1 / 49

PEMBANGKIT DAYA

PEMBANGKIT DAYA. 2 ND DAY GAS TURBINE FUNDAMENTAL. Outline. Gas turbine compressor (Centrifugal Compressor) Gas turbine combustors Axial-flow turbines. Outline. Proses turbin gas : Pada dasarnya terdiri dari 3 komponen utama :

luella
Download Presentation

PEMBANGKIT DAYA

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. PEMBANGKIT DAYA 2ND DAY GAS TURBINE FUNDAMENTAL

  2. Outline • Gas turbine compressor (Centrifugal Compressor) • Gas turbine combustors • Axial-flow turbines

  3. Outline Proses turbin gas : Pada dasarnya terdiri dari 3 komponen utama : 1. Kompressor : mengkompresi udara intake agar bertekanan tinggi 2. Ruang pembakaran : membakar bahan bakar sehingga menghasilkan gas yang bertekanan tinggi dan bertemperatur tinggi 3. Turbin : mengambil energi dari gas yang terbakar dari ruang pembakaran untuk memutarnya

  4. Gas turbine compressor (Centrifugal Compressor) • PadaTurbin Gas diperlukankompressoruntukmenekanudaramasukkeruangbakar. Tipekompressor yang biasadigunakanyaitu centrifugal kompressor. • Keuntungan Centrifugal Compressor dibanding Axial Compressor • Menggunakanpanjang yang lebihkecilbiladibandingkandengankompresor axial yang ekuivalen • Tidakterlalukehilanganperformansiakibatterbentuknyaendapanpadapermukaan air channel ketikabekerjadiatmosfir yang terkontaminasi • lebihmudahdimanufaktur • Dapatdioperasikansecaraefisiendiluarbatas yang lebihlebardarialiranmassapadasegalakecepatanrotasi • Biasanyadigunakandalam unit power kecilkarena isentropic efficiensi yang lebihtinggidariaksialkompresortidakdapatdigunakanpadamesin yang kecil

  5. GAS TURBINE COMBUSTORS • pada combustor temperaturnya akan meningkat sedangkan pressure dropnya akan turun • pembakaran terjadi diupayakan pada kondisi stoikiometri, yakni sekitar 25 - 35% fuel akan dimasukan ke dalam combustor • ada tiga bagian utama dari combustor - recirculation zone: fuel sebagian menguap dan sebagian terbakar - burning zone: semua bahan bakar telah semuanya terbakar - Dilution zone: • tempat transfer panas antara udara dengan gas hasil pembakaran • jika ada bahan bakar yang belum sepenuhnya terbakar, maka pada zona ini akan ditambahkan udara dingin untuk membantu proses pembakaran

  6. Effisiensi Dimana : • adalah efisiensi dari combustors • adalah mass flow dari gas • adalah mass flow dari bahan bakar • adalah entalphy gas yang meninggalkan combustors • adalah entalphy gas yang dimasukkan ke combustors • Lower Heating Value (LHV) adalah nilai kalor dari bahan bakar

  7. Combustors • temperatur outlet dari combustors: • biasanya temperatur outlet dari combustors itu seragam • jika tidak seragam dapat disebabkan oleh adanya thermal stress pada blade, faktor stress ini biasanya penyebab dari fracture • faktor yang harus diminimlisir • temperatur gradient: karena dapat menyebabkan bending (melengkung) dan retakan pada chamber • carbon deposit: karena dapat meningkatkan pressure loss dan mengubah arah aliran • smoke: karena dapat berpengaruh pada pencemaran lingkungan

  8. combustion • setiap pembakaran pasti mempunyai tiga unsur utama yakni heat, oksigen dan flame (api) • reaksi pembakaran: • Reaksi paling umum • Jika kandungan Nitrogen pada udara diikutsertakan • Formasi reaksi yang lain akibat adanya unsure nitrogen • Reaksi pembakaran untuk sulfur

  9. faktor - faktor pada desain combustion Flame Stabilizaton: • fuel yang keluar dari nozzle akan membentuk aliran pusaran sehingga memungkinkan begabung dengan udara yang ada di dalam combustors sehingga siap untuk dilakukan pembakaran • penyebaran api disesuaikan dengan bentuka aliran yang terjadi pada aliran bahan bakar • jika dilihat konsep pembakaranya sama seperti motor diesel Combustion dan dilution: • harus memperhatikan proses dalam combustion da dilution zone, karena dapat menimbulkan asap • untuk mencegah asap maka equivalen rasionya diupayakan dibawah 1,5 film cooling of liner: • karena dapat mempengaruhi kekuatan dari materialnya • dapat menyebabkan fatigue • dengan menambahkan lubang - lubang kecil pada liner yang didalamnya dialiri udara dingin sebagai media pendinginan

  10. faktor - faktor pada desain combustion fuel atomization and ignition: • proses pencampuran udara dan bahan bakar harus disesuaikan agar daya yang dihasilkan dapat optimal • untuk membantu pencampuran udara dan bahan bakar maka digunakan "dual-orfice atomizer“ • waktu ignition pada proses pembakaran harus dicari yang paling optimal agar tidak terlalu cepat atau telalu lambat gas injection: • perbedaan aliran udara yang ada pada combustor dengan aliran bahan bakar dari injection menyebabkan pencampuran menjadi kurang homogen • sehingga diperlukan alat tambahan berupa orifice, swirlers dan venturi nozzle untuk mengatasinya wall cooling: • dapat berupa membuat liner / chamber dengan bahan oxidant-resistance • menggunakan udara pendinginan yang optimal pada liner / chamber combustor material: • high fatigue resistance ( Nimonic 75, 80 dan 90) yakni campuran antara nikel dan chromium serta titanium carbide sebagai tambahan

  11. Air Polution problem smoke: • terjadi karena campuran bahan bakar dan udara pada liner / chamber terlalu kaya • cara mengatasinya dengan menyuplai udara yang lebih banyak ke dalam chamber / liner Hydrocarbon dan Carbon Monoxide: • terjadi karena pembakaran yang kurang sempurna • faktor ini dapat diminimalisir dengan mengusahakan pencampuran udara dan bahan bakar agar lebih homogen • serta dengan meningkatkan local temperatur dalam liner / chamber oxide of Nitrogen, dapat diminimalisir dengan: • menurunkan peak flame temperatur dengan mengusahakan campuran menjadi miskin • menginjeksikan steam atau air untuk menurunkan temperatur pembakaran (firing temperature) • menginjeksikan gas inert ke dalam combustor

  12. COMBUSTORS FOR LOW EMISSION • Pembakaran pada turbin gas, menghasilkan beberapa polutan, yaitu : • Smoke : disebabkan pembakaran campuran kaya • Hydrocarbon & CO : disebabkan pembakaran yang tidak sempurna • Nitrogen Oksida (Nox) : Hasil pembakaran menghasilkan 90% NO dan 10%NO2

  13. COMBUSTORS FOR LOW EMISSION • Untukmenyelesaikanmasalahemisitersebutmakacara yang dapatdilakukanyaitu • Staged Combustion : Pembagianzonapembakaranpada Combustion Chamber. DipergunakanuntukmengurangiemisiNOxdan smoke yang dihasilkan • Lean Premix Prevaporize (LPP) :Dapatmenghasilkan ultralow level dariNOx • The rich-burn/quick-quench/lean-burn (RQL) combustor • Catalytic Combustor : Paling efektifdalammereduksiNOx

  14. COMBUSTORS FOR LOW EMISSION • Staged Combustion • RuangBakardibagimenjadi 2 zona. • Zona I merupakanzonapersiapancampuran fuel-air (campuran yang dipakaiyaitucampuranmiskinφ=0.6) • Zona II merupakanzonapembakarancampuran yang telahdisiapkanpadazona I. • Penggunaancampuranmiskininiuntukmengurangikadar CO, HC, danNox.

  15. COMBUSTORS FOR LOW EMISSION 2. Lean Premix Prevaporize (LPP) • Cara inidigunakanuntukmenghindariterjadinyapembakaran droplet bahanbakarterlebihdahulu (sebelumsaatnya) • Dengantidakadanyapembakarantersebutmakatemperatur flame yang dihasilkanakansemakintinggi, • NOxdapatdiminimalkandengantemperaturtinggi. • Pembakaranterjadidengancampuranmiskin.

  16. COMBUSTORS FOR LOW EMISSION 3. The rich-burn/quick-quench/lean-burn (RQL) combustor • Prinsipnyapadaruangbakardiinjeksikantambahanudara. Tambahanudaratersebutakandengancepatbergabung (mixing) denganbahanbakar. • Apabilapencampuranberhasil, makapembakaranakanmenjadilebihsempurnadanemisi yang dihasilkanakanbaik. • Keberhasilancarainiditentukanolehkecepatan mixing udara-bahanbakartersebut.

  17. COMBUSTORS FOR LOW EMISSION 4. Catalytic Combustor • Campuranudarabahanbakarmelewati catalytic. • Catalyst tersebutdapatmembuatpembakaranterjadipadakonsentrasi fuel yang sangatrendah ( < the lean flamability limit). • Olehkarenaitutemperaturreaksi yang dihasilkanakanrendah, mengakibatkankonsentrasiNOx yang dihasilkanjugarendah.

  18. Axial-flow turbines • Axial-flow turbines kebanyakan digunakan dalam aplikasi yang melibatkan fluida kompresibel. • Dalam banyak penggunaan, efisiensi Axial-flow turbines lebih tinggi dibandingkan radial-inflow turbin.

  19. Axial-flow turbines • Alirandalamturbindiindikasikandalamgambardisampingini: • Dimana: 0 = masukan nozzle 1 = masukan rotor 2 = keluaran rotor • Kecepatanfluidamerupakan parameter pentinguntukmenganalisisalirandan transfer energy dalamturbin. • Kecepatanfluida relative terhadaptitik stationer dinamakankecepatan absolute (V). halinipentinguntukmenganalisisaliran yang melewati stationery blade (nozzle).

  20. Axial-flow turbines Degree of reaction • Degree of reaction dalam Axial-flow turbines mempunyaikecepatan axial konstandan rotor dengan radius constan: • Untukturbinimpuls (zero reaction), kecepatan exit relative W4harussamadengankecepatan inlet relative W3. Degree of reaction kebanyakanturbinadalahantara 0 dan 1. Turbindengan Negative reaction tidakbiasanyadigunakankarenaefisiensi yang lebihrendah.

  21. Axial-flow turbines Utilization factor • Utilization factor didefinisikan sebagai rasio kerja ideal dengan energy masuk. Untuk turbin single rotor dengan radius konstan, utilization factor diberikan sebagai :

  22. Axial-flow turbines Impulse turbin • Turbin impulse mempunyai disain yang paling sederhana. Gas diekspansikan dalam nozel (stationery blade). Energy termal yang tinggi (temperature dan tekanan yang tinggi) di konversikan menjadi energy kinetic. Konversi ini diberikan dengan hubungan berikut: • Dimana V3 adalah kecepatan absolutdari gas saat memasuki rotor dan Δh0 adalah perubahan enthalpy sepanjang nozzle.

  23. Axial-flow turbines • Kecepatan gas yang tinggi mengenai rotating blade. energy kinetic dari aliran gas akan dikonversikan ke kerja poros turbin. Kecepatan absolute gas meningkat dalam nozzle dengan penurunan static pressure dan temperature. kecepatan absolute kemudian menurun sepanjang rotating blade. static pressure dan kecepatan relative tetap konstan.

  24. Axial-flow turbines • Guide vane dipasang diantara barisan moving blade untuk mengarahkan kembali gas dari barisan satu kebarisan moving blade yang lain. Jenis turbin ini dinamakan Curtis turbin.

  25. Axial-flow turbines • Pressure compound atau ratteau turbin adalah bentuk lain impuls turbin. Dalam jenis ini, kerja dibagi menjadi beberapa stage. Setiap stage terdiri dari barisan nozzle dan barisan moving blade. Energy kinetic dalam jet yang meninggalkan nozzle dikonversikan menjadi usefull work dalam rotor turbine. Gas yang meninggalkan moving blade memasuki nozell dari stage selanjutnya dimana enthalpy menurun lebih lanjut dan kecepatan meningkat.

  26. Axial-flow turbines • Degree of reaction dari impulse turbin adalah nol. Hal ini mengindikasikan bahwa seluruh enthalpy turun setiap stage yang dilalui sepanjang nozzle, dan kecepatang yang melalui nozzle sangat tinggi. Karena tidak ada perubahan enthalpy sepanjang moving blade, kecepatan relative masuk sama dengan keluar.

  27. Axial-flow turbines • Turbin reaksi adalah turbin yang banyak dipakai di industry. Nozzle dan moving blade dari turbin ini berlaku sebagai lanjutan nozzle. Oleh karena itu, enthalpy (tekanan dan temperature) turun baik di fixed dan moving blade. Kecepatan dalam turbin reaksi biasanya jauh lebih rendah dibandingkan turbin impulse, dan kecepatan relative memasuki blades hampir axial. • Turbin reaksi biasanya mempunyai efisiensi yang lebih tinggi dari impulse turbin. Bagaimanapun juga, banyaknya kerja yang dihasilkan impulse turbin lebih besar dari pada turbin reaksi.

  28. Turbine Blade Cooling Methods • Temperatur Inlet meningkat  Spesific Power naik, effisiensi naik • Kenaikkan temperatur menjadi mungkin karena kemajuan di bidang metalurgi dan penggunaan teknik pendinginan dari turbine blades yang juga semakin maju • Udara untuk mendinginkan diambil dari compressor discharge, dialirkan ke rotor, stator, dan bagian mesin lain yang membutuhkan pendinginan

  29. Turbine Blade Cooling Methods (conts) • Metode yang digunakan untuk pendinginan pada turbin gas adalah :  • Convection Cooling • Impingement Cooling • Film Cooling • Transpiration Cooling • Water Cooling

  30. Turbine Blade Cooling Methods (conts) • Convection Cooling • Mengalirkanudaradinginkedalam turbine blade untukmenghilangkanpanas yang melewatidinding • Aliranudara yang digunakan : aliran radial, yang melewatiberbagaijalurdari hub sampaike tip dari blade • Metode yang paling umumdigunakanpadaturbin gas.

  31. Turbine Blade Cooling Methods (conts) • Impingement Cooling • Pengembangan dari convection cooling. Udara disemprotkan di dalam permukaan blade dengan high-velocity air jets • Hal ini meningkatkan transfer panas dari permukaan metal ke udara pendingin • Kelebihan dari metode ini adalah sistemnya dapat diterapkan hanya di tempat yang membutuhkan pendinginan lebih banyak

  32. Turbine Blade Cooling Methods (conts) • Film Cooling • Membuat insulating layer diantara aliran gas panas dan blade • Metode ini juga berguna untuk melindungi combustor liners dari gas panas

  33. Turbine Blade Cooling Methods (conts) • Transpiration Cooling • Transpiration cooling dapat dicapai dengan mengalirkan udara pendingin melalui lubang pori pada dinding blade • Aliran udara pendingin akan mendinginkan aliran gas panas secara langsung • Metode ini sangat efektif untuk temperatur yang sangat tinggi, karena seluruh bagian blade dilewati oleh udara pendingin

  34. Turbine Blade Cooling Methods (conts) • Water Cooling • Mengalirkan air ke dalam tube di dalam blade, dan air tersebut akan keluar pada bagian tip dari blade dalam wujud uap • Air harus mengalami pemanasan awal untuk mencegah terjadinya thermal shock • Metode ini dapat menurunkan temperatur blade hingga di bawah 1000 OF (538 OC)

  35. Turbine Blade Cooling Designs • Lima macam blade-cooling designs : • Convection and Impingement Cooling / Strut Insert Design • Film and Convection Cooling Design • Transpiration Cooling Design • Multiple Small-Hole Design • Water-Cooled Turbin Blades

  36. Turbine Blade Cooling Designs (conts) • Convection and Impingement Cooling / Strut Insert Design • Convection cooling  bagianmidchord section melewati horizontal fins • impingement cooling  bagian leading edge • Media pendinginkeluarmelalui split trailing edge • Udarabergerakkeataspadabagian central cavity karenadibentukoleh strut insert melaluilubangpada leading edge untukmendinginkanbagian leading edge dari blade dengan impingement • Laluudaraakanmasukke horizontal fins diantara shell dan strut yang kemudiankeluarmelalui slot pada trailing edge dari blade.

  37. Turbine Blade Cooling Designs (conts) • Strut Insert Design

  38. Turbine Blade Cooling Designs (conts) • Film and Convection Cooling Design • Bagianmidchorddidinginkansecara convection • Bagian leading edge menggunakan convection dan film cooling • Udarapendingindimasukkanpadatiga port daridasar blade • Udaramengalirnaikdanturunmelalui vertical channels danakhirnyamelewatilubangkecilpada leading edge • Udaraakanmengenaipermukaanbagiandalam leading edge danmelewatilubanguntukmembuat film cooling. Udaraakankeluarmelalui slots untukmendinginkan trailing edge dengan convection

  39. Turbine Blade Cooling Designs (conts) • Film and Convection Cooling Design

  40. Turbine Blade Cooling Designs (conts) • Transpiration Cooling Design • Blade memiliki strut dengan shell berpori • Udara pendingin masuk ke dalam blade melalui central plenum dari strut, yang memiliki diameter permukaan lubang berbeda-beda • Udara akan melewati shell berpori yang akan didinginkan dengan kombinasi convection dan film cooling

  41. Turbine Blade Cooling Designs (conts) • Metode ini menjadi efektif karena jumlah pori pada shell tidak terbatas. • Tetapi pada metode ini kemungkinan terjadi oksidasi yang akan menutup beberapa pori pada saat dioperasikan, dan mengakibatkan cooling dan high-thermas stresses yang tidak seimbang, sehingga kemungkinan besar terjadi kerusakan pada blade saat digunakan

  42. Turbine Blade Cooling Designs (conts) • Transpiration Cooling Design

  43. Turbine Blade Cooling Designs (conts) • Multiple Small-Hole Design • Udara pendingin diinjeksikan melalui lubang-lubang kecil pada permukaan airfoil • Pendinginan pada umumnya terjadi  film cooling • Lubang-lubang pada sistem ini lebih besar dari transpiration cooling, sehingga kecil kemungkinannya terjadi oksidasi • Salah satu sistem terbaik yang digunakan pada turbin gas

  44. Turbine Blade Cooling Designs (conts) • Multiple Small-Hole Design

  45. Turbine Blade Cooling Designs (conts) • Water-Cooled Turbin Blades • terdapatbeberapa water tubes (Cooper) didalam blade • Air harusdipanaskanterlebihdahulusebelummasukkedalam blade untukmenghindari thermal shock • Air berubahmenjadi gas padasaatmencapai tip dari blade, kemudian gas inidiinjeksikanmenjadialiran gas • Keuntungan : temperatur inlet padaturbindapatmencapai 3000 OF (1649 OC), temperatur blade dapatdijagatetapdibawah 1000 OF (538 OC) • Keuntunganlainnyaadalahtidakadanyamasalah hot-corrosion.

  46. Turbine Blade Cooling Designs (conts) • Water-Cooled Turbin Blades

  47. Cooled Turbine Aerodynamics • Effisiensi dari turbin turun saat udara pendingin diinjeksikan ke rotor ataupun stator • Dengan menginjeksi udara pendingin ke turbin dapat menaikkan temperatur di combustor. • Hal ini pada akhirnya akan tetap menaikkan effisiensi dari turbin gas

  48. Turbine Blade Cooling Designs (conts) • Cooled Turbine Aerodynamics

More Related