(57)【要約】【課題】６５０℃級以上の超高温に耐える高級材料の使用量を少なくして設備コストの上昇を抑制し、しかも軸数の増加を抑えることで軸系の振動に対する安定性を確保するとともに、良好な運転特性を得る。【解決手段】中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービン部と低温低圧側の第２中圧タービン部とに分離するとともに、高圧タービンと第２中圧タービン部とを一体化し、第１中圧タービン部、低圧タービンおよび発電機に連結したことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、
中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービン部と低温低圧側の第２中圧タービン部とに分離するとともに、高圧タービンと第２中圧タービン部とを一体化し、これを第１中圧タービン部、低圧タービンおよび発電機に連結したことを特徴とする蒸気タービン発電プラント。
【請求項２】
高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、
中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービン部と低温低圧側の第２中圧タービン部とに分離するとともに、高圧タービンと第１中圧タービン部とを一体化し、これを第２中圧タービン部、低圧タービンおよび発電機に連結し、高圧タービン排気の一部または高圧タービンから抽気した蒸気の一部を中圧タービン部に導入するクーリング蒸気管を設けたことを特徴とする蒸気タービン発電プラント。
【請求項３】
高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、
中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービン部と低温低圧側の第２中圧タービン部に分離するとともに、高圧タービンと第２中圧タービン部と低圧タービンとを一体化し、これらを第１中圧タービン部および発電機に連結したことを特徴とする蒸気タービン発電プラント。
【請求項４】
高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、
中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービン部と低温低圧側の第２中圧タービン部に分離するとともに、高圧タービンと第１中圧タービン部をと一体化し、第２中圧タービン部と低圧タービンとを一体化し、それらを発電機に連結し、高圧タービン排気の一部または高圧タービンから抽気した蒸気の一部を第１中圧タービン部に導入するクーリング蒸気管を設けたことを特徴とする蒸気タービン発電プラント。
【請求項５】
前記第１中圧タービン部の排気を前記第２中圧タービン部に供給する中圧部連絡管を設け、この中圧部連絡管の途中に再熱蒸気止め弁とインターセプト弁を挿入したことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の蒸気タービン発電プラント。
【請求項６】
高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、
高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンと発電機を連結するとともに、高圧タービン排気の一部または高圧タービンから抽気した蒸気の一部を中圧タービンに導入するクーリング蒸気管を設けたことを特徴とする蒸気タービン発電プラント。
【請求項７】
高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、
高圧タービンと中圧タービンを一体化するとともに、これを低圧タービンおよび発電機に連結し、高圧タービン排気の一部または高圧タービンから抽気した蒸気の一部を中圧タービンに導入するクーリング蒸気管を設けたことを特徴とする蒸気タービン発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧タービン、中圧タービン、低圧タービンを有する蒸気タービン発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、蒸気タービン発電プラントの高温部にはその大半に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いる（例えば、特許文献１ないし特許文献３参照）。しかし近年は、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℃級程度の高温蒸気を利用した蒸気タービンが運転されており、このような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足できない部品が少なからずあるため、より高温特性に優れた耐熱合金や耐熱合金鋼が使用されている場合もある。
【０００３】
図８に一般的な蒸気タービンプラントの概略系統図を示す。図８において、高圧タービン１、中圧タービン２、低圧タービン３および発電機４の各軸は同一軸線上で連結され、軸系の振動に対する安定性を確保するようにしている。ところで、ボイラ５で発生した主蒸気は主蒸気管１２を通して高圧タービン１に送られて膨張仕事を行ったのち低温再熱管６を経て再熱器７に送られて再熱され、高温再熱管８を経て中圧タービン２に送られる。この中圧タービン２で仕事を行った蒸気はクロスオーバー管９を通って低圧タービン３に送られる。そしてこの低圧タービン３で仕事を行った蒸気は復水器１０で復水されたのち、ボイラ給水ポンプ１１によってボイラ５に還流するように構成されている。
【０００４】
このように構成された蒸気タービン発電プラントにおいては、再熱蒸気条件が６５０℃以上の高温下での運転を想定した場合は、中圧タービンロータおよび中圧タービンケーシングにも、オーステナイト系耐熱合金や耐熱合金鋼製の部品素材の使用部位が拡大することは必至である。
【０００５】
しかしながら、オーステナイト系耐熱合金や耐熱合金鋼は、高温特性は優れるもののフェライト系耐熱鋼に比べて素材の製造性が劣り、所望の形状への成形や成形後に本来の特性を発揮させることが困難な場合が多いことに加え、設備コストの上昇を招くことになる。一方、６５０℃級以上の高温蒸気を利用した蒸気タービンの設備に対してオーステナイト系耐熱合金材料の使用量を少なくするようにした発明は、特許文献４ないし特許文献６などで提案されている。
【０００６】
図９は特許文献４で提案されているシステムの概略系統図を示したものであり、図８中の要素と対応する部分には同一符号をつけている。図９において、高圧タービンは高圧側の第１高圧タービン部１ａと低圧側の第２高圧タービン部１ｂとに分離され、同様に中圧タービンは高圧側の第１中圧タービン部２ａと第２中圧タービン部２ｂに分離され、そして第１高圧タービン部１ａと第１中圧タービン部２ａとを一体化し、第２高圧タービン部１ｂと第２中圧タービン部２ｂとを一体化し、それらを低圧タービン３、発電機４と同一軸線上で連結してするように構成している。
【０００７】
ところで、ボイラ５で発生した主蒸気は主蒸気管１２を通して第１高圧タービン部１ａに送られ、そこで膨張仕事を行ったのち高圧部連絡管１３を経て第２高圧タービン部１ｂに送られ、さらにそこで膨張仕事を行ったのち、低温再熱管６を通して再熱器７に送られ、そこで再熱される。この再熱された蒸気は高温再熱管８を経て高圧側の第１中圧タービン部２ａに送られ、この高圧側の第１中圧タービン部２ａで仕事を行った蒸気は中圧部連絡管１４を通って第２中圧タービン部２ｂに送られる。この第２中圧タービン部２ｂで膨張仕事を行った蒸気はクロスオーバー管９を通って低圧タービン３ａ、３ｂに送られる。そしてこの低圧タービン３ａ、３ｂで仕事を行った蒸気は復水器１０で復水されたのち、ボイラ給水ポンプ１１によってボイラ５に還流するように構成されている。
【０００８】
このように構成されたタービン発電プラントにおいては、高圧タービン入口蒸気条件も超高温であり高圧タービン構成部材に対してもオーステナイト系材料を使用する必要がある。そこで、オーステナイト系材料の使用量を少なくし、軸数の増加を抑えるため、オーステナイト系材料で構成することが必要な第１高圧タービン部１ａと第１中圧タービン部２ａとを一体化し、またフェライト系材料で構成可能な第２高圧タービン部１ｂと第２中圧タービン部２ｂとを一体化した構造としている。
【０００９】
【特許文献１】
特公昭６０−５４３８５号公報
【特許文献２】
特開平２−１４９６４９号公報
【特許文献３】
特開平６−３０６５５０号公報
【特許文献４】
特開平７−２４７８０６号公報
【特許文献５】
特開２０００−２８２８０８号公報
【特許文献６】
特許第３０９５７４５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高圧タービンは中圧タービンに比べて圧力が４〜６倍程度高く設定されることが多く、第１高圧タービン部を構成するケーシングや高圧タービンに蒸気を導く主蒸気管やボイラの構成部材等は高圧に耐え得るような厚肉材にせざるを得ない。このようなオーステナイト系材料の厚肉材料の使用は設備コストの上昇を招くとともに、オーステナイト系材料はフェライト系材料に比較して熱伝導率が低いため、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過大とならないように、負荷変化率を低く抑える必要があり、通常の蒸気発電プラントに比べて運転特性が著しく悪くなる。
【００１１】
本発明は以上述べた従来技術の課題を解決するためになされたもので、超高温に耐える高級材料の使用量を少なくして設備コストの上昇を抑制するとともに、軸数の増加を抑えて軸系の振動に対する安定性を確保し、良好な運転特性を有する蒸気タービン発電プラントを提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係わる蒸気タービン発電プラントの発明は、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービン部と低温低圧側の第２中圧タービン部とに分離するとともに、高圧タービンと第２中圧タービン部とを一体化し、これを第１中圧タービン部、低圧タービンおよび発電機に連結したことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２に係わる蒸気タービン発電プラントの発明は、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービン部と低温低圧側の第２中圧タービン部とに分離するとともに、高圧タービンと第１中圧タービン部とを一体化し、これを第２中圧タービン部、低圧タービンおよび発電機に連結し、高圧タービン排気の一部または高圧タービンから抽気した蒸気の一部を中圧タービン部に導入するクーリング蒸気管を設けたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３係わる蒸気タービン発電プラントの発明は、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービン部と低温低圧側の第２中圧タービン部に分離するとともに、高圧タービンと第２中圧タービン部と低圧タービンとを一体化し、これらを第１中圧タービン部および発電機に連結したことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４係わる蒸気タービン発電プラントの発明は、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービン部と低温低圧側の第２中圧タービン部に分離するとともに、高圧タービンと第１中圧タービン部をと一体化し、第２中圧タービン部と低圧タービンとを一体化し、それらを発電機に連結し、高圧タービン排気の一部または高圧タービンから抽気した蒸気の一部を第１中圧タービン部に導入するクーリング蒸気管を設けたことを特徴とする。
【００１６】
さらに、請求項６係わる蒸気タービン発電プラントの発明は、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンと発電機を連結するとともに、高圧タービン排気の一部または高圧タービンから抽気した蒸気の一部を中圧タービンに導入するクーリング蒸気管を設けたことを特徴とする。
【００１７】
請求項７係わる蒸気タービン発電プラントの発明は、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービン並びに発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、高圧タービンと中圧タービンを一体化するとともに、これを低圧タービンおよび発電機に連結し、高圧タービン排気の一部または高圧タービンから抽気した蒸気の一部を中圧タービンに導入するクーリング蒸気管を設けたことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
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。なお、各図を通して対応する部分には同一符号を付けて説明を省略する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態を示す図である。図１において、本実施の形態は、高圧タービンを分離せずに、中圧タービンのみを高温高圧側の中圧第１タービン部２ａと低温低圧側の第２中圧タービン部２ｂとに分離し、高圧タービン１と第２中圧タービン部２ｂを一体化したうえで、高温高圧側の第１中圧タービン部２ａ、低圧タービン３および発電機４とともに同一軸線上で連結するように構成している。
【００２０】
ボイラ５で６００℃級まで高められて流出する主蒸気は、主蒸気管１２を通して高圧タービン１に送られ、ここで膨張仕事を行ったのち低温再熱管６を通り再熱器７に流入する。この再熱器７は流入した蒸気を例えば７００℃級に再熱し、高温再熱管８を経て第１中圧タービン部２ａに供給する。この第１中圧タービン部２ａのロータは７００℃級の高温蒸気に耐え得るオーステナイト系耐熱鋼で構成されている。第１中圧タービン部２ａのタービン翼を例えば４段落で構成するとすれば、この第１中圧タービン２ａで膨張仕事をした蒸気は５５０℃級まで低下して第４段落出口から排気され、中圧部連絡管１４を経て第２中圧タービン部２ｂに供給される。
【００２１】
第２中圧タービン部２ｂでさらに膨張仕事をした蒸気はクロスオーバ管９を通り、低圧タービン３に供給され、ここで膨張仕事をしたのち復水器１０で復水され、ボイラ給水ポンプ１１で昇圧されてボイラ５に還流される。ボイラ５に還流された復水は、前述した通りタービン材料にフェライト系耐熱鋼が使用可能な温度領域、例えば６００℃級まで加熱され、主蒸気管１２を経て高圧タービン１に供給される。なお、発電機４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。
【００２２】
以上述べたように、第１の実施の形態によれば、中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービン部２ａと低温低圧側の第２中圧タービン部２ｂとに分離することにより、オーステナイト系耐熱合金材料の超高温に耐える高級材料の使用が必要となる部位は、６５０℃級以上の蒸気に晒される第１中圧タービン部に限定されるので、高圧タービン、第２中圧タービン部および低圧タービンは従来と同様にフェライト系材料で構成することができる。
【００２３】
その結果、本実施の形態は、６５０℃級以上の超高温に耐え得るオーステナイト系耐熱合金材料の使用量を少なくして設備コストの上昇を抑制することができる。しかもオーステナイト系耐熱合金材料の使用範囲は蒸気圧力の低い中圧部に限定できるため、比較的薄肉材料で構成することが可能となる。
【００２４】
また、中圧タービンを高温高圧側の第１中圧タービン部２ａと低温低圧側の第２中圧タービン部２ｂとに分離したうえで、高圧タービン１と第２中圧タービン部２ｂを一体化するようにしたので、軸構成も従来の蒸気タービン発電プラント並みに抑えることができ、軸系の振動に対する安定性を確保することができるという特長を備えている。
【００２５】
（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２の実施形態を示す図である。本実施の形態は図２で示すように、第１の実施の形態の１部を変更したものであり、高圧タービン１と、第２中圧タービン部２ｂと、低圧タービン３とを一体化して、第１中圧タービン部２ａおよび発電機４と同一軸線上で連結するように構成したものである。この実施の形態は、比較的小容量のタービンの場合に実現可能である。
【００２６】
この実施の形態によれば、高圧タービンと第２中圧タービン部と低圧タービンとを一体化したので、第１の実施の形態の特長に加え、第１の実施の形態よりも軸数を抑えることができる分だけ、軸系の振動に対するより一層の安定性を確保することができるという特長を備えている。
【００２７】
（第３の実施の形態）
図３は本発明の第３の実施形態を示す図である。本実施の形態の場合も、中圧タービンのみを高温高圧側の中圧第１タービン部２ａと低温低圧側の第２中圧タービン部２ｂとに分離したもので、高圧タービン１と第１中圧タービン部２ａとを一体化したうえで、第２中圧タービン部２ｂと、低圧タービン３と発電機４とを同一軸線上で連結したものである。
【００２８】
そして、高圧タービン１の排気の一部または高圧タービン１から抽気した蒸気の一部をクーリング蒸気管１５を通して第１中圧タービン部２ａにクーリング蒸気として供給し、この第１中圧タービン部２ａのロータおよびケーシングを冷却するように構成したものである。この場合第１中圧タービン部２ａのクーリング蒸気条件は、第１中圧タービン部２ａに導入される高温再熱蒸気よりも高圧でかつ低温である必要があるが、高圧タービン排気蒸気または高圧タービンから抽気される蒸気はこの冷却蒸気条件を満足するものである。しかも、第１中圧タービン部２ａにクーリング蒸気を導入することにより、第１中圧タービン部２ａのロータおよびケーシングはフェライト系材料の使用が可能な温度域にまで冷却されるので、高圧タービン１との一体化が可能となる。
【００２９】
また、本実施の形態の場合、高圧タービン１と第１中圧タービン部２ａとは隣接して設置されるため、クーリング蒸気管１５の管長を短くすることができるという特長を備えている。
【００３０】
（第４の実施の形態）
図４は本発明の第４の実施形態を示す図である。本実施の形態は図４で示すように、第３の実施の形態の１部を変更したものであり、中圧タービンのみを高温高圧側の中圧第１タービン部２ａと、低温低圧側の第２中圧タービン部２ｂとに分離したうえで、一方の第１中圧タービン部２ａを高圧タービン１と一体化し、他方の第２中圧タービン部２ｂと低圧タービン３とを一体化し、これらを発電機４とともに同一軸線上で連結するように構成し、また、高圧タービン排気の一部または高圧タービンから抽気した蒸気の一部をクーリング蒸気管１５を通して第１中圧タービン部２ａに供給し、第１中圧タービン部２ａのロータおよびケーシングのクーリング蒸気として使用するように構成したものである。
この実施の形態は、第２中圧タービン部２ｂと低圧タービン３とを一体化可能な比較的小容量のタービンで実現可能である。
【００３１】
この実施の形態によれば、第２中圧タービン部と低圧タービンとを一体化したので、第３の実施の形態の特長に加えて、第３の実施の形態よりも軸数を抑えることができる分だけ、軸系の振動に対するより一層の安定性を確保することができるという特長を備えている。
【００３２】
（第５の実施の形態）
図５は本発明の第５の実施形態を示す図である。本実施の形態は、図１で示す第１の実施の形態に対して、第１中圧タービン部２ａの排気を第２中圧タービン部２ｂに供給する中圧部連絡管１４の途中に再熱蒸気止め弁１６およびインターセプト弁１７を設置するように構成したものである。
【００３３】
第１中圧タービン部２ａに蒸気を導く高温再熱管８は内部の蒸気が６５０℃級以上の温度であるためオーステナイト系材料を用いざるを得ないが、第１中圧タービン部２ａで仕事した後の蒸気は例えば６００℃級以下となり、フェライト系材料の使用範囲温度まで低下する。
【００３４】
したがって、第１中圧タービン部２ａの排気を第２中圧タービン部２ｂに導く中圧部連絡管１４およびその途中に設置する再熱蒸気弁１６、インターセプト弁１７は、フェライト系耐熱鋼を使用することが可能となり、設備コストを抑制することができる。
【００３５】
（第６の実施の形態）
図６は本発明の第６の実施形態を示す図である。本実施の形態は、図６で示すように、高圧タービン１と中圧タービン２と低圧タービン３とを発電機４と同一軸線上で連結するように構成し、さらに、高圧タービン１から排気した蒸気の一部または高圧タービン１から抽気した蒸気の一部をクーリング蒸気管１５を通して中圧タービン２に供給するように構成することにより、中圧タービン２のロータおよびケーシングを蒸気冷却するようにしたものである。
【００３６】
このように、中圧タービン２にクーリング蒸気を導入して冷却することにより、中圧タービン２のロータおよびケーシングをフェライト系材料が使用可能な温度にまで冷却することができる。
【００３７】
この結果、中圧タービン２のロータおよびケーシングを全てフェライト系材料とすることが可能であり、中圧タービン２にオーステナイト系材料を用いる場合に比べ設備コストを抑制することができる。
【００３８】
（第７の実施の形態）
図７は本発明の第７の実施形態を示す図である。本実施の形態は図７で示すように、第６の実施の形態の１部を変更したものであり、高圧タービン１と中圧タービン２とを一体化し、これに低圧タービン３と発電機４を同一軸線上で連結するように構成し、さらに、高圧タービン１から排気した蒸気の一部または高圧タービン１から抽気した蒸気の一部をクーリング蒸気管１５を通して中圧タービン２に供給するように構成することにより、中圧タービン２のロータおよびケーシングを蒸気冷却するように構成したものである。
【００３９】
この第７の実施の形態によれば、第６の実施の形態よりも高圧タービン１と中圧タービン２とを一体化した分だけ軸数の増加を抑えることができ、軸系の振動に対する安定性をより一層確保するとともに、良好な運転特性を有する蒸気タービン発電プラントを提供することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、第１の発明によれば、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンとを発電機を有する蒸気タービン発電プラントにおいて、中圧タービンを高温高圧側の第１の中圧タービン部と、低温低圧側の第２の中圧タービン部とに分離するように構成したので、超高温に耐える高級材料の使用量が少なく設備コストの上昇を抑制することができ、しかも軸数の増加を抑えることにより軸系の振動に対する安定性を確保して、良好な運転特性を有する蒸気タービン発電プラントを提供することができる。
【００４１】
また、第２の発明によれば高圧タービンから抽気した蒸気を中圧タービンにクーリング蒸気として導入するように構成したので、６５０℃級以上の超高温に耐える高級材料の使用量が少なく設備コストの上昇を抑制することのできる蒸気タービン発電プラントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す系統図。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す系統図。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す系統図。
【図４】本発明の第４の実施の形態を示す系統図。
【図５】本発明の第５の実施の形態を示す系統図。
【図６】本発明の第６の実施の形態を示す系統図。
【図７】本発明の第７の実施の形態を示す系統図。
【図８】一般的な蒸気タービンプラントの概略系統図。
【図９】従来の高温蒸気タービンプラントの概略系統図。
【符号の説明】
１…高圧タービン、１ａ…第１高圧タービン部、１ｂ…第２高圧タービン部、２…中圧タービン、２ａ…第１中圧タービン部、２ｂ…第２中圧タービン部、３…低圧タービン、４…発電機、５…ボイラ、６…低温再熱管、７…再熱器、８…高温再熱管、９…クロスオーバー管、１０…復水器、１１…ボイラ給水ポンプ、１２…主蒸気管、１３…高圧部連絡管、１４…中圧部連絡管、１５…クーリング蒸気管、１６…再熱蒸気止め弁、１７…インターセプト弁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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