Analisa Penambahan Feedwater Heater Pada Siklus Rankine

Feedwater adalah system pemanasan air dengan mengambil steam dari HP, air dijaga dalam kondisi cair jenuh dengan tekanan dijaga sama dengan tekanan boiler sebesar 80 bar dengan mekanisme pompa feedwater. Air feedwater sebelumnya telah mengalami treatment di dearator dengan mekanisme feedwater di spray dari atas sehingga O₂ terlarut akan tereduksi karena kontak dengan steam yang diekstrak dari LP steam dari arah berlawanan. Beberapa variasi parameter dalam contoh kasus ini untuk menghasilkan nilai efisiensi optimum adalah;

1.      HP Heater (feedwater heater) dengan variasi yang akan diekstrak dari HP dengan asumsi temperature steam keluar heater sebesar 200^oC dengan kenaikan temperatur fluida sebesar 20^oC. Nilai tekanan steam yang diekstrak akan mengikuti besarnya perbandingan antara tekanan flasheater dengan tekanan boiler untuk menghasilkan nilai efisiensi optimum. Rasio optimum pemanasan feedwater heater dengan membandingkan dengan tekanan boiler (main steam) menghasilkan data sebagai berikut;

Pressure Reheat (bar)	Pressure Boiler (bar)	PRH/PB	Efesiensi Gross (ⴄGross %)	Efesiensi Nett (ⴄNett %)	pompa 5 (kw)	pompa 13 (kw)	pompa 14 (kw)	MW
18	80	0.225	W	W	W	W	W	W
19	80	0.2375	43.774	43.184	852.77	82.15	816.61	129.941
20	80	0.25	43.763	43.172	852.98	82.17	816.61	129.91
21	80	0.2625	43.751	43.161	853.17	82.19	816.61	129.881
22	80	0.275	43.741	43.15	853.35	82.21	816.61	129.853
23	80	0.2875	43.73	43.14	853.53	82.22	816.61	129.826

Tabel 3. Rasio Pressure Feedwater heater dan Pressure Boiler

Rasio uap pemanasan feedwater heater yang digunakan memiliki nilai 0,23 atau tekanan feedwater sebesar 19 bar (nilai dibawah 18 bar menunjukkan perhitungan warning) terhadap tekanan boiler. Hal ini menunjukkan bahwa laju aliran massa dengan hasil optimum didapat ketika ekstraksi dari steam turbin sekitar 23% dibandingkan jumlah aliran massa uap yang memasuki turbin uap dengan net efisiensi tercapai sebesar 43,18%. Semakin tinggi laju aliran massa yang diekstrak untuk feedwater heater relative meningkatkan daya pompa yang dibutuhkan.

2.      Variasi temperature steam keluar feedwater heater HPH (Tout 2) berada di kisaraan antara 180^oC hingga 209^oC, nilai diluar itu terbaca warning di cycle tempo. Nilai yang diambil yang paling optimum yaitu 181^oC dengan efisiensi 43.189%, hanya naik sedikit dibanding pengaturan laju alir massa uap untuk pemananasan di feedwater heater.

Tout2 (°C)	Efisiensi (ⴄ
180	W
181	43.189
183	43.189
185	43.188
190	43.187
195	43.186
200	43.184
209	43.182
210	W

Tabel 4. Variasi Tout2 terhadap Efisiensi

3.      Variasi rasio tekanan LP heater terhadap tekanan LP yang telah diekstrak untuk mengahasilkan nilai efisiensi paling optimum. Tekanan reheat (LP heater) dibatasi dengan tekanan maksimum yang diekstrak yaitu 18,8 bar. Data yang dihasilkan adalah sebagai berikut;

Pressure LP Heater (bar)	Pressure LP Steam (bar)	PRH/PLP	Efesiensi Gross (ⴄGross %)	Efesiensi Netto (ⴄNett %)
0	18.8	0	W	W
1	18.8	0.053191	W	W
2	18.8	0.106383	43.842	43.252
3	18.8	0.159574	43.779	43.189
4	18.8	0.212766	43.773	43.143
5	18.8	0.265957	43.697	43.107
6	18.8	0.319149	43.668	43.077
8	18.8	0.425532	43.621	43.03

Tabel 5. Variasi rasio tekanan LP heater

Dari data diatas menunjukkan semakin kecil laju aliran massa atau tekanan yang diekstrak dari LP steam maka akan semakin naik efisiensi yang dihasilkan (43,25%). Pada tahap ini fluida dijaga dalam kondisi cair jenuh dan dinaikkan temperature secara bertahap (perubahan 20^oC) melalui LP heater. Laju alir masa uap LP yang diekstrak menunjukkan kesesuaian atau jumlah uap yang dibutuhkan telah optimum untuk menaikkan temperature sesuai nilai yang diharapkan.

4.      Variasi rasio tekanan yang diekstrak dari LP steam ke deaerator, juga dibatasi tekanan maksimum LP steam sebesar 18,8 bar menghasilkan data sebagai berikut;

Pressure LP - extracted (bar)	Pressure LP Steam (bar)	PRH/PLP	Efesiensi Gross (ⴄGross %)	Efesiensi Netto (ⴄNett %)
0	18.8	0	W	W
1	18.8	0.053191	42.919	42.369
2	18.8	0.106383	43.406	42.848
3	18.8	0.159574	43.626	43.061
4	18.8	0.212766	43.744	43.174
5	18.8	0.265957	43.81	43.236
6	18.8	0.319149	43.846	43.268
7	18.8	0.37234	43.862	43.281
8	18.8	0.425532	43.864	43.28
8	18.8	0.425532	43.864	43.28
10	18.8	0.531915	43.842	43.252
11	18.8	0.585106	W	W

Tabel 6. Rasio Tekanan LP Steam ke Dearator

Variasi rasio antara tekanan LP steam yang diekstrak ke dearator terhadap LP steam menunjukkan tekanan yang diekstrak ke dearator paling optimum di 7 bar dengan laju alir massa 15,54 kg/s dan efisiensi yang dicapai 43,281% dengan daya keluar turbin sebesar 133,262 MW.

              

Pemodelan siklus rankine dengan reheat dan preheater melalui software cycle tempo sebagai berikut;

Gambar. 3 Siklus Rankine dengan Cycle tempo

Diagram T-S yang dihasilkan dari cycle tempo siklus rankine reheat dan preheat adalah sebagai berikut;

Gambar. 4 Diagram T-S Reheat dan Preheat

Diagram T-S diatas menunjukkan siklus rankine, boiler beroperasi dengan tekanan 80 bar dan menghasilkan uap superheated dengan temperature 480^oC. Uap ini masuk ke turbin stage pertama atau turbin sisi HP dan sebagian kecil uap sisi HP ini diekstrak ke system HP heater (feedwater system) untuk memanaskan air (cair jenuh) dari deaerator sebelum diumpamkan ke boiler, bertujuan untuk mengefesiesikan kalor yang terserap kedalam fluida kerja steam turbin. Steam keluar turbin stage pertama (HP turbin) dilakukan proses reheat atau pemanasan ulang dengan temperature 440^oC dan tekanan paling efisin di 18.8 bar sampai 19 bar. Uap ini diumpankan ke stage dua turbin atau turbin LP dan menghasilkan daya total (HP dan LP) sekitar 133 MW, uap keluaran turbin tekanan tinggi (HP) memiliki tekanan dan temperatur yang lebih rendah daripada uap utama dan mengalami penurunan namun masih belum mencapai titik saturasinya sehingga bisa dimanfaatkan kembali ke turbin tekanan rendah (LP turbin). Keluaran turbin LP fluida dijaga dalam keadaan compressed liquid dengan tekanan 0,08 bar dan temperature berkisar 41^oC.

               Fluida cair jenuh dari kondensor secara bertahap mengalami pemanasan awal melalui LP heater dan kenaikkan tekanan melalui mekanisme pompa kondensat. Fluida cair jenuh ini juga dilakukan hingga mencapai tekanan boiler sebesar 80 bar dengan mekanisme pompa feedwater. Air feedwater sebelumnya telah mengalami treatment di dearator dengan mekanisme feedwater di spray dari atas sehingga O₂ terlarut akan tereduksi karena kontak dengan steam yang diekstrak dari LP steam dari arah berlawanan. Keuntungan utama dari adanya reheat dan preheat baik HP dan LP adalah untuk memperbaiki kualitas uap dan meningkatkan penyerapan kalor (Q) pembakaran bahan bakar sehingga menghasilkan efisiensi siklus rankine yang lebih tinggi.

Nilai optimasi parameter rasio tekanan uap yang diekstrak terhadap main steam (HP, LP steam) menghasilkan efisiensi sebesar 43,25%, masing-masing nilai tersebut terdapat dalam tabel berikut;

HP Heater		LP Heater		Reheat		Deaerator
Tekanan (bar)	Massa (kg/s)	Tekanan  (bar)	Massa (kg/s)	Tekanan (bar)	Massa (kg/s)	Tekanan (bar)	Massa (kg/s)
19	4.142	2	3.097	18.8	99.558	7	15.540

Tabel 6. Resume Parameter Tekanan dan Laju Alir Massa Steam Terekstraksi

Efisiensi awal tanpa reheat maupun preheat efisiensi yang dicapai 37,085% setelah ditambah dengan reheat dan turbin menjadi dua tingkat efisiensi mencapai 40,47%. Sedangkan setelah ditambah dengan preheat, efisiensi dapat mencapai 43,281%. Sehingga ketika dilakukan reheat efisiensi mengalami kenaikan 9% dan setelah ditambah reheat dan preheat efisiensi mengalami kenaikan sekitar 17% dengan daya sebesar 133 MW.