Cara Mengolah Air Sungai Menjadi Air Demin untuk Air Umpan Boiler di PLTU

Apa itu air demin? Apa itu PLTU? Bagaimana proses pengolahan air sungai menjadi air demin? Simak penjelasannya di bawah ini.

Apa itu Air Demin?

Air demin adalah singkatan dari air demineralisasi, yaitu air yang bebas dari mineral, padatan tersuspensi, gas terlarut, dan mikroorganisme. Air demin memiliki konduktivitas yang sangat rendah, yaitu ≤ 0,2 µs/cm dan pH sekitar 7. Air demin juga memiliki kandungan natrium ≤ 10 µg/L dan kandungan silika ≤ 20 µg/L.

Apa itu PLTU?

PLTU adalah singkatan dari pembangkit listrik tenaga uap, yaitu sistem pembangkit listrik yang menggunakan uap kering (superheated steam) sebagai media untuk menggerakkan turbin dan menghasilkan listrik. Uap kering ini dihasilkan oleh boiler, yaitu alat yang memanaskan air hingga berubah menjadi uap.

Bagaimana Proses Pengolahan Air Sungai Menjadi Air Demin?

Air sungai adalah salah satu sumber air baku yang dapat digunakan untuk menghasilkan air demin. Namun, air sungai memiliki kandungan mineral yang rendah, tetapi memiliki kandungan padatan tersuspensi (TSS) yang tinggi, serta pH yang tidak stabil. Oleh karena itu, air sungai harus melalui beberapa tahap pengolahan sebelum menjadi air demin yang siap digunakan sebagai air umpan boiler di PLTU.

Berikut adalah urutan peralatan yang digunakan untuk mengolah air sungai menjadi air demin:

1. Water purifier. Water purifier adalah peralatan yang berfungsi untuk menghilangkan kotoran dan padatan tersuspensi yang berukuran besar dari air sungai. Water purifier menggunakan prinsip kerja koagulasi, flokulasi, sedimentasi dan filtrasi dengan pasir silika. Koagulasi adalah proses penambahan bahan kimia untuk menggumpalkan partikel-partikel kecil menjadi partikel-partikel besar. Flokulasi adalah proses pengadukan untuk membentuk flok-flok dari partikel-partikel gumpalan. Sedimentasi adalah proses pemisahan flok-flok dari air dengan cara gravitasi. Filtrasi adalah proses penyaringan air dengan pasir silika untuk menangkap flok-flok dan partikel-partikel lainnya.

2. Multimedia filter. Multimedia filter adalah peralatan yang berfungsi untuk menghilangkan kotoran dan padatan tersuspensi yang berukuran kecil dari air sungai. Multimedia filter terdiri dari beberapa lapisan media filter, seperti pasir silika, karbon aktif, antrasit, dan keramik. Media filter ini akan menjerat kotoran dan padatan tersuspensi yang berukuran lebih kecil dari ukuran pori media filternya.

3. Ultrafilter. Ultrafilter adalah peralatan yang berfungsi untuk menghilangkan partikel halus dan mikroorganisme dari air sungai. Ultrafilter menggunakan membran semipermeabel dengan ukuran pori sekitar 0,01-0,1 mikron. Membran ini akan memisahkan partikel halus dan mikroorganisme dari air sungai dengan cara tekanan osmosis. Tekanan yang digunakan di ultrafilter adalah sekitar 0,002-0,004 MPa. Beberapa referensi menyebutkan bahwa tekanan ultrafilter dapat mencapai 0,5-1 MPa jika digunakan untuk aplikasi tertentu.

4. Reverse osmosis 1. Reverse osmosis 1 adalah peralatan yang berfungsi untuk menghilangkan mineral dan garam terlarut dari air sungai. Reverse osmosis 1 menggunakan membran semipermeabel dengan ukuran pori sekitar 0,0001-0,001 mikron. Membran ini akan memisahkan mineral dan garam terlarut dari air sungai dengan cara tekanan osmosis terbalik. Tekanan yang digunakan di reverse osmosis 1 adalah sekitar 0,015-0,02 MPa. Beberapa referensi menyebutkan bahwa tekanan reverse osmosis dapat mencapai 4-8 MPa jika digunakan untuk desalinasi air laut.

5. Reverse osmosis 2. Reverse osmosis 2 adalah peralatan yang berfungsi untuk menghilangkan mineral dan garam terlarut yang masih tersisa dari air sungai setelah melewati reverse osmosis 1. Reverse osmosis 2 menggunakan membran semipermeabel dengan ukuran pori sekitar 0,00001-0,0001 mikron. Membran ini akan memisahkan mineral dan garam terlarut dari air sungai dengan cara tekanan osmosis terbalik. Tekanan yang digunakan di reverse osmosis 2 adalah sekitar 0,015-0,02 MPa.

6. Mixed bed. Mixed bed adalah peralatan yang berfungsi untuk menghilangkan ion-ion positif dan negatif yang masih tersisa dari air sungai setelah melewati reverse osmosis 2. Mixed bed menggunakan resin penukar ion yang terdiri dari resin kationik dan resin anionik. Resin kationik akan menangkap ion-ion positif dan resin anionik akan menangkap ion-ion negatif dari air sungai. Reaksi kimia yang terjadi pada mixed bed adalah sebagai berikut:

    - Resin kationik + ion positif (Na+, Ca2+, Mg2+, dll) → Resin kationik-positif + ion H+

    - Resin anionik + ion negatif (Cl-, SO42-, CO32-, dll) → Resin anionik-negatif + ion OH-

    - Ion H+ + ion OH- → Air murni (H2O)

Setelah melewati semua tahap pengolahan tersebut, air sungai akan menjadi air demin yang memiliki konduktivitas ≤ 0,2 µs/cm, pH sekitar 7, kandungan natrium ≤ 10 µg/L dan kandungan silika ≤ 20 µg/L. Air demin ini kemudian disimpan di make up water tank sebelum digunakan sebagai air umpan boiler di PLTU.

Siklus Proses Pembangkit Listrik Tenaga Uap

Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) adalah jenis pembangkit listrik yang menggunakan uap sebagai fluida kerja untuk memutar turbin dan menghasilkan listrik. Uap tersebut dihasilkan dari pemanasan air dalam boiler dengan menggunakan bahan bakar fosil seperti batu bara atau minyak. Dalam proses produksi listrik PLTU, terdapat beberapa siklus yang terjadi, yaitu:

Siklus Air dan Uap

Siklus air dan uap adalah siklus tertutup yang menggunakan air sebagai fluida kerja yang berulang-ulang mengalami perubahan fase dari cair menjadi uap dan sebaliknya. Siklus ini melibatkan komponen utama seperti boiler, turbin, kondensor, dan pompa. Berikut adalah langkah-langkah siklus air dan uap:

- Air diisikan ke boiler hingga mengisi seluruh luas permukaan pemindah panas. Di dalam boiler, air dipanaskan dengan gas panas hasil pembakaran bahan bakar dengan udara sehingga berubah menjadi uap.

- Uap hasil produksi boiler masih berupa uap jenuh, kemudian dipanaskan lagi menggunakan superheater sehingga menjadi uap kering yang kemudian dengan tekanan dan temperatur tertentu diarahkan untuk melakukan kerja di turbin sehingga menghasilkan daya mekanik berupa putaran.

- Uap bekas keluar turbin masuk ke kondensor untuk didinginkan dengan air pendingin berupa air laut yang dipompa menggunakan pompa CWP (Circulation Water Pump) agar berubah menjadi air melalui proses kondensasi.

- Air kondensat ini kemudian dipanaskan lagi secara bertahap menggunakan heater/pemanas menggunakan uap ekstraksi melalui LPH1, LPH2, Daerator, HPH4 dan HPH5. Air demineralisasi (demin) tersebut digunakan lagi sebagai air pengisi boiler.

Gambar 1: Diagram siklus fluida kerja PLTU

Siklus Bahan Bakar

Siklus bahan bakar adalah siklus terbuka yang menggunakan bahan bakar fosil seperti batu bara atau minyak untuk menghasilkan gas panas yang digunakan untuk memanaskan air dalam boiler. Siklus ini melibatkan komponen utama seperti bunker, pulverizer, burner, furnace, dan cerobong. Berikut adalah langkah-langkah siklus bahan bakar:

- Bahan bakar batu bara disimpan dalam bunker yang dilengkapi dengan conveyor belt untuk mengangkut batu bara ke pulverizer. Di sini, batu bara digiling menjadi bubuk halus yang disebut pulverized coal.

- Pulverized coal kemudian dialirkan ke burner dengan menggunakan udara primer yang dipompa oleh primary air fan (PAF). Di burner, pulverized coal dicampur dengan udara sekunder yang dipompa oleh forced draft fan (FDF) dan dibakar dalam furnace.

- Pembakaran pulverized coal menghasilkan gas panas yang dialirkan ke boiler untuk memanaskan air menjadi uap. Gas panas ini juga melewati economizer, air preheater, dan electrostatic precipitator (ESP) untuk meningkatkan efisiensi dan mengurangi emisi.

- Gas panas bersih kemudian dikeluarkan melalui cerobong ke atmosfer.

Gambar 2: Diagram siklus bahan bakar PLTU

Siklus Udara Bakar dan Udara Buang

Siklus udara bakar dan udara buang adalah siklus terbuka yang menggunakan udara sebagai oksidator untuk pembakaran bahan bakar dalam furnace. Siklus ini melibatkan komponen utama seperti FDF, PAF, air preheater, dan induced draft fan (IDF). Berikut adalah langkah-langkah siklus udara bakar dan udara buang:

- Udara atmosfer dipompa oleh FDF ke burner sebagai udara sekunder yang dicampur dengan pulverized coal untuk pembakaran. Udara ini juga dipanaskan terlebih dahulu oleh air preheater yang menggunakan gas panas dari boiler.

- Udara atmosfer juga dipompa oleh PAF ke pulverizer sebagai udara primer yang mengangkut pulverized coal ke burner. Udara ini juga dipanaskan terlebih dahulu oleh air preheater.

- Gas panas hasil pembakaran dialirkan ke boiler dan melewati economizer, air preheater, dan ESP sebelum dikeluarkan ke cerobong. Gas panas ini dipompa oleh IDF yang menimbulkan tekanan negatif di dalam furnace.

Gambar 3: Diagram siklus udara bakar dan udara buang PLTU

Siklus Pengolahan Air Baku

Siklus pengolahan air baku adalah siklus terbuka yang menggunakan air dari sumber alam seperti sungai atau danau untuk diolah menjadi air demin yang digunakan sebagai fluida kerja dalam siklus air dan uap. Siklus ini melibatkan komponen utama seperti intake, clarifier, filter, demin plant, dan storage tank. Berikut adalah langkah-langkah siklus pengolahan air baku:

- Air baku diambil dari sumber alam melalui intake yang dilengkapi dengan screen untuk menyaring kotoran kasar. Air baku kemudian dialirkan ke clarifier untuk mengendapkan kotoran halus dengan bantuan koagulan dan flokulan.

- Air baku bersih kemudian dialirkan ke filter untuk menyaring partikel-partikel tersisa dengan menggunakan media pasir atau karbon aktif. Air baku jernih kemudian dialirkan ke demin plant untuk menghilangkan ion-ion mineral dengan menggunakan resin penukar ion.

- Air demin hasil pengolahan kemudian disimpan dalam storage tank untuk digunakan sebagai air pengisi boiler.

Gambar 4: Diagram siklus terbuka pengolahan air baku PLTU

Mengenal Lebih Dekat Siklus Pembangkit Listrik

Pengantar:

Pembangkit listrik adalah elemen vital dalam memenuhi kebutuhan energi kita sehari-hari. Namun, tahukah Anda bahwa ada siklus yang kompleks di balik proses tersebut? Dalam artikel ini, kita akan menjelajahi siklus pembangkit listrik, dari sumber energi hingga menghasilkan listrik yang digunakan untuk menerangi rumah, memasok industri, dan memenuhi kebutuhan energi lainnya.

Sumber Energi: Diversifikasi dan Berkelanjutan

Pembangkit listrik dapat menggunakan berbagai sumber energi, termasuk tenaga surya, tenaga angin, tenaga air, gas alam, batu bara, dan nuklir. Setiap sumber energi ini memiliki karakteristik dan dampak lingkungan yang berbeda. Dalam upaya untuk mencapai keberlanjutan energi, penting untuk memperhatikan diversifikasi sumber energi dan meningkatkan penggunaan energi terbarukan yang ramah lingkungan.

Pembakaran Bahan Bakar dan Konversi Energi

Bahan bakar seperti gas alam atau batu bara digunakan dalam pembangkit listrik untuk menghasilkan panas melalui proses pembakaran. Panas ini kemudian digunakan untuk menghasilkan uap dalam boiler. Selanjutnya, uap tersebut diarahkan ke turbin yang berputar dan menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik.

Turbin Uap: Mengubah Energi Panas Menjadi Energi Mekanis

Turbin uap adalah bagian kunci dalam siklus pembangkit listrik. Uap panas mengalir melalui turbin, yang mengubah energi panas menjadi energi mekanis. Ketika uap melewati sudu-sudu turbin, sudutnya berubah dan energi kinetik yang dihasilkan memutar turbin. Gerakan ini menghasilkan energi mekanis yang kemudian diubah menjadi energi listrik melalui generator.

Generator: Menghasilkan Listrik

Generator adalah perangkat yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Ketika turbin berputar, rotor generator juga berputar di dalam medan magnet yang tetap, menghasilkan arus listrik melalui prinsip induksi elektromagnetik. Arus ini kemudian dialirkan melalui sistem kabel dan transformator untuk memasok listrik ke jaringan distribusi.

Distribusi dan Penggunaan Listrik

Setelah listrik dihasilkan, langkah selanjutnya adalah mendistribusikan dan menggunakan listrik tersebut. Melalui jaringan transmisi dan distribusi, listrik disalurkan ke rumah, industri, dan fasilitas lainnya untuk memenuhi kebutuhan energi. Di rumah, listrik digunakan untuk penerangan, pemanas, pendingin udara, elektronik, dan banyak lagi.

Keberlanjutan dan Inovasi

Penting bagi industri pembangkit listrik untuk terus berinovasi dan mencari cara untuk meningkatkan efisiensi, mengurangi emisi, dan mengoptimalkan penggunaan sumber daya alam. Penerapan teknologi hijau, seperti pembangkit listrik tenaga surya dan tenaga angin, serta penelitian dalam bidang energi terbarukan, akan berkontribusi pada keberlanjutan energi di masa depan.

Kesimpulan:

Siklus pembangkit listrik adalah proses kompleks yang melibatkan sumber energi, pembakaran, konversi energi, turbin uap, generator, dan distribusi listrik. Melalui pemahaman tentang siklus ini, kita dapat menghargai betapa pentingnya diversifikasi sumber energi dan upaya untuk mencapai keberlanjutan energi yang lebih baik. Dengan inovasi dan peningkatan efisiensi, pembangkit listrik akan terus memainkan peran penting dalam memenuhi kebutuhan energi kita dengan cara yang ramah lingkungan.