanan yang lebih tinggi ke
pembakar. Suhu udara juga meningkat karena kompresi. Unit yang lebih tua dan
lebih kecil beroperasi pada perbandingan tekanan sekitar 15:1, sementara unit
yang lebih baru dan lebih besar beroperasi pada perbandingan tekanan
mendekati 30:1.
Udara dikirimkan melalui sebuah diffuser ke ruang pembakaran yang
bertekanan konstan, dimana bahan bakar diinjeksi dan dibakar. Diffuser
menurunkan kecepatan udara ke nilai yang dapat diterima dalam pembakar.
Terdapat penurunan tekanan/ pressure drop di dalam pembakar sekitar 1,2%.
Pembakaran berlangsung dengan udara berlebih. Gas buang keluar pembakar
pada suhu tinggi dengan konsentrasi oksigen sampai 15-16%. Semakin tinggi
suhu pada siklus ini, akan semakin tinggi efisiensi siklusnya. Batas atasnya
32
ditentukan daya tahan material turbin terhadap suhu, juga oleh efisiensi sudu-
sudu pendingin. Batasan suhu pada teknologi terbaru adalah sekitar 1300C. Gas
buang yang bersuhu dan bertekanan tinggi ini menuju turbin gas menghasilkan
kerja mekanis untuk menggerakan kompresor dan beban (generator listrik). Gas
buang meninggalkan turbin pada suhu yang cukup besar (450-600 C), yang ideal
untuk dimanfaatkan kembali panas yang bersuhu tinggi. Untuk pemanfaatan
yang lebih efisien, dipengaruhi oleh boiler pemanfat kembali panas yang
bertekanan tunggal atau ganda. Steam yang dihasilkan dapat memiliki tekanan
dan suhu yang tinggi, yang menjadikannya cocok tidak hanya untuk proses
termal saja namun juga untuk menggerakkan turbin uap sehingga menghasilkan
energi tambahan.
3.3.2 Sistem kogenerasi turbin gas siklus tertutup
Dalam sistim siklus tertutup, fluida kerja (biasanya gas helium atau udara)
bersirkulasi dalam suatu sirkuit tertutup. Fluida ini dipanaskan dalam suatu
penukar panas sebelum masuk menuju turbin, dan didinginkan setelah keluar
turbin dan melepaskan panas yang berguna. Sehingga maka fluida kerjanya
bersih dan tidak menyebabkan korosi ataupun erosi.
Sumber panas dapat berasal dari pembakaran eksternal berbagai bahan
bakar. Juga dapat digunakan energi nuklir atau energi matahari.
3.4 Sistim Kogenerasi Mesin Reciprocating
Mesin-mesin reciprocating cocok untuk berbagai penggunaan pembangkitan
yang terdistribusi, industri, komesial, dan fasilitas institusional untuk
pembangkitan daya dan CHP. Mesin reciprocating mudah menyalakannya,
mengikuti beban dengan baik, memiliki efisiensi beban sebagian yang bagus, dan
umumnya memiliki kehandalan yang tinggi. Dalam beberapa kasus, unit mesin
multiple reciprocating meningkatkan kapasitas total. Mesin reciprocating
memiliki efisiensi listrik lebih tinggi dibanding turbin gas dengan ukuran yang
33
sebanding, dengan demikian merendahkan biaya operasi yang berhubungan
dengan bahan bakar. Disamping itu, biaya awal genset mesin reciprocating
umumnya lebih rendah dari genset turbin gas hingga ukuran 3-5 MW. Biaya
perawatan mesin reciprocating umumnya lebih tinggi dari turbin gas, namun
perawatan kadang dapat ditangani oleh karyawan setempat atau disediakan oleh
organisasi layanan setempat.
Potensi penerapan pembangkitan yang terdistribusi untuk mesin
reciprocating terdiri dari standby, pemangkasan beban puncak, penyangga grid,
dan penerapan CHP dimana diperlukan air panas, steam tekanan rendah, atau
limbah absorpsi panas pembakaran pada pendingin. Mesin reciprocating juga
digunakan secara luas sebagai penggerak mekanik langsung dalam berbagai
penerapan seperti pompa air, kompresi udara dan gas dan pendinginan.
Gambar 3.2.1 : Sistim Kogenerasi Mesin Reciprocating (UNESCAP, 2000)
Sementara penggunaan mesin reciprocating tumbuh di berbagai penerapan
pembangkitan yang terdistribusi, penerapan pembangkitan yang paling umum di
lokasi untuk mesin SI gas alam secara tradisional adalah CHP, dan kecenderungan
ini nampaknya akan berlanjut terus. Segi ekonomi dari mesin gas alam pada
penerapan pemangkitan di tempat diperbaiki dengan penggunaan energi panas
34
yang efektif dari energi panas yang terkandung dalam sistim gas buang dan
pendinginan, yang biasanya sebesar 60 hingga 70% dari energi bahan bakar
masuk. Terdapat empat sumber limbah panas yang dapat digunakan dari mesin
reciprocating: gas buang, air pendingin jaket mesin, air pendingin minyak
pelumas, dan pendingin turbocharger. Panas yang termanfaatkan umumnya
dalam bentuk air panas atau steam tekanan rendah (
35
Koefisien perpindahan
panasnya baik
Koefisiennya
menengah
Koefisiennya relatif buruk
Diperlukan tekanan
tinggi
untuk suhu yang tinggi
Diperlukan tekanan
tinggi untuk
suhu yang tinggi
Hanya diperlukan tekanan
rendah untuk mendapatkan
suhu
tinggi
Tidak diperlukan pompa
sirkulasi
Pipa-pipanya kecil
Diperlukan pompa
sirkulasi
Pipa-pipanya besar
Diperlukan pompa sirkulasi
Pipa-pipanya besar
Mudah untuk
mengendalikan dengan
kran
dua arah
Lebih rumit
mengendalikan
diperlukan kran tiga
arah atau
kran tekanan
diferensial
Lebih rumit mengendalikan
diperlukan kran tiga arah
atau
kran tekanan diferensial
Penurunan suhunya
mudah
dilakukan melalui kran
penurun suhu
Penurunan suhunya
lebih sulit
Penurunan suhunya lebih
sulit
Diperlukan steam traps Tidak diperlukan
steam traps
Tidak diperlukan steam
traps
Terdapat kondensat yang
harus ditangani
Tersedia flash steam
Tidak ada
penanganan
kondensat
Tidak ada flash
steam
Tidak ada penanganan
kondensat
Tidak ada flash steam
Perlu blowdown boiler Tidak perlu
blowdown
Tidak perlu blowdown
Diperlukan pengolahan Sedikit terjadi korosi Korosi diabaikan
36
air
untuk mencegah korosi
Diperlukan jaringan
pemipaan yang baik
Media yang dicari,
pengelasan dan
penyambungan
Media yang sangat dicari,
pengelasan dan
penyambungan
3.5 Klasifikasi Lain Sistim Kogenerasi
Sistim kogenerasi biasanya diklasifikasikan menurut urutan penggunaan
energi dan skema operasi yang diambil. Pada sistim kogenerasi dasar ini dapat
diklasifikasikan sebagai siklus atas atau bawah.
3.5.1 Siklus Atas
Dalam siklus atas, bahan bakar yang dipasok digunakan untuk
memproduksi daya terlebih dahulu dan kemudian energi panas, yang merupakan
produk samping siklus dan digunakan untuk memenuhi panas proses atau
permintaan panas lainnya. Kogenerasi siklus atas digunakan secara luas dan
merupakan metode kogenerasi yang paling populer.
Tabel 3.3.1. Empat jenis sistim kogenerasi siklus atas (gambar dari Departement
Energi, Australia)
37
a. Sistim atas siklus kombinasi
Sebuah turbin gas atau mesin diesel memproduksi listrik atau daya mekanis
diikuti oleh boiler pemanfaat panas untuk menghasilkan steam untuk
menggerakan turbin uap sekunder.
b. Sistim atas turbin steam
Jenis kedua dari sistim membakar bahan bakar (jenis apapun) untuk
menghasilkan steam tekanan tinggi yang kemudian melewati turbin uap
untuk menghasilkan daya dengan buangan steam dari proses yang bertekanan
rendah.
c. Sistim atas pemanfaatan kembali panas
Jenis ini memanfaatkan panas yang diambil dari buangan mesin dan/atau jaket
sistim pendingin yang mengalir menuju boiler pemanfaat panas,
dimana panas ini diubah menjadi steam untuk proses/air
panas untuk penggunaan lebih lanjut.
38
d. Sistim atas turbin gas
Turbin gas alam menggerakan sebuah generator. Gas buang mengalir ke
boiler pemanfaat panas yang membuat steam dan panas untuk proses.
3.5.2 Siklus bawah
Dalam siklus bawah, bahan bakar primer memproduksi energi panas suhu
tinggi dan panas yang keluar dari proses digunakan untuk membangkitkan daya
melalui boiler pemanfaat kembali dan sebuah generator turbin. Siklus bawah
cocok untuk proses manufakturing yang memerlukan panas pada suhu tinggi
dalam tungku dan kiln, yang membuang panas pada suhu tinggi. Areal
penerapannya termasuk industri semen, baja, keramik, gas, dan petrokimia.
Plant siklus bawah kurang umum daripada siklus atas. Gambar 9
menggambarkan siklus bawah dimana bahan bakar dibakar dalam furnace untuk
menghasilkan rutile sintetik. Limbah gas yang keluar dari furnace digunakan
dalam boiler untuk menghasilkan steam, yang menggerakan turbin ntuk
menghasilkan listrik.
Gambar 3.3.1, Sistim kogenerasi siklus bawah (Biro Efisiensi Energi, 2004)