Studi Numerik Permodelan Air Preheat Coil (APC) Sebagai Porous Medium Untuk Mengetahui Karakteristik Aliran Fluida Dan Meningkatkan Produktivitas PLTU 4 UP. Muara Karang

Pratama, Rizal Mahendra (2021) Studi Numerik Permodelan Air Preheat Coil (APC) Sebagai Porous Medium Untuk Mengetahui Karakteristik Aliran Fluida Dan Meningkatkan Produktivitas PLTU 4 UP. Muara Karang. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

	Text 02111950087020-Master_Thesis.pdf Restricted to Repository staff only Download (12MB) | Request a copy
	Text 02111950087020-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2023. Download (12MB) | Request a copy

Abstract

PLTU Unit 4 Muara Karang diresmikan pada tahun 1982 dengan kapasitas 200 MW dengan minyak sebagai bahan bakar utama. PLTU Unit 4 beroperasi untuk mencukupi kebutuhan energi listrik di Pulau Jawa terutama di wilayah pusat beban DKI Jakarta. Saat beroperasi dengan minyak, aliran udara pembakaran keluaran Force Draft Fan (FDF) akan dipanaskan terlebih dulu melewati sebuah alat penukar panas yang disebut Air Preheat Coil (APC) untuk mencegah terjadinya pengendapan sulfur pada pada Air Heater (AH) sisi dingin yang dapat menyebabkan kerusakan pada elemen-elemen AH. Pada tahun 1995 dilakukan proyek gasifikasi karena pertimbangan ekonomi, lingkungan, dan ketersediaan suplai gas. Proyek tersebut memungkinkan PLTU 4 dapat beroperasi dengan bahan bakar gas. Bahkan saat ini hampir sebagian besar proses operasional menggunakan gas sebagai bahan bakar utama. Bahan bakar minyak hanya digunakan sebagai cadangan saat suplai gas mengalami gangguan atau pemeliharaan. Saat beroperasi dengan gas, APC yang masih terpasang pada saluran udara tidak lagi diperlukan dan hanya menjadi penghambat aliran. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik aliran dan perpindahan panas yang melalui APC jika sebagian atau seluruh modul APC dilepas. Langkah tersebut diharapkan dapat menurunkan headloss aliran udara, sehingga otomatis menurunkan daya yang dibutuhkan oleh FDF. Penelitian dilakukan secara simulasi numerik menggunakan Computational Fluid Dynamic (CFD). Model yang dibuat menggunakan parameter masukan berupa model energy equation kondisi ON, model heat exchanger juga kondisi ON, dan model viscous menggunakan realizable k-ε untuk aliran turbulen, serta APC didekati sebagai porous medium (PM). Simulasi dilakukan pada 3 variasi beban produksi (100, 135, dan 172 MW) dan 4 skenario pelepasan modul (S1 = modul 1 dan 4 OFF, S2 = modul 2 dan 3 OFF, S3 = modul 2 dan 4 OFF, dan S4 = semua modul OFF). Hasil yang dicapai dari penelitian ini adalah data-data kualitatif dan kuantitatif dari karakteristik aliran dan perpindahan panas pada saluran APC. Model simulasi sesuai dengan kondisi aktual dan menghasilkan parameter yang mirip dengan data komisioning. Beberapa kontur menunjukkan terbentuknya aliran sekunder akibat perbesaran luas penampang aliran. Pressure drop dari masing-masing skenario turun menjadi 51,79 Pa (95%) pada S1, 10,16 Pa (99%) pada S2, 23,41 Pa (98%) pada S3, dan 13,59 Pa (99%) pada S4. Sedangkan kenaikan temperatur udara keluar APC juga turun menjadi 6,3 ᵒC (86%) pada S1, 13,56 ᵒC (69%) pada S2, 9,72 ᵒC (78%) pada S3, dan 0 ᵒC (100%) pada S4. S2 adalah skenario terbaik jika dibandingkan dengan variasi skenario lainnya. Hal tersebut karena memiliki nilai pressure drop terendah dan kemampuan menaikkan temperatur udara tertinggi. Sehingga efektif untuk menurunkan daya PS (Pemakaian Sendiri) dan penghematan biaya produksi hingga mencapai 1777832,34 kWh/tahun dan Rp. 1.866,72 juta/tahun.
=====================================================================================================
Muara Karang Unit 4 Steam Power Plant was inaugurated in 1982 with the capacity of 200 MW with oil as the main fuel. Unit 4 Steam Power Plant operates to fulfill electric energy in Java, especially in the load center areas of DKI Jakarta. When operating with oil, the combustion airflow from Force Draft Fan (FDF) will be preheated through a heat exchanger called Air Preheat Coil (APC) to prevent sulfur deposition on the cold side of the Air Heater (AH), which can cause damage to AH elements. In 1995 a gasification project was carried out due to economic, environmental, and gas supply ability considerations. This project allows Unit 4 Steam Power Plant to operate using natural gas. Even today, most of the operational process uses natural gas as the main fuel. Fuel oil is only used as a backup when the gas supply is interrupted or maintenance. When operating using natural gas, the APC, which is still attached to the air duct, is no longer needed and becomes airflow resistant. This study aims to determine the characteristics of the airflow and heat transfer through the APC if modules are entirely or partially removed. This method is expected to reduce the airflow headloss, thereby automatically reducing the power required by the FDF. This study uses a numerical simulation model with Computational Fluid Dynamic (CFD). The model used in this study is an input parameter energy equation model ON condition, also heat exchanger model ON condition, while the viscous model uses realizable k-ε for fully turbulent flow, and APC is approached as a Porous Medium (PM). The simulation was carried out at 3 variations of production load (100, 135, and 172 MW) and 4 modules remove scenarios (S1 = modules 1 and 4 OFF, S2 = modules 2 and 3 OFF, S3 = modules 2 and 4 OFF, and S4 = all modules OFF). The results achieved from this study are qualitative and quantitative data of the airflow and heat transfer characteristics in the APC duct. The simulation model is applied from actual condition and produces parameters that are similar to commissioning data. Some contours show the formation of secondary flow due to the enlargement of the cross-sectional area of the flow. The pressure drop from each scenario decreased to 51.79 Pa (95%) in S1, 10.16 Pa (99%) in S2, 23.41 Pa (98%) in S3, and 13.59 Pa (99%) in S4. Meanwhile, the increment air temperature in APC exit also decreased to 6.3 ᵒC (86%) in S1, 13.56 ᵒC (69%) in S2, 9.72 ᵒC (78%) in S3, and 0 ᵒC (100%) in S4. S2 is the best scenario if compared to other scenario variations. This is because it has the lowest pressure drop value and can raise the highest air temperature. So it is effective to reduce PS power (Self Use) and save production costs up to 1,777,832.34 kWh/year and Rp. 1,866.72 Million/year.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	Air Preheat Coil (APC), Porous Medium (PM), Computational Fluid Dynamic (CFD), Pressure Drop, PLTU
Subjects:	Q Science > QA Mathematics > QA911 Fluid dynamics. Hydrodynamics T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ263 Heat exchangers
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	RIZAL MAHENDRA PRATAMA
Date Deposited:	24 Aug 2021 03:00
Last Modified:	25 Aug 2021 08:55
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/89708

Actions (login required)

View Item