(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過熱器および再熱器を備えるボイラと、
前記過熱器からの主蒸気が導入されて駆動される第１の蒸気タービンと、
前記第１の蒸気タービンから排出され、前記再熱器で再加熱された蒸気が導入されて駆動される第２の蒸気タービンと、
前記第２の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されて駆動される第３の蒸気タービンと、
前記第１の蒸気タービンから排出された蒸気の一部が導入されて駆動される第４の蒸気タービンと、
前記第３の蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮させて復水とする復水器と、
前記復水器と前記ボイラの間の給水系統に設けられ、前記復水器から導かれた給水を、前記第４の蒸気タービンから抽気または排出された蒸気を用いて加熱する給水加熱器と、
前記第４の蒸気タービンから抽気または排出された蒸気を、冷却蒸気として前記第３の蒸気タービンに供給する冷却蒸気供給配管と
を具備することを特徴する蒸気タービン発電設備。
【請求項２】
前記ボイラが前記再熱器とは別の第２再熱器をさらに備えるとともに、前記第２の蒸気タービンが２つの蒸気タービンを備え、
前記２つの蒸気タービンのうちの一方の蒸気タービンには、前記第１の蒸気タービンから排出され、前記再熱器で再加熱された蒸気が導入され、他方の蒸気タービンには、前記一方の蒸気タービンから排出され、前記第２再熱器で再加熱された蒸気が導入されることを特徴する請求項１記載の蒸気タービン発電設備。
【請求項３】
前記冷却蒸気供給配管から供給された前記冷却蒸気は、前記第３の蒸気タービンのタービンロータおよび／またはケーシングを冷却することを特徴する請求項１または２記載の蒸気タービン発電設備。
【請求項４】
前記第４の蒸気タービンから抽気または排出された蒸気を用いて給水を加熱する前記給水加熱器のうち、少なくとも、前記給水系統の最上流側に備えられた給水加熱器に、前記第３の蒸気タービンから抽気された蒸気を供給することを特徴する請求項１乃至３のいずれか１項記載の蒸気タービン発電設備。
【請求項５】
前記第４の蒸気タービンが、前記給水系統に流れる給水を前記過熱器に圧送する給水ポンプの駆動源として機能することを特徴する請求項１乃至４のいずれか１項記載の蒸気タービン発電設備。
【請求項６】
前記第４の蒸気タービンによって駆動される発電機を備えることを特徴する請求項１乃至５のいずれか１項記載の蒸気タービン発電設備。
【請求項７】
過熱器および再熱器を備えるボイラと、
前記過熱器からの主蒸気が導入されて駆動される第１の蒸気タービンと、
前記第１の蒸気タービンから排出され、前記再熱器で再加熱された蒸気が導入されて駆動される第２の蒸気タービンと、
前記第２の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されて駆動される第３の蒸気タービンと、
前記第１の蒸気タービンから排出された蒸気の一部が導入されて駆動される第４の蒸気タービンと、
前記第３の蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮させて復水とする復水器と、
前記復水器と前記ボイラの間の給水系統に設けられ、前記復水器から導かれた給水を加熱する給水加熱器と
を具備する蒸気タービン発電設備の運転方法であって、
前記第４の蒸気タービンから抽気または排出された蒸気を用いて前記給水加熱器において給水を加熱し、前記第４の蒸気タービンから抽気または排出された蒸気を前記第３の蒸気タービンに導入して、前記第３の蒸気タービンのタービンロータおよび／またはケーシングを冷却することを特徴とする蒸気タービン発電設備の運転方法。
【請求項８】
前記第４の蒸気タービンから抽気または排出された蒸気を用いて給水を加熱する前記給水加熱器のうち、少なくとも、前記給水系統の最上流側に備えられた給水加熱器に、前記第３の蒸気タービンから抽気された蒸気を供給することを特徴とする請求項７記載の蒸気タービン発電設備の運転方法。
【請求項９】
前記第４の蒸気タービンが、前記給水系統に流れる給水を前記過熱器に圧送する給水ポンプを駆動することを特徴する請求項７または８記載の蒸気タービン発電設備の運転方法。
【請求項１０】
発電機をさらに備え、前記第４の蒸気タービンが、前記発電機を駆動することを特徴する請求項７乃至９のいずれか１項記載の蒸気タービン発電設備の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン、ボイラ、発電機などを備えた蒸気タービン発電設備およびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の蒸気タービン発電設備においては、蒸気の温度条件が６００℃以下であるため、高温に曝される、例えば、タービンロータ、動翼、ノズルなどの構成部の部材は、製造性や経済性に優れたフェライト系耐熱鋼で構成されていた。一方、高温に曝されない、例えば、給水加熱器を構成する材料には、炭素鋼が採用されてきた。
【０００３】
一方、近年、燃料節約や環境保全を背景とした蒸気タービン発電設備の高効率化が積極的に進められている。例えば、６００℃程度（６２０℃以下）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。このような高温蒸気を利用した蒸気タービンにおいては、フェライト系耐熱鋼の諸特性では要求特性を満たすことのできない部品が少なからず存在する。そのため、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。しかし、オーステナイト系耐熱鋼を使用することは、設備コストの上昇を招く。さらに、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、かつ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を有している。
【０００４】
さらに、現在、蒸気温度を７００℃以上とする７００℃超臨界圧発電システム、いわゆるＡ−ＵＳＣ（Advanced Ultra-Supercritical）が検討されている。蒸気タービンの入口蒸気温度が６５０℃以上になると、タービン抽気が５８０℃を超える部分が生じ、その抽気で加熱する給水加熱器にも耐熱鋼を使用する必要がある。しかし、５８０℃を超えるタービン抽気を給水加熱器に導入することは、給水温度と抽気温度の差に比例して発生する熱応力の観点から好ましくない。これを回避するために、高圧タービンから排出される蒸気の一部を一旦抽気背圧タービンに導入して仕事を取り出し、圧力および温度が低下した抽気背圧タービンからの抽気を給水加熱器に供給するサイクルが考案されている（例えば、特許文献１−３参照。）。
【０００５】
このような蒸気タービン発電設備において、蒸気タービンは、例えば、高圧タービン、中圧タービン、低圧タービンの３要素、または超高圧タービン、高圧タービン、中圧タービン、低圧タービンの４要素から構成される。これらの蒸気タービンにおいて、超高圧タービン、高圧タービンおよび中圧タービンには、過熱器および再熱器を備えるボイラから蒸気が供給される。一方、低圧タービンには、中圧タービンから排出された蒸気が供給される。
【０００６】
例えば、６００℃程度（６２０℃以下）の蒸気を使用する蒸気タービン発電設備の場合、低圧タービンの入口の蒸気温度は、３６０℃〜４００℃程度である。一方、Ａ−ＵＳＣのような７００℃以上の蒸気を使用する蒸気タービン発電設備では、低圧タービンの入口の蒸気温度は、４００℃を超える可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１００６０５号公報
【特許文献２】特開平１０−６１４１３号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２００７／０１３７２０４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したように、例えば、Ａ−ＵＳＣのような７００℃以上の蒸気を使用する蒸気タービン発電設備では、低圧タービンの入口の蒸気温度が４００℃を超える可能性がある。そのため、低圧タービンを構成部材に、従来と同様のフェライト系耐熱鋼を適用するためには、低圧タービンを冷却する必要がある。
【０００９】
低圧タービンを冷却する冷却媒体として、低圧タービンを作動する蒸気の圧力よりも高い圧力で、かつ低圧タービンを作動する蒸気の温度よりも低い温度の蒸気を使用することが必要となる。しかしながら、このように低圧タービンの冷却が必要となる場合に、低圧タービンを作動する蒸気の圧力よりも高い圧力で、かつ低圧タービンを作動する蒸気の温度よりも低い温度の蒸気をどこから供給するか、という点が検討課題となっている。これは、特に従来の、蒸気の温度が６２０℃や６００℃以下といった蒸気タービン発電設備中には、このような条件の蒸気が一般的に存在しないためである。すなわち、特にこのような従来の蒸気タービン発電プラントでは、低圧タービンを冷却する冷却媒体を、蒸気タービン発電設備内から得ることが検討されたことがなかったため、低圧タービンの冷却を行なう場合に、その条件に適した蒸気の供給元をどうするか、という技術的課題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、Ａ−ＵＳＣのような７００℃を超える蒸気を使用する蒸気タービン発電設備であっても、発電設備内から低圧タービンの冷却に適した蒸気を供給することができる蒸気タービン発電設備およびその運転方法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】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、過熱器および再熱器を備えるボイラと、前記過熱器からの主蒸気が導入されて駆動される第１の蒸気タービンと、前記第１の蒸気タービンから排出され、前記再熱器で再加熱された蒸気が導入されて駆動される第２の蒸気タービンと、前記第２の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されて駆動される第３の蒸気タービンと、前記第１の蒸気タービンから排出された蒸気の一部が導入されて駆動される第４の蒸気タービンと、前記第３の蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮させて復水とする復水器と、前記復水器と前記ボイラの間の給水系統に設けられ、前記復水器から導かれた給水を、前記第４の蒸気タービンから抽気または排出された蒸気を用いて加熱する給水加熱器と、前記第４の蒸気タービンから抽気または排出された蒸気を、冷却蒸気として前記第３の蒸気タービンに供給する冷却蒸気供給配管とを具備することを特徴する蒸気タービン発電設備が提供される。
【００１２】
また、本発明の一態様によれば、過熱器および再熱器を備えるボイラと、前記過熱器からの主蒸気が導入されて駆動される第１の蒸気タービンと、前記第１の蒸気タービンから排出され、前記再熱器で再加熱された蒸気が導入されて駆動される第２の蒸気タービンと、前記第２の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されて駆動される第３の蒸気タービンと、前記第１の蒸気タービンから排出された蒸気の一部が導入されて駆動される第４の蒸気タービンと、前記第３の蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮させて復水とする復水器と、前記復水器と前記ボイラの間の給水系統に設けられ、前記復水器から導かれた給水を加熱する給水加熱器とを具備する蒸気タービン発電設備の運転方法であって、前記第４の蒸気タービンから抽気または排出された蒸気を用いて前記給水加熱器において給水を加熱し、前記第４の蒸気タービンから抽気または排出された蒸気を前記第３の蒸気タービンに導入して、前記第３の蒸気タービンのタービンロータおよび／またはケーシングを冷却することを特徴とする蒸気タービン発電設備の運転方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の蒸気タービン発電設備およびその運転方法によれば、発電設備内から低圧タービンの冷却に適した冷却蒸気を供給し、この冷却蒸気によって低圧タービンを効果的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備の概要を示す図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態の他の構成の蒸気タービン発電設備の概要を示す図である。
【図３】本発明に係る第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備の概要を示す図である。
【図４】本発明に係る第２の実施の形態の他の構成の蒸気タービン発電設備の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０の概要を示す図である。本発明に係る第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０は、一段再熱方式の蒸気タービン発電設備である。
【００１７】
第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０は、図１に示すように、過熱器２０ａおよび再熱器２０ｂを備えるボイラ２０、第１の蒸気タービンとして機能する高圧タービン２１、第２の蒸気タービンとして機能する中圧タービン２２、第３の蒸気タービンとして機能する低圧タービン２３、低圧タービン２３用の発電機２４、第４の蒸気タービンとして機能する抽気背圧タービン２５、復水器２６、復水ポンプ２７、低圧給水加熱器２８ａ、２８ｂ、脱気器２９、ボイラ給水ポンプ３０、高圧給水加熱器３１ａ、３１ｂを備えている。
【００１８】
この蒸気タービン発電設備１０では、ボイラ２０の過熱器２０ａで発生した高温の蒸気は、主蒸気管５０を介して高圧タービン２１に導入され、膨張仕事をした後、低温再熱蒸気管５１を介してボイラ２０の再熱器２０ｂに導入される。ここで、過熱器２０ａから高圧タービン２１に導入される蒸気の温度は、発電効率を向上させる観点から、６２０℃以上とすることが好ましい。例えば、６５０℃程度、あるいはそれ以上の高温の蒸気を高圧タービン２１に導入することもできる。
【００１９】
また、高圧タービン２１から排出された蒸気の一部は、高圧タービン２１から排出された蒸気を再熱器２０ｂに導く低温再熱蒸気管５１から分岐された配管５２を介して高圧給水加熱器３１ｂに導かれ、給水を加熱する。さらに、低温再熱蒸気管５１から分岐して、抽気背圧タービン２５に高圧タービン２１から排出された蒸気の一部を導く配管５３が設けられている。
【００２０】
ここで、高圧タービン２１から排出された蒸気の温度が、高圧給水加熱器３１ｂに導く所定の蒸気温度よりも高い場合には、高圧給水加熱器３１ｂと過熱器２０ａとの間の給水管５４を流れる給水と、高圧タービン２１から排出された蒸気を高圧給水加熱器３１ｂに導く配管５２を流れる蒸気との間で熱交換可能な熱交換器（図示しない）を設けることが好ましい。この場合、この熱交換器は、高圧タービン２１から排出された蒸気の有する顕熱の一部を給水に与える過熱低減器（デスーパヒータ）として構成するとよい。これによって、高圧給水加熱器３１ｂに適正な温度の蒸気を導入することができる。
【００２１】
再熱器２０ｂで再び高温の過熱蒸気に加熱（再熱）された蒸気は、高温再熱蒸気管５５を介して中圧タービン２２に導入され、膨張仕事をした後、クロスオーバ管５６を介して、低圧タービン２３に導入される。ここで、再熱器２０ｂで加熱され、中圧タービン２２に導入される蒸気の温度は、発電効率を向上させる観点から、６２０℃以上とすることが好ましい。例えば６５０℃程度、あるいはそれ以上の高温の蒸気を中圧タービン２２に導入することもできる。
【００２２】
低圧タービン２３に導入された蒸気は、膨張仕事をした後、復水器２６に導かれる。ここで、低圧タービン２３に導入される蒸気の温度は、例えば４００℃以上となる。また、低圧タービン２３から抽気された蒸気は、配管５７を介して、低圧給水加熱器２８ａに導かれ、給水を加熱する。また、低圧タービン２３は、発電機２４を駆動して発電する。
【００２３】
復水器２６に導かれた蒸気は、凝縮して復水となる。復水器２６の復水は、復水ポンプ２７によって、低圧給水加熱器２８ａ、２８ｂ、脱気器２９へ送られボイラ２０への給水として再利用される。脱気器２９へ送られた復水は、ボイラ給水ポンプ３０によって昇圧され、給水管５４を介して、高圧給水加熱器３１ａ、３１ｂを経て過熱器２０ａに給水される。
【００２４】
ここで、高圧タービン２１から排出された蒸気の一部は、前述した配管５３を介して抽気背圧タービン２５に導入される。抽気背圧タービン２５に導入された蒸気は、膨張仕事をして排出される。抽気背圧タービン２５から排出された蒸気の一部は、配管５８を介して、低圧給水加熱器２８ｂに導かれ、給水を加熱する。一方、残りの、抽気背圧タービン２５から排出された蒸気は、冷却蒸気供給配管である配管５９を介して、冷却蒸気として低圧タービン２３に導入される。
【００２５】
低圧タービン２３に冷却蒸気として導入された蒸気は、例えば、低圧タービン２３のタービンロータを冷却することができる。この冷却蒸気は、例えば、所定のタービン段落からタービンロータの表面に沿って導入される。また、低圧タービン２３に冷却蒸気として導入された蒸気は、例えば、ケーシングを冷却することができる。ケーシングを冷却する場合、冷却蒸気は、例えば、外部ケーシングと内部ケーシングの間の空間に、内部ケーシングの表面に沿って導入される。あるいは、低圧タービン２３に冷却蒸気として導入された蒸気は、例えば、低圧タービン２３の蒸気供給管を冷却することができる。蒸気供給管を冷却する場合、冷却蒸気は、例えば、蒸気供給管を内管と外管の二重管で構成し、これらの内管と外管の間に導入される。
【００２６】
低圧タービン２３に導入される冷却蒸気は、導入される低圧タービン２３のタービン段落を流れる蒸気の圧力よりも高圧で、かつ、低圧タービン２３に導入される蒸気温度よりも低温の蒸気である。例えば、低圧タービン２３に導入される冷却蒸気の温度は、低圧タービン２３に導入される蒸気温度に対して１０〜５０℃低い温度とできるが、低圧タービン２３に導入される蒸気温度と低圧タービンを構成する材料の耐熱温度とに基づいて適宜設定すればよい。
【００２７】
なお、ここでは、低圧タービン２３に冷却蒸気として、抽気背圧タービン２５から排気された蒸気を導入する一例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、低圧タービン２３に冷却蒸気として、抽気背圧タービン２５の所定のタービン段落から抽気された蒸気を導入してもよい。この場合においても、冷却蒸気として使用される蒸気は、上記したように、導入される低圧タービン２３のタービン段落を流れる蒸気の圧力よりも高圧で、かつ、低圧タービン２３に導入される蒸気温度よりも低温の蒸気である。
【００２８】
また、抽気背圧タービン２５の所定のタービン段落から抽気された蒸気は、配管６０を介して、脱気器２９に導かれ、脱気器２９に必要な熱源として利用される。さらに、抽気背圧タービン２５の所定のタービン段落から抽気された蒸気は、配管６１を介して、高圧給水加熱器３１ａに導かれ、給水を加熱する。
【００２９】
また、抽気背圧タービン２５を、ボイラ給水ポンプ３０に連結し、ボイラ給水ポンプ３０の駆動源として機能させてもよい。さらに、抽気背圧タービン２５に発電機（図示しない）を連結して、抽気背圧タービン２５によってこの発電機を駆動するように構成してもよい。
【００３０】
ここで、配管５３には、抽気背圧タービン２５に導く蒸気の流量を調整するための流量調整弁Ｖ１が設けられている。また、配管５９には、低圧タービン２３に冷却蒸気として導く、抽気背圧タービン２５から排出された蒸気の流量を調整するための流量調整弁Ｖ２が設けられている。
【００３１】
なお、蒸気タービン発電設備１０における発電出力は、備えられた発電機２４（抽気背圧タービン２５に発電機を連結した場合にはこの発電機も含む）の合計出力が目標出力に合うように、高圧タービン２１に導入する主蒸気の流量を蒸気加減弁（図示しない）で調整している。また、前述した各流量調整弁や各ポンプなどは、図示しない制御装置によって、例えば、図示しない、温度検知装置、流量検知装置、圧力検知装置などからの情報に基づいてフィードバック制御されている。
【００３２】
上記したように、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０によれば、高圧タービン２１や中圧タービン２２に導入される蒸気温度が高温化し、低圧タービン２３に導入される蒸気温度が４００℃を超える場合でも、高圧タービン２１から排気された蒸気の一部を、抽気背圧タービン２５に導入し、蒸気の圧力および温度を低下させて、低圧タービン２３に冷却蒸気として導入することができる。そのため、低圧タービン２３を構成する、例えば、タービンロータ、ケーシングなどを従来と同様のフェライト系耐熱鋼で構成することができる。さらに、低圧タービン２３に導入される蒸気温度が４００℃を超える場合でも、タービンロータ、ケーシングなど構成部におけるクリープ強度を確保することができる。
【００３３】
また、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０によれば、高圧タービン２１や中圧タービン２２に導入される蒸気温度が高温化することで、発電効率を向上させることができる。
【００３４】
ここで、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０において、抽気背圧タービン２５の所定のタービン段落から抽気された蒸気を、低圧タービン２３に導入される冷却蒸気として使用する場合の、他の実施の形態について説明する。
【００３５】
図２は、本発明に係る第１の実施の形態の他の構成の蒸気タービン発電設備１０の概要を示す図である。
【００３６】
図２に示すように、抽気背圧タービン２５の所定のタービン段落から抽気された蒸気を、冷却蒸気として低圧タービン２３に導入するための配管７０が設けられている。なお、ここでは、抽気背圧タービン２５から排出された蒸気を、冷却蒸気として低圧タービン２３に導入する配管５９は備えていない。
【００３７】
また、配管７０には、抽気背圧タービン２５から抽気された蒸気の流量を調整するための流量調整弁Ｖ３が設けられている。この流量調整弁Ｖ３は、図示しない制御装置によって、例えば、図示しない、温度検知装置、流量検知装置、圧力検知装置などからの情報に基づいてフィードバック制御されている。
【００３８】
また、低圧タービン２３の所定のタービン段落から抽気された蒸気を、低圧給水加熱器２８ｂに導くための配管７１が設けられている。
【００３９】
この構成を備える他の構成の蒸気タービン発電設備１０では、抽気背圧タービン２５から排出された蒸気の全量が、配管５８を介して、低圧給水加熱器２８ｂに導かれ、給水を加熱する。また、低圧給水加熱器２８ｂには、低圧タービン２３の所定のタービン段落から抽気された蒸気が導かれ、給水を加熱する。
【００４０】
ここで、抽気背圧タービン２５から排出される蒸気の圧力と、低圧タービン２３から抽気される蒸気の圧力は、いずれかの蒸気の供給の妨げとならないように、ほぼ等しくなるように設定されている。
【００４１】
また、抽気背圧タービン２５から抽気された蒸気は、配管７０を介して、冷却蒸気として低圧タービン２３に導入される。低圧タービン２３に冷却蒸気として導入された蒸気は、前述したように、例えば、低圧タービン２３のタービンロータやケーシングを冷却する。なお、低圧タービン２３に導入される冷却蒸気は、導入される低圧タービン２３のタービン段落を流れる蒸気の圧力よりも高圧で、かつ、低圧タービン２３に導入される蒸気温度よりも低温の蒸気である。
【００４２】
上記した他の構成の蒸気タービン発電設備１０によれば、抽気背圧タービン２５から蒸気が供給される給水加熱器のうち、蒸気の流量が不足しやすい、給水系統の最上流側に備えられた低圧給水加熱器２８ｂに、低圧タービン２３から十分な蒸気を供給することができる。そのため、例えば、抽気背圧タービン２５へ導入される高圧タービン２１からの蒸気の流量が少ない場合でも、低圧給水加熱器２８ｂを最適な状態で作動させることができる。さらに、脱気器２９、高圧給水加熱器３１ａにも、抽気背圧タービン２５から十分な蒸気を供給することができる。
【００４３】
なお、他の構成の蒸気タービン発電設備１０においても、これらの効果に加え、前述した蒸気タービン発電設備１０における作用効果と同様の作用効果が得られる。
【００４４】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明に係る第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１の概要を示す図である。なお、第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０と同一の構成部分には同一の符号を付して重複する説明を省略または簡略する。本発明に係る第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１は、二段再熱方式の蒸気タービン発電設備である。
【００４５】
第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１は、図３に示すように、過熱器２０ａおよび再熱器２０ｂの他に、第２再熱器２０ｃを備えるボイラ２０、第１の蒸気タービンとして機能する超高圧タービン４０、２つの蒸気タービンで構成される第２の蒸気タービンのうちの一方の蒸気タービンとして機能する高圧タービン２１、第２の蒸気タービンのうちの他方の蒸気タービンとして機能する中圧タービン２２、第３の蒸気タービンとして機能する低圧タービン２３、低圧タービン２３用の発電機２４、第４の蒸気タービンとして機能する抽気背圧タービン２５、復水器２６、復水ポンプ２７、低圧給水加熱器２８ａ、２８ｂ、脱気器２９、ボイラ給水ポンプ３０、高圧給水加熱器３１ａ、３１ｂを備えている。
【００４６】
この蒸気タービン発電設備１１では、ボイラ２０の過熱器２０ａで発生した高温の蒸気は、主蒸気管５０を介して超高圧タービン４０に導入され、膨張仕事をした後、低温再熱蒸気管５１ａを介してボイラ２０の再熱器２０ｂに導入される。ここで、過熱器２０ａから超高圧タービン４０に導入される蒸気の温度は、発電効率を向上させる観点から、６２０℃以上とすることが好ましい。例えば、６５０℃程度、あるいはそれ以上の高温の蒸気を超高圧タービン４０に導入することもできる。
【００４７】
また、超高圧タービン４０から排出された蒸気の一部は、超高圧タービン４０から排出された蒸気を再熱器２０ｂに導く低温再熱蒸気管５１ａから分岐された配管５２を介して高圧給水加熱器３１ｂに導かれ、給水を加熱する。さらに、低温再熱蒸気管５１ａから分岐して、抽気背圧タービン２５に超高圧タービン４０から排出された蒸気の一部を導く配管５３が設けられている。
【００４８】
ここで、超高圧タービン４０から排出された蒸気の温度が、高圧給水加熱器３１ｂに導く所定の蒸気温度よりも高い場合には、高圧給水加熱器３１ｂと過熱器２０ａとの間の給水管５４を流れる給水と、超高圧タービン４０から排出された蒸気を高圧給水加熱器３１ｂに導く配管５２を流れる蒸気との間で熱交換可能な熱交換器（図示しない）を設けることが好ましい。この場合、この熱交換器は、超高圧タービン４０から排出された蒸気の有する顕熱の一部を給水に与える過熱低減器（デスーパヒータ）として構成するとよい。これによって、高圧給水加熱器３１ｂに適正な温度の蒸気を導入することができる。
【００４９】
再熱器２０ｂで再び高温の過熱蒸気に加熱（再熱）された蒸気は、高温再熱蒸気管５５ａを介して高圧タービン２１に導入され、膨張仕事をした後、低温再熱蒸気管５１ｂを介してボイラ２０の第２再熱器２０ｃに導入される。ここで、再熱器２０ｂから高圧タービン２１に導入される蒸気の温度は、発電効率を向上させる観点から、６２０℃以上とすることが好ましい。例えば、６５０℃程度、あるいはそれ以上の高温の蒸気を高圧タービン２１に導入することもできる。
【００５０】
第２再熱器２０ｃで再び高温の過熱蒸気に加熱（再熱）された蒸気は、高温再熱蒸気管５５ｂを介して中圧タービン２２に導入され、膨張仕事をした後、クロスオーバ管５６を介して、低圧タービン２３に導入される。ここで、第２再熱器２０ｃは、再熱器２０ｂとは別の再熱器である。この第２再熱器２０ｃで加熱され、中圧タービン２２に導入される蒸気の温度は、発電効率を向上させる観点から、６２０℃以上とすることが好ましい。例えば６５０度程度、あるいはそれ以上の高温の蒸気を中圧タービン２２に導入することもできる。
【００５１】
低圧タービン２３に導入された蒸気は、膨張仕事をした後、復水器２６に導かれる。ここで、低圧タービン２３に導入される蒸気の温度は、例えば４００℃以上となる。また、低圧タービン２３から抽気された蒸気は、配管５７を介して、低圧給水加熱器２８ａに導かれ、給水を加熱する。また、低圧タービン２３は、発電機２４を駆動して発電する。
【００５２】
復水器２６に導かれた蒸気は、凝縮して復水となる。復水器２６の復水は、復水ポンプ２７によって、低圧給水加熱器２８ａ、２８ｂ、脱気器２９へ送られボイラ２０への給水として再利用される。脱気器２９へ送られた復水は、ボイラ給水ポンプ３０によって昇圧され、給水管５４を介して、高圧給水加熱器３１ａ、３１ｂを経て過熱器２０ａに給水される。
【００５３】
ここで、超高圧タービン４０から排出された蒸気の一部は、前述した配管５３を介して抽気背圧タービン２５に導入される。抽気背圧タービン２５に導入された蒸気は、膨張仕事をして排出される。抽気背圧タービン２５から排出された蒸気の一部は、配管５８を介して、低圧給水加熱器２８ｂに導かれ、給水を加熱する。一方、残りの、抽気背圧タービン２５から排出された蒸気は、配管５９を介して、冷却蒸気として低圧タービン２３に導入される。
【００５４】
低圧タービン２３に冷却蒸気として導入された蒸気は、例えば、低圧タービン２３のタービンロータを冷却することができる。この冷却蒸気は、例えば、所定のタービン段落からタービンロータの表面に沿って導入される。また、低圧タービン２３に冷却蒸気として導入された蒸気は、例えば、ケーシングを冷却することができる。ケーシングを冷却する場合、冷却蒸気は、例えば、外部ケーシングと内部ケーシングの間の空間に、内部ケーシングの表面に沿って導入される。あるいは、低圧タービン２３に冷却蒸気として導入された蒸気は、例えば、低圧タービン２３の蒸気供給管を冷却することができる。蒸気供給管を冷却する場合、冷却蒸気は、例えば、蒸気供給管を内管と外管の二重管で構成し、これらの内管と外管の間に導入される。
【００５５】
低圧タービン２３に導入される冷却蒸気は、導入される低圧タービン２３のタービン段落を流れる蒸気の圧力よりも高圧で、かつ、低圧タービン２３に導入される蒸気温度よりも低温の蒸気である。例えば、低圧タービン２３に導入される冷却蒸気の温度は、低圧タービン２３に導入される蒸気温度に対して１０〜５０℃低い温度とできるが、低圧タービン２３に導入される蒸気温度と低圧タービンを構成する材料の耐熱温度とに基づいて適宜設定すればよい。
【００５６】
なお、ここでは、低圧タービン２３に冷却蒸気として、抽気背圧タービン２５から排気された蒸気を導入する一例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、低圧タービン２３に冷却蒸気として、抽気背圧タービン２５の所定のタービン段落から抽気された蒸気を導入してもよい。この場合においても、冷却蒸気として使用される蒸気は、上記したように、導入される低圧タービン２３のタービン段落を流れる蒸気の圧力よりも高圧で、かつ、低圧タービン２３に導入される蒸気温度よりも低温の蒸気である。
【００５７】
また、抽気背圧タービン２５の所定のタービン段落から抽気された蒸気は、配管６０を介して、脱気器２９に導かれ、脱気器２９に必要な熱源として利用される。さらに、抽気背圧タービン２５の所定のタービン段落から抽気された蒸気は、配管６１を介して、高圧給水加熱器３１ａに導かれ、給水を加熱する。
【００５８】
また、抽気背圧タービン２５を、ボイラ給水ポンプ３０に連結し、ボイラ給水ポンプ３０の駆動源として機能させてもよい。さらに、抽気背圧タービン２５に発電機（図示しない）を連結して、抽気背圧タービン２５によってこの発電機を駆動するように構成してもよい。
【００５９】
ここで、配管５３には、抽気背圧タービン２５に導く蒸気の流量を調整するための流量調整弁Ｖ１が設けられている。また、配管５９には、低圧タービン２３に冷却蒸気として導く、抽気背圧タービン２５から排出された蒸気の流量を調整するための流量調整弁Ｖ２が設けられている。
【００６０】
なお、蒸気タービン発電設備１１における発電出力は、備えられた発電機２４（抽気背圧タービン２５に発電機を連結した場合にはこの発電機も含む）の合計出力が目標出力に合うように、超高圧タービン４０に導入する主蒸気の流量を蒸気加減弁（図示しない）で調整している。また、前述した各流量調整弁や各ポンプなどは、図示しない制御装置によって、例えば、図示しない、温度検知装置、流量検知装置、圧力検知装置などからの情報に基づいてフィードバック制御されている。
【００６１】
上記したように、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１によれば、超高圧タービン４０、高圧タービン２１、中圧タービン２２に導入される蒸気温度が高温化し、低圧タービン２３に導入される蒸気温度が４００℃を超える場合でも、超高圧タービン４０から排気された蒸気の一部を、抽気背圧タービン２５に導入し、蒸気の圧力および温度を低下させて、低圧タービン２３に冷却蒸気として導入することができる。そのため、低圧タービン２３を構成する、例えば、タービンロータ、ケーシングなどを従来と同様のフェライト系耐熱鋼で構成することができる。さらに、低圧タービン２３に導入される蒸気温度が４００℃を超える場合でも、タービンロータ、ケーシングなど構成部におけるクリープ強度を確保することができる。
【００６２】
また、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１によれば、超高圧タービン４０、高圧タービン２１、中圧タービン２２に導入される蒸気温度が高温化することで、発電効率を向上させることができる。
【００６３】
ここで、第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備１１において、抽気背圧タービン２５の所定のタービン段落から抽気された蒸気を、低圧タービン２３に導入される冷却蒸気として使用する場合の、他の実施の形態について説明する。
【００６４】
図４は、本発明に係る第２の実施の形態の他の構成の蒸気タービン発電設備１１の概要を示す図である。
【００６５】
図４に示すように、抽気背圧タービン２５の所定のタービン段落から抽気された蒸気を、冷却蒸気として低圧タービン２３に導入するための配管７０が設けられている。なお、ここでは、抽気背圧タービン２５から排出された蒸気を、冷却蒸気として低圧タービン２３に導入する配管５９は備えていない。
【００６６】
また、配管７０には、抽気背圧タービン２５から抽気された蒸気の流量を調整するための流量調整弁Ｖ３が設けられている。この流量調整弁Ｖ３は、図示しない制御装置によって、例えば、図示しない、温度検知装置、流量検知装置、圧力検知装置などからの情報に基づいてフィードバック制御されている。
【００６７】
また、低圧タービン２３の所定のタービン段落から抽気された蒸気を、低圧給水加熱器２８ｂに導くための配管７１が設けられている。
【００６８】
この構成を備える他の構成の蒸気タービン発電設備１１では、抽気背圧タービン２５から排出された蒸気の全量が、配管５８を介して、低圧給水加熱器２８ｂに導かれ、給水を加熱する。また、低圧給水加熱器２８ｂには、低圧タービン２３の所定のタービン段落から抽気された蒸気が導かれ、給水を加熱する。
【００６９】
ここで、抽気背圧タービン２５から排出される蒸気の圧力と、低圧タービン２３から抽気される蒸気の圧力は、いずれかの蒸気の供給の妨げとならないように、ほぼ等しくなるように設定されている。
【００７０】
また、抽気背圧タービン２５から抽気された蒸気は、配管７０を介して、冷却蒸気として低圧タービン２３に導入される。低圧タービン２３に冷却蒸気として導入された蒸気は、前述したように、例えば、低圧タービン２３のタービンロータやケーシングを冷却する。なお、低圧タービン２３に導入される冷却蒸気は、導入される低圧タービン２３のタービン段落を流れる蒸気の圧力よりも高圧で、かつ、低圧タービン２３に導入される蒸気温度よりも低温の蒸気である。
【００７１】
上記した他の構成の蒸気タービン発電設備１１によれば、抽気背圧タービン２５から蒸気が供給される給水加熱器のうち、蒸気の流量が不足しやすい、給水系統の最上流側に備えられた低圧給水加熱器２８ｂに、低圧タービン２３から十分な蒸気を供給することができる。そのため、例えば、抽気背圧タービン２５へ導入される超高圧タービン４０からの蒸気の流量が少ない場合でも、低圧給水加熱器２８ｂを最適な状態で作動させることができる。さらに、脱気器２９、高圧給水加熱器３１ａにも、抽気背圧タービン２５から十分な蒸気を供給することができる。
【００７２】
なお、他の構成の蒸気タービン発電設備１１においても、これらの効果に加え、前述した蒸気タービン発電設備１１における作用効果と同様の作用効果が得られる。
【００７３】
以上、本発明を一実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１０，１１…蒸気タービン発電設備、２０…ボイラ、２０ａ…過熱器、２０ｂ…再熱器、２０ｃ…第２再熱器、２１…高圧タービン、２２…中圧タービン、２３…低圧タービン、２４…発電機、２５…抽気背圧タービン、２６…復水器、２７…復水ポンプ、２８ａ、２８ｂ…低圧給水加熱器、２９…脱気器、３０…ボイラ給水ポンプ、３１ａ，３１ｂ…高圧給水加熱器、４０…超高圧タービン、５０…主蒸気管、５１，５１ａ，５１ｂ…低温再熱蒸気管、５２，５３，５７，５８，５９，６０，６１，７０，７１…配管、５４…給水管、５５，５５ａ，５５ｂ…高温再熱蒸気管、５６…クロスオーバ管、Ｖ１…流量調整弁、Ｖ２…流量調整弁、Ｖ３…流量調整弁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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