(57)【要約】【課題】再熱蒸気温度が６５０℃以上の蒸気タービンにおいて、Ｎｉ基合金鋼やオーステナイト系鋼などの使用範囲を抑えつつ、運用上、製造上、もしくは性能上の利益が得られるようにした蒸気タービンおよび蒸気タービン設備を提供すること。【解決手段】主蒸気が導かれる高圧タービン１１、再熱蒸気が導かれる中圧タービン１２、および低圧タービン１３を有し、前記主蒸気温度が６５０℃以下で、前記再熱蒸気温度が６５０℃以上の蒸気タービンにおいて、高圧タービン１１にフェライト系鋼を使用し、中圧タービン１２については初段動翼及びロータに、重量％で９〜１２％のＣｒを含有するフェライト鋼を使用するとともに、当該中圧タービン１２のパッキンリングに、前記フェライト鋼の線膨張率と略同一の線膨張率を有するＮｉ基合金鋼を使用する。【選択図】図１
2010249050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主蒸気が導かれる高圧タービン、再熱蒸気が導かれる中圧タービン、および低圧タービンを有し、前記主蒸気温度が６５０℃以下で、前記再熱蒸気温度が６５０℃以上の蒸気タービンにおいて、前記高圧タービンにフェライト系鋼を使用し、前記中圧タービンについては初段動翼及びロータに、重量％で９〜１２％のＣｒを含有するフェライト鋼を使用するとともに、当該中圧タービンのパッキンリングに、前記フェライト鋼の線膨張率と略同一の線膨張率を有するＮｉ基合金鋼を使用したことを特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
主蒸気が導かれる高圧タービン、再熱蒸気が導かれる中圧タービン、および低圧タービンを有し、前記主蒸気温度が６５０℃以下で、前記再熱蒸気温度が６５０℃以上の蒸気タービンにおいて、前記高圧タービンにフェライト系鋼を使用し、前記中圧タービンのロータにＮｉ基合金またはオーステナイト系鋼を使用するとともに、前記中圧タービンのロータのジャーナル軸受部分に、重量％で１〜３％のＣｒを含有するフェライト鋼を肉盛溶接したことを特徴とする蒸気タービン。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの低圧タービンからの排気蒸気を凝縮させて復水とする復水器と、前記復水を加熱する給水加熱器と、前記給水加熱器により加熱される復水を前記蒸気タービン用のボイラに供給するボイラ給水ポンプと、前記ボイラ給水ポンプを駆動するボイラ給水ポンプ駆動用蒸気タービンとを備え、
前記ボイラ給水ポンプ駆動用蒸気タービンは、前記蒸気タービンの高圧タービンの排気蒸気により駆動され、当該ボイラ給水ポンプ駆動用蒸気タービンからの排気蒸気を前記給水加熱器に前記復水を加熱するための加熱源として供給することを特徴とする蒸気タービン設備。
【請求項４】
主蒸気が供給される超高圧タービン、第１再熱蒸気が供給される高圧タービン、第２再熱蒸気が供給される中圧タービン、および低圧タービンを有し、主蒸気圧力が３０ＭＰａ以上、前記第１および第２再熱蒸気温度がそれぞれ６５０℃以上で、二段再熱を行う蒸気タービンにおいて、前記超高圧タービンにフェライト系鋼を使用したことを特徴とする蒸気タービン。
【請求項５】
請求項４に記載の蒸気タービンにおいて、高圧タービンおよび中圧タービンの少なくとも一方の初段動翼及びロータに、重量％で９〜１２％のＣｒを含有するフェライト鋼を使用するとともに、パッキンリングに、前記フェライト鋼の線膨張率と略同一の線膨張率を有するＮｉ基合金鋼を使用したことを特徴とする蒸気タービン。
【請求項６】
請求項３に記載の蒸気タービンにおいて、高圧タービンおよび中圧タービンの少なくとも一方のロータに、Ｎｉ基合金またはオーステナイト系鋼を使用するとともに、当該ロータのジャーナル軸受部分に、重量％で１〜３％のＣｒを含有するフェライト鋼を肉盛溶接したことを特徴とする蒸気タービン。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれか１項に記載の蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの低圧タービンからの排気蒸気を凝縮させて復水とする復水器と、前記復水を加熱する給水加熱器と、前記給水加熱器により加熱される復水を前記蒸気タービン用のボイラに供給するボイラ給水ポンプと、前記ボイラ給水ポンプを駆動するボイラ給水ポンプ駆動用蒸気タービンとを備え、
前記ボイラ給水ポンプ駆動用蒸気タービンは、前記蒸気タービンの超高圧タービンの出口からの排気蒸気により駆動され、当該ボイラ給水ポンプ駆動用蒸気タービンからの排気蒸気を前記給水加熱器に前記復水を加熱するための加熱源として供給することを特徴とする蒸気タービン設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、再熱蒸気温度が６５０℃以上の蒸気タービンおよび蒸気タービン設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電プラントの蒸気条件の高温・高圧化は、その効率向上に寄与する非常に重要かつ基本的な要因であるが、１９６０年代後半に２４．１１ＭＰａ、５３８℃／５６６℃の一段再熱の蒸気条件が我国の事業用火力タービンの標準的なものとして確立されてからは、最近に至るまで画期的な進展はみられていなかった。しかし、オイルショック以来、省エネルギー化が強力に推進され、その後の地球温暖化問題に対する急速な関心の高まりから火力発電プラントの高効率化が推し進められている。
【０００３】
発電効率を上げるためには蒸気タービンの蒸気温度を上げるのが最も有効な手段である。従来の蒸気タービンの蒸気条件としては蒸気温度が６００℃級以下であり、蒸気タービンのロータ、翼等の主要部材にはフェライト系耐熱鋼が用いられている。従来の高効率タービン用材料としては、例えば特許文献１や、特許文献２、特許文献３などにみられるような高強度耐熱鋼が知られており、特にこれらの材料として高温強度のより優れた耐熱鋼としては、特許文献４、特許文献５などにみられるような高強度耐熱鋼が知られている。また、蒸気タービンの蒸気温度を上げる為の工夫も様々な方策が考えられており、例えば特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９などみられるような方策が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭６０−０３１８９８号公報
【特許文献２】特公昭６０−０５４３８５号公報
【特許文献３】特開平０２−１４９６４９号公報
【特許文献４】特開平０８−００３６９７号公報
【特許文献５】特開平０７−０３４２０２号公報
【特許文献６】特開２００４−２７８４３２号公報
【特許文献７】特開２００５−００２９９３号公報
【特許文献８】特開２００５−０６０８２６号公報
【特許文献９】特開２００６−３０７２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
蒸気タービンの蒸気条件として、蒸気温度が６５０℃級以上になった場合には、蒸気タービンのノズル、翼、ロータ等の主要部材には、フェライト系材料では強度が不十分であることから、一般に、Ｎｉ基合金鋼やオーステナイト系鋼が用いられる。
【０００６】
しかしながら、Ｎｉ基合金鋼やオーステナイト系鋼は、低熱伝導・高線膨張係数の特性を有するため、フェライト系の材料と比較して大きな熱応力が発生しやすく、蒸気タービンの起動を含む運用上の制約が生じ、かつ、熱膨張が大きいため、運転中の静止部と回転部の伸び差が大きくなり、パッキンリーク量が増大し、性能が低下するという問題がある。また、低熱伝導のロータ材は、ジャーナル軸受部分の焼き付けを起こす原因にもなる。
【０００７】
また、Ｎｉ基合金鋼やオーステナイト系鋼は、大型鋼塊の製造上に限界があるという問題がある。
【０００８】
さらに、Ｎｉ基合金鋼やオーステナイト系鋼の使用を抑えるために、蒸気冷却を行ってメタル温度を下げる方法もあるが、冷却蒸気がエネルギーとして変換されず、性能が低下するという問題がある。
【０００９】
なお、一般的に、蒸気圧力、温度が上昇すると、車室などの静止部の肉厚が増加し、熱応力が発生し易くなる。また、再熱蒸気温度が上昇すると、相俟って、再熱タービンの途中から蒸気を供給して駆動しているボイラ給水ポンプ駆動用蒸気タービンの入口温度と排気温度が上昇し、特に排気温度の上昇は、排気先の復水器の材質変更などの影響を及ぼす。一方、主蒸気圧力の上昇は、ボイラ給水ポンプの必要揚程の増加を招き、給水ポンプの動力が増加し、駆動用タービンが大型になる。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、再熱蒸気温度が６５０℃以上の蒸気タービンにおいて、Ｎｉ基合金鋼やオーステナイト系鋼などの使用範囲を抑えつつ、運用上、製造上、もしくは性能上の利益が得られるようにした蒸気タービンおよび蒸気タービン設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様による蒸気タービンは、主蒸気が導かれる高圧タービン、再熱蒸気が導かれる中圧タービン、および低圧タービンを有し、前記主蒸気温度が６５０℃以下で、前記再熱蒸気温度が６５０℃以上の蒸気タービンにおいて、前記高圧タービンにフェライト系鋼を使用し、前記中圧タービンについては初段動翼及びロータに、重量％で９〜１２％のＣｒを含有するフェライト鋼を使用するとともに、当該中圧タービンのパッキンリングに、前記フェライト鋼の線膨張率と略同一の線膨張率を有するＮｉ基合金鋼を使用したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、再熱蒸気温度が６５０℃以上の蒸気タービンにおいて、Ｎｉ基合金鋼やオーステナイト系鋼などの使用範囲を抑えつつ、運用上、製造上、もしくは性能上の利益が得られるようにした蒸気タービンおよび蒸気タービン設備を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る蒸気タービン発電システムの構成の一例を示す系統図。
【図２】同実施形態の蒸気タービン発電システムに含まれる高中圧タービンの構造を中心に示す断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る蒸気タービン発電システムの構成の一例を示す系統図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る蒸気タービン発電システムの構成の一例を示す系統図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る蒸気タービン発電システムの構成の一例を示す系統図である。
【００１６】
この第１の実施形態に係る蒸気タービン発電システム１０は、高圧タービン１１、中圧タービン１２、および低圧タービン１３を主に含む蒸気タービンのほか、発電機１４、復水器１５、ボイラ給水ポンプ１６、ボイラ１７、主蒸気管１８、低温再熱管１９、再熱器２０、高温再熱管２１、クロスオーバ管２２、過熱器２３などを有する。
【００１７】
上記構成要素のうち、高圧タービン１１、中圧タービン１２、低圧タービン１３、および発電機１４の各軸は同一軸上で連結され、軸系の振動に対する安定性を確保するようにしている。
【００１８】
なお、高圧タービン１１と中圧タービン１２とは一体化して高中圧タービンを構成している。
【００１９】
このような構成において、ボイラ１７の過熱器２３で過熱されて流出する主蒸気は、主蒸気管１８を経て高圧タービン１１に流入する。高圧タービン１１に流入した蒸気は、高圧タービン１１で膨張仕事を行った後、排気され、低温再熱管１９を経てボイラ１７の再熱器２０に流入する。ボイラ１７は、流入した蒸気を再熱器２０により再熱する。再熱された蒸気は、高温再熱管２１を経て中圧タービン１２に流入する。中圧タービン１２に流入した蒸気は、中圧タービン１２で膨張仕事を行った後、排気され、クロスオーバ管２２を経て低圧タービン２０に流入する。低圧タービン１３に流入した蒸気は、低圧タービン１３で膨張仕事を行った後、排気され、復水器１５で復水され、ボイラ給水ポンプ１６で昇圧されてボイラ１７に還流される。ボイラ１７に還流された復水は、加熱された後過熱器２３に導かれて過熱されて高温蒸気となり、再び主蒸気管１８を経て高圧タービン１１へ供給される。一方、発電機１４は、各蒸気タービンの膨張仕事によって回転駆動され発電する。
【００２０】
図２は、同実施形態の蒸気タービン発電システムに含まれる高中圧タービンの構造を中心に示す断面図である。なお、図１と共通する要素には同一の符号を付している。
【００２１】
高中圧タービン３０は、高圧タービン１１と中圧タービン１２が一体に結合された構成となっており、外部車室３１、高圧タービン内部車室３２、中圧タービン内部車室３３、中圧タービン初段動翼３４、高中圧タービンロータ３５、パッキンリング３６、ジャーナル軸受３７などを備えている。
【００２２】
この蒸気タービン発電システム１０では、再熱蒸気温度を６５０℃以上、例えば７００℃以上とし、主蒸気温度を６５０℃以下、例えば６１０℃とする。主蒸気と再熱蒸気との温度差は、３０℃以上確保する。
【００２３】
以下、図１および図２を参照しながら、蒸気タービン発電システム１０の主な部材に使用する材料について説明する。
【００２４】
高中圧タービン３０のうちの高圧タービン１１部分は、フェライト系鋼のみ、例えば重量％で１〜３％のＣｒを含有する低Ｃｒフェライト鋼、もしくは９〜１２％のＣｒを含有する高Ｃｒフェライト鋼のみで構成する。これにより、高温クリープ強度を向上させ、６１０℃級の主蒸気温度に対応できる。また、上記フェライト系鋼として、例えば、Ｗを２〜３％添加し、ＮｂやＣｏを添加して成分バランスを最適にすることにより、高温クリープ強度を向上させ、６１０℃級の主蒸気温度に対応できるように構成してもよい。
【００２５】
高中圧タービン３０のうちの中圧タービン１２部分については、７００℃以上の高温の再熱蒸気が直接触れる部位に、重量％で３５％以上のＮｉを含有するＮｉ基合金鋼、またはオーステナイト鋼を使用する。例えば、中圧タービン内部車室３３に、重量％で３５％以上のＮｉを含有するＮｉ基合金鋼、またはオーステナイト鋼を使用することにより、充分な高温クリープ強度を確保し、７００℃以上の高温に対応することができる。一方、外部車室３１には、直接高温蒸気が触れないよう入口部を二重構造にすることにより、従来と同様、ＣｒＭｏＶのフェライト鋼を使用することを可能としている。
【００２６】
７００℃以上の高温の再熱蒸気が導入される中圧タービン１２において最も強度の対策が必要な部位は、中圧タービン初段動翼３４の植込み部である。本実施の形態では、この中圧タービン初段動翼３４の植え込み部などを、高圧タービン１１からの蒸気で冷却することにより、メタル温度を低く維持している。これにより本実施の形態では、中圧タービン初段動翼３４及び高中圧タービンロータ３５（における中圧タービンロータ）に、フェライト系鋼を使用することができる。この場合、重量％で９〜１２％のＣｒを含有するフェライト鋼、例えば約１０％のＣｒを含有するフェライト鋼を使用することが望ましい。なお、高圧タービン１１の途中から中圧タービン１２に導入された冷却蒸気は、高圧タービン１１で膨張仕事を行なっている途中取り出され、その後は高圧タービン１１における動力の発生に寄与しない。したがって、性能上、この冷却蒸気の量は極力少ない方が好ましい。なお、必要冷却蒸気量は、冷却蒸気の温度と植込み部のメタル温度により決定される。
【００２７】
上述の通り、中圧タービン初段動翼３４及び高中圧タービンロータ３５（における中圧タービンロータ）フェライト系鋼を使用し、当該初段動翼の植込み部の蒸気冷却を積極的に行う場合、高圧タービン１１部と中圧タービン１２部との中間に設けられるパッキンフィン（パッキンリング３６）を冷却することができないので、パッキンリング３６の高温強度対策が必要となる。この場合、パッキンリング３６には、中圧タービン１２部（あるいは高圧タービン１１部）のロータに用いられているフェライト鋼の線膨張率と略同一の線膨張係数を有するＮｉ基合金鋼（Ｍ２５２など）を使用することにより、運転中の伸び差の増加を小さく維持し、タービン性能の低下を防止することができる。
【００２８】
このように、高中圧タービン３０においては、高圧タービン１１部分をフェライト系鋼のみで構成していることから、製造し易く、また、肉厚が厚く比較的熱応力の発生しやすい高圧タービン１１の熱応力を小さく維持でき、起動時間等の運用上の制限を減らすことができる。また、段落間の圧力差が大きく、パッキン蒸気漏れの大きい高圧タービン１１の回転部と静止部の高温下における伸び差の増加を小さくできるので、運転中のパッキン蒸気漏れを減らして、性能低下を抑制できる。そして、中圧タービン１２部分おいては、冷却ができる中圧タービン初段動翼３４及び中圧タービンロータにフェライト鋼を使用し、冷却ができないが単位部品が小さく、製造の容易なパッキンリング３６に中圧タービン１２部（あるいは高圧タービン１１部）のロータに用いられているフェライト鋼の線膨張率と略同一の線膨張率を有するＮｉ基合金鋼を使用しているので、製造の品質を維持して高温クリープ強度を向上させ、信頼性を向上させることができると共に、運転中のパッキンクリアランスの増大を抑制して、パッキンリング３６での漏れ蒸気を減らし、性能の低下を抑制できる。
【００２９】
なお、中圧タービン初段動翼３４は高中圧タービンロータ３５（における中圧タービンロータ）に比べるとかなり小さいため、Ｎｉ基合金鋼またはオーステナイト系鋼を使用しても、熱応力や伸び差の増加は問題にならず、かつ容易に製造することができる。このため、高中圧タービンロータ３５のうちの中圧タービン１２部分のロータの強度に余裕がある場合は、中圧タービン初段動翼３４にＮｉ基合金鋼またはオーステナイト系鋼を積極的に使用してもよい。この場合、冷却蒸気を減らすことができ、性能を一層向上させることができる。
【００３０】
高中圧タービンロータ３５のうちの中圧タービン１２部分のロータの強度に余裕がない場合、当該高中圧タービンロータ３５のうちの中圧タービン１２部分のロータにもＮｉ基合金またはオーステナイト鋼を使用する。この場合も、冷却蒸気を減らし、性能を一層向上させることができる。このとき、高中圧タービンロータ３５のジャーナル軸受３７部分の焼き付け防止対策として、高中圧タービンロータ３５のジャーナル軸受３７部分に低Ｃｒフェライト鋼を何層にも馴染ませながら肉盛溶接しておくことが望ましい。
【００３１】
高中圧タービンロータ３５のうちの中圧タービン１２部分のロータをＮｉ基合金あるいはオーステナイト鋼とするにあたっては大きなロータのインゴットが必要となるが、製造設備などの問題でこのよう大きなロータのインゴットの製造が困難である場合がある。このような場合は、高中圧タービンロータ３５のうちの中圧タービン１２部分のロータうち、高温部の２、３段のみをＮｉ基合金またはオーステナイト系鋼で構成し、フェライト系鋼と溶接するかボルト締めすることによりロータの製造を容易にすることができる。この場合、ロータがほとんどフェライト系鋼なので、運転中のロータと静止部の伸び差の増大は抑制される。フェライト系鋼の部分を低Ｃｒ鋼とすると、ジャーナル軸受３７部分の焼き付けを防止できる。
【００３２】
このように、中圧タービン１２部分のロータにＮｉ基合金鋼またはオーステナイト系鋼を使用し、そのロータのジャーナル軸受３７部分に低Ｃｒのフェライト鋼を使用した場合には、ロータの冷却を行わずに高温クリープ強度を向上し、またジャーナル軸受３７部分の焼き付けも防止できるため、冷却蒸気による性能低下がなく、信頼性を向上させることができる。
【００３３】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る蒸気タービン発電システムの構成の一例を示す系統図である。
【００３４】
この第２の実施形態に係る蒸気タービン発電システム５０は、超高圧タービン５１、高圧タービン５２、中圧タービン５３、および低圧タービン５４を主に含む蒸気タービンのほか、発電機５５、復水器５６、ボイラ給水ポンプ５７、ボイラ５８、主蒸気管５９、第１低温再熱管６０、第１再熱器６１ａ、第２再熱器６１ｂ、第１高温再熱管６２、第２低温再熱管６３、第２高温再熱管６４、クロスオーバ管６５、過熱器６６などを有する。
【００３５】
上記構成要素のうち、超高圧タービン５１、高圧タービン５２、中圧タービン５３、低圧タービン５４、および発電機５５の各軸は同一軸上で連結され、軸系の振動に対する安定性を確保するようにしている。
【００３６】
なお、超高圧タービン５１と高圧タービン５２とは一体化して超高圧−高圧タービンを構成している。
【００３７】
このような構成において、ボイラ５８で加熱されて過熱器６６にて過熱されて流出する主蒸気は、主蒸気管５９を経て超高圧タービン５１に流入する。超高圧タービン５１に流入した蒸気は、超高圧タービン５１で膨張仕事を行った後、排気され、第１低温再熱管６０を経てボイラ５８の第１再熱器６１ａに流入する。ボイラ５８は、流入した蒸気を第１再熱器６１ａにより再熱する。再熱された蒸気は、第１高温再熱管６２を経て高圧タービン５２に流入する。高圧タービン５２に流入した蒸気は、高圧タービン５２で膨張仕事を行った後、排気され、第２低温再熱管６３を経てボイラ５８の第２再熱器６１ｂに流入する。ボイラ５８は、流入した蒸気を第２再熱器６１ｂにより再熱する。再熱された蒸気は、第２高温再熱管６４を経て中圧タービン５３に流入する。中圧タービン５３に流入した蒸気は、中圧タービン５３で膨張仕事を行った後、排気され、クロスオーバ管６５を経て低圧タービン５４に流入する。低圧タービン５４に流入した蒸気は、低圧タービン５４で膨張仕事を行った後、排気され、復水器５６で復水され、ボイラ給水ポンプ５７で昇圧されてボイラ５８に還流される。ボイラ５８に還流された復水は、加熱された後過熱器２３において過熱されて高温蒸気となり、再び主蒸気管５９を経て超高圧タービン５１へ供給される。一方、発電機５５は、各蒸気タービンの膨張仕事によって回転駆動され発電する。
【００３８】
このように、この第２の実施形態に係る蒸気タービン発電システム５０は、第１再熱器６１ａおよび第２再熱器６１ｂによる二段再熱を行う構成を有する。
【００３９】
この蒸気タービン発電システム５０では、主蒸気圧力を３０ＭＰａ以上、例えば３５ＭＰａとする。また、第１再熱蒸気温度（１段目の再熱による蒸気温度）および第２再熱蒸気温度（２段目の再熱による蒸気温度）については、それぞれ、６５０℃以上とする。例えば、主蒸気温度、第１再熱蒸気温度、第２再熱蒸気温度をそれぞれ、例えば７００℃、７５０℃、７５０℃とする。
【００４０】
以下、図３を参照しながら、蒸気タービン発電システム１０の主な部材に使用する材料について説明する。
【００４１】
ここでは主蒸気温度を７００℃としているので、超高圧タービン５１にはＮｉ基合金鋼を使用する。但し、主蒸気圧力を多少抑え、主蒸気温度を６５０℃以下とした場合には、前述の高圧タービン１１の場合と同様、超高圧タービン５１をフェライト系鋼のみ、例えば重量％で１〜３％のＣｒを含有する低Ｃｒフェライト鋼、もしくは９〜１２％のＣｒを含有する高Ｃｒフェライト鋼のみで構成することができる。
【００４２】
高圧タービン５２および中圧タービン５３については、前述の中圧タービン１２の場合と同様、７００℃以上の高温の再熱蒸気（第１再熱蒸気、第２再熱蒸気）が直接触れる部位に、重量％で３５％以上のＮｉを含有するＮｉ基合金鋼、またはオーステナイト鋼を使用する。また、各タービンの初段動翼の植込み部を高圧タービン１１からの蒸気で冷却することにより、メタル温度を低く維持し、各タービンの初段動翼及び対応するロータに、フェライト系鋼を使用することができる。この場合、重量％で９〜１２％のＣｒを含有するフェライト鋼、例えば約１０％のＣｒを含有するフェライト鋼を使用する。また、各タービンの初段動翼及び対応するロータにフェライト系鋼を使用し、当該初段動翼の植込み部の蒸気冷却を積極的に行う場合、高圧タービン５２および中圧タービン５３のパッキンリングに、フェライト鋼の線膨張率と略同一の線膨張係数を有するＮｉ基合金鋼（Ｍ２５２など）を使用することにより、運転中の伸び差の増加を小さく維持し、タービン性能の低下を防止することができる。
【００４３】
このように構成することにより、この第２の実施形態の蒸気タービンにおいても、前述の第１の実施形態の場合と同様の製造上、運用上、および性能上の効果が得られる。
【００４４】
なお、各タービンのロータの強度に余裕がある場合は、初段動翼にＮｉ基合金鋼またはオーステナイト系鋼を積極的に使用してもよい。この場合、冷却蒸気を減らすことができ、性能を一層向上させることができる。各タービンのロータの強度に余裕がない場合、当該ロータにもＮｉ基合金またはオーステナイト鋼を使用する。この場合も、冷却蒸気を減らし、性能を一層向上させることができる。このとき、ジャーナル軸受の焼き付け防止対策として、低Ｃｒフェライト鋼をロータのジャーナル軸受部分に何層にも馴染ませながら肉盛溶接しておくことが望ましい。また、Ｎｉ基合金鋼やオーステナイト系鋼の大きなロータのインゴットの製造が困難である場合は、高圧タービン５２あるいは中圧タービン５３のロータのうち高温部の２、３段のみをＮｉ基合金またはオーステナイト系鋼で構成し、フェライト系鋼と溶接するかボルト締めすることによりロータの製造を容易にすることができる。このように構成することによっても、前述の第１の実施形態の場合と同様の効果が得られる。
【００４５】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る蒸気タービン発電システムの構成の一例を示す系統図である。なお、図３と共通する要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。以下、図３と異なる要素を中心に説明する。
【００４６】
この第３の実施形態に係る蒸気タービン発電システム８０は、前述の要素５１〜６５のほか、ボイラ給水ポンプ駆動用蒸気タービン８１、低圧給水加熱器８２、脱気器８３、高圧給水加熱器８４などを含む蒸気タービン設備を有する。
【００４７】
このような構成において、低圧給水加熱器８２は、復水器５６から流入する復水を加熱し、脱気器８３に供給する。脱気器８３は、低圧給水加熱器８２により加熱された復水を脱気し、ボイラ給水ポンプ５７に供給する。ボイラ給水ポンプ５７は、ボイラ給水ポンプ駆動用蒸気タービン８１により駆動されて復水を高圧給水加熱器８４に供給する。高圧給水加熱器８４は、ボイラ給水ポンプ５７から供給される復水を加熱し、ボイラ５８に供給する。一方で、ボイラ給水ポンプ駆動用蒸気タービン８１は、超高圧タービン５１の出口から当該ボイラ給水ポンプ駆動用蒸気タービン８１の作動用蒸気を抽気し、その排気を低圧給水加熱器８２に供給する。
【００４８】
この蒸気タービン発電システム８０では、主蒸気圧力は３１ＭＰａで、主蒸気温度、第１再熱蒸気温度、第２再熱蒸気温度をそれぞれ６５０℃、６８０℃、６３０℃であるものとする。
【００４９】
従来の系統では、ボイラ給水ポンプ駆動用蒸気タービン８１の作動蒸気は、一般に中圧タービン５３の出口から抽気し、その排気は復水器５６に排出されるものであった。この場合、ボイラ給水ポンプ駆動用蒸気タービン８１の入口圧力は約１０ａｔａ、温度は約４５０℃、排気温度は約４０℃程度になるが、部分負荷においては入口圧力が下がり、排気温度が上昇して１００℃を超える。
【００５０】
これに対し、この第３の実施形態では、超高圧タービン出口（約１００ａｔａ、４５０℃）からの排気蒸気を、ボイラ給水ポンプ駆動用蒸気タービン８１を作動させる蒸気とし、このボイラ給水ポンプ駆動用蒸気タービン８１からの排気を給水加熱器（約１ａｔａ）における復水の加熱源として供給している。これにより、ボイラ給水ポンプ駆動用蒸気タービン８１や復水器５６の材質の変更なしにさらにサイクル性能を高めることができる。また、ボイラボイラ給水ポンプ駆動用蒸気タービン８１の排気圧力は約１ａｔａと高く維持できるため、排気蒸気の体積流量は約１５分の１に減少し、必要なノズル面積、翼長を小さくすることができ、ボイラ給水ポンプ駆動用蒸気タービンをコンパクトにできる。この第３の実施形態のように主蒸気圧力が３１ＭＰａと高い場合は、給水ポンプの必要揚程は従来の約１．３倍高く、駆動タービンの動力も約１．３倍大きくなるが、駆動タービンの排気蒸気の体積流量はそれでも約１２分の１となり、大型化を防ぐことができる。また、翼長が短いので、高速回転にすることも可能で、従来５５００ｒｐｍとしていた給水ポンプを約７０００ｒｐｍとすることにより、ポンプの段数を約３０％減らすことができる。
【００５１】
なお、この第３の実施形態で説明した手法は、前述の第１の実施形態のような一段再熱の蒸気タービン発電システムにも適用できる。その場合、ボイラ給水ポンプ駆動用蒸気タービン８１の作動蒸気を、高圧タービン１１の出口からの排気蒸気とする、すなわち図１における低温再熱管１９から分岐した高圧タービン１１の排気蒸気がボイラ給水ポンプ駆動用の蒸気タービンへ導かれるように構成すればよい。
【００５２】
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０…蒸気タービン発電システム、１１…高圧タービン、１２…中圧タービン、１３…低圧タービン、１４…発電機、１５…復水器、１６…ボイラ給水ポンプ、１７…ボイラ、１８…主蒸気管、１９…低温再熱管、２０…再熱器、２１…高温再熱管、２２…クロスオーバ管、２３…過熱器、３０…高中圧タービン、３１…外部車室、３２…高圧タービン内部車室、３３…中圧タービン内部車室、３４…中圧初段動翼、３５…高中圧タービンロータ、３６…パッキンリング、３７…ジャーナル軸受、５０…蒸気タービン発電システム、５１…超高圧タービン、５２…高圧タービン、５３…中圧タービン、５４…低圧タービン、５５…発電機、５６…復水器、５７…ボイラ給水ポンプ、５８…ボイラ、５９…主蒸気管、６０…第１低温再熱管、６１…再熱器、６２…第１高温再熱管、６３…第２低温再熱管、６４…第２高温再熱管、６５…クロスオーバ管、６６…過熱器、８０…蒸気タービン発電システム、８１…ボイラ給水ポンプ駆動用蒸気タービン、８２…低圧給水加熱器、８３…脱気器、８４…高圧給水加熱器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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