(57)【要約】【課題】  ６５０℃以上の蒸気を利用した蒸気タービン発電設備を比較的簡単な構成により実現し、蒸気温度の向上により発電効率を向上させる。【解決手段】  本発明の蒸気タービン発電設備は、過熱器、第１再熱器および第２再熱器がそれぞれ蒸気温度６５０℃以上の蒸気を発生させるボイラと、前記過熱器から供給される超高温蒸気により駆動される超高圧タービンと、前記第１再熱器から供給される第１高温再熱蒸気により駆動され、前記超高圧タービンと別軸に配置された第１高温再熱タービンと、前記第２再熱器から供給される第２高温再熱蒸気により駆動される第２高温再熱タービンとを備える。超高圧タービン、高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンは１軸に構成され、第１および第２高温再熱タービンはこれとは別軸に設けられる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過熱器と第１再熱器と第２再熱器を備え、当該過熱器、第１再熱器および第２再熱器がそれぞれ蒸気温度６５０℃以上の蒸気を発生させるボイラと、
前記過熱器から供給される超高温蒸気により駆動される超高圧タービンと、
前記超高圧タービンからの排気蒸気を前記ボイラの前記第１再熱器へ供給する超高圧タービン排気系統と、
前記第１再熱器から供給される第１高温再熱蒸気により駆動され、前記超高圧タービンと別軸に配置された第１高温再熱タービンと、
前記第１高温再熱タービンからの排気蒸気により駆動され、前記超高圧タービンと同軸に設けられた高圧タービンと、
前記高圧タービンからの排気蒸気をを前記ボイラの前記第２再熱器へ供給する高圧タービン排気系統と、
前記第２再熱器から供給される第２高温再熱蒸気により駆動され、前記超高圧タービンおよび前記高圧タービンとは別軸に配置された第２高温再熱タービンと、
前記第２高温再熱タービンからの排気蒸気により駆動され、前記超高圧タービンおよび前記高圧タービンと同軸に配置された中圧タービンと、
前記中圧タービンからの排気蒸気により駆動され、前記超高圧タービン、前記高圧タービンおよび前記中圧タービンと同軸に配置された低圧タービンと、
前記低圧タービンからの排気蒸気を凝縮させる復水器と、
前記復水器にて凝縮した復水を昇圧して前記ボイラに供給する給水系統と、
を備えることを特徴とする蒸気タービン発電設備。
【請求項２】
請求項１記載の蒸気タービン発電設備において、前記第１高温再熱タービンと前記第２高温再熱タービンは同軸に配置されていることを特徴とする蒸気タービン発電設備。
【請求項３】
過熱器と第１再熱器と第２再熱器を備え、当該過熱器および第１再熱器がそれぞれ蒸気温度６５０℃以上の蒸気を発生させるとともに、前記第２再熱器が６５０℃未満の第２再熱蒸気を発生させるボイラと、
前記過熱器から供給される超高温蒸気により駆動される超高圧タービンと、
前記超高圧タービンからの排気蒸気を前記ボイラの前記第１再熱器へ供給する超高圧タービン排気系統と、
前記第１再熱器から供給される第１高温再熱蒸気により駆動され、前記超高圧タービンと別軸に配置された第１高温再熱タービンと、
前記第１高温再熱タービンからの排気蒸気により駆動され、前記超高圧タービンと同軸に設けられた高圧タービンと、
前記高圧タービンからの排気蒸気をを前記ボイラの前記第２再熱器へ供給する高圧タービン排気系統と、
前記第２再熱器から供給される第２再熱蒸気により駆動され、前記超高圧タービンおよび前記高圧タービンと同軸に配置された中圧タービンと、
前記中圧タービンからの排気蒸気により駆動され、前記超高圧タービン、前記高圧タービンおよび前記中圧タービンと同軸に配置された低圧タービンと、
前記低圧タービンからの排気蒸気を凝縮させる復水器と、
前記復水器にて凝縮した復水を昇圧して前記ボイラに供給する給水系統と、
を備えることを特徴とする蒸気タービン発電設備。
【請求項４】
過熱器と第１再熱器と第２再熱器を備え、当該過熱器および第２再熱器がそれぞれ蒸気温度６５０℃以上の蒸気を発生させるとともに、前記第１再熱器が６５０℃未満の第１再熱蒸気を発生させるボイラと、
前記過熱器から供給される超高温蒸気により駆動される超高圧タービンと、
前記超高圧タービンからの排気蒸気を前記ボイラの前記第１再熱器へ供給する超高圧タービン排気系統と、
前記第１再熱器から供給される第１再熱蒸気により駆動され、前記超高圧タービンと同軸に設けられた高圧タービンと、
前記高圧タービンからの排気蒸気をを前記ボイラの前記第２再熱器へ供給する高圧タービン排気系統と、
前記第２再熱器から供給される高温第２再熱蒸気により駆動され、前記超高圧タービンおよび前記高圧タービンとは別軸に配置された第２高温再熱タービンと、
前記第２高温再熱タービンからの排気蒸気により駆動され、前記超高圧タービンおよび前記高圧タービンと同軸に配置された中圧タービンと、
前記中圧タービンからの排気蒸気により駆動され、前記超高圧タービン、前記高圧タービンおよび前記中圧タービンと同軸に配置された低圧タービンと、
前記低圧タービンからの排気蒸気を凝縮させる復水器と、
前記復水器にて凝縮した復水を昇圧して前記ボイラに供給する給水系統と、
を備えることを特徴とする蒸気タービン発電設備。
【請求項５】
過熱器と再熱器を備え、当該再熱器が蒸気温度６５０℃以上の蒸気を発生させるとともに、前記過熱器が蒸気温度６５０℃未満の蒸気を発生させるボイラと、
前記過熱器から供給される高圧蒸気により駆動される高圧タービンと、
前記高圧タービンからの排気蒸気を前記ボイラの前記再熱器へ供給する高圧タービン排気系統と、
前記再熱器から供給される高温再熱蒸気により駆動され、前記高圧タービンと別軸に配置された高温再熱タービンと、
前記高温再熱タービンからの排気蒸気により駆動され、前記高圧タービンと同軸に設けられた中圧タービンと、
前記中圧タービンからの排気蒸気により駆動され、前記高圧タービンおよび前記中圧タービンと同軸に配置された低圧タービンと、
前記低圧タービンからの排気蒸気を凝縮させる復水器と、
前記復水器にて凝縮した復水を昇圧して前記ボイラに供給する給水系統と、
を備えることを特徴とする蒸気タービン発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンを備える蒸気タービン発電設備に係り、特に蒸気タービンへ供給される蒸気を高温化させた蒸気タービン発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
代表的な火力発電設備である蒸気タービン発電設備のうち、蒸気タービンを構成する各構成部品については、従来は、温度が６００℃以下の蒸気が供給される構成であり、例えば、タービンのロータ、タービン翼等の高温に晒される主要部材には製造性や経済性に優れたフェライト系耐熱鋼が使用されてきた。
【０００３】
また、近年において、環境保全を背景とした火力発電設備の高効率化が積極的に進められ、６００℃程度の温度の高温蒸気を利用した蒸気タービンが運転されている。このようなタービンにおいては、蒸気の高温化のため、一部の部品については、従来用いられていたフェライト系耐熱鋼の特性では要求される条件を満たすことができないため、より高温特性に優れたオーステナイト系耐熱鋼等が使用されている。
【０００４】
しかし、オーステナイト系耐熱鋼を使用することで設備の製造コストは上昇する。また、オーステナイト系耐熱鋼はフェライト系耐熱鋼に比較して熱伝導率が低く、さらに線膨張係数が大きいため、プラント起動時やプラント停止時などの負荷変化時に熱応力が発生しやすいという問題がある。
【０００５】
蒸気タービン発電設備の更なる高効率化のためには、蒸気温度を６５０℃以上に上昇させることが望まれているが、６００℃程度の温度の蒸気を利用した蒸気タービンよりもさらに高温の６５０℃以上の温度の蒸気を利用した蒸気タービンにおいては、より多くの部材にオーステナイト系耐熱鋼が用いられるだけでなく、オーステナイト系耐熱鋼の適用限界よりも高温となる部材については、オーステナイト系耐熱鋼よりさらに高温強度の高いＮｉ基合金を用いる必要がある。
【０００６】
このような、蒸気を高温化させた蒸気タービン発電設備については、タービンのロータ、タービン翼等の主要部材に全てオーステナイト系耐熱鋼やＮｉ基合金を適用した蒸気タービンとすることも考えられる。しかしながら、これらのオーステナイト系耐熱鋼やＮｉ基合金は従来のフェライト系耐熱鋼よりも線膨張係数が大きいため、出口での蒸気条件が従来と同様となるような蒸気タービンでは、すべての部材をこれらのオーステナイト系耐熱鋼やＮｉ基合金とする場合、以下のような問題がある。
【０００７】
すなわち、蒸気タービンの両端部における蒸気の漏洩を防ぐために設けられるグランドシール部には、ラビリンス構造等のグランドシール構造が適用されているが、タービンのロータ、タービン翼等の主要部材に全てオーステナイト系耐熱鋼やＮｉ系合金を適用した場合、タービン出口側のグランドシール部での静止部となるケーシングと回転部であるロータとの熱伸び差が大きくなり、グランド蒸気漏洩量が増加し蒸気タービン発電設備の性能が低下してしまう。したがって、このような性能低下を防ぐために、蒸気タービンにおいて６５０℃以上の温度の蒸気を利用する場合、高温の蒸気に晒される部位に限定的にオーステナイト系耐熱鋼やＮｉ系合金を利用することが提案されている。
【０００８】
このような、６５０℃以上の温度の蒸気を利用した蒸気タービン発電設備をオーステナイト系耐熱鋼やＮｉ系合金を限定的に利用して構成することについては、例えば、特許文献１などに開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１５１０１３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述の特許文献１などの、オーステナイト系耐熱鋼やＮｉ系合金を限定的に利用した蒸気タービン発電設備では、特にロータなどでオーステナイト系耐熱鋼やＮｉ系合金とフェライト系耐熱鋼との異材溶接が必要となる。しかしながら異材溶接を行なったロータなどでは、線膨張係数の異なる材料を溶接したことにより発生する熱応力を低減させるために蒸気による冷却が必要になるなど構成が複雑となることが考えられ、このような複雑な構成を有する蒸気タービン発電プラントの信頼性を検証し、実用化されるにまでにはまだ時間を要する。
【００１１】
また、６００℃以下の蒸気を用いる既設の蒸気タービン発電設備の蒸気温度を例えば６５０℃以上へと高温化する場合、上述のように、高温の蒸気に晒される部位に限定的にオーステナイト系耐熱鋼やＮｉ系合金を利用する蒸気タービンを用いる場合、既設のタービンを入れ替える必要があり、設備の更新のために非常に多くの手間と時間を要する。
【００１２】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、６５０℃以上の蒸気を利用した蒸気タービン発電設備を比較的簡単な構成により実現することで、蒸気温度の向上により発電効率が向上した蒸気タービン発電設備を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の蒸気タービン発電設備は、過熱器と第１再熱器と第２再熱器を備え、当該過熱器、第１再熱器および第２再熱器がそれぞれ蒸気温度６５０℃以上の蒸気を発生させるボイラと、前記過熱器から供給される超高温蒸気により駆動される超高圧タービンと、前記超高圧タービンからの排気蒸気を前記ボイラの前記第１再熱器へ供給する超高圧タービン排気系統と、前記第１再熱器から供給される第１高温再熱蒸気により駆動され、前記超高圧タービンと別軸に配置された第１高温再熱タービンと、前記第１高温再熱タービンからの排気蒸気により駆動され、前記超高圧タービンと同軸に設けられた高圧タービンと、前記高圧タービンからの排気蒸気をを前記ボイラの前記第２再熱器へ供給する高圧タービン排気系統と、前記第２再熱器から供給される第２高温再熱蒸気により駆動され、前記超高圧タービンおよび前記高圧タービンとは別軸に配置された第２高温再熱タービンと、前記第２高温再熱タービンからの排気蒸気により駆動され、前記超高圧タービンおよび前記高圧タービンと同軸に配置された中圧タービンと、前記中圧タービンからの排気蒸気により駆動され、前記超高圧タービン、前記高圧タービンおよび前記中圧タービンと同軸に配置された低圧タービンと、前記低圧タービンからの排気蒸気を凝縮させる復水器と、前記復水器にて凝縮した復水を昇圧して前記ボイラに供給する給水系統と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の蒸気タービン発電設備は、過熱器と第１再熱器と第２再熱器を備え、当該過熱器および第１再熱器がそれぞれ蒸気温度６５０℃以上の蒸気を発生させるとともに前記第２再熱器が６５０℃未満の第２再熱蒸気を発生させるボイラと、前記過熱器から供給される超高温蒸気により駆動される超高圧タービンと、前記超高圧タービンからの排気蒸気を前記ボイラの前記第１再熱器へ供給する超高圧タービン排気系統と、前記第１再熱器から供給される第１高温再熱蒸気により駆動され、前記超高圧タービンと別軸に配置された第１高温再熱タービンと、前記第１高温再熱タービンからの排気蒸気により駆動され、前記超高圧タービンと同軸に設けられた高圧タービンと、前記高圧タービンからの排気蒸気をを前記ボイラの前記第２再熱器へ供給する高圧タービン排気系統と、前記第２再熱器から供給される第２再熱蒸気により駆動され、前記超高圧タービンおよび前記高圧タービンと同軸に配置された中圧タービンと、前記中圧タービンからの排気蒸気により駆動され、前記超高圧タービン、前記高圧タービンおよび前記中圧タービンと同軸に配置された低圧タービンと、前記低圧タービンからの排気蒸気を凝縮させる復水器と、前記復水器にて凝縮した復水を昇圧して前記ボイラに供給する給水系統と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明の蒸気タービン発電設備は、過熱器と第１再熱器と第２再熱器を備え、当該過熱器および第２再熱器がそれぞれ蒸気温度６５０℃以上の蒸気を発生させるとともに前記第１再熱器が６５０℃未満の第１再熱蒸気を発生させるボイラと、前記過熱器から供給される超高温蒸気により駆動される超高圧タービンと、前記超高圧タービンからの排気蒸気を前記ボイラの前記第１再熱器へ供給する超高圧タービン排気系統と、前記第１再熱器から供給される第１再熱蒸気により駆動され、前記超高圧タービンと同軸に設けられた高圧タービンと、前記高圧タービンからの排気蒸気をを前記ボイラの前記第２再熱器へ供給する高圧タービン排気系統と、前記第２再熱器から供給される高温第２再熱蒸気により駆動され、前記超高圧タービンおよび前記高圧タービンとは別軸に配置された第２高温再熱タービンと、前記第２高温再熱タービンからの排気蒸気により駆動され、前記超高圧タービンおよび前記高圧タービンと同軸に配置された中圧タービンと、前記中圧タービンからの排気蒸気により駆動され、前記超高圧タービン、前記高圧タービンおよび前記中圧タービンと同軸に配置された低圧タービンと、前記低圧タービンからの排気蒸気を凝縮させる復水器と、前記復水器にて凝縮した復水を昇圧して前記ボイラに供給する給水系統と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の蒸気タービン発電設備は、過熱器と再熱器を備え、当該再熱器が蒸気温度６５０℃以上の蒸気を発生させるとともに前記過熱器が蒸気温度６５０℃未満の蒸気を発生させるボイラと、前記過熱器から供給される高圧蒸気により駆動される高圧タービンと、前記高圧タービンからの排気蒸気を前記ボイラの前記再熱器へ供給する高圧タービン排気系統と、前記再熱器から供給される高温再熱蒸気により駆動され、前記高圧タービンと別軸に配置された高温再熱タービンと、前記高温再熱タービンからの排気蒸気により駆動され、前記高圧タービンと同軸に設けられた中圧タービンと、前記中圧タービンからの排気蒸気により駆動され、前記高圧タービンおよび前記中圧タービンと同軸に配置された低圧タービンと、前記低圧タービンからの排気蒸気を凝縮させる復水器と、前記復水器にて凝縮した復水を昇圧して前記ボイラに供給する給水系統と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、６５０℃以上の蒸気が供給される部分の蒸気タービンを別置きとしたことにより、比較的簡易な構成により、プラントに適用する蒸気条件を上げ、プラント全体の効率を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る蒸気タービン発電設備の系統図
【図２】本発明の第１の実施の形態の変形例に係る蒸気タービン発電設備の系統図
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る蒸気タービン発電設備の系統図
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る蒸気タービン発電設備の系統図
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る蒸気タービン発電設備の系統図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る蒸気タービン発電設備の系統図である。本実施の形態には、本発明を二段再熱式の蒸気タービン発電設備に適用した場合を示している。
【００２１】
図１に示すように、本実施の形態に係る蒸気タービン発電設備では、超高圧タービン１、高圧タービン２、中圧タービン３および低圧タービン４が発電機５とが同軸に接続されて１軸を形成している。
【００２２】
また、超高圧タービン１、高圧タービン２、中圧タービン３、低圧タービン４および発電機５で構成される軸とは別の軸に設けられた、第１高温再熱タービン７と、さらにこの第１高温再熱タービンとも別の軸に設けられた第２高温再熱タービン９とを備えている。第１高温再熱タービン７、第２高温再熱タービン９には、それぞれ発電機８，１０が接続されている。
【００２３】
ここで、超高圧タービン１、第１高温再熱タービン７および第２高温再熱タービン９は、高温蒸気に対応できるよう、オーステナイト系耐熱鋼やＮｉ系合金が適用されており、特にそのロータ（軸）については異材溶接を採用せず、耐熱性の高い単一の材料により構成されている。
【００２４】
さらに、本実施の形態に係る蒸気タービン発電設備は、蒸気を発生させる設備として、ボイラ６が設けられている。ボイラ６の内部には、６５０℃以上の超高温蒸気を発生させる過熱器６１と、同様にそれぞれ６５０℃以上の高温再熱蒸気（高温第１再熱蒸気，高温第２再熱蒸気）を発生させる第１再熱器６２および第２再熱器６３が設けられている。
【００２５】
また、図１において、符号１１は低圧タービン４からの蒸気を凝縮させて復水とする復水器、符号１２は復水ポンプ、符号１３はグランド蒸気復水器、符号１４は低圧給水ヒータ，１５は脱気器、１６は給水ポンプ、１７は高圧給水ヒータ、１８は超高圧タービン１からの排気を導く超高圧タービン排気系統，１９は高圧タービン２からの排気を導く高圧タービン排気系統である。
【００２６】
このような構成からなる本実施の形態に係る蒸気タービン発電設備の作用を以下に説明する。
【００２７】
ボイラ６の過熱器６１で発生した６５０℃以上の超高温蒸気は超高圧タービン１に導入され、超高圧タービン１はこの超高温蒸気により駆動される。超高圧タービン１にて仕事をして排気された排気蒸気は、超高圧タービン排気系統１８を経由してボイラ６の第１再熱器６２へ送られる。なお、ここで超高圧タービン１からの排気蒸気については、その温度が従来の蒸気タービン発電設備における最高蒸気温度（例えば６００℃程度）となるように設計されている。
【００２８】
ボイラ６の第１再熱器で再熱された蒸気は、６５０℃以上の第１高温再熱蒸気となり、超高圧タービン１とは別置（別軸）の第１高温再熱タービン７に導入される。第１高温再熱タービン７は、上述の第１高温再熱蒸気により駆動され、第１高温再熱タービン７と連結された発電機８が電力を発生する。
【００２９】
第１高温再熱タービン７にて仕事を行った蒸気は、従来の蒸気タービンにおける高圧タービンに流入される高圧主蒸気の温度（例えば６００℃以下）程度の排気蒸気となり、高圧タービン２に導入され、高圧タービン２を駆動する。すなわち、本実施の形態においては、第１高温再熱タービン７の排気蒸気の温度を従来の蒸気タービン発電設備の高圧タービンの入口における主蒸気温度とほぼ同様にしているので、高圧タービン２については、従来設計されているものを大きく変更せずに用いることが可能である。
【００３０】
高圧タービン２にて仕事を行って排出された高圧排気蒸気は、高圧タービン排気系統１９を経由してボイラ６の第２再熱器６３に導かれる。高圧排気蒸気はボイラ６の第２再熱器６３において、再び６５０℃以上の第２高温再熱蒸気に再熱される。第２再熱器６３からの第２高温再熱蒸気は、第２高温再熱タービン９へと供給される。
【００３１】
第２高温再熱タービン９は、第２再熱器６３にて発生した第２高温再熱蒸気により駆動され、これにより第２高温再熱タービン９と連結された発電機１０が発電を行なう。
【００３２】
第２高温再熱タービン９にて仕事を行った蒸気は、従来の蒸気タービンにおける中圧タービンに流入される再熱蒸気の温度（例えば６００℃以下）程度の排気蒸気となり、中圧タービン３に導入され、中圧タービン３を駆動する。すなわち、本実施の形態においては、第２高温再熱タービン９の排気蒸気の温度を従来の蒸気タービン発電設備の中圧タービンの入口における再熱蒸気の温度とほぼ同様にしているので、中圧タービン３については、従来設計されているものを大きく変更せずに用いることが可能である。
【００３３】
中圧タービン３内において仕事をして中圧タービン３を駆動させた蒸気は、中圧タービン３から排気されて低圧タービン４に導かれ、低圧タービン４内をさらに膨張しながら流れて仕事を行い、低圧タービン４を駆動する。
【００３４】
そして、本実施の形態においては、超高圧タービン１，高圧タービン２，中圧タービン３，低圧タービン４および発電機５が一軸に結合されており、上述のように超高圧タービン１，高圧タービン２，中圧タービン３および低圧タービン４が駆動されることにより発電機５が電力を発生する。
【００３５】
低圧タービン４からの排気された排気蒸気は、復水器１１に導かれる。復水器１１内では、導かれた排気蒸気が冷却されて凝縮し、復水となる。復水器１１にて凝縮した復水は復水ポンプ１２、グランド蒸気復水器１３を経て低圧給水ヒータ１４へと導かれる。
【００３６】
低圧給水ヒータ１４は、図示しない複数の給水加熱器からなり、これらの各給水加熱器には加熱媒体として低圧タービン４の途中段から抽気した抽気蒸気が導かれている。そして、復水ポンプ１２、グランド蒸気復水器１３を経て低圧給水ヒータ１４の給水加熱器へと導かれた復水は、これらの抽気蒸気との間で熱交換を行いその温度が上昇する。
【００３７】
低圧給水ヒータ１４にて温度が上昇した復水は、次に脱気器１５に導かれる。脱気器１５には加熱用蒸気として中圧タービン３の排気蒸気の一部が導かれており、脱気器１５内で復水と直接接触することにより、復水中に含まれる不凝縮ガスが抽出されて脱気（加熱脱気）される。
【００３８】
脱気器１５にて脱気された復水は、給水ポンプ１６へ供給され、昇圧されて給水となる。給水ポンプ１６にて昇圧された給水は、高圧給水ヒータ１７へと導かれる。
【００３９】
高圧給水ヒータ１７は、図示しない複数の給水加熱器からなり、これらの各給水加熱器には加熱媒体として中圧タービン３の途中段からの抽気蒸気、高圧タービン２の途中段からの抽気蒸気、高圧タービン２の排気蒸気の一部および超高圧タービン１の排気蒸気がそれぞれ導かれている。そして、給水ポンプ１６から高圧給水ヒータ１７の給水加熱器へと導かれた給水は、これらの抽気蒸気や排気蒸気との間で熱交換を行いさらにその温度が上昇する。
【００４０】
高圧給水ヒータ１７にて加熱された給水は、ボイラ６に再び導かれ、図示しない節炭器、ドラムおよび蒸発器を経て蒸発した後、過熱器６１へと再び導かれる。
【００４１】
このように本実施の形態においては、特に６５０℃以上の超高温蒸気が供給される超高圧タービン１、第１高温再熱タービン７および第２高温再熱タービン９の特にロータ（軸）部材の単一の材料として、高温の蒸気に対応したオーステナイト系耐熱鋼やＮｉ系合金を適用した構成としている。したがって、これらの超高圧タービン１、第１高温再熱タービン７および第２高温再熱タービン９の超高温蒸気にさらされる部位において、技術的課題と信頼性の点で不利な異材溶接を採用する必要がない。
【００４２】
また、ボイラ６の過熱器６１、第１再熱器６２、第２再熱器６３や超高圧タービン１、第１高温再熱タービン７、および第２高温再熱タービン９などの高温の蒸気が導入される部分以外については、従来の蒸気タービン発電設備の構成を大きく変更せずに利用することが可能であるので、既設の蒸気タービン発電設備の高温化させる高効率化を比較的簡易に行なうことができる。
【００４３】
さらに、オーステナイト系耐熱鋼やＮｉ系合金が適用される超高圧タービン１、第１高温再熱タービン７および第２高温再熱タービン９を別置きとし、その排気蒸気の温度についても、従来の蒸気タービンの最高温度である６００℃程度という比較的高い温度としている。これにより、これらの超高圧タービン１、第１高温再熱タービン７および第２高温再熱タービン９のグランドシール部での静止部となるケーシングと回転部であるロータとの熱伸び差を従来と同等のレベルに抑えることができる。したがってこれらの超高圧タービン１、第１高温再熱タービン７および第２高温再熱タービン９におけるグランド部からの蒸気漏洩量を抑えることができ、超高圧タービン１、第１高温再熱タービン７および第２高温再熱タービン９各々の損失も抑えることができ、全体として高効率の蒸気タービン発電設備を提供できる。
【００４４】
また、本実施の形態においては、第１高温再熱タービン７および第２高温再熱タービン９の排気蒸気温度を約６００℃程度として設計することによって、高圧タービン２や中圧タービン３のロータ（軸）の材料として、従来から用いられているフェライト系耐熱鋼を用いることが可能である。また、第１高温再熱タービン７あるいは第２高温再熱タービン９の排気蒸気温度を約５５０℃程度とすれば、フェライト系耐熱鋼の中でもより安価なものを高圧タービン２あるいは中圧タービン３のロータ（軸）の材料として選定でき、コスト的なメリットを大きくすることができる。
【００４５】
図２は上述の第１の実施の形態の変形例に係る蒸気タービン発電設備の系統図である。図２において、図１と同一の構成については同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００４６】
図１に示した第１の実施の形態では、第１高温再熱タービン７と第２高温再熱タービン９をそれぞれ別軸に設けているが、図２に示したように、第１高温再熱タービン７と第２高温再熱タービン９を連結し、これら２台の第１高温再熱タービン７と第２高温再熱タービン９に発電機８を１台連結する構成としてもよい。
【００４７】
このような構成としても、図１に示した第１の実施の形態ど同様な作用効果が得られ、また第１高温再熱タービン７と第２高温再熱タービン９に接続する発電機８を１台とできるので、設備全体のコストを抑えることができる。また発電機の据付作業やメンテナンスに要する手間を低減することができる。
【００４８】
次に本発明の第２の実施の形態について、図３乃至図４を用いて説明する。図３および図４はいずれも第２の実施の形態に係る蒸気タービン発電設備の系統図を示したものである。なお、図３および図４において、図１乃至図２と同一の構成要件には同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００４９】
本実施の形態は、第１の実施の形態におけるボイラ６の第１再熱器６２および第２再熱器６３のうち、一方のみが６５０℃以上の高温再熱蒸気を発生させるように構成したものである。
【００５０】
すなわち、図３に示したように、本実施の形態に係る蒸気タービン発電プラントのボイラ６のうち、第１再熱器６２は６５０℃以上の高温再熱蒸気を発生させ、第２再熱器６３は従来の蒸気タービン発電プラントと同じように約６００℃程度以下の再熱蒸気を発生させるように構成されている。そして、図３に示す構成では、超高圧タービン１、高圧タービン２、中圧タービン３、低圧タービン４および発電機５で構成される軸とは別軸に、高温再熱タービン７１が１台設けられている。ここで、高温再熱タービン７１は、高温蒸気に対応できるよう、オーステナイト系耐熱鋼やＮｉ系合金が適用されており、特にそのロータ（軸）については異材溶接を採用せず、耐熱性の高い単一の材料により構成されている。
【００５１】
そして図３の構成では、第１再熱器６２からの６５０℃以上の高温再熱蒸気は、高温再熱タービン７１へと供給されてこの高温再熱タービン７１を駆動する。そして、高温再熱タービン７１にて仕事を行った蒸気は、従来の蒸気タービンにおける高圧タービンに流入される高圧主蒸気の温度（例えば６００℃以下）程度の排気蒸気となり、高圧タービン２に導入され、高圧タービン２を駆動する。
【００５２】
高圧タービン２にて仕事を行って排出された高圧排気蒸気は、高圧タービン排気系統１９を経由してボイラ６の第２再熱器６３に導かれる。高圧排気蒸気はボイラ６の第２再熱器６３において、従来の蒸気タービン発電プラントと同様の約６００℃程度以下の再熱蒸気となり、中圧タービン３へと供給される。
【００５３】
また、図４に示す構成では、蒸気タービン発電プラントのボイラ６のうち、第１再熱器６２は従来の蒸気タービン発電プラントと同じように約６００℃程度以下の再熱蒸気を発生させ、第２再熱器６３は６５０℃以上の高温再熱蒸気を発生させるように構成されている。そして、超高圧タービン１、高圧タービン２、中圧タービン３、低圧タービン４および発電機５で構成される軸とは別軸に、高温再熱タービン９１が１台設けられている。ここで、高温再熱タービン９１は、高温蒸気に対応できるよう、オーステナイト系耐熱鋼やＮｉ系合金が適用されており、特にそのロータ（軸）については異材溶接を採用せず、耐熱性の高い単一の材料により構成されている。
【００５４】
すなわち図４の構成では、第１再熱器６２からの、従来の蒸気タービン発電プラントと同様の約６００℃程度以下の再熱蒸気は、直接高圧タービン２へと供給され、高圧タービン２を駆動する。
【００５５】
高圧タービン２にて仕事を行って排出された高圧排気蒸気は、高圧タービン排気系統１９を経由してボイラ６の第２再熱器６３に導かれる。そして、この高圧排気蒸気はボイラ６の第２再熱器６３において６５０℃以上の高温再熱蒸気へと再熱される。第２再熱器６３にて発生した６５０℃以上の高温再熱蒸気は、高温再熱タービン９１へと供給されてこの高温再熱タービン９１を駆動する。高温再熱タービン７３にて仕事を行った蒸気は、従来の蒸気タービンにおける中圧タービンに流入される高圧主蒸気の温度（例えば６００℃以下）程度の排気蒸気となり、中圧タービン３に導入され、中圧タービン３を駆動する。
【００５６】
このように、複数の再熱器のうちいずれかを６５０℃以上の高温再熱蒸気を発生させる再熱器とし、この再熱器からの高温再熱蒸気が供給されるタービンを別置きの高温再熱タービンとする構成によっても、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することが可能となる。
【００５７】
次に、本発明の第３の実施の形態について、図５を参照して説明する。図５は、本発明の第３の実施の形態に係る蒸気タービン発電設備の系統図である。なお、図５において、図１乃至図４と同一の構成については同一の符号を付し重複する詳細な説明を省略する。
【００５８】
第１および第２の実施の形態は、ボイラ６が主蒸気を発生させる過熱器６１のほかに２つの再熱器６２，６３を有する所謂二段再熱式の蒸気タービンプラントに本発明を適用したものであるのに対して、図５に示す本発明の第３の実施の形態では、主蒸気を発生させる過熱器のほかに再熱器を１台備えたボイラを有する所謂一段再熱式の蒸気タービン発電プラントに本発明を適用した場合に関する。
【００５９】
すなわち、図５に示すように、ボイラ６は、主蒸気を発生させる過熱器６１のほか、一つの再熱器６４を備えている。ここで、本実施の形態において、過熱器６１は従来の蒸気タービン発電プラント同様の６００℃程度以下の主蒸気を発生させるように構成されている。また、再熱器６４は、高圧タービン２からの排気蒸気を６５０℃以上の高温再熱蒸気へと再熱するように構成されている。
【００６０】
図５に示した本実施の形態では、高圧タービン２、中圧タービン３および低圧タービン４が同軸に結合され、これらの軸（ロータ）が発電機５に接続されている。また、このようにして同軸に連結された高圧タービン２、中圧タービン３、低圧タービン４および発電機５の軸（ロータ）とは別の軸（ロータ）として、高温再熱タービン９２が設けられている。ここで、高温再熱タービン９２は、高温蒸気に対応できるよう、オーステナイト系耐熱鋼やＮｉ系合金が適用されており、特にそのロータ（軸）については異材溶接を採用せず、耐熱性の高い単一の材料により構成されている。
【００６１】
また、本実施の形態において、高圧給水ヒータ１７の各給水加熱器（図示せず）には、高圧タービン２の排気蒸気および抽気蒸気、また中圧タービン３の抽気蒸気がそれぞれ加熱媒体として供給されている。
【００６２】
このような構成からなる本実施の形態の蒸気タービン発電設備の作用を以下に説明する。
【００６３】
ボイラ６の過熱器６１では、従来の蒸気タービン発電プラント同様、６００℃程度以下の主蒸気が発生する。過熱器６１で発生した主蒸気は高圧タービン２に導入され、高圧タービン２を駆動する。
【００６４】
高圧タービン２にて仕事を行って排出された高圧排気蒸気は、高圧タービン排気系統１９を経由してボイラ６の再熱器６４に導かれる。高圧排気蒸気はボイラ６の再熱器６４において、６５０℃以上の高温再熱蒸気に再熱される。再熱器６４からの高温再熱蒸気は、高温再熱タービン９２へと供給される。
【００６５】
高温再熱タービン９２は、再熱器６４にて発生した高温再熱蒸気により駆動され、これにより高温再熱タービン９２と連結された発電機１０が発電を行なう。
【００６６】
高温再熱タービン９２にて仕事を行った蒸気は、従来の蒸気タービンにおける中圧タービンに流入される再熱蒸気の温度（例えば６００℃以下）程度の排気蒸気となり、中圧タービン３に導入され、中圧タービン３を駆動する。すなわち、本実施の形態においては、高温再熱タービン９２の排気蒸気の温度を従来の蒸気タービン発電設備の中圧タービンの入口における再熱蒸気の温度とほぼ同様にしているので、中圧タービン３については、従来設計されているものを大きく変更せずに用いることが可能である。
【００６７】
中圧タービン３内において仕事をして中圧タービン３を駆動させた蒸気は、中圧タービン３から排気されて低圧タービン４に導かれ、低圧タービン４内をさらに膨張しながら流れて仕事を行い、低圧タービン４を駆動する。
【００６８】
そして、本実施の形態においては、高圧タービン２，中圧タービン３，低圧タービン４および発電機５が一軸に結合されており、上述のように超高圧タービン１，高圧タービン２，中圧タービン３および低圧タービン４が駆動されることにより発電機５が電力を発生する。
【００６９】
低圧タービン４からの排気された排気蒸気は、復水器１１に導かれる。復水器１１内では、導かれた排気蒸気が冷却されて凝縮し、復水となる。復水器１１にて凝縮した復水は復水ポンプ１２、グランド蒸気復水器１３を経て低圧給水ヒータ１４へと導かれる。
【００７０】
このような構成によっても、第１の実施の形態と同様な作用効果を得ることができる。また特に、本実施の形態によれば、ボイラ６の再熱器６４の発生する再熱蒸気を６５０℃以上に高温化させるとともに、別置きの高温再熱タービン９２および発電機８を設置する、という比較的簡単な改造により、従来の蒸気タービン発電設備を高温化させて全体としての効率を高めることが可能となる。
【符号の説明】
【００７１】
１…超高圧タービン
２…高圧タービン
３…中圧タービン
４…低圧タービン
５，８，１０…発電機
６…ボイラ
７…第１高温再熱タービン
９…第２高温再熱タービン
１１…復水器
１２…復水ポンプ
１３…グランド蒸気復水器
１４…低圧給水ヒータ
１５…脱気器
１６…給水ポンプ
１７…高圧給水ヒータ
１８…超高圧タービン排気系統
１９…高圧タービン排気系統
６１…過熱器
６２…第１再熱器
６３…第２再熱器
６４…再熱器
７１，９１，９２…高温再熱タービン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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