JP4509664B2 - 蒸気タービン発電設備 - Google Patents

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Description

本発明は、高温蒸気タービンを備える蒸気タービン発電設備に係り、特に各構成部分が好適な耐熱鋼で構成された蒸気タービンを備える蒸気タービン発電設備に関する。
従来、火力発電設備を構成する各構成部分において、蒸気条件が一般に６００℃級以下の蒸気温度であることから、高温に晒される、例えば、タービンのロータ、タービン翼等の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（例えば、特許文献１〜４参照。）。
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おり、このような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った。
そこで、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、オーステナイト系耐熱鋼を限定的に利用して、蒸気タービン発電システムを構成する提案がされている（例えば、特許文献５〜７参照。）。これらの蒸気タービン発電システムでは、高圧タービンに高温特性に優れたオーステナイト系耐熱鋼が主に利用されている。
特公昭６０−５４３８５号公報 特開平２−１４９６４９号公報 特開平６−１４９６４９号公報 特開平８−３６９７号公報 特開平７−２４７８０６号公報 特開２０００−２８２８０８号公報 特許第３０９５７４５号公報
上記した蒸気タービン発電システムにおいて、高圧タービンは、中圧タービンに比べ、圧力が４〜６倍程度高く設定されることが多いため、高圧タービンを構成するケーシング、高圧タービンに蒸気を導く主蒸気管、ボイラの構成部材等は高圧に耐え得るように厚肉に構成される。
しかしながら、厚肉のオーステナイト系耐熱鋼を使用することは、設備コスト上昇を招く。さらに、オーステナイト系耐熱鋼は、熱伝導率が低く、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過大な熱応力を発生することがある。そのため、プラント起動時やプラント停止時などに、負荷変化率を低く抑える等の必要があり、通常の蒸気発電プラントに比べて運転特性が著しく悪化する等の問題があった。
そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、中圧タービンの所定の構成部材に限定的にオーステナイト系耐熱鋼やＮｉ基合金を用いることで、設備コストの上昇を抑制し、さらにプラント起動時やプラント停止時などの負荷変化時に発生する過大な熱応力を抑制でき、高い熱効率で良好な運転特性を得ることができる蒸気タービン発電設備を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の蒸気タービン発電設備は、高圧タービンと、中圧タービンと、低圧タービンとを備え、前記中圧タービンが、高圧タービンの排出蒸気を６５０℃以上に再加熱した高温蒸気が導入される高温中圧タービンと、この高温中圧タービンの排出蒸気が導入される低温中圧タービンとに分離されて構成される蒸気タービン発電設備であって、前記高温中圧タービンのロータを、前記高圧タービンから排気される蒸気または前記高圧タービンから抽気された蒸気からなる冷却蒸気によって冷却する蒸気冷却手段を備え、前記高圧タービン、前記低温中圧タービンおよび前記低圧タービンの少なくとも１つの構成要素がフェライト系の合金鋼によって構成され、前記高温中圧タービンのケーシングが外部ケーシングと内部ケーシングとの二重構造で構成され、前記蒸気冷却手段は前記外部ケーシングと前記内部ケーシングとの間に前記冷却蒸気を導入して該外部ケーシングを冷却するよう構成され、かつ前記高温中圧タービンのロータが、重量％で、（Ｍ７）Ｃ：０．１３〜０．３５、Ｓｉ：０．２以下（０を含まず）、Ｍｎ：０．８以下（０を含まず）、Ｎｉ：０．８以下（０を含まず）、Ｃｒ：０．８〜１．９、Ｖ：０．２〜０．３５、Ｔｉ：０．０１以下（０を含む）、Ｍｏ：０．７〜１．４を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金鋼、および（Ｍ８）Ｃ：０．１３〜０．３５、Ｓｉ：０．２以下（０を含まず）、Ｍｎ：０．８以下（０を含まず）、Ｎｉ：０．８以下（０を含まず）、Ｃｒ：０．８〜１．９、Ｖ：０．２〜０．３５、Ｔｉ：０．０１以下（０を含む）、Ｍｏ：０．７〜１．４、Ｗ：０．８〜１．４を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金鋼である（Ｍ７）あるいは（Ｍ８）のから選択されるいずれかの合金鋼で形成され、かつ前記外部ケーシングが、重量％で、（Ｍ１３）Ｃ：０．１２〜０．１８、Ｓｉ：０．３以下（０を含まず）、Ｍｎ：０．５〜０．９、Ｎｉ：０．５以下（０を含まず）、Ｃｒ：１．０〜１．５、Ｖ：０．２〜０．３５、Ｍｏ：０．９〜１．２、Ｔｉ：０．０１〜０．０４を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金鋼で形成されていることを特徴とする。
この蒸気タービン発電設備によれば、高温中圧タービンに、高圧タービンから排気される蒸気または高圧タービンから抽気された蒸気からなる冷却蒸気を供給する蒸気冷却手段を備えることで、６５０℃以上の高温蒸気を高温中圧タービンに導入することができ、熱効率の向上が図れる。
また、本発明の蒸気タービン発電設備は、高圧タービンと、この高圧タービンの排出蒸気を６５０℃以上に再加熱した高温蒸気が導入される中圧タービンと、この中圧タービンの排出蒸気が導入される低圧タービンとを備える蒸気タービン発電設備であって、前記中圧タービンのロータを、前記高圧タービンから排気される蒸気または前記高圧タービンから抽気された蒸気からなる冷却蒸気によって冷却する蒸気冷却手段を備え、前記高圧タービンおよび前記低圧タービンの少なくとも１つの構成要素がフェライト系の合金鋼によって構成され、前記中圧タービンのケーシングが外部ケーシングと内部ケーシングとの二重構造で構成され、前記蒸気冷却手段は前記外部ケーシングと前記内部ケーシングとの間に前記冷却蒸気を導入して該外部ケーシングを冷却するよう構成され、かつ前記中圧タービンのロータが、重量％で、（Ｍ７）Ｃ：０．１３〜０．３５、Ｓｉ：０．２以下（０を含まず）、Ｍｎ：０．８以下（０を含まず）、Ｎｉ：０．８以下（０を含まず）、Ｃｒ：０．８〜１．９、Ｖ：０．２〜０．３５、Ｔｉ：０．０１以下（０を含む）、Ｍｏ：０．７〜１．４を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金鋼、および（Ｍ８）Ｃ：０．１３〜０．３５、Ｓｉ：０．２以下（０を含まず）、Ｍｎ：０．８以下（０を含まず）、Ｎｉ：０．８以下（０を含まず）、Ｃｒ：０．８〜１．９、Ｖ：０．２〜０．３５、Ｔｉ：０．０１以下（０を含む）、Ｍｏ：０．７〜１．４、Ｗ：０．８〜１．４を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金鋼である（Ｍ７）あるいは（Ｍ８）の中から選択されたいずれかの合金鋼で形成され、かつ前記外部ケーシングが、重量％で、（Ｍ１３）Ｃ：０．１２〜０．１８、Ｓｉ：０．３以下（０を含まず）、Ｍｎ：０．５〜０．９、Ｎｉ：０．５以下（０を含まず）、Ｃｒ：１．０〜１．５、Ｖ：０．２〜０．３５、Ｍｏ：０．９〜１．２、Ｔｉ：０．０１〜０．０４を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金鋼で形成されていることを特徴とする。
この蒸気タービン発電設備によれば、中圧タービンに、高圧タービンから排気される蒸気または高圧タービンから抽気された蒸気からなる冷却蒸気を供給する蒸気冷却手段を備えることで、６５０℃以上の高温蒸気を中圧タービンに導入することができ、熱効率の向上が図れる。
次に、本発明の蒸気タービンの構成部材を形成する耐熱合金あるいは耐熱合金鋼について説明する。本発明の蒸気タービンの構成部材を形成する耐熱合金あるいは耐熱合金鋼は、次に示す（Ｍ１）〜（Ｍ１４）の化学組成範囲の耐熱合金あるいは耐熱合金鋼から条件に応じて適宜に選択される。なお、以下に示す化学組成の割合は、重量％である。
（Ｍ１）Ｎｉ：５０．０〜５５．０、Ｃｒ：１７．０〜２１．０、ＮｂまたはＮｂとＴａの合計：４．７５〜５．５、Ｍｏ：２．８〜３．３、Ｔｉ：０．６５〜１．１５、Ａｌ：０．２〜０．８、Ｃｏ：１．０以下（０を含む）、Ｃ：０．０８以下（０を含まず）、Ｍｎ：０．３５以下（０を含まず）、Ｓｉ：０．３５以下（０を含まず）、Ｂ：０．００６以下（０を含まず）を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金。
なお、Ｃｏの含有率が「０」の場合は、Ｃｏの含有率の範囲で、ＦｅまたはＮｉで代替してもよい。
（Ｍ２）Ｃ：０．０２〜０．２５、Ｓｉ：１．０以下（０を含まず）、Ｍｎ：１．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：１９．０〜２４．０、Ｃｏ：１５．０以下（０を含む）、Ｍｏ：８．０〜１０．０、ＮｂとＴａの合計：４．１５以下（０を含む）、Ａｌ：１．５以下（０を含む）、Ｔｉ：０．６以下（０を含む）、Ｆｅ：２０．０以下（０を含まず）、Ｗ：１．０以下（０を含む）、Ｂ：０．０１以下（０を含む）を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物で構成される合金。
なお、Ｃｏの含有率が「０」の場合は、ＮｂとＴａの合計量を上記した含有率の範囲内で増加させることで、十分な機械的性質が確保される。また、ＮｂとＴａの含有率が「０」の場合（ＮｂとＴａの合計が「０」の場合）は、Ｃｏ、Ｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｆｅのうちの１種以上を、それぞれの成分の上記した含有率の範囲内で増加させることで、十分な機械的性質が確保される。また、Ａｌおよび／またはＴｉの含有率が「０」の場合は、Ｗ、Ｃｏ、Ｆｅのうちの１種以上を、それぞれの成分の上記した含有率の範囲内で増加させることで、十分な機械的性質が確保される。さらに、Ｗの含有率が「０」の場合は、Ｎｂ、Ｔａ、Ｂのうちの１種以上を、それぞれの成分の上記した含有率の範囲内で増加させることで、十分な機械的性質が確保される。また、Ｂの含有率が「０」の場合は、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｆｅのうちの１種以上を、それぞれの成分の上記した含有率の範囲内で増加させることで、十分な機械的性質が確保される。
（Ｍ３）Ｃ：０．０２〜０．２、Ｓｉ：１．０以下（０を含まず）、Ｍｎ：１．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：１２．０〜２１．０、Ｃｏ：２２．０以下（０を含む）、Ｍｏ：１０．５以下（０を含む）、ＮｂとＴａの合計：２．８以下（０を含む）、Ａｌ：０．４〜６．５、Ｔｉ：０．５〜３．２５、Ｆｅ：９．０以下（０を含む）、Ｂ：０．０２以下（０を含む）、Ｚｒ：４．０以下（０を含む）を含有し、残部はＮｉおよび不可避的不純物で構成される合金。
なお、Ｃｏの含有率が「０」の場合は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｆｅのうちの１種以上を、それぞれの成分の上記した含有率の範囲内で増加させることで、十分な機械的性質が確保される。また、Ｍｏの含有率が「０」の場合は、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｔａのうちの１種以上を、それぞれの成分の上記した含有率の範囲内で増加させることで、十分な機械的性質が確保される。また、ＮｂとＴａの含有率が「０」の場合（ＮｂとＴａの合計が「０」の場合）は、Ｃｏ、Ｂ、Ｚｒの１種以上を、それぞれの成分の上記した含有率の範囲内で増加させることで、十分な機械的性質が確保される。さらに、Ｆｅの含有率が「０」の場合は、Ｃｏを上記したＣｏの含有率の範囲内で増加させることで、十分な機械的性質が確保される。また、Ｂの含有率が「０」の場合は、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｆｅの１種以上を、それぞれの成分の上記した含有率の範囲内で増加させることで、十分な機械的性質が確保される。また、Ｚｒの含有率が「０」の場合は、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａの１種以上を、それぞれの成分の上記した含有率の範囲内で増加させることで、十分な機械的性質が確保される。
（Ｍ４）Ｃ：０．０８〜０．１５、Ｓｉ：０．１以下（０を含まず）、Ｍｎ：０．１〜０．３、Ｎｉ：０．１〜０．３、Ｃｒ：９．０以上１０．０未満、Ｖ：０．１５〜０．３、Ｍｏ：０．６〜１．０、Ｗ：１．５〜２．０、Ｃｏ：１．０〜４．０、Ｎｂ：０．０２〜０．０８、Ｂ：０．００１〜０．０１５、Ｎ：０．０１〜０．０６を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成され、焼戻し熱処理によって、Ｍ２３Ｃ６型炭化物を主として結晶粒界およびマルテンサイトラス境界に析出させ、該マルテンサイトラス内部にはＭ２Ｘ型炭窒化物およびＭＸ型炭窒化物を析出させ、Ｍ２Ｘ型炭窒化物の構成元素中のＶとＭｏに間にＶ＞Ｍｏの関係を有し、該Ｍ２３Ｃ６型炭化物、Ｍ２Ｘ型炭窒化物およびＭＸ型炭窒化物の析出物合計が２．０〜４．０重量％である合金鋼。
（Ｍ５）Ｃ：０．０８〜０．１５、Ｓｉ：０．１以下（０を含まず）、Ｍｎ：０．１〜０．８、Ｎｉ：０．１〜０．８、Ｃｒ：９．０以上１１．０未満、Ｖ：０．１５〜０．３、Ｍｏ：０．８〜１．４、Ｎｂ：０．０２〜０．３、Ｎ：０．０１〜０．０６を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金鋼。
（Ｍ６）Ｃ：０．０８〜０．１５、Ｓｉ：０．１以下（０を含まず）、Ｍｎ：０．１〜０．８、Ｎｉ：０．１〜０．８、Ｃｒ：９．０以上１１．０未満、Ｖ：０．１５〜０．３、Ｍｏ：０．８〜１．４、Ｎｂ：０．０２〜０．３、Ｎ：０．０１〜０．０６、Ｗ：０．５〜１．４を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金鋼。
（Ｍ７）Ｃ：０．１３〜０．３５、Ｓｉ：０．２以下（０を含まず）、Ｍｎ：０．８以下（０を含まず）、Ｎｉ：０．８以下（０を含まず）、Ｃｒ：０．８〜１．９、Ｖ：０．２〜０．３５、Ｔｉ：０．０１以下（０を含む）、Ｍｏ：０．７〜１．４を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金鋼。
なお、Ｔｉの含有率が「０」の場合は、Ｖを上記したＶの含有率の範囲内で増加させることで、十分な機械的性質が確保される。
（Ｍ８）Ｃ：０．１３〜０．３５、Ｓｉ：０．２以下（０を含まず）、Ｍｎ：０．８以下（０を含まず）、Ｎｉ：０．８以下（０を含まず）、Ｃｒ：０．８〜１．９、Ｖ：０．２〜０．３５、Ｔｉ：０．０１以下（０を含む）、Ｍｏ：０．７〜１．４、Ｗ：０．８〜１．４を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金鋼。
なお、Ｔｉの含有率が「０」の場合は、Ｖを上記したＶの含有率の範囲内で増加させることで、十分な機械的性質が確保される。
（Ｍ９）Ｃ：０．１以下（０を含まず）、Ｓｉ：１．５以下（０を含まず）、Ｍｎ：１．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：１１．０〜２０．０、ＮｉとＣｏの合計：４０．０〜６０．０、Ｍｏ：２．５〜７．０、Ａｌ：０．３５以下（０を含まず）、Ｔｉ：２．３〜３．１、Ｚｒ：０．１以下（０を含まず）、Ｂ：０．００１〜０．０２を含有し、残部はＦｅおよび可避的不純物で構成される合金。
（Ｍ１０）Ｃ：０．０５〜０．４５、Ｓｉ：２．０以下（０を含まず）、Ｍｎ：２．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：２３．０〜２７．０、Ｎｉ：１８．０〜２２．０、Ｍｏ：０．５以下（０を含む）を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金。
なお、Ｍｏの含有率が「０」の場合は、Ｃを上記したＣの含有率の範囲内で増加させることで、十分な機械的性質が確保される。
（Ｍ１１）Ｃ：０．０５〜０．１５、Ｓｉ：０．３以下（０を含まず）、Ｍｎ：０．１〜１．５、Ｎｉ：１．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：９．０以上１０未満、Ｖ：０．１〜０．３、Ｍｏ：０．６〜１．０、Ｗ：１．５〜２．０、Ｃｏ：１．０〜４．０、Ｎｂ：０．０２〜０．０８、Ｂ：０．００１〜０．００８、Ｎ：０．００５〜０．１、Ｔｉ：０．００１〜０．０３を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成され、焼戻し熱処理によって、Ｍ２３Ｃ６型炭化物を主として結晶粒界およびマルテンサイトラス境界に析出させ、該マルテンサイトラス内部にはＭ２Ｘ型炭窒化物およびＭＸ型炭窒化物を析出させ、Ｍ２Ｘ型炭窒化物の構成元素中のＶとＭｏに間にＶ＞Ｍｏの関係を有し、該Ｍ２３Ｃ６型炭化物、Ｍ２Ｘ型炭窒化物およびＭＸ型炭窒化物の析出物合計が２．０〜４．０重量％である合金鋼。
（Ｍ１２）Ｃ：０．０５〜０．１６、Ｓｉ：０．３以下（０を含まず）、Ｍｎ：０．５〜０．７、Ｎｉ：０．３〜０．６、Ｃｒ：９．０〜１０．５、Ｖ：０．１〜０．３、Ｍｏ：０．６〜１．０、Ｎｂ：０．０２〜０．０８、Ｎ：０．００５〜０．１を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金鋼。
（Ｍ１３）Ｃ：０．１２〜０．１８、Ｓｉ：０．３以下（０を含まず）、Ｍｎ：０．５〜０．９、Ｎｉ：０．５以下（０を含まず）、Ｃｒ：１．０〜１．５、Ｖ：０．２〜０．３５、Ｍｏ：０．９〜１．２、Ｔｉ：０．０１〜０．０４を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金鋼。
（Ｍ１４）Ｃ：０．０１〜０．４５、Ｓｉ：１．０以下（０を含まず）、Ｍｎ：２．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：１９〜２５、Ｎｉ：１８．０〜４５．０、Ｍｏ：２．０以下（０を含む）、Ｎｂ：０．１〜０．４、Ｗ：８．０以下（０を含む）、Ｔｉ：０．６以下（０を含む）、Ａｌ：０．６以下（０を含む）、Ｂ：０．０１以下（０を含む）、Ｎ：０．２５以下（０を含む）を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金。
なお、Ｍｏの含有率が「０」の場合は、Ｗを上記したＷの含有率の範囲内で増加させることで、十分な機械的性質が確保される。また、Ｗの含有率が「０」の場合は、Ｍｏを上記したＭｏの含有率の範囲内で増加させることで、十分な機械的性質が確保される。また、Ｔｉの含有率が「０」の場合は、Ｎｂを０．１〜０．４重量％の範囲で含有することで、十分な機械的性質が確保される。さらに、Ａｌの含有率が「０」の場合は、Ｓｉを上記したＳｉの含有率の範囲内で増加させることで、十分な耐環境特性が確保される。また、Ｂの含有率が「０」の場合は、Ｗを上記したＷの含有率の範囲内で増加させることで、十分な機械的性質が確保される。また、Ｎの含有率が「０」の場合は、Ｗを上記したＷの含有率の範囲内で増加させることで、十分な機械的性質が確保される。
上記した（Ｍ１）〜（Ｍ１４）の耐熱合金あるいは耐熱合金鋼のうち、（Ｍ４）および（Ｍ１１）の材料で規定された析出物の種類、金属組織上の析出位置およびそれらの析出量と構成元素比を満たして材料が構成される場合には、所望の機械的特性を得ることができる。
円盤を軸芯と組合せるなど比較的小型の部材で構成されるロータの材料として、例えば、高温強度に優れた（Ｍ１）の耐熱合金や高温での熱安定性に優れた（Ｍ２）の耐熱合金が好適である。また、ロータの材料として、高温強度に優れた（Ｍ３）、（Ｍ４）の耐熱合金を用いることもできる。また、冷却蒸気を用いてロータを冷却する蒸気冷却手段を備えた場合におけるロータの材料として、例えば、フェライト系耐熱鋼であり製造性に優れた（Ｍ４）〜（Ｍ８）の耐熱合金鋼が好適である。
比較的小型の部材で構成され高温の蒸気に晒される動翼、ノズル、静翼などの材料として、例えば、ＴｉやＡｌを多く含有し、γ’相の析出強化を多量に働かせ、高温強度に優れた（Ｍ３）、（Ｍ９）の耐熱合金が好適である。また、動翼、ノズル、静翼などの材料として、高温での熱安定性に優れた（Ｍ１）、（Ｍ２）、（Ｍ１４）の耐熱合金を用いることもできる。
冷却蒸気を用いてケーシングを冷却する蒸気冷却手段を備えた場合における蒸気タービンのケーシングの材料として、例えば、フェライト系耐熱鋼であり、鋳造等の製造性に優れた（Ｍ１１）〜（Ｍ１３）の耐熱合金鋼が好適である。また、ケーシングを冷却しない場合においては、例えば、高温での熱安定性に優れた（Ｍ１）、（Ｍ２）、（Ｍ３）、（Ｍ１４）の耐熱合金が好適である。
ケーシングに内部に設置され、高温蒸気を初段の動翼に導くノズルボックスは、構造溶接が不可欠であり、さらに高温の蒸気に晒されるため、このノズルボックスの材料として、例えば、高温での熱安定性に優れた（Ｍ２）、（Ｍ１４）の耐熱合金が好適である。
高温蒸気を蒸気タービンに導くリード管は、高温の蒸気に晒されるため、このリード管の材料として、例えば、高温での熱安定性に優れた（Ｍ２）、（Ｍ１０）、（Ｍ１４）の耐熱合金が好適である。
本発明の蒸気タービン発電設備によれば、蒸気タービン発電設備の所定の部分に限定的にオーステナイト系耐熱鋼やＮｉ基合金を用いることで、設備コストの上昇を抑制し、さらにプラント起動時やプラント停止時などの負荷変化時に過大な熱応力の発生を抑制でき、高い熱効率で良好な運転特性を得ることができる。
以下、本発明の一実施の形態を、図面に基づいて説明する。
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０について、図１を参照して説明する。図１には、蒸気タービン発電設備１０の構成の概要を示している。
蒸気タービン発電設備１０では、中圧タービンが高温高圧側の高温中圧タービン部１１ａと低温低圧側の低温中圧タービン部１１ｂとに分離されており、この蒸気タービン発電設備１０は、同一のケーシング内に設置された高圧タービン１２および低温中圧タービン部１１ｂと、高温中圧タービン部１１ａと、高圧タービン１２と、低圧タービン１３と、発電機１４と、復水器１５と、ボイラ１６とで主に構成されている。なお、６５０℃以上の温度の高温蒸気が導入される高温中圧タービン部１１ａは、オーステナイト系耐熱鋼やＮｉ基合金で構成されている。
続いて、蒸気タービン発電設備１０における蒸気の動作について説明する。
ボイラ１６で６５０℃より低い例えば６３０℃の温度まで加熱されて流出する蒸気は、主蒸気管１７を通り圧力２５０ａｔａで高圧タービン１２に流入する。高圧タービン１２の動翼を例えば９段落で構成するとすれば、この蒸気は、高圧タービン１２で膨張仕事を行ったのち第９段落出口から例えば蒸気温度４２０℃、圧力７０ａｔａで排気され、低温再熱管１８を通り再熱器１９に流入する。この再熱器１９は、流入した蒸気を６５０℃以上の例えば７００℃の温度に再熱し、再熱された蒸気は、リード管として機能する高温再熱管２０を経て圧力５５ａｔａで高温中圧タービン部１１ａに流入する。
高温中圧タービン部１１ａの動翼を例えば４段落で構成するとすれば、この高温中圧タービン部１１ａに流入し、膨張仕事をした蒸気は、第４段落出口から排気され、中圧部連絡管２１を経て例えば蒸気温度５５０℃、圧力２４ａｔａで低温中圧タービン部１１ｂに供給される。
低温中圧タービン部１１ｂは、例えば４段で構成され、この低温中圧タービン部１１ｂに流入し、膨張仕事をした蒸気は、クロスオーバ管２２を通り、例えば蒸気温度３６０℃、圧力７ａｔａで低圧タービン１３に供給される。
低圧タービン１３では、同じ構造を有する２基の低圧タービン部１３ａ、１３ｂがタンデム結合されている。それぞれの低圧タービン部１３ａ、１３ｂの動翼は４段であり、低圧タービン部１３ａと低圧タービン部１３ｂとがほぼ左右対称に構成されている。この低圧タービン１３に供給された蒸気は、膨張仕事をしたのち復水器１５で復水され、ボイラ給水ポンプ２３で昇圧されてボイラ１６に還流される。ボイラ１６に還流された復水は、蒸気となり再び主蒸気管１７を経て高圧タービン１２に供給される。なお、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。
次に、図２を参照して、高温中圧タービン部１１ａについて説明する。
図２には、高温中圧タービン部１１ａの上半ケーシング部における断面図が示されている。
高温中圧タービン部１１ａにおいて、外側の外部ケーシング３０内には内部ケーシング３１が設けられており、その内部ケーシング３１内にロータ３２が貫設されている。また、内部ケーシング３１の内側面には、例えば４段落のノズル３３が配設され、ロータ３２には、動翼３４が植設されている。さらに、高温中圧タービン部１１ａには、高温再熱管２０が、外部ケーシング３０および内部ケーシング３１を貫通して設けられ、さらに高温再熱管２０の端部が、動翼３４側に向けて蒸気を導出するノズルボックス３５に連接されている。
続いて、高温中圧タービン部１１ａにおける蒸気の動作について説明する。
再熱器１９で６５０℃以上の例えば７００℃の温度に加熱された蒸気が、高温再熱管２０を経て圧力５５ａｔａで高温中圧タービン部１１ａ内のノズルボックス３５に流入する。ノズルボックス３５に流入した蒸気は、ノズル３３、動翼３４へ導かれ膨張仕事をしたのち中圧部連絡管２１を経て低温中圧タービン部１１ｂに供給される。
次に、高温中圧タービン部１１ａを構成するロータ３２、動翼３４、内部ケーシング３１、外部ケーシング３０、ノズルボックス３５および高温再熱管２０の構成材料について、表１および２を参照して説明する。表１には、構成材料の化学組成が示され、表２には、表１に示された構成材料の１０万時間クリープ破断強度が示されている。ここで、表２中に示された＃１は、温度が６００℃の条件下における１０万時間クリープ破断強度を示し、＃２は、温度が５５０℃の条件下における１０万時間クリープ破断強度を示す。また、無印は、温度が７００℃の条件下における１０万時間クリープ破断強度を示す。ここで、表１に示された高温中圧タービン部１１ａを構成する構成材料の化学組成は一例を示したものであり、この化学組成は、上述した本発明の蒸気タービンの構成部材を形成する耐熱合金あるいは耐熱合金鋼（Ｍ１）〜（Ｍ１４）の化学組成の範囲で適宜に選択できる。
なお、蒸気タービン発電設備１０において、高温中圧タービン部１１ａ以外の高圧タービン１２、低温中圧タービン部１１ｂ、低圧タービン１３、主蒸気管１７、低温再熱管１８、中圧部連絡管２１およびクロスオーバ管２２には、６５０℃より低い温度の蒸気が流れるため、それらの構成部材は主にフェライト系耐熱鋼が用いられる。
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（ロータ３２）
高温中圧タービン部１１ａのロータ３２は、表１中の材料Ｐ４、材料Ｐ７、材料Ｐ２１の中から選択された材料によって形成され、複数の円盤および軸芯または単一部材で構成される。
材料Ｐ４、材料Ｐ７、材料Ｐ２１の７００℃の温度における１０万時間クリープ破断強度は、フェライト系耐熱鋼である材料Ｐ１３、材料Ｐ１４の５５０℃の温度における１０万時間クリープ破断強度やフェライト系耐熱鋼であるＰ１１、Ｐ１２の６００℃の温度における１０万時間クリープ破断強度と比べて、同等またはそれ以上である。このことから、ロータ３２を材料Ｐ４、材料Ｐ７または材料Ｐ２１で構成することにより、フェライト系耐熱鋼が主として用いられていた従来の中圧タービンよりも大幅な高温環境下でも十分な強度特性が得られることがわかる。
一方、材料Ｐ１１〜材料Ｐ１４のようなフェライト系耐熱鋼では、温度が７００℃における１０万時間クリープ破断強度を測定することは不可能であった。また、材料Ｐ１１〜材料Ｐ１４をロータ３２に用いた場合、ロータ３２表面に流入する蒸気の温度が、例えば７００℃程度の高温蒸気環境下では変形が著しく、長期間の運用に耐えられず、かつ酸化による減肉も著しくなる等の問題がある。
（動翼３４）
動翼３４は、高温蒸気に直接晒されるため、高温クリープ破断強度が高い材料で構成することが不可欠であり、少なくとも初段の動翼３４は、表１中の材料Ｐ８、材料Ｐ１５、材料Ｐ１９、材料Ｐ２０、材料Ｐ２２の中から選択された材料によって形成され、ロータ３２に植設される。また、すべての動翼３４をこれらの材料で構成することもできる。動翼３４を形成する材料には、精密鋳造法によって成形されるものと、鍛造・圧延後に切削によって成形されるものがあるが、これらはタービンの出力に起因した羽根寸法や運転時の負荷応力との兼ね合いで選択される。
材料Ｐ８、材料Ｐ１５、材料Ｐ１９、材料Ｐ２０、材料Ｐ２２の１０万時間クリープ破断強度は、前述したロータ３２を形成する材料の１０万時間クリープ破断強度と比べて、同等またはそれ以上であり、高温環境下で必要な強度特性が得られることがわかる。
一方、材料Ｐ１１〜材料Ｐ１４のようなフェライト系耐熱鋼、材料Ｐ１、材料Ｐ６、材料Ｐ２３のようなオーステナイト系耐熱鋼、または材料Ｐ５のようなＡｌやＴｉ無添加のＮｉ基合金では、動翼として必要なクリープ破断強度が得られず、例えば７００℃程度の高温蒸気環境下では変形が著しく、長期間の運用に耐えられない。
なお、ノズル６３または静翼等も高温の蒸気に直接晒されるため、動翼３４と同一の材料で形成されてもよい。
（内部ケーシング３１および外部ケーシング３０）
内部ケーシング３１および外部ケーシング３０は、表１中の材料Ｐ１、材料Ｐ２、材料Ｐ４、材料Ｐ５、材料Ｐ２３の中から選択された材料によって形成される。ロータ３２や動翼３４を形成する材料に比べ１０万時間クリープ破断強度は低いが、内部ケーシング３１および外部ケーシング３０のような静止部品は、形状や肉厚を変えることによって比較的低強度の材料を採用することができる。
一方、内部ケーシング３１および外部ケーシング３０は、所望の形状に成形するために鋳造で製作する必要があり、鋳造性に優れ、かつ、補修および構造溶接が不可避となるため、溶接性が優れた材料を用いる必要がある。例えば、動翼３４に好適な材料Ｐ８、材料Ｐ１５、材料Ｐ１９、材料Ｐ２０、材料Ｐ２２は、表２に示すように高温クリープ破断強度は優れているが、大型品として鋳造することや溶接は極めて困難である。また、鋳造性や溶接性に優れた材料Ｐ１６や材料Ｐ２４のようなフェライト系耐熱鋳鋼は、例えば７００℃程度の高温蒸気環境下では変形が著しく、酸化による減肉も著しくなる等の問題があり、長期間の運用に耐えられない。
（ノズルボックス３５）
ノズルボックス３５は、表１中の材料Ｐ１〜材料Ｐ６、材料Ｐ２３の中から選択された材料によって、単一部材または溶接された複数の部材から構成される。
材料Ｐ１〜材料Ｐ６、材料Ｐ２３の７００℃の温度における１０万時間クリープ破断強度は、材料によって差があるが、ノズルボックス３５のような静止部品の場合は、ノズルボックス３５の外表面温度と表２に示すクリープ破断強度に対応してノズルボックス３５の肉厚の増減することで、構成材料を選択することができる。
一方、材料Ｐ１１〜材料Ｐ１４、材料Ｐ１６、材料Ｐ２４および材料Ｐ２５のようなフェライト系耐熱鋼は、ノズルボックス３５内面に流入する例えば７００℃程度の高温蒸気環境下では長期間の運用に耐えられない。また、ノズルボックス３５では、構造溶接をすることが不可避であるが、材料Ｐ７〜材料Ｐ１０、材料Ｐ１５、材料Ｐ１７〜材料Ｐ２２は、溶接が不可能または溶接作業性が低い等の問題がある。
（高温再熱管２０）
高温再熱管２０は、表１中の材料Ｐ１〜材料Ｐ４および材料Ｐ２３の中から選択された材料によって構成される。高温再熱管２０は、継目なし管または継目管で構成される。高温再熱管２０の内面は高温蒸気に直接晒されるため、高温に耐え得る材料で構成することが望ましい。
材料Ｐ１〜材料Ｐ４および材料Ｐ２３の７００℃の温度における１０万時間クリープ破断強度は、材料によって差があるが、高温再熱管２０のような静止部品の場合は、高温再熱管２０の外表面温度と表２に示すクリープ破断強度に対応して高温再熱管２０の肉厚の増減することで、構成材料を選択することができる。
一方、材料Ｐ１１〜材料Ｐ１４および材料Ｐ１６のようなフェライト系耐熱鋼は、高温再熱管２０の内面に流入する例えば７００℃程度の高温蒸気環境下では長期間の運用に耐えられない。また、高温再熱管２０では、構造溶接をすることが不可避であるが、材料Ｐ７〜材料Ｐ１０、材料Ｐ１５、材料Ｐ１７〜材料Ｐ２２は、溶接が不可能または溶接作業性が低い等の問題がある。
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では、中圧タービンを高温高圧側の高温中圧タービン部１１ａと低温低圧側の低温中圧タービン部１１ｂとに分離し、６５０℃以上の温度の蒸気に晒される高温中圧タービン部１１ａを構成するロータ３２、動翼３４、内部ケーシング３１、外部ケーシング３０、ノズルボックス３５および高温再熱管２０を高温特性に優れたオーステナイト系耐熱鋼やＮｉ基合金で形成することで、従来の蒸気タービン発電設備に比べ大幅な高温環境下における運転が可能となる。
また、高温中圧タービン部１１ａでは、高温中圧タービン部１１ａを構成するロータ３２、動翼３４、内部ケーシング３１、外部ケーシング３０、ノズルボックス３５および高温再熱管２０を、冷却蒸気よって冷却することなく、６５０℃以上の温度の蒸気中で使用することができるため、熱効率を向上させることができる。
さらに、高温中圧タービン部１１ａ以外の蒸気タービン等は、主要部品に対してオーステナイト系耐熱鋼やＮｉ基合金を用いる必要はなく、従来の使用材料のフェライト系耐熱鋼から好適な材料を選択して形成することができるので、設備コストの上昇を抑制することができる。
また、蒸気タービン発電設備１０では、高温中圧タービン部１１ａにオーステナイト系耐熱鋼やＮｉ基合金を用いているため、それらの材料を高圧タービンに用いた場合に比べて、耐圧に関する設計上の規制が緩和され、高温中圧タービン部１１ａの肉厚を薄くすることができる。そのため、高温中圧タービン部１１ａにおいて、特にプラント起動時やプラント停止時などの負荷変化時に発生するオーステナイト系耐熱鋼やＮｉ基合金の過大な熱応力を抑制することができ、信頼性の高い蒸気タービン発電設備を提供することができる。
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の蒸気タービン発電設備４０について、図３を参照して説明する。図３には、蒸気タービン発電設備４０の構成の概要を示している。
蒸気タービン発電設備４０では、中圧タービンを分離せずに構成し、蒸気タービン発電設備４０は、高圧タービン４１と、中圧タービン４２と、低圧タービン４３と、発電機４４と、復水器４５と、ボイラ４６とで主に構成されている。なお、６５０℃以上の温度の高温蒸気が導入される中圧タービン４２は、オーステナイト系耐熱鋼やＮｉ基合金で構成されている。
続いて、蒸気タービン発電設備４０における蒸気の動作について説明する。
ボイラ４６で６５０℃より低い例えば６３０℃の温度まで加熱されて流出する蒸気は、主蒸気管４７を通り圧力２５０ａｔａで高圧タービン４１に流入する。高圧タービン４１の動翼を例えば９段落で構成するとすれば、この蒸気は、高圧タービン４１で膨張仕事を行ったのち第９段落出口から例えば蒸気温度４２０℃、圧力７０ａｔａで排気され、低温再熱管４８を通り再熱器４９に流入する。この再熱器４９は、流入した蒸気を６５０℃以上の例えば７００℃の温度に再熱し、再熱された蒸気は、リード管として機能する高温再熱管５０を経て圧力５５ａｔａで中圧タービン４２に流入する。
中圧タービン４２の動翼を例えば８段落で構成するとすれば、この中圧タービン４２に流入し、膨張仕事をした蒸気は、第８段落出口から排気され、クロスオーバ管５１を経て例えば蒸気温度３６０℃、圧力７ａｔａで低圧タービン４３に供給される。
低圧タービン４３では、同じ構造を有する２基の低圧タービン部４３ａ、４３ｂがタンデム結合されている。それぞれの低圧タービン部４３ａ、４３ｂの動翼は４段であり、低圧タービン部４３ａと低圧タービン部４３ｂとがほぼ左右対称に構成されている。この低圧タービン４３に供給された蒸気は、膨張仕事をしたのち復水器４５で復水され、ボイラ給水ポンプ５２で昇圧されてボイラ４６に還流される。ボイラ４６に還流された復水は、蒸気となり再び主蒸気管４７を経て高圧タービン４１に供給される。なお、発電機４４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。
次に、図４を参照して、中圧タービン４２について説明する。
図４には、中圧タービン４２の上半ケーシング部における断面図が示されている。
中圧タービン４２において、外側の外部ケーシング６０内には内部ケーシング６１が設けられており、その内部ケーシング６１内にロータ６２が貫設されている。また、内部ケーシング６１の内側面には、例えば８段落のノズル６３が配設され、ロータ６２には、動翼６４が植設されている。さらに、中圧タービン４２には、高温再熱管５０が外部ケーシング６０および内部ケーシング６１を貫通して設けられ、さらに高温再熱管５０の端部が、動翼６４側に向けて蒸気を導出するノズルボックス６５に連接されている。
続いて、中圧タービン４２における蒸気の動作について説明する。
再熱器４９で６５０℃以上の例えば７００℃の温度に加熱された蒸気が、高温再熱管５０を経て圧力５５ａｔａで中圧タービン４２内のノズルボックス６５に流入する。ノズルボックス６５に流入した蒸気は、ノズル６３、動翼６４へ導かれ膨張仕事をしたのちクロスオーバ管５１を経て低圧タービン４３に供給される。
ここで、中圧タービン４２を構成するロータ６２、動翼６４、内部ケーシング６１、外部ケーシング６０、ノズルボックス６５および高温再熱管５０の各部分の構成材料は、各部分に対応する第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０の高温中圧タービン部１１ａを構成するロータ３２、動翼３４、内部ケーシング３１、外部ケーシング３０、ノズルボックス３５および高温再熱管２０の構成材料と同一である。
なお、蒸気タービン発電設備４０において、中圧タービン４２以外の高圧タービン４１、低圧タービン４３、主蒸気管４７、低温再熱管４８およびクロスオーバ管５１には、６５０℃より低い温度の蒸気が流れるため、それらの構成部材は主にフェライト系耐熱鋼が用いられる。また、ノズル６３または静翼等も高温の蒸気に直接晒されるため、動翼３４と同一の材料で形成されてもよい。
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４０では、６５０℃以上の温度の蒸気に晒される中圧タービン４２を構成するロータ６２、動翼６４、内部ケーシング６１、外部ケーシング６０、ノズルボックス６５および高温再熱管５０を高温特性に優れたオーステナイト系耐熱鋼やＮｉ基合金で形成することで、従来の蒸気タービン発電設備に比べ大幅な高温環境下における運転が可能となる。
また、中圧タービン４２では、中圧タービン４２を構成するロータ６２、動翼６４、内部ケーシング６１、外部ケーシング６０、ノズルボックス６５および高温再熱管５０を、冷却蒸気よって冷却することなく、６５０℃以上の温度の蒸気中で使用することができるため、熱効率を向上させることができる。
さらに、蒸気タービン発電設備４０では、中圧タービン４２にオーステナイト系耐熱鋼やＮｉ基合金を用いているため、それらの材料を高圧タービンに用いた場合に比べて、耐圧に関する設計上の規制が緩和され、中圧タービン４２の肉厚を薄くすることができる。そのため、中圧タービン４２において、特にプラント起動時やプラント停止時などの負荷変化時に発生するオーステナイト系耐熱鋼やＮｉ基合金の過大な熱応力を抑制することができ、信頼性の高い蒸気タービン発電設備を提供することができる。
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備について、図５を参照して説明する。本発明の第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備では、第１の実施の形態の高温中圧タービン部１１ａに各構成部分を冷却する構成を加えたもので、他の構成は第１の実施の形態の蒸気タービン発電設備１０と同じである。
図５には、ロータ３２および外部ケーシング３０を主に冷却する構成を有する高温中圧タービン部７０の上半ケーシング部における断面図が示されている。なお、第１の実施の形態の高温中圧タービン部１１ａの構成と同一部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
高温中圧タービン部７０には、冷却蒸気分岐管７１ａおよび冷却蒸気分岐管７１ｂからなる冷却蒸気管７１が備えられている。
冷却蒸気分岐管７１ａは、高温中圧タービン部７０の外部ケーシング３０を貫通し、その端面が、ノズルボックス３５が設置された内部ケーシング３１内に突出または内部ケーシング３１内面に面して設置されている。冷却蒸気分岐管７１ｂは、その端面が、高温中圧タービン部７０の外部ケーシング３０内に突出または外部ケーシング３０内面に面して設置されている。また、冷却蒸気分岐管７１ａおよび冷却蒸気分岐管７１ｂには、それぞれ圧力調整弁７２ａ、７２ｂが設けられ、それぞれの圧力調整弁７２ａ、７２ｂによって、内部ケーシング３１の内部のみ、外部ケーシング３０と内部ケーシング３１との間のみ、またはそれらの双方に冷却蒸気を供給することができ、さらに、供給される冷却蒸気の流量を調整することができる。
ここで、冷却蒸気として、例えば、高圧タービン１２で膨張仕事を行った後に高圧タービン１２から排出される蒸気の一部や高圧タービン１２から抽気された蒸気の一部を用いることができる。なお、冷却蒸気は、高温中圧タービン部７０内を流れる蒸気の温度よりも低い温度の蒸気であればよく、高圧タービン１２以外の蒸気を使用することもできる。
（ロータ３２の冷却）
まず、冷却蒸気分岐管７１ａを用いて冷却蒸気が供給される場合について説明する。この場合には、圧力調整弁７２ａは開かれ、圧力調整弁７２ｂは閉じられている。
冷却蒸気分岐管７１ａから内部ケーシング３１内のノズルボックス３５の周囲に導かれた冷却蒸気は、ロータ３２を冷却しながら、ロータ３２と内部ケーシング３１との間の例えばグランドパッキンなどのシール部７３に流入する。シール部に流入した冷却蒸気は、内部ケーシング３１に設けられたシール部７３と外部ケーシング３０に設けられたシール部７４との間からから外部ケーシング３０と内部ケーシング３１との間に導かれる。
そして、外部ケーシング３０と内部ケーシング３１との間に導かれた冷却蒸気は、外部ケーシング３０と内部ケーシング３１との間を中圧部連絡管２１に向かって流れ、高温中圧タービン部７０で膨張仕事を行った蒸気とともに中圧部連絡管２１に導かれる。この冷却過程において、外部ケーシング３０や内部ケーシング３１も冷却される。また、冷却蒸気は、まず冷却蒸気分岐管７１ａからノズルボックス３５の周囲に導かれるため、ノズルボックス３５も冷却される。なお、ノズルボックス３５の内面は高温蒸気に直接晒されるため、その外周面が冷却蒸気で冷却される場合であっても、高温に耐え得る材料で構成することが好ましく、ここでは、第１の実施の形態に示したノズルボックス３５の材料と同一の材料が用いられている。
また、冷却蒸気分岐管７１ａから内部ケーシング３１内のノズルボックス３５の周囲に導かれた冷却蒸気は、例えば、ロータ３２の動翼が植設されている部分に沿って、ロータ３２の凸部に設けられた冷却蒸気通過孔をロータ３２を冷却しながら流れる。そして、冷却蒸気流路を流れた冷却蒸気は、最終段の動翼３４よりも下流側に流出し、高温中圧タービン部７０で膨張仕事を行った蒸気とともに中圧部連絡管２１に導かれる。なお、ロータ３２の動翼が植設されている部分の冷却は、この方法に限られるものではなく、ロータ３２の動翼が植設されている部分を、冷却蒸気によって冷却する方法であれば他の方法も採用することができる。
このようにロータ３２を冷却することによって、例えば、冷却蒸気の温度が５００℃以下の場合、冷却蒸気は、高温再熱管２０から導入される６５０℃以上の例えば７００℃の温度の蒸気に比べて低温なので、ロータ３２の温度を６００℃以下に維持することができる。
次に、ロータ３２の構成材料について、表１および２を参照して説明する。
ロータ３２は、表１中の材料Ｐ１１〜材料Ｐ１４の中から選択された材料によって、単一部材または溶接された複数の部材から構成される。これらは、冷却蒸気により冷却されたロータ３２の表層温度と表２に示す１０万時間クリープ破断強度の相関から選択されるものである。
材料Ｐ１１〜材料Ｐ１４によって構成される高温中圧タービン部７０のロータ３２は、冷却蒸気によってロータ３２の表層およびロータ３２の動翼との植設部が冷却されるので、高温再熱管２０から導入される蒸気の温度が６５０℃以上の例えば７００℃でも、従来の蒸気タービン発電設備において多用されているフェライト系耐熱鋼でロータ３２を形成することができる。これによって、従来の蒸気タービン発電設備に比べ大幅な高温環境下で運転が可能となり、熱効率を向上させることができる。
また、冷却蒸気によって、ロータ３２を冷却することによる高温中圧タービン部７０における熱効率の低下を最小限に抑制した状態で、フェライト系耐熱鋼の使用限界温度より低い温度での運転を可能にすることができる。
さらに、ロータ３２をフェライト系耐熱鋼で構成することができるため、従来の設計思想を踏襲した信頼性の高い高温中圧タービン部７０を安価で構成することができる。
一方、高温中圧タービン部７０に冷却蒸気を効果的に利用する構造を採用しているにもかかわらず、表２に示す材料Ｐ１１〜材料Ｐ１４よりもクリープ破断強度に優れた材料でロータ３２を形成した場合には、冷却蒸気を採用しない構造の場合に比べて、熱効率が若干低下することに加え、部材や製造コスト等の経済性が悪化する。
（外部ケーシング３０の冷却）
次に、冷却蒸気分岐管７１ｂを用いて冷却蒸気が供給される場合について説明する。この場合には、圧力調整弁７２ａは閉じられ、圧力調整弁７２ｂは開かれている。
冷却蒸気分岐管７１ｂから外部ケーシング３０と内部ケーシング３１との間に導かれた冷却蒸気は、外部ケーシング３０と内部ケーシング３１との間を双方のケーシングを冷却しながら、中圧部連絡管２１に向かって流れ、高温中圧タービン部７０で膨張仕事を行った蒸気とともに中圧部連絡管２１に導かれる。なお、冷却蒸気分岐管７１ｂの設置位置は、冷却蒸気が外部ケーシング３０と内部ケーシング３１との間を高温中圧タービン部７０の長手方向に沿って一端部から他端部に渡って冷却できるような位置が好ましい。そこで、冷却蒸気分岐管７１ｂを、例えば、図５に示すように、中圧部連絡管２１が設置された高温中圧タービン部７０の一端部とは逆の他端部に設置することが好ましい。この冷却蒸気で冷却することによって、高温再熱管２０から導入される蒸気の温度が６５０℃以上の例えば７００℃でも、外部ケーシング３０が全体に渡って、例えば、温度を６００℃以下に維持することができる。
次に、外部ケーシング３０の構成材料について、表１および２を参照して説明する。
外部ケーシング３０は、表１中の材料Ｐ１６、材料Ｐ２４および材料Ｐ２５の中から選択された材料によって構成される。フェライト系耐熱鋼である材料Ｐ１６、材料Ｐ２４および材料Ｐ２５は、複雑形状の大型部材としての製造が容易であるため、形状が複雑な外部ケーシング３０は、例えばこれらの材料を用いて鋳造により作製される。また、温度が６００℃以下に制限されることによって、高温での機械的特性の不足も解消されるため、信頼性が高い安価な高温中圧タービン部７０を構成することができる。
さらに、外部ケーシング３０をフェライト系耐熱鋼で構成することができるため、従来の設計思想を踏襲した信頼性の高い高温中圧タービン部７０を安価で構成することができる。
一方、高温中圧タービン部７０に冷却蒸気を効果的に利用する構造を採用しているにもかかわらず、表２に示す材料Ｐ１６、材料Ｐ２４および材料Ｐ２５よりもクリープ破断強度に優れた材料で外部ケーシング３０を形成した場合には、冷却蒸気を採用しない構造の場合に比べて、熱効率が若干低下することに加え、部材や製造コスト等の経済性が悪化する。
ここで、圧力調整弁７２ａおよび圧力調整弁７２ｂの双方を開き、高温中圧タービン部７０に冷却蒸気分岐管７１ａおよび冷却蒸気分岐管７１ｂの双方から冷却蒸気を供給してもよく、この場合には、上述したロータ３２の冷却効果および外部ケーシング３０の冷却効果の双方の効果を得ることができる。これによって、ロータ３２および外部ケーシング３０をフェライト系耐熱鋼で構成することができるため、従来の設計思想を踏襲した信頼性の高い高温中圧タービン部７０を安価で構成することができる。
（内部ケーシング３１の冷却）
図６には、図５に示した高温中圧タービン部７０の構成に加え、さらに、内部ケーシング３１を主に冷却する構成を有する高温中圧タービン部８０の上半ケーシング部における断面図が示されている。なお、図５に示した高温中圧タービン部７０の構成と同一部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
この高温中圧タービン部８０では、ノズルボックス３５が設置された内部ケーシング３１の内部と、外部ケーシング３０と内部ケーシング３１とから形成される空隙部とを連通する冷却蒸気流路８１が、内部ケーシング３１に形成されている。
冷却蒸気分岐管７１ａから内部ケーシング３１内のノズルボックス３５の周囲に導かれた冷却蒸気は、内部ケーシング３１の内壁とノズルボックス３５との間を内部ケーシング３１を冷却しながら冷却蒸気流路８１に向けて流れる。冷却蒸気流路８１を通過し、外部ケーシング３０と内部ケーシング３１との間に導かれた冷却蒸気は、外部ケーシング３０と内部ケーシング３１との間を中圧部連絡管２１に向かって流れ、高温中圧タービン部８０で膨張仕事を行った蒸気とともに中圧部連絡管２１に導かれる。この冷却過程においてノズルボックス３５も冷却される。なお、ノズルボックス３５の内面は高温蒸気に直接晒されるため、その外周面が冷却蒸気で冷却される場合であっても、高温に耐え得る材料で構成することが好ましく、ここでは、第１の実施の形態に示したノズルボックス３５の材料と同一の材料が用いられている。
この冷却蒸気で冷却されることによって、高温再熱管２０から導入される蒸気の温度が６５０℃以上の例えば７００℃でも、内部ケーシング３１が全体に渡って、例えば、温度を６００℃以下に維持することができる。
次に、内部ケーシング３１の構成材料について、表１および２を参照して説明する。
内部ケーシング３１は、表１中の材料Ｐ１６、材料Ｐ２４および材料Ｐ２５の中から選択された材料によって構成される。フェライト系耐熱鋼である材料Ｐ１６、材料Ｐ２４および材料Ｐ２５は、複雑形状の大型部材としての製造が容易であるため、形状が複雑な内部ケーシング３１は、例えばこれらの材料を用いて鋳造により作製される。また、温度が６００℃以下に制限されることによって、高温での機械的特性の不足も解消されるため、信頼性が高い安価な高温中圧タービン部８０を構成することができる。
さらに、内部ケーシング３１をフェライト系耐熱鋼で構成することができるため、従来の設計思想を踏襲した信頼性の高い内部ケーシング３１を安価で構成することができる。
一方、高温中圧タービン部８０に冷却蒸気を効果的に利用する構造を採用しているにもかかわらず、表２に示す材料Ｐ１６、材料Ｐ２４および材料Ｐ２５よりもクリープ破断強度に優れた材料で内部ケーシング３１を形成した場合には、冷却蒸気を採用しない構造の場合に比べて、熱効率が若干低下することに加え、部材や製造コスト等の経済性が悪化する。さらに、材料Ｐ１６、材料Ｐ２４および材料Ｐ２５以外の材料は、大型部材としての成形性や溶接性が劣る等の問題がある。
ここで、圧力調整弁７２ａおよび圧力調整弁７２ｂの双方を開き、高温中圧タービン部８０に冷却蒸気分岐管７１ａおよび冷却蒸気分岐管７１ｂの双方から冷却蒸気を供給してもよく、この場合には、上述したロータ３２の冷却効果、外部ケーシング３０の冷却効果および内部ケーシング３１の冷却効果のすべての効果を得ることができる。これによって、ロータ３２、外部ケーシング３０および内部ケーシング３１をフェライト系耐熱鋼で構成することができるため、従来の設計思想を踏襲した信頼性の高い高温中圧タービン部８０を安価で構成することができる。
上記したように第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備では、冷却蒸気によって、高温中圧タービン部８０の例えば、ロータ３２、外部ケーシング３０、内部ケーシング３１を主に冷却する構成を備えることによって、高温再熱管２０から導入される蒸気の温度が６５０℃以上の例えば７００℃でも、ロータ３２、外部ケーシング３０、内部ケーシング３１の温度を６００℃以下にすることができるので、これらの構成部分を従来の蒸気タービン発電設備において多用されているフェライト系耐熱鋼で形成することができる。これによって、従来の設計思想を踏襲した信頼性の高い高温中圧タービン部を安価で構成することができる。
また、高温中圧タービン部８０には、６５０℃以上の蒸気が導入されるため、従来の６００℃以下の蒸気によって作動される蒸気タービンよりも高い熱効率を得ることができる。
なお、上記した第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備では、中圧タービンを分割した高温中圧タービン部に蒸気冷却手段を設けた構成を示したが、この高温中圧タービン部に備えらた冷却蒸気によって、高温中圧タービン部のロータ３２、外部ケーシング３０、内部ケーシング３１を主に冷却する蒸気冷却手段の構成は、第２の実施の形態の中圧タービンを分割しない中圧タービンにも適用することができる。
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態の蒸気タービン発電設備について、図７および８を参照して説明する。本発明の第４の実施の形態の蒸気タービン発電設備では、第３の実施の形態の外部ケーシング３０および内部ケーシング３１を備えた高温中圧タービン部７０に代えて、一重のケーシング９１を備える高温中圧タービン部９０を有し、他の構成は第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備と同じである。
図７には、ケーシング９１を主に冷却する構成を有する高温中圧タービン部９０の上半ケーシング部における断面図が示されている。また、図８には、図７のＡ−Ａ断面におけるケーシング９１の断面図が示されている。なお、第３の実施の形態の蒸気タービン発電設備における高温中圧タービン部７０の構成と同一部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
高温中圧タービン部９０には、端面が、ノズルボックス３５が設置されたケーシング９１内に突出またはケーシング９１内面に面して設置された冷却蒸気管９２が備えられている。また、冷却蒸気管９２には、圧力調整弁９３が設けられ、この圧力調整弁９３によって、ケーシング９１内に供給される冷却蒸気の流量を調整することができる。
ここで、冷却蒸気として、例えば、高圧タービン１２で膨張仕事を行った後に高圧タービン１２から排出される蒸気の一部や高圧タービン１２から抽気された蒸気の一部を用いることができる。なお、冷却蒸気は、高温中圧タービン部９０内を流れる蒸気の温度よりも低い温度の蒸気であればよく、高圧タービン１２以外の蒸気を使用することもできる。
また、ノズル３３が設置されたケーシング９１の長手方向に沿って、ケーシング９１に冷却蒸気流路９４が設けられている。この冷却蒸気流路９４は、最終段の動翼３４の下流側まで形成されているのが好ましい。また、図８に示されているように、冷却蒸気流路９４は、例えば、ケーシング９１の外周面にケーシング９１の長手方向に沿って形成された複数の突条部９５の内部に形成される。この複数の突条部９５は、ケーシング９１の外周面に均等に設けられることが好ましい。なお、冷却蒸気流路９４を形成するための構成は、これに限られるものではなく、冷却蒸気を用いてケーシング９１を冷却することができる構成ならばよい。
次に、冷却蒸気管９２からケーシング９１内に供給された冷却蒸気の流れについて説明する。
冷却蒸気管９２からケーシング９１内のノズルボックス３５の周囲に導かれた冷却蒸気は、ケーシング９１の内壁とノズルボックス３５の外壁との間をケーシング９１を冷却しながら冷却蒸気流路９４に向けて流れる。さらに、冷却蒸気流路９４に導かれた冷却蒸気は、ケーシング９１を冷却しながら冷却蒸気流路９４を流れる。そして、冷却蒸気流路９４を通過した冷却蒸気は、高温中圧タービン部９０で膨張仕事を行った蒸気とともに中圧部連絡管２１に導かれる。この冷却過程においてノズルボックス３５も冷却される。なお、ノズルボックス３５の内面は高温蒸気に直接晒されるため、その外周面が冷却蒸気で冷却される場合であっても、高温に耐え得る材料で構成することが好ましく、ここでは、第１の実施の形態に示したノズルボックス３５の材料と同一の材料が用いられている。
この冷却蒸気で冷却されることによって、高温再熱管２０から導入される蒸気の温度が６５０℃以上の例えば７００℃でも、ケーシング９１が全体に渡って、例えば、温度を６００℃以下に維持することができる。
なお、第３の実施の形態のロータ３２の冷却についての説明で述べたように、冷却蒸気管９２によってケーシング９１内に導かれた冷却蒸気の一部は、例えば、ロータ３２の動翼が植設されている部分に沿って、ロータ３２の凸部に設けられた冷却蒸気通過孔をロータ３２を冷却しながら流れる。このため、ケーシング９１の冷却工程において、ロータ３２も冷却される。
次に、ケーシング９１の構成材料について、表１および２を参照して説明する。
ケーシング９１は、表１中の材料Ｐ１６、材料Ｐ２４および材料Ｐ２５の中から選択された材料によって構成される。フェライト系耐熱鋼である材料Ｐ１６、材料Ｐ２４および材料Ｐ２５は、複雑形状の大型部材としての製造が容易であるため、形状が複雑なケーシング９１は、例えばこれらの材料を用いて鋳造により作製される。また、温度が６００℃以下に制限されることによって、高温での機械的特性の不足も解消されるため、信頼性が高い安価な高温中圧タービン部９０を構成することができる。
さらに、ケーシング９１をフェライト系耐熱鋼で構成することができるため、従来の設計思想を踏襲した信頼性の高いケーシング９１を安価で構成することができる。
一方、高温中圧タービン部９０に冷却蒸気を効果的に利用する構造を採用しているにもかかわらず、表２に示す材料Ｐ１６、材料Ｐ２４および材料Ｐ２５よりもクリープ破断強度に優れた材料でケーシング９１を形成した場合には、冷却蒸気を採用しない構造の場合に比べて、熱効率が若干低下することに加え、部材や製造コスト等の経済性が悪化する。さらに、材料Ｐ１６、材料Ｐ２４および材料Ｐ２５以外の材料は、大型部材としての成形性や溶接性が劣る等の問題がある。
上記したように第４の実施の形態の蒸気タービン発電設備では、ケーシング９１が一重で構成されるので、内部ケーシングと外部ケーシングの二重ケーシングを備える高温中圧タービン部比べて設備コストを抑制することができる。
また、冷却蒸気によって、高温中圧タービン部の例えば、ケーシング９１を主に冷却する構成を備えることによって、高温再熱管２０から導入される蒸気の温度が６５０℃以上の例えば７００℃でも、ケーシング９１の温度を６００℃以下にすることができるので、これらの構成部分を従来の蒸気タービン発電設備において多用されているフェライト系耐熱鋼で形成することができる。これによって、従来の設計思想を踏襲した信頼性の高い高温中圧タービン部を安価で構成することができる。
さらに、高温中圧タービン部８０には、６５０℃以上の蒸気が導入されるため、従来の６００℃以下の蒸気によって作動される蒸気タービンよりも高い熱効率を得ることができる。
なお、上記した第４の実施の形態の蒸気タービン発電設備では、中圧タービンを分割した高温中圧タービン部を一重のケーシングで構成し、さらに、ケーシングを冷却蒸気によって冷却する蒸気冷却手段を設けた構成を示したが、この構成は、第２の実施の形態の中圧タービンを分割しない中圧タービンにも適用することができる。
本発明の第１の実施形態の蒸気タービン発電設備の構成の概要を示す図。 高温中圧タービン部の上半ケーシング部における断面図。 本発明の第２の実施形態の蒸気タービン発電設備の構成の概要を示す図。 中圧タービンの上半ケーシング部における断面図。 蒸気冷却手段を備えた高温中圧タービン部の上半ケーシング部における断面図。 蒸気冷却手段を備えた高温中圧タービン部の上半ケーシング部における断面図。 蒸気冷却手段を備えた高温中圧タービン部の上半ケーシング部における断面図。 図７のＡ−Ａ断面図。
符号の説明
１０…蒸気タービン発電設備、１１ａ…高温中圧タービン部、１１ｂ…低温中圧タービン部、１２…高圧タービン、１３…低圧タービン、１３ａ，１３ｂ…低圧タービン部、１４…発電機、１５…復水器、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…中圧部連絡管、２２…クロスオーバ管、２３…ボイラ給水ポンプ。

Claims (8)

  1. 高圧タービンと、中圧タービンと、低圧タービンとを備え、前記中圧タービンが、高圧タービンの排出蒸気を６５０℃以上に再加熱した高温蒸気が導入される高温中圧タービンと、この高温中圧タービンの排出蒸気が導入される低温中圧タービンとに分離されて構成される蒸気タービン発電設備であって、
    前記高温中圧タービンのロータを、前記高圧タービンから排気される蒸気または前記高圧タービンから抽気された蒸気からなる冷却蒸気によって冷却する蒸気冷却手段を備え、
    前記高圧タービン、前記低温中圧タービンおよび前記低圧タービンの少なくとも１つの構成要素がフェライト系の合金鋼によって構成され、
    前記高温中圧タービンのケーシングが外部ケーシングと内部ケーシングとの二重構造で構成され、前記蒸気冷却手段は前記外部ケーシングと前記内部ケーシングとの間に前記冷却蒸気を導入して該外部ケーシングを冷却するよう構成され、かつ
    前記高温中圧タービンのロータが、重量％で、
    （Ｍ７）Ｃ：０．１３〜０．３５、Ｓｉ：０．２以下（０を含まず）、Ｍｎ：０．８以下（０を含まず）、Ｎｉ：０．８以下（０を含まず）、Ｃｒ：０．８〜１．９、Ｖ：０．２〜０．３５、Ｔｉ：０．０１以下（０を含む）、Ｍｏ：０．７〜１．４を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金鋼、および
    （Ｍ８）Ｃ：０．１３〜０．３５、Ｓｉ：０．２以下（０を含まず）、Ｍｎ：０．８以下（０を含まず）、Ｎｉ：０．８以下（０を含まず）、Ｃｒ：０．８〜１．９、Ｖ：０．２〜０．３５、Ｔｉ：０．０１以下（０を含む）、Ｍｏ：０．７〜１．４、Ｗ：０．８〜１．４を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金鋼
    である（Ｍ７）あるいは（Ｍ８）のから選択されるいずれかの合金鋼で形成され、かつ
    前記外部ケーシングが、重量％で、
    （Ｍ１３）Ｃ：０．１２〜０．１８、Ｓｉ：０．３以下（０を含まず）、Ｍｎ：０．５〜０．９、Ｎｉ：０．５以下（０を含まず）、Ｃｒ：１．０〜１．５、Ｖ：０．２〜０．３５、Ｍｏ：０．９〜１．２、Ｔｉ：０．０１〜０．０４を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金鋼で形成されていることを特徴とする蒸気タービン発電設備。
  2. 前記高温中圧タービンの複数の段落からなるタービン翼の少なくとも初段のタービン翼が、重量％で、
    （Ｍ１）Ｎｉ：５０．０〜５５．０、Ｃｒ：１７．０〜２１．０、ＮｂまたはＮｂとＴａの合計：４．７５〜５．５、Ｍｏ：２．８〜３．３、Ｔｉ：０．６５〜１．１５、Ａｌ：０．２〜０．８、Ｃｏ：１．０以下（０を含む）、Ｃ：０．０８以下（０を含まず）、Ｍｎ：０．３５以下（０を含まず）、Ｓｉ：０．３５以下（０を含まず）、Ｂ：０．００６以下（０を含まず）を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金、
    （Ｍ２）Ｃ：０．０２〜０．２５、Ｓｉ：１．０以下（０を含まず）、Ｍｎ：１．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：１９．０〜２４．０、Ｃｏ：１５．０以下（０を含む）、Ｍｏ：８．０〜１０．０、ＮｂとＴａの合計：４．１５以下（０を含む）、Ａｌ：１．５以下（０を含む）、Ｔｉ：０．６以下（０を含む）、Ｆｅ：２０．０以下（０を含まず）、Ｗ：１．０以下（０を含む）、Ｂ：０．０１以下（０を含む）を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物で構成される合金、
    （Ｍ３）Ｃ：０．０２〜０．２以下、Ｓｉ：１．０以下（０を含まず）、Ｍｎ：１．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：１２．０〜２１．０、Ｃｏ：２２．０以下（０を含む）、Ｍｏ：１０．５以下（０を含む）、ＮｂとＴａの合計：２．８以下（０を含む）、Ａｌ：０．４〜６．５、Ｔｉ：０．５〜３．２５、Ｆｅ：９．０以下（０を含む）、Ｂ：０．０２以下（０を含む）、Ｚｒ：４．０以下（０を含む）を含有し、残部はＮｉおよび不可避的不純物で構成される合金、
    （Ｍ１４）Ｃ：０．０１〜０．４５、Ｓｉ：１．０以下（０を含まず）、Ｍｎ：２．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：１９〜２５、Ｎｉ：１８．０〜４５．０、Ｍｏ：２．０以下（０を含む）、Ｎｂ：０．１〜０．４、Ｗ：８．０以下（０を含む）、Ｔｉ：０．６以下（０を含む）、Ａｌ：０．６以下（０を含む）、Ｂ：０．０１以下（０を含む）、Ｎ：０．２５以下（０を含む）を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金、および
    （Ｍ９）Ｃ：０．１以下（０を含まず）、Ｓｉ：１．５以下（０を含まず）、Ｍｎ：１．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：１１．０〜２０．０、ＮｉとＣｏの合計：４０．０〜６０．０、Ｍｏ：２．５〜７．０、Ａｌ：０．３５以下（０を含まず）、Ｔｉ：２．３〜３．１、Ｚｒ：０．１以下（０を含まず）、Ｂ：０．００１〜０．０２を含有し、残部はＦｅおよび可避的不純物で構成される合金
    である（Ｍ１）、（Ｍ２）、（Ｍ３）、（Ｍ９）および（Ｍ１４）の群の中から選択された１つの合金で形成されていることを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン発電設備。
  3. 前記高温中圧タービン内に設置され、前記高温中圧タービンに導入される高温蒸気を初段のタービン翼に導くノズルボックスが、重量％で、
    （Ｍ１４）Ｃ：０．０１〜０．４５、Ｓｉ：１．０以下（０を含まず）、Ｍｎ：２．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：１９〜２５、Ｎｉ：１８．０〜４５．０、Ｍｏ：２．０以下（０を含む）、Ｎｂ：０．１〜０．４、Ｗ：８．０以下（０を含む）、Ｔｉ：０．６以下（０を含む）、Ａｌ：０．６以下（０を含む）、Ｂ：０．０１以下（０を含む）、Ｎ：０．２５以下（０を含む）を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金、
    （Ｍ２）Ｃ：０．０２〜０．２５、Ｓｉ：１．０以下（０を含まず）、Ｍｎ：１．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：１９．０〜２４．０、Ｃｏ：１５．０以下（０を含む）、Ｍｏ：８．０〜１０．０、ＮｂとＴａの合計：４．１５以下（０を含む）、Ａｌ：１．５以下（０を含む）、Ｔｉ：０．６以下（０を含む）、Ｆｅ：２０．０以下（０を含まず）、Ｗ：１．０以下（０を含む）、Ｂ：０．０１以下（０を含む）を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物で構成される合金、または
    （Ｍ１０）Ｃ：０．０５〜０．４５、Ｓｉ：２．０以下（０を含まず）、Ｍｎ：２．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：２３．０〜２７．０、Ｎｉ：１８．０〜２２．０、Ｍｏ：０．５以下（０を含む）を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金
    である（Ｍ２）、（Ｍ１０）および（Ｍ１４）の群の中から選択された１つの合金で形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の蒸気タービン発電設備。
  4. 前記高温中圧タービン内に設置された前記高温中圧タービンに導入される高温蒸気を初段のタービン翼に導くノズルボックスと連接し、該ノズルボックスに高温蒸気を導入するリード管が、重量％で、
    （Ｍ１４）Ｃ：０．０１〜０．４５、Ｓｉ：１．０以下（０を含まず）、Ｍｎ：２．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：１９〜２５、Ｎｉ：１８．０〜４５．０、Ｍｏ：２．０以下（０を含む）、Ｎｂ：０．１〜０．４、Ｗ：８．０以下（０を含む）、Ｔｉ：０．６以下（０を含む）、Ａｌ：０．６以下（０を含む）、Ｂ：０．０１以下（０を含む）、Ｎ：０．２５以下（０を含む）を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金、
    （Ｍ１０）Ｃ：０．０５〜０．４５、Ｓｉ：２．０以下（０を含まず）、Ｍｎ：２．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：２３．０〜２７．０、Ｎｉ：１８．０〜２２．０、Ｍｏ：０．５以下（０を含む）を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金、および
    （Ｍ２）Ｃ：０．０２〜０．２５、Ｓｉ：１．０以下（０を含まず）、Ｍｎ：１．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：１９．０〜２４．０、Ｃｏ：１５．０以下（０を含む）、Ｍｏ：８．０〜１０．０、ＮｂとＴａの合計：４．１５以下（０を含む）、Ａｌ：１．５以下（０を含む）、Ｔｉ：０．６以下（０を含む）、Ｆｅ：２０．０以下（０を含まず）、Ｗ：１．０以下（０を含む）、Ｂ：０．０１以下（０を含む）を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物で構成される合金
    である（Ｍ２）、（Ｍ１０）および（Ｍ１４）の群の中から選択された１つの合金で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の蒸気タービン発電設備。
  5. 高圧タービンと、この高圧タービンの排出蒸気を６５０℃以上に再加熱した高温蒸気が導入される中圧タービンと、この中圧タービンの排出蒸気が導入される低圧タービンとを備える蒸気タービン発電設備であって、
    前記中圧タービンのロータを、前記高圧タービンから排気される蒸気または前記高圧タービンから抽気された蒸気からなる冷却蒸気によって冷却する蒸気冷却手段を備え、
    前記高圧タービンおよび前記低圧タービンの少なくとも１つの構成要素がフェライト系の合金鋼によって構成され、
    前記中圧タービンのケーシングが外部ケーシングと内部ケーシングとの二重構造で構成され、前記蒸気冷却手段は前記外部ケーシングと前記内部ケーシングとの間に前記冷却蒸気を導入して該外部ケーシングを冷却するよう構成され、かつ
    前記中圧タービンのロータが、重量％で、
    （Ｍ７）Ｃ：０．１３〜０．３５、Ｓｉ：０．２以下（０を含まず）、Ｍｎ：０．８以下（０を含まず）、Ｎｉ：０．８以下（０を含まず）、Ｃｒ：０．８〜１．９、Ｖ：０．２〜０．３５、Ｔｉ：０．０１以下（０を含む）、Ｍｏ：０．７〜１．４を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金鋼、および
    （Ｍ８）Ｃ：０．１３〜０．３５、Ｓｉ：０．２以下（０を含まず）、Ｍｎ：０．８以下（０を含まず）、Ｎｉ：０．８以下（０を含まず）、Ｃｒ：０．８〜１．９、Ｖ：０．２〜０．３５、Ｔｉ：０．０１以下（０を含む）、Ｍｏ：０．７〜１．４、Ｗ：０．８〜１．４を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金鋼
    である（Ｍ７）あるいは（Ｍ８）の中から選択されたいずれかの合金鋼で形成され、かつ
    前記外部ケーシングが、重量％で、
    （Ｍ１３）Ｃ：０．１２〜０．１８、Ｓｉ：０．３以下（０を含まず）、Ｍｎ：０．５〜０．９、Ｎｉ：０．５以下（０を含まず）、Ｃｒ：１．０〜１．５、Ｖ：０．２〜０．３５、Ｍｏ：０．９〜１．２、Ｔｉ：０．０１〜０．０４を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金鋼で形成されていることを特徴とする蒸気タービン発電設備。
  6. 前記中圧タービンの複数の段落からなるタービン翼の少なくとも初段のタービン翼が、重量％で、
    （Ｍ１）Ｎｉ：５０．０〜５５．０、Ｃｒ：１７．０〜２１．０、ＮｂまたはＮｂとＴａの合計：４．７５〜５．５、Ｍｏ：２．８〜３．３、Ｔｉ：０．６５〜１．１５、Ａｌ：０．２〜０．８、Ｃｏ：１．０以下（０を含む）、Ｃ：０．０８以下（０を含まず）、Ｍｎ：０．３５以下（０を含まず）、Ｓｉ：０．３５以下（０を含まず）、Ｂ：０．００６以下（０を含まず）を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金、
    （Ｍ２）Ｃ：０．０２〜０．２５、Ｓｉ：１．０以下（０を含まず）、Ｍｎ：１．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：１９．０〜２４．０、Ｃｏ：１５．０以下（０を含む）、Ｍｏ：８．０〜１０．０、ＮｂとＴａの合計：４．１５以下（０を含む）、Ａｌ：１．５以下（０を含む）、Ｔｉ：０．６以下（０を含む）、Ｆｅ：２０．０以下（０を含まず）、Ｗ：１．０以下（０を含む）、Ｂ：０．０１以下（０を含む）を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物で構成される合金、
    （Ｍ３）Ｃ：０．０２〜０．２、Ｓｉ：１．０以下（０を含まず）、Ｍｎ：１．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：１２．０〜２１．０、Ｃｏ：２２．０以下（０を含む）、Ｍｏ：１０．５以下（０を含む）、ＮｂとＴａの合計：２．８以下（０を含む）、Ａｌ：０．４〜６．５、Ｔｉ：０．５〜３．２５、Ｆｅ：９．０以下（０を含む）、Ｂ：０．０２以下（０を含む）、Ｚｒ：４．０以下（０を含む）を含有し、残部はＮｉおよび不可避的不純物で構成される合金、
    （Ｍ１４）Ｃ：０．０１〜０．４５、Ｓｉ：１．０以下（０を含まず）、Ｍｎ：２．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：１９〜２５、Ｎｉ：１８．０〜４５．０、Ｍｏ：２．０以下（０を含む）、Ｎｂ：０．１〜０．４、Ｗ：８．０以下（０を含む）、Ｔｉ：０．６以下（０を含む）、Ａｌ：０．６以下（０を含む）、Ｂ：０．０１以下（０を含む）、Ｎ：０．２５以下（０を含む）を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金、および
    （Ｍ９）Ｃ：０．１以下（０を含まず）、Ｓｉ：１．５以下（０を含まず）、Ｍｎ：１．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：１１．０〜２０．０、ＮｉとＣｏの合計：４０．０〜６０．０、Ｍｏ：２．５〜７．０、Ａｌ：０．３５以下（０を含まず）、Ｔｉ：２．３〜３．１、Ｚｒ：０．１以下（０を含まず）、Ｂ：０．００１〜０．０２を含有し、残部はＦｅおよび可避的不純物で構成される合金
    である（Ｍ１）、（Ｍ２）、（Ｍ３）、（Ｍ９）および（Ｍ１４）の群の中から選択された１つの合金で形成されていることを特徴とする請求項５記載の蒸気タービン発電設備。
  7. 前記中圧タービン内に設置され、前記中圧タービンに導入される高温蒸気を初段のタービン翼に導くノズルボックスが、重量％で、
    （Ｍ１４）Ｃ：０．０１〜０．４５、Ｓｉ：１．０以下（０を含まず）、Ｍｎ：２．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：１９〜２５、Ｎｉ：１８．０〜４５．０、Ｍｏ：２．０以下（０を含む）、Ｎｂ：０．１〜０．４、Ｗ：８．０以下（０を含む）、Ｔｉ：０．６以下（０を含む）、Ａｌ：０．６以下（０を含む）、Ｂ：０．０１以下（０を含む）、Ｎ：０．２５以下（０を含む）を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金、
    （Ｍ２）Ｃ：０．０２〜０．２５、Ｓｉ：１．０以下（０を含まず）、Ｍｎ：１．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：１９．０〜２４．０、Ｃｏ：１５．０以下（０を含む）、Ｍｏ：８．０〜１０．０、ＮｂとＴａの合計：４．１５以下（０を含む）、Ａｌ：１．５以下（０を含む）、Ｔｉ：０．６以下（０を含む）、Ｆｅ：２０．０以下（０を含まず）、Ｗ：１．０以下（０を含む）、Ｂ：０．０１以下（０を含む）を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物で構成される合金、または
    （Ｍ１０）Ｃ：０．０５〜０．４５、Ｓｉ：２．０以下（０を含まず）、Ｍｎ：２．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：２３．０〜２７．０、Ｎｉ：１８．０〜２２．０、Ｍｏ：０．５以下（０を含む）を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金
    である（Ｍ２）、（Ｍ１０）および（Ｍ１４）の群の中から選択された１つの合金で形成されていることを特徴とする請求項５または６記載の蒸気タービン発電設備。
  8. 前記中圧タービン内に設置された前記中圧タービンに導入される高温蒸気を初段のタービン翼に導くノズルボックスと連接し、該ノズルボックスに高温蒸気を導入するリード管が、重量％で、
    （Ｍ１４）Ｃ：０．０１〜０．４５、Ｓｉ：１．０以下（０を含まず）、Ｍｎ：２．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：１９〜２５、Ｎｉ：１８．０〜４５．０、Ｍｏ：２．０以下（０を含む）、Ｎｂ：０．１〜０．４、Ｗ：８．０以下（０を含む）、Ｔｉ：０．６以下（０を含む）、Ａｌ：０．６以下（０を含む）、Ｂ：０．０１以下（０を含む）、Ｎ：０．２５以下（０を含む）を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金、
    （Ｍ１０）Ｃ：０．０５〜０．４５、Ｓｉ：２．０以下（０を含まず）、Ｍｎ：２．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：２３．０〜２７．０、Ｎｉ：１８．０〜２２．０、Ｍｏ：０．５以下（０を含む）を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物で構成される合金、および
    （Ｍ２）Ｃ：０．０２〜０．２５、Ｓｉ：１．０以下（０を含まず）、Ｍｎ：１．０以下（０を含まず）、Ｃｒ：１９．０〜２４．０、Ｃｏ：１５．０以下（０を含む）、Ｍｏ：８．０〜１０．０、ＮｂとＴａの合計：４．１５以下（０を含む）、Ａｌ：１．５以下（０を含む）、Ｔｉ：０．６以下（０を含む）、Ｆｅ：２０．０以下（０を含まず）、Ｗ：１．０以下（０を含む）、Ｂ：０．０１以下（０を含む）を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物で構成される合金
    である（Ｍ２）、（Ｍ１０）および（Ｍ１４）の群の中から選択された１つの合金で形成されていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項記載の蒸気タービン発電設備。
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