Perhitungan Efisiensi Boiler ( Metode Losses )

Perhitungan Efisiensi Boiler ( Metode Losses )

1. Pendahuluan 

Terdapat 2 metode perhitungan performance test boiler yaitu :

a. Metode langsung ( input - out put ) 

b. Metode tdk langsung ( Heat losses flue gas duct )

Pada perhitungan ini akan dilakukan pengujian dg metode losses flue gas duct

Standard  Pengujian = ASME PTC 4 Tahun 2008

Data yg diperlukan :

Spesifikasi Boiler

Batu bara                                                              Udara

C = 51,54 %                                              T = 39,43 C
H = 2,91 %                                                Moisture = 1,69 %
N = 0,94 %
S = 11,01 %                                                        Flue Gas
Ash = 4,7 %                                               T = 143 C                                             
Bottom ash = 15 %                                    O2 = 3,49 %             
Fly ash        = 85 %                                    CO2 = 16,16 %
Moisture     = 28,3 %                                 CO = 0 %
HHV           = 20.553 kJ/kg                        N2 = 80,35 %

Flue Gas analisis

a. Combustion of carbon

        C             +            O2             =           CO2

        12                           32                            44

     0,5154 kg            1,3744 kg                1,8898 kg

b. Combustion of Hydrogen

       H              +             O2            =           H2O

        2                              16                           18

  0,0291 kg                0,2328 kg               0,2619 kg

c. Combustion of sulfur

      S              +             O2              =          SO2

      32                            32                             64

0,1101 kg               0,1101 kg                   0,2202 kg

O2 teoritis  = 1,3744 kg +   0,2328 kg +  0,1101 kg  

                   =  1,7173 kg

N2 teoritis  =  77/23  x 1,7179

                  = 5,749 kg

Udara teoritis  =  1,7173 kg +   5,749 kg = 7,4663 kg

Jadi udara teori yg diperlukan untuk pembakaran 1 kg batu bara adalah 7,4663 kg

excess air = 3,49 ( 21 - 3,49 ) x 100 %

                = 19,93 %

udara aktual = ( 1 + EA ) x Udara teoritis

                     = (1119,93 /100) x 7,4663

                    = 8,954 kg

Jadi udara aktual yg diperlukan untuk pembakaran 1 kg batu bara adalah  8,954 kg

1. Loses akibat dry flue gass

    - Kerugian ini disebabkan karena adanya kalor yang ikut terbawa bersama aliran gas asap kering          yang meninggalkan air heater.

   - Losses ini merupakan losses terbesar pada boiler.

   - Massa gas asap kering ditentukan dengan cara menjumlahkan massa tiap-tiap komponen hasil             pembakaran dalam gas asap dikurangi dengan massa H₂O yang dihasilkan dari pembakaran

     (m CO₂ + m H₂O + m O₂ + m N₂ + m SO₂ - mH₂O).  

         Dimana :

         m_g,dry        = massa flue gas kering (kg/kg bahan bakar)

         T_fluegas       = Temperatur flue gas keluar air heater (^oC)

         T_air,ref         = Temperatur udara referensi (^oC)

         HHV      = Higher Heating Value Bahan Bakar (kJ/kg)

         Cp_gas      = Kalor jenis flue gas pada tekanan Konstan  (kJ/kg ^oC)

                                                                       = 4,27 %

2. Loses akibat penguapan H20 produk pembakaran

  -  Pembakaran H₂ yang terkandung dalam bahan bakar akan menghasilkan H₂O.

  -  Dari perhitungan analisa kimia pembakaran, setiap pembakaran 1 kg H₂ akan 9 kg H₂O. H₂O        

     yang dihasilkan dari proses pembakaran ini akan menyerap kalor untuk berubah menjadi uap dan      menyebabkan losses. 

Dimana :

m_H2             = massa H₂ dalam 1 kg bahan bakar (kg/kg bahan bakar)

h_vgo           = Entalphy uap jenuh pada temperatur flue gas keluar air heater  (kJ/kg)

h_wa              = Entalphy air jenuh pada temperature ambient (kJ/kg)

HHV         = Higher Heating Value Bahan Bakar (kJ/kg) 

     

                                                   = 3,30 %

3. Loses akibat moisture dalam bahan bakar

  - Moisture yang terkandung dalam bahan bakar akan keluar bersama flue gas dalam keadaan         

    superheat.

  - Moisture dalam bahan bakar akan menyerap sebagian energy pembakaran dalam bentuk kalor       

   sensible untuk menaikkan temperature ke titik didih, kalor latent untuk merubah fase menjadi uap  

   jenuh, dan kalor superheat untuk menaikkan temperatur uap.

Dimana :

m_{H2O          ­}= massa moisture (H₂O) dalam 1 kg bahan bakar (kg/kg bahan bakar)

h_vgo           = Entalphy uap jenuh pada temperatur flue gas keluar air heater  (kJ/kg)

h_wa              = Entalphy air pada temperature ambient (kJ/kg)

HHV         = Higher Heating Value Bahan Bakar (kJ/kg) 

                                                    = 3,30 %

4. Loses akibat moisture dalam udara

 - Moisture yang terkandung udara sebagai kelembaban udara akan berubah menjadi uap superheat          ketika keluar dari cerobong

 - Perubahan fasedari moisture ini menyerap energy panas dari pembakaran dan dihitung sebagai     

   losses boiler

Dimana :

m_{dry,air      ­}= massa udara pembakaran (kg/kg bahan bakar)

m_moist       = kandungan moisture dalam udara (kg/kg udara)

h_vgo          = Entalphy uap jenuh pada temperatur flue gas keluar air heater (kJ/kg)

h_va              = Entalphy uap air pada temperatur ambient (kJ/kg)

HHV        = Higher Heating Value Bahan Bakar (kJ/kg) 

                                                   = 1,92 %

Jadi Efisiensi Boiler = 100 % - ( L1 + L2 + L3 + L4 )

                                 = 100 - 4,27 - 3,30 - 3,30 - 1,92

                                 = 87,21 %

                                                      

Performance Test Boiler PLTU 2X7 MW Sumbawa Barat

PERHITUNGAN EFISIENSI BOILER 

Performance Test adalah salah satu pengujian dalam tahapan komisioning untuk menguji performa pembangkit terhadap kontrak.

Jika terjadi deviasi terhadap PPG ( Plant Performa Guarantee ) maka kontraktor akan dikenakan denda yang besaran nya di atur dalam kontrak.

Perhitungan ini saya buat berdasarkan PID Heat Balance dan basic design PLTU Sumbawa Barat. Sebagai pembanding nanti kalau Performance test yang sebenarnya dilakukan menunggu kedatangan batu bara. 

Data PLTU Sumbawa Barat

Type Boiler                       :  Stocker
Flow Main Steam             : 35.223 kg/jam
Temperature Main Steam : 470 C
Entalphi main steam         : 3364,2 kJ/kg
Flow Feed Water              : 36.286 kg/jam
Pressure Feed Water         : 70 bar
Temperature Feed Water  : 150 C
Entalphi Feed Water         : 632,1 kJ/jam
Coal Consumption           : 8,8 ton / jam
GCV Batu bara                : 3500 kcal/kg = 14.653 kJ/kg

Type Batu bara yg dipakai adalah lignite / kalori rendah

Maka untuk menghitung efisiensi boiler dengan menggunakan metode langsung adalah menggunakan formula sebagai berikut :

Dari perhitungan di atas didapatkan efisiensi boiler 73 %
Standard  Performance Test Boiler adalah ASME PTC 4 2013 " Performance Test Codes Fired Steam Generators "