Fungsi APH/Air Preheater di PLTU

Assalamu'alaikum wr wb
Saya akan mencoba menshare ilmu saya tentang air heater di PLTU

A. Pengertian APH

Salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi pada pembangkit listrik adalah memanaskan udara masukan boiler. Pemanasan dengan memanfaatkan energi gas buang. Ketika udara dipanaskan, bahan bakar yang dibutuhkan lebih hemat untuk menghasilkan temperatur tinggi pada ruang bakar. Hal tersebut adalah bentuk efisiensi pada pembangkit.  Pada aplikasinya sumber panas adalah gas buang dan air preheater sebagai fasilitas yang menyerap panas dan melepaskan panas ke udara inlet. Proses ini dapat meningkatkan edisiensi boiler 5%-10%. Air Preheater  umumnya terletak dibelakang boiler seperti pada Gambar 1. Pada pembangkit listrik berbahan bakar batu bara, APH mendapatkan gas buang dari economizer dan udara inlet dari Forced Draft Fan. Komponen Selective Catalytic Reduction (SCR) sistem berfungsi untuk mengurangi kandungan emisi NOx. Komponen ini tidak selalu ada dalam sistem pembangkit lisitrik berbahan bakar batu bara, tergantung dari kebijakan pemerintah masing-masing Negara.

Air heater atau APH merupakan peralatan yang berfungsi untuk memanaskan udara pembakaran yang akan masuk ke boiler dengan cara mengambil panas dari gas buang. Air Heater bekerja dengan cara memutar bilah bilah kipas/sheet element(mirip kipas) yang terbuat dari logam lalu panas dari gas buang diambil. Secara otomatis bilah bilah kipas / sheet element ini akan menjadi panas dan memanaskan udara yang masuk ke boiler. Jadi sebenarnya air heater dibagi dua saluran yaitu saluran gas buang dari boiler menuju stack dan saluran lainnya dari udara bebas menuju boiler dimana putarannya dihasilkan dari motor penggerak. Namun udara yang keluar dari air heater yang menuju stack tidak boleh kurang dari 120 oC. Hal ini dikarenakan gas buang yang dikeluarkan stack minimal 120 oC. Tujuannya adalah agar Sulfur tidak terkondensasi.

B. Klasifikasi APH

 

Klasifikasi APH berdasarkan sumber panas ada dua yaitu recuperative dan regenerative, penjelasannya sebagai berikut :

1.  Recuperative

Pada tiper recuperative, panas ditransfer secara terus menerus dan secara langsung sepanjang lintasan alat penukar kalor. Permukaan pindah panas terpisah antara fluida panas dan fluida dingin, umumnya fluida panas melalui tube dan fluida dingin melalui fin. Contoh bentuk sederhananya seperti radiator dan tubular heat exchanger. 

Keuntungan tipe ini adalah kebocorannya kecil karena adanya proses ekspansi pada saat pemanasangan tube ke tubesheet dan adanya seal pada sisi luar tube. Beberapa pembangkit listrik masih menggunakan tipe ini (primary air pre heater) dalam bentuk tubular heat exchanger. Pada tipe ini, gas buang mengalir melalui tube dan melepaskan panasnya yang diserap oleh udara yang mengalir diantara baffle dan tube. Gambar berikut merupakan skema sistem APH tipe recuperative.

APH tipe Recuperative

2. Regenerative

Permukaan perpindahan panas umumnya berbentuk matrik. Ada rotor yang memutar core dengan kecepatan putar antara 1-3 rpm melewati permukaan flue gas (fluida panas) dan udara (fluida dingin) secara kontinue. Permukaan perpindahan panas terbuat dari metal dengan profil tertentu. Ketika gas buang melalui permukaan pindah panas (basket), energi termal disimpan pada dinding profil. Ketika udara melalui basket yang sama, dinding profil melepaskan energi termal ke udara, sehingga temperaturnya meningkat. Dengan demikian  prinsip perpindahan panas pada rotating air pre heating adalah tipe regeneratif yaitu panas tidak ditransfer terus menerus melalui dinding profil, tetapi disimpan dan dilepaskan oleh dinding profil. 

APH tipe Regeneratif

Gas buang dan udara yang beroperasi pada perbeaan temperatur yang signifikan, sering menyebabkan kebocoran,  karena itu dipasang seal. Basket compartment adalah komponen yang tersusun dari dinding profil yang berfungsi sebagai media menyerap dan melapas panas. Soot blower adalah komponen yang umumnya terpasang di saluran gas buang, berfungsi untuk menyemprotkan superheated steam atau udara kering melalui nozel ke permukaan panas untuk membersihkan debu dan residu yang menempel. Gas buang bertemperatur tinggi mengalir dari atas dan udara mengalir dari bawah. Pada aliran seperti ini, bagian hot end di atas dan bagian cold end di bawah. Ketika gas buang mengalir dari atas ke bawah melepaskan panasnya yang diserap oleh dinding profik sehingga pada bagian atas temperatur dinding profil akan lebih tinggi dibandingkan bagian bawah. Saat udara mengalir dari bawah ke atas, maka dinding profil akan melepaskan panas, sehingga temperatur udara terus meningkat, dimana temperatur tinggi pada bagian atas. Fenomena aliran dan perpindahan panas ini menyebabkan pada bagian atas merupakan hot end sedangkan bagian bawah merupakan bagian cold end. Gambar 4. Merupakan CAD Model Vertikal APH regenerative. 

Udara dan gas buang beroperasi pada perbedaan temperatur yang cukup signifikan. Gas buang mengalir dengan tekanan lebih rendah namun memiliki temperatur tinggi, menyebabkan deformasi pada basket. Saat dilalui oleh udara bertekanan lebih tinggi, maka kebocoran utama terjadi, karena itu dipasang radial seal. Namun demikian saat radial seal berada di bawah sektor plate sering terbentuk celah. Gambar 5. Menunjukkan pembesaran radial seal.

C. Regeneratif Heating surface

Regeneratif heating surface akan disebut dinding profil/elemen pemanas. Elemen pemanas ini digunakan sebagai penyimpan panas yang berasal dari boiler. Dinding profil adalah elemen panas yang digunakan oleh air preheater. Bahan dinding profil adalah metal dengan geometri tertentu. Terdapat tiga jenis profil yaitu flat, corrugated, dan undulated. Dinding profil dapat terdiri dari beberapa profil tergantung kebutuhan desain. Gambar berikut menunjukkan beberapa tipe dinding profil.

DU (Double Undulated)

Cocok untuk gas buang yang lebih erosif dan foulling tinggi. Contoh : pada posisi cold end karena : 

a. Aliran menjadi kurang turbulen sehingga mengurangi erosi 

b. Lebih mudah dibersihkan oleh soot blowing.

 CU (Corrugated Unduled)

Lebih dalam dibandingkan DU dan memiliki pressure drop yang lebih tinggi dengan efektivitas perpindahan kalor yang sama serta mudah dibersihkan.

NP (Notched Plate)

Profil paling sederhana namun memiliki efektivitas perpindahan panas rendah, sehingga jarang digunakan

FNC (Flat Notched Crossed)

Kinerja perpindahan panas baik.

Pressure drop paling rendah diantara tipe lainnya.

D. Permasalahan pada APH tipe regeneratif
Ada beberapa permasalahan yang biasa dijumpai pada tipe aph regeneratif seperti fouling, korosi, Kebocoran dan blockage. Kerusakan ini ditunjukkan pada gambar berikut
                                     

Perbandingan elemen APH yang rusa

 Elemen pemanas yang tersumbat

 Elemen pemanas yang tersumbat

untuk penyebab penyumbatan di elemen pemanas ini, akan dibahas dipostingan berikutnya.
semoga bermanfaat