JP2015152287A - 燃料供給システムとそれを用いた燃料供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発電量等の負荷の目標値が変更された場合でも燃料油ポンプの稼働状態を切り換えることで、必要な電力等を最小限に抑え、省エネルギー化を図ることが可能な燃料供給システムを提供する。【解決手段】流量調整弁５７を有し、その上流に並列に設けられるポンプ用配管５４ａ，５４ｂに燃料油ポンプ５２ａ，５２ｂが設置された供給配管５４と、圧力調整弁５８を有し、ポンプ用配管５４ａ，５４ｂの合流点５５ｃと流量調整弁５７の間に一端が接続され他端が燃料タンク５１に接続される戻り配管５６と、を備えて燃料タンク５１に貯蔵された燃料を供給配管５４を介してボイラ５３へ供給する燃料供給システムにおいて、燃料油ポンプ５２ａ，５２ｂの上流側と下流側をそれぞれ接続するポンプ用戻り配管２ａ，２ｂがポンプ用配管５４ａ，５４ｂに対して並列に設けられ、ポンプ用戻り配管２ａ，２ｂに圧力安定弁３ａ，３ｂがそれぞれ設置された構造となっている。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の燃料油ポンプを備えた燃料供給システムとそれを用いてボイラへ燃料を供給する方法に係り、特に、一部の燃料油ポンプを起動又は停止させた場合に生じるボイラへの燃料供給量の変動を小さく抑えることが可能な燃料供給システムとそれを用いた燃料供給方法に関する。

火力発電所等の発電プラントには、蒸気タービンに供給する蒸気を発生させるボイラが設置されている。そして、このボイラには、燃料タンクから燃料を供給するための燃料供給システムが接続されている。
ここで、燃料油ポンプを備えた従来の燃料供給システムの構造について図６を用いて説明する。なお、図６には、従来技術の一例として２台の燃料油ポンプを備えた燃料供給システムの系統図を示している。

図６に示すように、従来技術に係る燃料供給システム５０は、燃料タンク５１から送出された燃料が並列に設置された２台の燃料油ポンプ５２ａ，５２ｂによって昇圧された後、ボイラ５３へ供給される構造となっている。
具体的に説明すると、燃料タンク５１に一端が接続される供給配管５４は、分岐点５５ａで２本のポンプ用配管５４ａ，５４ｂに分岐した後、合流点５５ｃで再び合流し、合流点５５ｃの下流に位置する分岐点５５ｂで戻り配管５６に分岐している。また、ポンプ用配管５４ａ，５４ｂには、燃料油ポンプ５２ａ，５２ｂがそれぞれ設置され、燃料油ポンプ５２ａ，５２ｂの下流には逆止弁５９ａ，５９ｂが設置されている。
さらに、供給配管５４には、分岐点５５ｂの下流に流量調整弁５７が設置され、戻り配管５６には、分岐点５５ｂの下流に圧力調整弁５８が設置されている。そして、分岐点５５ｂに一端が接続される戻り配管５６の他端は燃料タンク５１に接続されている。

燃料タンク５１に貯蔵された燃料は、燃料油ポンプ５２ａ，５２ｂによって圧力を高められ、ボイラ５３に供給されるが、燃料油ポンプ５２ｂ，５２ｂの起動時は燃料の圧力が大きく変動するため、すぐにはボイラ５３に燃料を供給することができない。そこで、燃料油ポンプ５２ａ，５２ｂを起動させた後もしばらくの間は、流量調整弁５７が閉状態にされ、圧力調整弁５８は開状態にされる。これにより、燃料油ポンプ５２ａ，５２ｂから吐出された燃料は、ボイラ５３に供給されることなく、戻り配管５６を通って燃料タンク５１に戻り、供給配管５４及びポンプ用配管５４ａ，５４ｂから燃料油ポンプ５２ａ，５２ｂに供給される。
ただし、流量調整弁５７の下流に燃料遮断弁が設けられ、ボイラ５３を点火するまでは燃料タンク５１から燃料が供給されないように、この燃料遮断弁が閉止される構造である場合には、必ずしも流量調整弁５７を閉状態とする必要はなく、流量調整弁５７を規定の開度だけ開いた状態としておいてもよい。

燃料の圧力変動が収まると、流量調整弁５７は開状態にされるが、圧力調整弁５８は、流量調整弁５７による燃料の流量の調整程度に応じて開度が調節される。すなわち、ボイラ５３に供給される燃料は、流量調整弁５７によって流量が調整される結果、余分な燃料は戻り配管５６を通って燃料タンク５１へ戻される。
そして、発電機の運転を停止する際には、ボイラ５３で蒸気を発生させる必要がなくなり、よって流量調整弁５７が閉じられる。ただし、このとき、流量調整弁５７の開度をいきなり小さくすると、燃料油ポンプ５２ｂ，５２ｂから吐出された燃料が行き場を失うため、燃料の圧力が急激に上昇し、燃料油ポンプ５２ａ，５２ｂに過大な負荷がかかることになる。したがって、発電機の運転を停止する場合、圧力調整弁５８を全開にして、戻り配管５６から燃料タンク５１までの燃料の経路を確保した上で、流量調整弁５７が閉じられる。
なお、発電機の運転を停止する際、最後のバーナが消火された時点でボイラ５３をトリップ（前述の燃料遮断弁を閉止するとともに燃料油ポンプを停止）させるのであれば、停止時の圧力調整は不要である。
このように、従来の燃料供給システム５０は、流量調整弁５７の開度に応じて圧力調整弁５８の開度を調節することで、発電機の運転を開始又は停止する際に、燃料油ポンプ５２ａ，５２ｂへ過大な圧力がかからないように、供給配管５４を流れる燃料の圧力が調整される構造となっている。

上記構造の燃料供給システム５０において、燃料油ポンプ５２ａ，５２ｂの一方が既に稼働している状態で、他方を起動したり、燃料油ポンプ５２ａ，５２ｂの双方が稼働している状態で、いずれか一方を停止させたりすると、供給配管５４を流れる燃料の圧力や流量が大きく変動する。ボイラ５３に供給される燃料の圧力や流量が大きく変動すると、システム全体に大きな圧力負荷がかかると同時にボイラ５３に対する燃料の供給量が変動し、ボイラ等にとっても大きな負荷変動となるため、通常、このような操作は圧力や流量の変動を抑制しながら行うことが望ましい。しかしながら、発電機の運転中は流量調整弁５７や圧力調整弁５８の開度調節だけでは、このような燃料の大きな流動変動や圧力変動に対応することは困難である。
したがって、従来、２台以上の燃料油ポンプを稼働させている場合に、必要とされる発電量の変更に伴って、燃料油ポンプを新たに起動させたり、不要な燃料油ポンプの運転を停止させることができずその出力を調整することで対応することしかできなかった。すなわち、従来の燃料供給システムにおいては、複数の燃料油ポンプの稼働状態（稼働台数）を柔軟に切り換えて、その稼働に必要なエネルギーを節約することができないという課題があった。

発電プラントにおける蒸気タービン用のボイラに燃料を供給するシステムに関するものではないが、例えば、特許文献１には、「内燃機関のバルブ制御装置」という名称で、内燃機関の各気筒の吸気弁と排気弁の一方若しくは両方の開弁タイミング等を変更する手段を備えたバルブ制御装置に関する発明が開示されている。
特許文献１に開示された発明は、内燃機関の始動直後のように油圧アクチュエータに供給する作動油温度が十分に上昇していない場合に、可変バルブ機構をインチング制御することで、バルブ特性の実値が少しずつ目標値に向かうように構成されたことを特徴とする。
このような構造によれば、内燃機関の始動直後において、ハンチングやオーバーシュートが生じ、可変バルブ機構の制御性が不安定になるという事態を解消することができる。

また、特許文献２には、「ボイラ起動時の蒸気送出装置」に関する発明が開示されている。
特許文献２に開示された発明では、蒸気送出管の途中に設けられた塞止弁の開度調整がインチング操作で行われる構造を備えている。
このような構造によれば、ボイラ起動時において昇圧完了後に負荷側へ送出される蒸気の流量が急激に増加することを防止できるとともに、ボイラに対する外乱を最小限に抑えることができる。

さらに、特許文献３には、「ボイラ停止制御装置」という名称で、発電所等において補助蒸気を発生させるために用いられるボイラの制御装置に関する発明が開示されている。
特許文献３に開示された発明は、ボイラを停止する際に主蒸気止弁を所要速度で段階的に絞っていき、全閉となった時点で燃料遮断弁を全閉とする構造となっている。
このような構造によれば、ボイラの停止操作を行う際に、ボイラに大きなストレスが加わることを防止できるとともに、個人差のない安定した負荷下げを行うことが可能である。

特開２００３−２５４０１７号公報 特開平１１−６３４０３号公報 特開平１０−３００００４号公報

上述の従来技術である特許文献１〜３には、インチング操作を行ってバルブの開度を段階的に変化させることにより、ボイラに対する外乱を小さくする技術が開示されている。しかしながら、これらの文献に開示された技術は、蒸気や油といった流体を流通させるシステムの主配管等に設置され通常開状態にあるバルブを当初の閉状態から徐々に開度を上げていき定格流量等に調整するためのインチング操作であり、例えばポンプを起動する際の水頭圧上昇に伴う流量逃がし（バイパス）やポンプを停止する際の水頭圧減少に先だっての流量逃がし（バイパス）という機能を備えるものではない。従って、発電プラントにおける蒸気タービン用のボイラに複数の燃料油ポンプが並列に接続されているような場合に、それらを用いて燃料を供給するシステムにおいて、追加で燃料油ポンプを起動させたり、稼働中の燃料油ポンプを停止させる際に、並列に接続されている他の燃料油ポンプとの間で圧力変動を吸収することができず、システム配管や機器に損傷を与えてしまう可能性もあるという課題があった。
すなわち、ボイラに対して、システム上の圧力変動を生じさせることなく燃料を安定して供給しつつ、複数の燃料油ポンプの稼働状態を柔軟に切り換えて、省エネルギー化を図ることができないという前述の課題は、これらの技術では解決することができない。

本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであって、発電量等の負荷の目標値が変更された場合でも、ボイラへ燃料を送出する複数の燃料油ポンプの稼働状態を柔軟かつ安全に切り換えることで、その稼働に必要な電力等を最小限に抑え、省エネルギー化を図ることが可能な燃料供給システムと燃料供給方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、流量調整弁を有するとともに、この流量調整弁の上流に複数の燃料油ポンプが設置された供給配管を介して、燃料タンクに貯蔵された燃料をボイラへ供給する燃料供給システムであって、圧力調整弁を有するとともに複数の燃料油ポンプと流量調整弁の間に一端が接続され他端が燃料タンクに接続される戻り配管と、燃料タンクの下流から分岐し、この戻り配管への分岐点の上流で再び合流するように供給配管の途中に並列に設けられて燃料油ポンプが設置される複数のポンプ用配管と、これらポンプ用配管の各々に対し燃料油ポンプの上流側と下流側を接続するように併設されるポンプ用戻り配管と、これらポンプ用戻り配管の各々に設置される圧力安定弁と、を備えたことを特徴とするものである。

従来の燃料供給システムでは、既に稼働中の燃料油ポンプがある場合に、別の並列に設置されている燃料油ポンプを追加で起動すると、その燃料油ポンプから供給される水頭圧によって吐出される燃料の圧力が変動し、流量調整弁の操作のみでは、その影響を抑えられなくなり、結果として、システム上の配管や機器に対して圧力負荷がかかったり、ボイラに対する燃料の供給量が変動するという不具合が生じる。
これに対し、本発明の燃料供給システムにおいては、燃料油ポンプを追加で起動する際に、対応するポンプ用戻り配管に圧力安定弁を設けることで、当該燃料油ポンプを起動する際には起動時に水頭圧をかけつつも吐出された燃料の大半が、圧力安定弁による圧力損失を受けながらこのポンプ用戻り配管を通って当該燃料油ポンプの上流側に戻される（逃がされる）ため、燃料油ポンプの起動時に燃料油ポンプの出口で水頭圧がかかっても、燃料の圧力変動は抑制され、既に運転している他の並列設置の燃料油ポンプやポンプ用配管、あるいはその下流側の配管や機器については圧力変動の影響を受け難く、さらにボイラもその影響を受け難い。そして、当該燃料油ポンプの起動直後は、燃料をポンプ用戻り配管との間で循環させ、燃料の圧力変動が許容範囲内に収まった段階で圧力安定弁を徐々に閉じ、当該燃料油ポンプから吐出された燃料のボイラに対する供給量を少しずつ増やすことで、システム上の配管や機器、あるいはボイラに対する燃料の圧力変動の影響は小さく抑えられる。

また、従来の燃料供給システムにおいて、稼働中の複数の燃料油ポンプのうちの一部を停止すると、その燃料油ポンプの下流側の燃料の圧力が変動する。そして、流量調整弁の操作のみでは、その影響を抑えられないため、システム上の圧力変動を抑制することができず配管や機器に損傷を与える可能性があると同時にボイラに対する燃料の供給量は急激に変動する。
これに対し、本発明の燃料供給システムでは、稼働中の燃料油ポンプの一部を停止する際に、対応するポンプ用戻り配管の圧力安定弁を用いて、予めポンプ用戻り配管に圧力損失を生じさせながら燃料を戻す（逃がす）ことで、燃料油ポンプの下流側で予め燃料の供給を低下させることができ、燃料油ポンプを停止させた場合の下流側の燃料の圧力変動が抑えられる。その結果、システム上の圧力変動を抑制しボイラに供給される燃料の圧力が変動し難くなり、ボイラに対する燃料の供給量が安定する。なお、上述の圧力安定弁をいきなり全閉状態にすると、停止した燃料油ポンプの下流側の燃料の圧力が大きく変動してしまうが、圧力安定弁の開度が徐々に大きくなるように、その速度を調節することによれば、この燃料の圧力変動は抑制される。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料供給システムにおいて、複数設置された燃料油ポンプのうちの少なくとも１台が運転中に追加で少なくとも１台を停止から起動する場合にボイラへ燃料を供給する方法であって、追加する燃料油ポンプの停止時に、この燃料油ポンプが設置されたポンプ用戻り配管の圧力安定弁を全開状態とし、その後燃料油ポンプを起動し、その後圧力安定弁の開度を全開から４０％乃至５０％まで変化させる第１の工程と、４０％乃至５０％から全閉まで開度を変化させる第２の工程と、を備え、この第２の工程における閉操作は、第１の工程における閉操作よりも低速で実行されることを特徴とするものである。
このような構成の燃料供給方法においては、複数設置された燃料油ポンプのうちの少なくとも１台を追加で起動する場合に、燃料油ポンプの水頭圧が最も強く影響を与えるポンプ用戻り配管の閉塞、すなわち圧力安定弁が４０％乃至５０％から全閉する状態までの閉操作を、全開から４０％乃至５０％までの閉操作に比べて低速に実行することで、全閉までの時間は長くなるものの、追加で起動した燃料油ポンプから吐出される燃料の圧力変動を小さく抑制するように作用して、もってシステムを構成する配管や機器に対する損傷やボイラに対する燃料供給量の変動が抑えられるという作用を有する。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の燃料供給方法において、第２の工程における閉操作はインチング閉操作であることを特徴とするものである。
このような構成の燃料供給方法においては、閉操作をインチング閉操作とするものであり、その作用は請求項２に記載の発明と同様である。
なお、インチング閉操作とは、予め定めた微小時間ほど弁（本願発明では圧力安定弁）を閉操作し、その後、予め定めた微小時間ほど停止させ、その後再び微小時間ほど弁を閉操作し、微小時間ほど停止するという繰り返しの操作を意味する。

さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の燃料供給システムにおいて、複数設置された燃料油ポンプのうちの少なくとも２台が運転中にこの運転中の燃料油ポンプの一部であって少なくとも１台を停止する場合にボイラへ燃料を供給する方法であって、停止する燃料油ポンプの運転時に、この燃料油ポンプが設置されたポンプ用戻り配管の圧力安定弁を全閉状態とし、その後圧力安定弁の開度を全閉から４０％乃至５０％まで変化させる第１の工程と、４０％乃至５０％から全開まで開度を変化させる第２の工程と、を備え、その後に燃料油ポンプを停止し、この第１の工程における開操作は、第２の工程における開操作よりも低速で実行されることを特徴とするものである。
このような構成の燃料供給方法においては、稼働中の燃料油ポンプのうちの少なくとも１台を停止する場合に、燃料油ポンプの水頭圧が最も強く影響を与えるポンプ用戻り配管の閉塞からのわずかな開状態、すなわち圧力安定弁が全閉から４０％乃至５０％までの開操作を、４０％乃至５０％から全開状態までの開操作に比べて低速に実行することで、全開までの時間は長くなるものの、停止しようとしている燃料油ポンプから吐出される燃料の圧力変動を小さく抑制するように作用して、もってシステムを構成する配管や機器に対する損傷やボイラに対する燃料供給量の変動が抑えられるという作用を有する。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の燃料供給方法において、第１の工程における開操作はインチング開操作であることを特徴とするものである。
このような構成の燃料供給方法においては、開操作をインチング開操作とするものであり、その作用は請求項４に記載の発明と同様である。
なお、インチング開操作とは、予め定めた微小時間ほど弁（本願発明では圧力安定弁）を開操作し、その後、予め定めた微小時間ほど停止させ、その後再び微小時間ほど弁を開操作し、微小時間ほど停止するという繰り返しの操作を意味する。

本発明の請求項１に記載の発明によれば、発電機における発電量のように負荷の目標値が変更された場合でも、ボイラへ燃料を送出する並列に設けられた複数の燃料油ポンプの稼働状態を安全かつ柔軟に切り換えることができる。また、このことから、それらの並列設置の燃料油ポンプの稼働に要する電力等を最小限にして、省エネルギー化を図ることができる。

本発明の請求項２に記載の発明によれば、ボイラに対する燃料供給量の変動を抑えつつ、既に稼働中の燃料油ポンプに加え、別の燃料油ポンプを追加で圧力変動を抑制しながら安全に起動することができる。これにより、ボイラへ燃料を送出する複数の燃料油ポンプの稼働に要する電力等を最小限に抑え、省エネルギー化を図ることができるという請求項１に記載の発明の効果が同様に発揮される。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明と同様の効果を発揮することができる。

本発明の請求項４に記載の発明によれば、ボイラに対する燃料供給量の変動を抑えつつ、稼働中の複数の燃料油ポンプのうちの一部を停止することができる。これにより、ボイラへ燃料を送出する複数の燃料油ポンプの稼働に要する電力等を最小限に抑え、省エネルギー化を図ることができるという請求項１に記載の発明の効果が同様に発揮される。

請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明と同様の効果を発揮することができる。

本発明の実施の形態に係る燃料供給システムの構成を示す系統図である。 （ａ）本実施例の燃料供給システムにおいて２台目の燃料油ポンプを起動する場合に、予め設定されたパターンに従って圧力安定弁の開度が時間的に変化する様子を示した図であり、（ｂ）はボイラに対する燃料供給量の時間的な変化を模式的に示した図である。 （ａ）本実施例の燃料供給システムにおいて２台目の燃料油ポンプを起動する場合に、予め設定されたパターンに従って圧力安定弁の開度が時間的に変化する様子を示した図であり、（ｂ）はボイラに対する燃料供給量の時間的な変化を模式的に示した図である。 （ａ）本実施例の燃料供給システムにおいて稼働中の２台目の燃料油ポンプを停止する場合に、予め設定されたパターンに従って圧力安定弁の開度が時間的に変化する様子を示した図であり、（ｂ）はボイラに対する燃料供給量の時間的な変化を模式的に示した図である。 （ａ）本実施例の燃料供給システムにおいて稼働中の２台目の燃料油ポンプを停止する場合に、予め設定されたパターンに従って圧力安定弁の開度が時間的に変化する様子を示した図であり、（ｂ）はボイラに対する燃料供給量の時間的な変化を模式的に示した図である。 従来技術に係る燃料供給システムの構成を示す系統図である。

本発明の燃料供給システムとそれを用いてボイラへ燃料を供給する方法について、火力発電所等の発電プラントにおいて蒸気タービンに供給する蒸気を発生させるボイラを例にとって説明する。なお、本発明は、発電プラントに設置された蒸気タービン用のボイラ以外についても利用可能である。また、本実施例では、２台の燃料油ポンプが設置されている場合について説明しているが、これに限定されるものではなく、３台以上の燃料油ポンプについても以下の説明は同様に適用される。

図１は本発明の実施の形態に係る燃料供給システム１の構成を示す系統図である。
図１に示すように、本発明の燃料供給システム１は、図６に示した従来の燃料供給システム５０において、燃料油ポンプ５２ａ，５２ｂと逆止弁５９ａ，５９ｂの間から分岐するポンプ用戻り配管２ａ，２ｂによって燃料油ポンプ５２ａ，５２ｂの上流側と下流側が接続され、このポンプ用戻り配管２ａ，２ｂに圧力安定弁３ａ，３ｂがそれぞれ設けられた構造となっている。

前述したように、従来の燃料供給システム５０において、燃料油ポンプ５２ａの稼働中に、燃料油ポンプ５２ｂを起動すると、燃料油ポンプ５２ｂから供給される水頭圧によって吐出される燃料の圧力が変動するが、流量調整弁５７の操作だけでは、この圧力変動の影響を抑えることができないため、並列設置されている燃料油ポンプ５２ａやポンプ用配管５４ａやさらに下流側の配管や機器に対して圧力変動が生じ、損傷を与える可能性があると同時にボイラ５３に対する燃料の供給量が変動する。
これに対し、本発明の燃料供給システム１においては、ポンプ用戻り配管２ｂの圧力安定弁３ｂを全開にした状態で燃料油ポンプ５２ｂを起動することで、燃料油ポンプ５２ｂから吐出された燃料の大半がポンプ用戻り配管２ｂを通って燃料油ポンプ５２ｂの上流側に戻されるため、この燃料の圧力変動は並列設置されている燃料油ポンプ５２ａやポンプ用配管５４ａやその下流側の配管や機器に対して影響を及ぼす可能性はほとんどなくなり、ボイラ５３に対しても直接影響を与え難い。
したがって、燃料油ポンプ５２ｂの起動直後は、燃料をポンプ用戻り配管２ｂと燃料油ポンプ５２ｂの間で循環させ、圧力安定弁３ｂを全開状態から４０％乃至５０％の開度まで下げていき、その後圧力変動が最も生じやすい全閉状態まで４０％乃至５０％の開度から徐々に下げていき、その速度は前半の全開状態から４０％乃至５０％の開度までよりも低速で下げることが重要である。弁の開度が４０％乃至５０％から圧力変動を最も生じやすい全閉状態までの弁の閉操作を低速で行うことで圧力変動を生じさせないようにするためである。
なお、低速で圧力安定弁３ｂを閉操作する際には、例えばインチング回路を圧力安定弁３ｂに設けることで、予め定めた所望の速度で所望の時間間隔で閉操作を行うことが可能であり、より精度よく全閉状態の近傍の弁開度を調整することが可能である。インチング回路も設けることなく、手動でインチング操作を実行可能としてもよい。
燃料油ポンプ５２ｂから吐出された燃料のボイラ５３に対する供給量を少しずつ増やすことで、システムの配管や機器あるいはボイラ５３に対する上述の燃料の圧力変動の影響が小さく抑えられる。すなわち、本発明の燃料供給システム１によれば、既に稼働中の燃料油ポンプ５２ａに加え、新たに燃料油ポンプ５２ｂを起動する場合でも、ボイラ５３に対する燃料供給量の変動を小さく抑えることができる。

また、従来の燃料供給システム５０では、並列設置された燃料油ポンプ５２ａ，５２ｂの稼働中に、そのうちの１台、例えば、燃料油ポンプ５２ｂを停止すると、燃料油ポンプ５２ｂの水頭圧によって吐出される燃料の圧力が変動し、流量調整弁５７の操作をしても、この圧力変動の影響を抑えることができず、並列設置されている燃料油ポンプ５２ａやポンプ用配管５４ａやさらに下流側の配管や機器に対して圧力変動が生じ、損傷を与える可能性があると同時にボイラ５３に対する燃料の供給量が変動するという問題が生じる。
これに対し、本発明の燃料供給システム１においては、燃料油ポンプ５２ｂを停止する前に、ポンプ用戻り配管２ｂの圧力安定弁３ｂを全開にして、燃料油ポンプ５２ｂから吐出される燃料の大半を燃料油ポンプ５２ｂの上流側に戻すことで、燃料油ポンプ５２ｂの下流側への燃料供給量を可能な限り下げて燃料油ポンプ５２ｂの下流側の燃料の圧力変動を抑えている。これにより、燃料油ポンプ５２ａやポンプ用配管５４ａをはじめ、その下流側におけるシステムの配管や機器における燃料の圧力変動や、ボイラ５３に供給される燃料の圧力変動が生じ難くなり、機器や配管の損傷を防止することができるのと同時に、ボイラ５３に対する燃料の供給量が安定する。ただし、ポンプ用戻り配管２ｂの圧力安定弁３ｂをいきなり全開状態にすると、燃料油ポンプ５２ｂの下流側の燃料の圧力が大きく変動するため、圧力変動が最も大きくなる全閉状態から４０％乃至５０％の開度まで圧力安定弁３ｂの開度は徐々に大きくなるようにしつつ、その後４０％乃至５０％から全開状態までは開度を大きくする速度を速めるように調節することが重要である。圧力変動を最も生じやすい全閉状態から弁の開度が４０％乃至５０％までの弁の開操作を低速で行うことで圧力変動を生じさせないようにするためである。
なお、閉操作と同様に、低速で圧力安定弁３ｂを開操作する際にも、インチング回路を設けることで、予め定めた所望の速度で所望の時間間隔で開操作を行うことが可能であり、より精度よく全閉状態の近傍の弁開度を調整することが可能である。同様にインチング回路も設けることなく、手動でインチング操作を実行可能としてもよい。
このように、本発明の燃料供給システム１では、燃料油ポンプ５２ａ，５２ｂの稼働中に、そのうちの１台を停止する場合でも、システムの配管や機器に損傷を与えることなく、ボイラ５３に対する燃料供給量の変動を小さく抑えることができる。
すなわち、本発明の燃料供給システム１によれば、必要とされる発電量に応じて、ボイラ５３へ燃料を送出する複数の燃料油ポンプの稼働状態を安全かつ柔軟に切り換えることで、その稼働に必要なエネルギーを節約することができる。

次に、実際に燃料供給システム１を用いてボイラ５３に燃料を供給する手順について図２乃至図５を用いて具体的に説明する。なお、以下の説明において、図１に示した構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
図２（ａ）及び図３（ａ）は燃料供給システム１において稼働中の燃料油ポンプ５２ａに加えて燃料油ポンプ５２ｂを新たに起動する場合に、時間の経過とともに開度が変化するように予め設定された圧力安定弁３ｂの開閉状態を示すグラフであり、図２（ｂ）及び図３（ｂ）は、その際にボイラ５３に対する燃料供給量が時間的に変化する様子を模式的に示した図である。
すなわち、図２（ａ）及び図３（ａ）において、縦軸は全開状態を１００％とした場合の圧力安定弁３ｂの開度を示しており、図２（ｂ）及び図３（ｂ）において、縦軸は１時間当たり５５キロリットルの燃料がボイラ５３に供給される状態を１００％とした場合の燃料供給量を示している。また、図２（ａ），（ｂ）及び図３（ａ），（ｂ）において、横軸は燃料油ポンプ５２ｂの起動を開始した時点からの経過時間を示している。

前述のとおり、燃料供給システム１においては、既に稼働中の燃料油ポンプ５２ａに加えて燃料油ポンプ５２ｂを新たに起動する場合、ポンプ用戻り配管２ｂの圧力安定弁３ｂを全開にする。したがって、図２（ａ）に示すように、燃料油ポンプ５２ｂの起動を開始した時点で圧力安定弁３ｂの開度は１００％となっている。そして、燃料油ポンプ５２ｂから吐出された燃料の圧力に大きな変動が生じないように、２１秒かけて開度が３０％になるまで圧力安定弁３ｂを閉じる。その後、圧力安定弁３ｂを閉じる速度をさらに遅くして、６９秒かけて圧力安定弁３ｂをゆっくりと閉じ、全閉状態にする。すなわち、開度が３０％に達するまでは圧力安定弁３ｂを１秒当たり３．３３％ずつ小さくなるように閉じていき、それ以降は１秒当たり０．４３％ずつ小さくなるように圧力安定弁３ｂを閉じるようにするのである。

開度が３０％に達した後も同じ速度で圧力安定弁３ｂを閉じた場合、燃料油ポンプ５２ｂから吐出された燃料の圧力が大きく変動するが、上述したように、開度が３０％に達した時点で圧力安定弁３ｂを閉じる速度を遅くして、開度が１秒当たり０．４３％ずつ小さくなるように圧力安定弁３ｂを閉じるようにすると、燃料油ポンプ５２ｂから吐出される燃料の圧力変動が小さくなる。しかしながら、図２（ｂ）に示すように、ボイラ５３に対する燃料供給量の変動は１３％程度生じており圧力変動の抑制効果としては不十分であると考えられる。
なお、図２（ａ）では、圧力安定弁３ｂの開度が３０％に達した後、閉じる動作を１秒間行い、その動作を７秒間停止するというパターンを繰り返すインチング操作（図２（ａ）参照）を実施して、圧力安定弁３ｂを断続的に閉じていく方法が示されている。しかし、圧力安定弁３ｂを閉じる速度が同じであれば、無理にインチング操作にこだわる必要はなく、連続的に圧力安定弁３ｂを閉じる方法を採用しても良い。

一方、図３（ａ）は、圧力安定弁３ｂが１６．５秒かけて開度が４５％になるまで閉じられた後、１０３．５秒かけて閉じられる様子を示している。この場合、開度が４５％に達するまで圧力安定弁３ｂは１秒当たり３．３３％ずつ小さくなるように閉じられ、それ以降は１秒当たり０．４３％ずつ小さくなるように閉じられることになるため、圧力安定弁３ｂが全閉状態となるまでの時間は、図２（ａ）に示した方法で圧力安定弁３ｂを閉じる場合に比べて３０秒ほど長くなる。しかし、このような方法によれば、燃料油ポンプ５２ｂから吐出される燃料の圧力変動は図２（ａ）に示した場合よりも小さくなり、その結果、図３（ｂ）に示すように、ボイラ５３に対する燃料供給量の変動は６％以内に抑えられ、圧力変動抑制の効果としては十分と考えられた。
なお、図２（ａ）では圧力安定弁３ｂの開度が３０％以降、図３（ａ）では同様に開度が４５％以降、それぞれ１秒当たりの閉操作の速度はいずれも１秒当たり０．４３秒と同じであるにもかかわらず、閉操作の速度を低くした開度によって圧力変動の抑制効果に差が生じるという興味深い効果を得ることができた。すなわち、本実施例による試験の結果、燃料油ポンプ５２ｂの起動に伴って、圧力安定弁３ｂの開度を小さくしていく場合には、４０％乃至５０％の開度から全閉状態までの閉操作ではインチング閉操作が有効であるということが明らかになったのである。

図４（ａ）及び図５（ａ）は燃料供給システム１において燃料油ポンプ５２ａ，５２ｂが稼働している状態で燃料油ポンプ５２ｂのみを停止する場合に、時間の経過とともに開度が変化するように予め設定された圧力安定弁３ｂの開閉状態を示すグラフであり、図４（ｂ）及び図５（ｂ）は、その際にボイラ５３に対する燃料供給量が時間的に変化する様子を模式的に示した図である。
すなわち、図４（ａ）及び図５（ａ）において、縦軸は全開状態を１００％とした場合の圧力安定弁３ｂの開度を示しており、図４（ｂ）及び図５（ｂ）において、縦軸は１時間当たり５５キロリットルの燃料がボイラ５３に供給される状態を１００％とした場合の燃料供給量を示している。また、図４（ａ），（ｂ）及び図５（ａ），（ｂ）において、横軸は燃料油ポンプ５２ｂを停止した時点からの経過時間を示している。

前述したように、燃料供給システム１においては、燃料油ポンプ５２ａ，５２ｂが稼働している状態で燃料油ポンプ５２ｂのみを停止する場合、ポンプ用戻り配管２ｂの圧力安定弁３ｂを全開にして、燃料油ポンプ５２ｂからの燃料の大半をポンプ用戻り配管２ｂを経由して燃料油ポンプ５２ｂの上流側に循環させる。ただし、ポンプ用戻り配管２ｂの圧力安定弁３ｂをいきなり全開状態にすると、燃料油ポンプ５２ｂの下流側の燃料の圧力が大きく変動するため、圧力安定弁３ｂの開度は徐々に大きくする。すなわち、図４（ａ）に示すように、燃料油ポンプ５２ｂを運転している時点では圧力安定弁３ｂが全閉状態となっている。
次に、燃料油ポンプ５２ｂの下流側の燃料の圧力が大きく変動しないように、７７秒かけて開度が３０％になるまで圧力安定弁３ｂをゆっくりと開く。その後、圧力安定弁３ｂを開く速度を上げ、１３秒で圧力安定弁３ｂを全開状態にする。そして、その後に燃料油ポンプ５２ｂを停止する。
すなわち、開度が３０％に達するまでは圧力安定弁３ｂの開度を１秒当たり０．３９％ずつ大きくし、それ以降は１秒当たり５．３８％ずつ圧力安定弁３ｂの開度を大きくするのである。なお、図４（ａ）に示すように、圧力安定弁３ｂを開く際には、図２（ａ）や図３（ａ）の場合と同様のインチング操作を実施した。

上記方法によってポンプ用戻り配管２ｂの圧力安定弁３ｂを全開状態にした場合、燃料油ポンプ５２ｂの下流側の燃料の圧力変動は全体的に小さくなるが、圧力安定弁３ｂの開度が７０％に達した時点にピークが発生する。そのため、圧力安定弁３ｂの開度が７０％に達した時点、すなわち、燃料油ポンプ５２ｂを停止してから８４．４秒後の時点からボイラ５３に対する燃料供給量がやや変動する。ただし、図４（ｂ）に示すように、その変動量は１３％以内であったが、効果としては不十分であった。

一方、図５（ａ）は、圧力安定弁３ｂが１５４秒かけて開度が４０％になるまで開かれた後、１１秒で全開状態にされる様子を示している。この場合、圧力安定弁３ｂの開度は４０％に達するまで１秒当たり０．２６％ずつ大きくなり、それ以降は１秒当たり５．４５％ずつ大きくなる。なお、ここでは、圧力安定弁３ｂの開度が４０％に達するまでの間、開く動作を１秒間行い、その動作を１１秒間停止するというパターンを繰り返すインチング操作を実施して、圧力安定弁３ｂを断続的に開いていく方法を採用している（図５（ａ）参照）。
図５（ａ）に示すように、圧力安定弁３ｂが全開状態となるまでの時間は、図４（ａ）に示した方法で圧力安定弁３ｂを閉じる場合に比べて７５秒ほど長くなる。しかし、このような方法によれば、燃料油ポンプ５２ｂの下流側の燃料の圧力変動は全体的に小さくなり、圧力安定弁３ｂの開度が７０％に達した時点のピークも小さくなる。したがって、図５（ｂ）に示すように、ボイラ５３に対する燃料供給量の変動は６％以内に抑えられ効果としても十分であった。
すなわち、図４（ａ）では圧力安定弁３ｂの開度が３０％まで、図５（ａ）では同様に開度が４０％まで、インチングによる開操作を行っても圧力変動の抑制効果に差が生じるという効果を得ることができた。従って、本実施例による試験の結果からも、燃料油ポンプ５２ｂの停止に際して、圧力安定弁３ｂの開度を全閉から大きくしていく場合には、全閉状態から４０％乃至５０％の開度までの開操作ではインチング開操作が有効であるということが明らかになったといえる。

本発明の請求項１乃至請求項５に記載された発明は、発電プラントに設置された蒸気タービン用のボイラに限らず、それ以外のボイラについても適用することができる。

１…燃料供給システム ２ａ，２ｂ…ポンプ用戻り配管 ３ａ，３ｂ…圧力安定弁 ５０…燃料供給システム ５１…燃料タンク ５２ａ，５２ｂ…燃料油ポンプ ５３…ボイラ ５４…供給配管 ５４ａ，５４ｂ…ポンプ用配管 ５５ａ，５５ｂ…分岐点 ５５ｃ…合流点 ５６…戻り配管 ５７…流量調整弁 ５８…圧力調整弁 ５９ａ，５９ｂ…逆止弁

Claims (5)

1. 流量調整弁を有するとともに、この流量調整弁の上流に複数の燃料油ポンプが設置された供給配管を介して、燃料タンクに貯蔵された燃料をボイラへ供給する燃料供給システムであって、
   圧力調整弁を有するとともに前記複数の燃料油ポンプと前記流量調整弁の間に一端が接続され他端が前記燃料タンクに接続される戻り配管と、
   前記燃料タンクの下流から分岐し、この戻り配管への分岐点の上流で再び合流するように前記供給配管の途中に並列に設けられて前記燃料油ポンプが設置される複数のポンプ用配管と、
   これらポンプ用配管の各々に対し前記燃料油ポンプの上流側と下流側を接続するように併設されるポンプ用戻り配管と、
   これらポンプ用戻り配管の各々に設置される圧力安定弁と、を備えたことを特徴とする燃料供給システム。
2. 請求項１に記載の燃料供給システムにおいて、複数設置された前記燃料油ポンプのうちの少なくとも１台が運転中に追加で少なくとも１台を停止から起動する場合に前記ボイラへ燃料を供給する方法であって、
   追加する前記燃料油ポンプの停止時に、この燃料油ポンプが設置された前記ポンプ用戻り配管の前記圧力安定弁を全開状態とし、
   その後前記燃料油ポンプを起動し、その後前記圧力安定弁の開度を全開から４０％乃至５０％まで変化させる第１の工程と、
   ４０％乃至５０％から全閉まで前記開度を変化させる第２の工程と、を備え、
   この第２の工程における閉操作は、前記第１の工程における閉操作よりも低速で実行されることを特徴とする燃料供給方法。
3. 前記第２の工程における閉操作はインチング閉操作であることを特徴とする請求項２記載の燃料供給方法。
4. 請求項１に記載の燃料供給システムにおいて、複数設置された前記燃料油ポンプのうちの少なくとも２台が運転中にこの運転中の燃料油ポンプの一部であって少なくとも１台を停止する場合に前記ボイラへ燃料を供給する方法であって、
   停止する燃料油ポンプの運転時に、この燃料油ポンプが設置された前記ポンプ用戻り配管の前記圧力安定弁を全閉状態とし、
   その後前記圧力安定弁の開度を全閉から４０％乃至５０％まで変化させる第１の工程と、
   ４０％乃至５０％から全開まで前記開度を変化させる第２の工程と、を備え、
   その後に前記燃料油ポンプを停止し、
   この第１の工程における開操作は、前記第２の工程における開操作よりも低速で実行されることを特徴とする燃料供給方法。
5. 前記第１の工程における開操作はインチング開操作であることを特徴とする請求項４記載の燃料供給方法。

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