Artikel Terbaru

Anti COPAS

Perhitungan Efisiensi Boiler PLTU Menurut ASME PTC 4.1 - Metode Indirect or Heat-Loss (2 of 2)

Metode INDIRECT atau HEAT-LOSS adalah metode selain direct/input-output dengan menyempurnakan kekurangan yang ada kemudian memberikan perhitungan detail tentang asal losses yang mungkin terjadi.

Berikut disampaikan detal metode heat-loss berdasarkan ASME PTC 4-1 :
Poin yang bisa disimpulkan adalah :
  • Efisiensi boiler heat loss method = 100% - (╬úlosses)
  • Data yang digunakan sangat kompleks untuk menunjang per item losses yang terjadi dan memperhitungkan asal losses
  • Perhitungan yang ada di artikel ini lebih ditekankan di PLTU bahan bakar batubara dengan kapasitas <100 MW dimana CBD tidak full open, tidak ada reheater boiler
  • Rumusan heat loss masih belum dibagi gross caloric value (GCV) coal yang terbakar menurut perhitungan ASME PTC 4-1, namun supaya hasil sudah dalam %heat loss maka di artikel ini disampaikan rumus yang berbeda (sudah membagi dengan GCV coal)
Perhitungan awal metode heat loss :

1. Kebutuhan Udara Teoritis Pembakaran Sempurna (kg udara/kg coal)
Rumus, [(11.6 x C) + 34.8 (H- O2/8) + (4.35 x S)] / 100
Keterangan :
Nilai analisa batubara C, H2, O2 diisikan dalam %v/v langsung

2. Kebutuhan CO2 Teoritis (%)
Rumus, 
%CO2= [mol C] / [mol N2 + Mol C]
Dimana,
Mol N2 = [wt N2 in theoritical air/mol wt N2] + [wt N2 in coal/mol wt N2]
Mol C = (%C di coal/100)/12

3. Excess Air (%)
Rumus, 7900 x [(CO2%)t-(CO2%)a] / (CO2%)a x [100 - (CO2 %)t]
Keterangan
CO2%)t : teoritis (berdasarkan perhitungan stoikiometri)
CO2%)a : aktual (berdasarkan pengukuran di flue gas

4. Aktual Massa Udara (kg/kg coal)
Rumus, [1 + Excess Air/100] x udara teoritis

5. Aktual Massa Dry Flue Gas (kg/kg coal)
Rumus, mass of CO+ mass of N2 in coal + mass of Nin the combustion + mass of Oin flue gas

Beberapa macam losses yang terjadi :
1. Heat Loss Due to Unburned Carbon in Dry Ash (batubara/carbon yang tidak terbakar dan masih terdapat di sistem pembuangan)
Poin-poin yang dapat disimpulkan adalah :
  • Dry ash menurut ASME PTC 4.1 adalah ash pit, boiler hopper, economizer hopper, air heater hopper, dust collector hopper
  • Dry ash di PLTU diambil yang dominan saja menurut artikel ini yaitu bottom ash dan fly ash
  • %Heat loss karena unburned carbon = [(massa dry ash/coal terbakar) x GCV dry ash]/[GCV coal]
Rumus, %L uc = [(m dry ash/m coal) x GCV dry ash]/[GCV coal]
Sehingga jika terdapat 2 ash maka masing-masing dihitung dengan pembeda adalah massa dry ash diganti massa fly ash or massa bottom ash dan GCV dry ash diganti GCV fly ash or GCV bottom ash sesuai hasil analisa laboratorium.

BACA JUGAPerhitungan Efisiensi Boiler PLTU Menurut ASME PTC 4.1 - Metode Direct or Input-Output (1 of 2)

Jika tidak ada fasilitas laboratorium, bagaimana menentukannya ??
Dengan memakai perbandingan fly ash/bottom ash dan di ASME PTC ditentukan 10/90, kemudian efisiensi boiler diestimasi 70-80% (stocker) dan 80-85% (CFB) maka jika GCV coal diketahui dari COA supplier maka GCV total ash yang tidak digunakan adalah sisa efisiensi boiler. GCV total ash masih dimiliki oleh 2 ash yaitu fly ash dan bottom ash dengan melihat hasil ash content di proximate analysis coal maka bisa dihitung massa riil ash di coal yang terbakar. Nilai massa fly ash dan massa bottom ash didapatkan dari perkalian rasio ash dan massa riil ash dan dengan mengalikan GCV total ash akan didapatkan GCV masing-masing ash.

2. Heat Loss Due to Dry Flue Gas (panas yang terbuang sampai di flue gas)
Poin-poin yang dapat disimpulkan adalah :
  • % Heat loss karena dry flue gas = [(massa dry gas/massa coal terbakar) x heat specific dry flue gas x (T flue gas - T ambient)]/(GCV coal]
Rumus, %L dg = [(m dg/ m coal) x Cp dg x (Tfg - Ta)]/[GCV coal]
  • Dry flue gas menghilangkan kandungan H2O atau Hdi flue gas
Perhitungan massa dry gas (m dg) diawali dari analisa orsat (hasil flue gas analyzer) dimana hasil yang didapatkan dalam %v/v (volume) sehingga harus dibawa ke "mol" dahulu kemudian dibawa ke %w/w (berat) dengan melibatkan berat molekul masing-masing senyawa.
  • Cp dry flue gas, bisa dicari dari Tabel dibawah ini
Catatan : C/H adalah perbandingan di bahan bakar/coal, umumnya C/H bernilai 5-10 dan flue gas temperatur rata-rata 170-190 degC = 248.4- 284.4 F sehingga rata-rata Cp yang digunakan 0.23-0.25

3. Heat Loss Due to Moisture in Fuel (karena kelembaban/air di bahan bakar)
Poin-poin yang dapat disimpulkan adalah :
  • Moisture adalah kandungan H2O di COA batubara (proximate analysis)
  • m H2O adalah total moisture dari proximate analysis atau perhitungan stoikiometri ultimate analysis
  • Cp adalah specific heat superheated steam
Rumus, 
% heat loss due to moisture in coal = [m H2O coal per kg coal x {584+Cp x (Tf-Ta)}]/GCV coal

4.  Heat Loss Due to Moisture from H2 in Coal (karena kandungan H2 di bahan bakar)

Poin-poin yang dapat disimpulkan adalah :
  1. Moisture dari H2 di coal berikatan dengan O2 bisa membentuk H2O sehingga bersifat merugikan kandungan tersebut di batubara karena menurunkan nilai kalor
Rumus, 
% heat loss due to moisture from Hin coal = [8.936 x Hx{584+Cp x (Tf-Ta)}]/GCV coal

5. Heat Loss Due to Moisture in the Air (karena kandungan H2O di udara pembakaran)
Poin-poin yang dapat disimpulkan adalah :
  • Udara pembakaran yang mengandung H2O berlebih akan menurunkan tigkat pembakaran sehingga kalori bahan bakar ikut turun
  • Humidity factor didapatkan dari pembacaan grafik wet dry bulb (seperti Tabel dibawah)
Rumus,
%heat loss due to moisture in air : [(aktual massa udara x humidity factor x Cp x (Tf-Ta)]/GCV coal
Keterangan : temperatur ambient normal adalah 30-31 degC sehingga di kordinan X dipilih kemudian mengikuti garis lengkung sampai keatas dan humidity factor sekitar 0.020-0.021

6. Heat Loss Due to Atomizing Steam
Poin-poin yang dapat disimpulkan adalah :
  • Di PLTU batubara kapasitas kecil <100 MW umumnya tidak memakai heat loss ini karena tidak ada atomizing steam
7. Heat Loss Due to CO (pembentukan CO berarti pembakaran tidak sempurna)

Poin-poin yang dapat disimpulkan adalah :
Rumus, %Heat loss due to CO : [(%CO x C)/(%CO + %CO2)] x [5744/GCV coal]

8. Heat Loss Due to Unburned H

Poin-poin yang dapat disimpulkan adalah :
  • Flue gas analyzer umumnya tidak menyertakan parameter H2 sehingga tidak masuk perhitungan untuk PLTU batubara 
9. Heat Loss Due to Unburned Hydrocarbon 
Poin-poin yang dapat disimpulkan adalah :
  • Pada umumnya unburned hydrocarbon dan hydrogen sudah masuk di perhitungan dry ash (fly ash & bottom ash)
10. Heat Loss Due To Radiation and Convection
Poin-poin yang dapat disimpulkan adalah :

  • Selama pembakaran di boiler, terdapat heat yang hilang karena proses radiasi dan konveksi ke ambient

Rumus, {0.548 x [(Ts/55.55)^4 - (Ta/55.55)^4] + 1.957 x (Ts-Ta)^1.25 x sqrt of [(196.85 x Vm + 68.9)/68.9]} x 0.86 x surface boiler area / (GCV coal x m coal)
  • Perhitungan tersebut membutuhkan luasan boiler dan kecepatan angin (Vm)

Referensi : Feriyanto, YE. (2018). Training ASME PTC 4.1. Yogyakarta

Previous
« Prev Post