(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ガスと冷却ガスを混合して混合ガスを生成し、窒素酸化物を分解する触媒部へ前記混合ガスを流入させる燃焼ガス冷却装置であって、
燃焼ガスが流入する第１流入部と、該第１流入部より流入した前記燃焼ガスを流出する第１流出部とを備える第１ダクトと、
前記燃焼ガスより低温の冷却ガスを前記第１ダクト内に流出させ、前記燃焼ガスと前記冷却ガスが混合した前記混合ガスを生成する冷却ダクトと、
前記第１ダクトに接続され前記混合ガスが流入する第２流入部と、該第２流入部より流入した前記混合ガスを流出する第２流出部とを備える第２ダクトと、
前記触媒部を通過する前記混合ガスを還元反応させるための還元剤を前記第２ダクト内に吹き込む吹込部と、を備え、
前記第１ダクトの流路長に対する前記第１流入部の第１方向における最大寸法を前記第１ダクトの流路長に対する前記第１流出部の前記第１方向における最大寸法から減算した第１差分が、前記第２ダクトの流路長に対する前記第２流入部の前記第１方向における最大寸法を前記第２ダクトの流路長に対する前記第２流出部の前記第１方向における最大寸法から減算した第２差分よりも小さい、かつ／または、前記第１ダクトの流路長に対する前記第１流入部の前記第１方向に略直交する第２方向における最大寸法を前記第１ダクトの流路長に対する前記第１流出部の前記第２方向における最大寸法から減算した第３差分が、前記第２ダクトの流路長に対する前記第２流入部の前記第２方向における最大寸法を前記第２ダクトの流路長に対する前記第２流出部の前記第２方向における最大寸法から減算した第４差分よりも小さく、
前記第１差分および前記第３差分は負でない値であり、前記第２差分および前記第４差分は正の値であることを特徴とする燃焼ガス冷却装置。
【請求項２】
前記第１差分が前記第２差分よりも小さく、かつ、前記第３差分が前記第４差分と等しいことを特徴とする請求項１に記載の燃焼ガス冷却装置。
【請求項３】
前記第１流入部から前記第１流出部に渡る前記第１ダクトの前記第１方向における最大寸法が一定であることを特徴とする請求項２に記載の燃焼ガス冷却装置。
【請求項４】
複数の前記冷却ダクトが、前記第１方向に間隔を空けて配置されたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の燃焼ガス冷却装置。
【請求項５】
前記第１差分が前記第２差分と等しく、かつ、前記第３差分が前記第４差分よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の燃焼ガス冷却装置。
【請求項６】
前記第１流入部から前記第１流出部に渡る前記第１ダクトの前記第２方向における最大寸法が一定であることを特徴とする請求項５に記載の燃焼ガス冷却装置。
【請求項７】
複数の前記冷却ダクトが、前記第２方向に間隔を空けて配置されたことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の燃焼ガス冷却装置。
【請求項８】
前記第２流出部の前記第１方向の中心位置が、前記第１流出部の前記第１方向の中心位置よりも上方であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の燃焼ガス冷却装置。
【請求項９】
前記第２流出部の前記第１方向の中心位置が、前記第１流出部の前記第１方向の中心位置と一致したことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の燃焼ガス冷却装置。
【請求項１０】
前記第１流入部に流入する前記燃焼ガスの温度が５００°Ｃ以上であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の燃焼ガス冷却装置。
【請求項１１】
前記冷却ダクトから前記第１ダクト内に流出する前記冷却ガスとして大気中の空気を用いることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の燃焼ガス冷却装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の燃焼ガス冷却装置を備え、
前記第２ダクトの下流に設けられ、前記第２ダクトから流出する前記混合ガスに含まれる窒素酸化物を分解し、該窒素酸化物が分解された前記混合ガスを排出する触媒部を有し、
前記触媒部の入口の前記混合ガスの温度が３００°Ｃ以上かつ５００°Ｃ以下であることを特徴とする脱硝装置。
【請求項１３】
燃焼ガスと冷却ガスを混合して混合ガスを生成し、窒素酸化物を分解する触媒部へ前記混合ガスを流入させる燃焼ガス冷却装置における燃焼ガス冷却方法であって、
前記燃焼ガスが流入する第１流入部と、該第１流入部より流入した前記燃焼ガスを流出する第１流出部とを備える第１ダクトに、前記燃焼ガスを流入させる工程と、
前記燃焼ガスより低温の冷却ガスを前記第１ダクト内に流出させる冷却ダクトから前記冷却ガスを流出させ、前記燃焼ガスと前記冷却ガスが混合した前記混合ガスの温度が所定の温度範囲内となるように前記混合ガスを生成する工程と、
前記第１ダクトの前記第１流出部から流出する前記混合ガスが流入する第２流入部と、該第２流入部より流入した前記混合ガスを流出する第２流出部とを備える第２ダクトに、前記混合ガスを流入させる工程と、
前記触媒部を通過する前記混合ガスを還元反応させるための還元剤を前記第２ダクト内に吹き込む吹込工程と、を備え、
前記第１ダクトの流路長に対する前記第１流入部の第１方向における最大寸法を前記第１ダクトの流路長に対する前記第１流出部の前記第１方向における最大寸法から減算した第１差分が、前記第２ダクトの流路長に対する前記第２流入部の前記第１方向における最大寸法を前記第２ダクトの流路長に対する前記第２流出部の前記第１方向における最大寸法から減算した第２差分よりも小さい、かつ／または、前記第１ダクトの流路長に対する前記第１流入部の前記第１方向に略直交する第２方向における最大寸法を前記第１ダクトの流路長に対する前記第１流出部の前記第２方向における最大寸法から減算した第３差分が、前記第２ダクトの流路長に対する前記第２流入部の前記第２方向における最大寸法を前記第２ダクトの流路長に対する前記第２流出部の前記第２方向における最大寸法から減算した第４差分よりも小さく、
前記第１差分および前記第３差分は負でない値であり、前記第２差分および前記第４差分は正の値であることを特徴とする燃焼ガス冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼ガス冷却装置、燃焼ガス冷却装置を備えた脱硝装置、および燃焼ガス冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ガスタービン等の燃焼機関から排出される燃焼ガスに含まれる窒素酸化物を分解し、大気環境に対する悪影響を防止する脱硝装置が知られている。また、窒素酸化物を分解する触媒部を備える脱硝装置に対して許容温度を超過した燃焼ガスが流入すると、脱硝装置の性能低下、あるいは脱硝装置の故障が発生することが知られている。このような不具合を防止するために、触媒部の上流側に燃焼ガスを冷却する冷却装置を設置した脱硝装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。燃焼ガスの冷却方式としては、燃焼ガスの熱エネルギーを冷却媒体に伝達する方式や、燃焼ガスに冷却媒体を混合する方式などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２８１３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示される冷却装置は、冷却媒体を燃焼ガスと混合することを意図したものではなく、燃焼ガスから熱を回収した冷却媒体を排熱回収ボイラに供給するものである。従って、冷却媒体を燃焼ガスと混合する方式の冷却装置に比べ、十分な冷却をすることができない。
また、冷却媒体を燃焼ガスと混合する場合には、それらを十分に混合して混合ガスの温度分布を均一化することが求められる。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、窒素酸化物を分解する触媒部に供給されるガスの温度分布を十分に均一化して冷却することを可能にしつつ、触媒部における圧力損失を軽減した燃焼ガス冷却装置、燃焼ガス冷却装置を備えた脱硝装置、および燃焼ガス冷却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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を採用する。
本発明に係る燃焼ガス冷却装置は、燃焼ガスと冷却ガスを混合して混合ガスを生成し、窒素酸化物を分解する触媒部へ前記混合ガスを流入させ、燃焼ガスが流入する第１流入部と、該第１流入部より流入した前記燃焼ガスを流出する第１流出部とを備える第１ダクトと、前記燃焼ガスより低温の冷却ガスを前記第１ダクト内に流出させ、前記燃焼ガスと前記冷却ガスが混合した前記混合ガスを生成する冷却ダクトと、前記第１ダクトの前記第１流出部から流出する前記混合ガスが流入する第２流入部と、該第２流入部より流入した前記混合ガスを流出する第２流出部とを備える第２ダクトと、前記触媒部を通過する混合ガスを還元反応させるための還元剤を前記第２ダクト内に吹き込む吹込部と、を備え、前記第１ダクトの流路長に対する前記第１流入部の第１方向における最大寸法を前記第１ダクトの流路長に対する前記第１流出部の前記第１方向における最大寸法から減算した第１差分が、前記第２ダクトの流路長に対する前記第２流入部の前記第１方向における最大寸法を前記第２ダクトの流路長に対する前記第２流出部の前記第１方向における最大寸法から減算した第２差分よりも小さい、かつ／または、前記第１ダクトの流路長に対する前記第１流入部の前記第１方向に略直交する第２方向における最大寸法を前記第１ダクトの流路長に対する前記第１流出部の前記第２方向における最大寸法から減算した第３差分が、前記第２ダクトの流路長に対する前記第２流入部の前記第２方向における最大寸法を前記第２ダクトの流路長に対する前記第２流出部の前記第２方向における最大寸法から減算した第４差分よりも小さく、前記第１差分および前記第３差分は負でない値であり、前記第２差分および前記第４差分は正の値であることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る燃焼ガス冷却装置は、第１ダクトの流路長に対する第１流入部の第１方向における最大寸法を第１ダクトの流路長に対する第１流出部の第１方向における最大寸法から減算した第１差分が、第２ダクトの流路長に対する第２流入部の第１方向における最大寸法を第２ダクトの流路長に対する第２流出部の第１方向における最大寸法から減算した第２差分よりも小さい場合、これら差分が等しい場合に比べて第１ダクトでの燃焼ガスの気流の分離や偏流による不均一流れが少なく、燃焼ガスと冷却ガスとの混合が均一化されるので、燃焼ガスの温度分布を十分に均一化して冷却することができる。また、第２ダクトの流出部の断面積が十分に大きいので、混合ガスの流速が低くなり、窒素酸化物を分解する触媒部を設置した場合に圧力損失を軽減することができる。
【０００８】
同様に、本発明に係る燃焼ガス冷却装置は、第１ダクトの流路長に対する第１流入部の第１方向に略直交する第２方向における最大寸法を第１ダクトの流路長に対する第１流出部の第２方向における最大寸法から減算した第３差分が、第２ダクトの流路長に対する第２流入部の前記第２方向における最大寸法を前記第２ダクトの流路長に対する第２流出部の第２方向における最大寸法から減算した第４差分よりも小さい場合、これら差分が等しい場合に比べて第１ダクトでの燃焼ガスの気流の分離や偏流による不均一流れが少なく、燃焼ガスと冷却ガスとの混合が均一化されるので、燃焼ガスの温度を十分に均一化して冷却することができる。また、第２ダクトの流出部の断面積が十分に大きいので、混合ガスの流速が低くなり、窒素酸化物を分解する触媒部を設置した場合に圧力損失を軽減することができる。
【０００９】
また、本発明の第１の態様の燃焼ガス冷却装置は、前記第１差分が前記第２差分よりも小さく、かつ、前記第３差分が前記第４差分と等しいことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第１の態様の燃焼ガス冷却装置によれば、第１差分が、第２差分よりも小さいので、第１ダクトでの燃焼ガスの気流の分離や偏流による不均一流れが少なく燃焼ガスと冷却ガスとの混合が均一化され、窒素酸化物を分解する触媒部に供給されるガスの温度分布を十分に均一化して冷却することができる。また、第２ダクトの流出部の断面積が十分に大きいので、混合ガスの流速が低くなり、触媒部における圧力損失を軽減することができる。
【００１１】
また、本発明の第１の態様の燃焼ガス冷却装置においては、前記第１流入部から前記第１流出部に渡る前記第１ダクトの前記第１方向における最大寸法が一定であってもよい。このようにすることで、第１ダクトの第１方向における最大寸法を一定としながら、燃焼ガスの温度分布を十分に均一化して冷却することができる。また、第２ダクトの流出部の断面積が十分に大きくして、混合ガスの流速を低くし、触媒部における圧力損失を軽減することができる。
【００１２】
また、本発明の第１の態様の燃焼ガス冷却装置においては、複数の前記冷却ダクトが、前記第１ダクトの前記第１方向に間隔を空けて配置されていてもよい。このようにすることで、燃焼ガスの冷却効率を高め、窒素酸化物を分解する触媒部に供給されるガスの温度分布を十分に均一化して冷却することができる。
【００１３】
また、本発明の第２の態様の燃焼ガス冷却装置は、前記第１差分が、前記第２差分と等しく、かつ、前記第３差分が、前記第４差分よりも小さいことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第２の態様の燃焼ガス冷却装置によれば、第３差分が、第４差分よりも小さいので、第１ダクトでの燃焼ガスの気流の分離や偏流による不均一流れが少なく燃焼ガスと冷却ガスとの混合が均一化され、窒素酸化物を分解する触媒部に供給されるガスの温度分布を十分に均一化して冷却することができる。また、第２ダクトの流出部の断面積が十分に大きいので、混合ガスの流速が低くなり、触媒部における圧力損失を軽減することができる。
【００１５】
また、本発明の第２の態様の燃焼ガス冷却装置においては、前記第１流入部から前記第１流出部に渡る前記第１ダクトの前記第２方向における寸法が一定であってもよい。このようにすることで、第１のダクトの第２方向における寸法を一定としながら、窒素酸化物を分解する触媒部に供給されるガスの温度分布を十分に均一化して冷却することができる。また、第２ダクトの流出部の断面積を十分に大きくして、混合ガスの流速を低くし、触媒部における圧力損失を軽減することができる。
【００１６】
また、本発明の第２の態様の燃焼ガス冷却装置においては、複数の前記冷却ダクトが、前記第２方向に間隔を空けて配置されていてもよい。このようにすることで、燃焼ガスの冷却効率を高め、窒素酸化物を分解する触媒部に供給されるガスの温度分布を十分に均一化して冷却することができる。
【００１７】
本発明の第３の態様の燃焼ガス冷却装置は、前記第２流出部の前記第１方向の中心位置が、前記第１流出部の前記第１方向の中心位置よりも上方であることを特徴とする。このようにすることで、第１ダクトと第２ダクトのいずれかの外壁面を同一平面上に配置した燃焼ガス冷却装置を提供することができる。
【００１８】
本発明の第４の態様の燃焼ガス冷却装置は、前記第２流出部の前記第１方向の中心位置が、前記第１流出部の前記第１方向の中心位置と一致したことを特徴とする。このようにすることで、第２流出部の第１方向の中心位置と第１流出部の第１方向の中心位置を一致させ、第２ダクトを流通する混合ガスの速度分布の偏りを改善することができる。
【００１９】
本発明の第５の態様の燃焼ガス冷却装置は、前記第１流入部に流入する前記燃焼ガスの温度が５００°Ｃ以上であることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第６の態様の燃焼ガス冷却装置は、前記冷却ダクトから前記第１ダクト内に流出する前記冷却ガスとして大気中の空気を用いることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る脱硝装置は、燃焼ガス冷却装置を備え、前記第２ダクトの下流に設けられ、前記第２ダクトから流出する前記混合ガスに含まれる窒素酸化物を分解し、該窒素酸化物が分解された前記混合ガスを排出する触媒部を有し、前記触媒部の入口の前記混合ガスの温度が３００°Ｃ以上かつ５００°Ｃ以下であることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る燃焼ガス冷却方法は、燃焼ガスと冷却ガスを混合して混合ガスを生成し、窒素酸化物を分解する触媒部へ前記混合ガスを流入させる燃焼ガス冷却装置における燃焼ガス冷却方法であって、前記燃焼ガスが流入する第１流入部と、該第１流入部より流入した前記燃焼ガスを流出する第１流出部とを備える第１ダクトに、前記燃焼ガスを流入させる工程と、前記燃焼ガスより低温の冷却ガスを前記第１ダクト内に流出させる冷却ダクトから前記冷却ガスを流出させ、前記燃焼ガスと前記冷却ガスが混合した前記混合ガスの温度が所定の温度範囲内となるように前記混合ガスを生成する工程と、前記第１ダクトの前記第１流出部から流出する前記混合ガスが流入する第２流入部と、該第２流入部より流入した前記混合ガスを流出する第２流出部とを備える第２ダクトに、前記混合ガスを流入させる工程と、前記触媒部を通過する混合ガスを還元反応させるための還元剤を前記第２ダクト内に吹き込む吹込工程と、を備え、前記第１ダクトの流路長に対する前記第１流入部の第１方向における最大寸法を前記第１ダクトの流路長に対する前記第１流出部の前記第１方向における最大寸法から減算した第１差分が、前記第２ダクトの流路長に対する前記第２流入部の前記第１方向における最大寸法を前記第２ダクトの流路長に対する前記第２流出部の前記第１方向における最大寸法から減算した第２差分よりも小さい、かつ／または、前記第１ダクトの流路長に対する前記第１流入部の前記第１方向に略直交する第２方向における最大寸法を前記第１ダクトの流路長に対する前記第１流出部の前記第２方向における最大寸法から減算した第３差分が、前記第２ダクトの流路長に対する前記第２流入部の前記第２方向における最大寸法を前記第２ダクトの流路長に対する前記第２流出部の前記第２方向における最大寸法から減算した第４差分よりも小さく、前記第１差分および前記第３差分は負でない値であり、前記第２差分および前記第４差分は正の値であることを特徴とする。
【００２３】
第１ダクトの流路長に対する第１流入部の第１方向における最大寸法を第１ダクトの流路長に対する第１流出部の第１方向における最大寸法から減算した第１差分が、第２ダクトの流路長に対する第２流入部の第１方向における最大寸法を第２ダクトの流路長に対する第２流出部の第１方向における最大寸法から減算した第２差分よりも小さい場合、これら差分が等しい場合に比べて第１ダクトでの燃焼ガスの気流の分離や偏流による不均一流れが少なく、燃焼ガスと冷却ガスの混合が均一化されるので、窒素酸化物を分解する触媒部に供給されるガスの温度分布を十分に均一化して冷却することができる。また、第２ダクトの流出部の断面積が十分に大きいので、混合ガスの流速が低くなり、窒素酸化物を分解する触媒部を設置した場合に圧力損失を軽減することができる。
【００２４】
同様に、第１ダクトの流路長に対する第１流入部の第１方向に略直交する第２方向における最大寸法を第１ダクトの流路長に対する第１流出部の第２方向における最大寸法から減算した第３差分が、第２ダクトの流路長に対する第２流入部の第２方向における最大寸法を第２ダクトの流路長に対する第２流出部の第２方向における最大寸法から減算した第４差分よりも小さい場合、これら差分が等しい場合に比べて第１ダクトでの燃焼ガスの気流の分離や偏流による不均一流れが少なく、燃焼ガスと冷却ガスの混合が均一化されるので、窒素酸化物を分解する触媒部に供給されるガスの温度分布を十分に均一化して冷却することができる。また、第２ダクトの流出部の断面積が十分に大きいので、混合ガスの流速が低くなり、窒素酸化物を分解する触媒部を設置した場合における圧力損失を軽減することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、窒素酸化物を分解する触媒部に供給されるガスの温度分布を十分に均一化して冷却することを可能にしつつ、窒素酸化物を分解する触媒部における圧力損失を軽減した燃焼ガス冷却装置、燃焼ガス冷却装置を備えた脱硝装置、および燃焼ガス冷却方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態の燃焼ガス冷却装置の斜視図である。
【図２】第１実施形態の燃焼ガス冷却装置を上方から観た平面図である。
【図３】第１実施形態の燃焼ガス冷却装置を右側面から観た側面図である。
【図４】図２中の矢印Ａ方向から冷却ダクト４０を観た図である。
【図５】図４に示される冷却ダクトのＢ−Ｂ断面図である
【図６】図４に示される冷却ダクトのＣ−Ｃ断面図である。
【図７】図４に示される冷却ダクトのＤ−Ｄ断面図である。
【図８】比較例の燃焼ガス冷却装置を右側面から観た側面図である。
【図９】第２実施形態の燃焼ガス冷却装置の斜視図である。
【図１０】第２実施形態の燃焼ガス冷却装置を上方から観た平面図である。
【図１１】第２実施形態の燃焼ガス冷却装置を右側面から観た側面図である。
【図１２】第１実施形態の燃焼ガス冷却装置を含むガスタービンシステムの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
〔第１実施形態〕
以下、第１実施形態の燃焼ガス冷却装置について、図１から図３、及び図１２を用いて説明する。図１は、第１実施形態の燃焼ガス冷却装置１００の斜視図である。図２は、燃焼ガス冷却装置１００を上方から観た平面図である。図３は、燃焼ガス冷却装置１００を右側面から観た側面図である。図１２は、燃焼ガス冷却装置１００を含むガスタービンシステムの側面図である。図１から図３、及び図１２で、それぞれ同一の符号を付したものは、同一の構成であるものとする。また、図１から図３中の矢印は、ガス（燃焼ガス、混合ガス）の流通方向を示す。
【００２８】
第１実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、図１２に示すように、例えばガスタービン１での燃焼により発生した５００°Ｃ以上の高温の燃焼ガス（排気ガス）を入口ダクト５０から流入させ、燃焼ガスと冷却ガスを混合ダクト１０内で混合して混合ガスを生成し、拡大ダクト２０を通過した混合ガスを触媒部３０に流入させる装置である。触媒部３０は、混合ガスに含まれる窒素酸化物を分解し、窒素酸化物が分解された混合ガスを後流側に設けられた煙突３を介して燃焼ガス冷却装置１００を含むガスタービンシステムの外部（大気中）に排出する。また、燃焼ガス冷却装置１００では、触媒部３０にて触媒の活性が高く、混合ガスに含まれる窒素酸化物を分解処理するのに適した温度である３００°Ｃ以上かつ５００°Ｃ以下になるまで冷却を行うことが好ましい。触媒部３０に供給される混合ガスの温度の均一化を図るべく、混合ガスの温度分布を最高温度と最低温度の差分が１０°Ｃ以下の範囲に収めることが好ましい。
【００２９】
入口ダクト５０は、鉄等の金属素材又は耐熱性素材により形成されており、燃焼ガスの流通流路として機能するものである。入口ダクト５０は、ガスタービンから排出される燃焼ガスが流入する流入部５０ａと、流入部５０ａに流入した燃焼ガスが流出する流出部５０ｂとを備える。流入部５０ａは、燃焼ガスの流入方向（図１中の矢印方向）に直交する方向の断面形状が例えば略円形である。一方、流出部５０ｂは、燃焼ガスの流入方向（図１中の矢印方向）に直交する方向の断面形状が例えば略正方形である。入口ダクト５０は、流入部５０ａから流出部５０ｂに向けて、燃焼ガスの流入方向（図１中の矢印方向）に直交する方向の断面積が徐々に拡大する形状となっている。例えば、入口ダクト５０内のガスタービンから排出される燃焼ガスの流速は、５０ｍ／ｓから１００ｍ／ｓである。
【００３０】
混合ダクト（第１ダクト）１０は、鉄等の金属素材により形成されており、燃焼ガスと冷却ガスが混合した混合ガスの流通流路として機能するものである。混合ダクト１０は、入口ダクト５０の流出部５０ｂから排出される燃焼ガスが流入する流入部（第１流入部）１０ａと、流入部１０ａより流入した燃焼ガスが流出する流出部（第１流出部）１０ｂを備える。流入部１０ａは、燃焼ガスの流入方向（図１中の矢印方向）に直交する方向の断面形状が正方形である。流出部１０ｂは、燃焼ガスの流入方向（図１中の矢印方向）に直交する方向の断面形状が幅広の長方形である。混合ダクト１０の流入部１０ａは、入口ダクト５０の流出部５０ｂと同じ形状であり、燃焼ガスの漏れが発生しないように連結されている。なお、流入部１０ａ及び流出部１０ｂの断面形状は、正方形、長方形に限らず、楕円や円形状などでもよい。
【００３１】
冷却ダクト４０は、鉄等の金属素材により形成されており、燃焼ガスより低温の冷却ガスを混合ダクト１０内に流出させ、燃焼ガスと冷却ガスが混合した混合ガスを生成するものである。第１実施形態では、例えば４つの冷却ダクト（下方から順に４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ）が、混合ダクト１０の高さ方向（第１方向）に間隔を空けて配置されている。なお、混合ダクト１０の高さ方向（第１方向）は、ダクト（混合ダクト１０、拡大ダクト２０、入口ダクト５０）が設置される平面（例えば、地面）に対して略直交する方向である。冷却ガスとしては、燃焼ガスよりも低温の種々のガスを用いることが可能であるが、第１実施形態では、大気中の空気を冷却ガスとして用いる。なお、以下では、４つの冷却ダクトを区別することなく説明する場合には符号４０を付して説明し、各冷却ダクトを区別して説明する場合には、符号４０ａ、符号４０ｂ、符号４０ｃ、符号４０ｄのいずれかの符号を付して説明する。
【００３２】
図２に示すように、冷却ダクト４０は、燃焼ガスの流通方向（図２中の下方に示される矢印）に略直交する２方向の冷却ガス流入部を備え、２つの冷却ガス流入部から冷却ガスが流入する。図１から図３には図示されていないが、２つの冷却ガス流入部のそれぞれは、空気ファン（不図示）を流路内部に備える連結ダクト（不図示）に接続される。空気ファンは、モータ等の駆動の動力により大気中の空気を連結ダクト内部に流入させ、連結ダクトを介して冷却ガスとして機能する空気を、冷却ガス流入部に導く。
【００３３】
次に、図４を用いて冷却ダクト４０が備える複数の冷却ガス流出孔（冷却ガス流出部）について説明する。図４は、図２中の矢印Ａ方向から冷却ダクト４０を見た図である。図４に示すように、４つの冷却ダクト４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄが、混合ダクト１０の高さ方向に一定の間隔を空けて配置されている。各冷却ダクト４０は、混合ダクト１０の側壁面にボルト等で固定される。なお、４つの冷却ダクト４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、高さ方向に一定の間隔を空けて配置することは必須ではなく、それらの間隔を変化させるようにしてもよい。
【００３４】
各冷却ダクト４０には、冷却ダクト４０の長さ方向（混合ダクト１０の幅方向）の異なる位置に例えば１０カ所の冷却ガス流出孔６０が設けられている。冷却ダクト４０ａについて説明すると、冷却ダクト４０ａには、冷却ダクト４０ａの長さ方向の異なる位置に、６０ａ〜６０ｊの１０ヵ所の冷却ガス流出孔が設けられている。１０カ所の冷却ガス流出孔のうち、冷却ガス流出孔６０ａ、６０ｃ、６０ｅ、６０ｆ、６０ｈ、６０ｊの６つは、混合ダクト１０の高さ方向の下方に向けて開口している。一方で、冷却ガス流出孔６０ｂ、６０ｄ、６０ｇ、６０ｉの４つは、混合ダクト１０の高さ方向の上方に向けて開口している。また、混合ダクト１０の高さ方向の下方に向けて開口した冷却ガス流出孔と、混合ダクト１０の高さ方向の上方に向けて開口した冷却ガス流出孔とは、交互に配置されている。このように配置することによって、冷却ガスと燃焼ガスとの混合が促進され、触媒部３０に供給されるガスの温度分布をさらに均一化することができる。なお、混合ダクト１０の高さ方向の上方に向けて開口した冷却ガス流出孔の数は４つに限られるものではなく、混合ダクト１０の高さ方向の下方に向けて開口した冷却ガス流出孔の数は６つに限られるものではない。
【００３５】
図４に矢印で示されるように、混合ダクト１０の高さ方向の下方に向けて開口した冷却ガス流出孔からは、混合ダクト１０の高さ方向の下方に向けて冷却ガスが流出する。一方、混合ダクト１０の高さ方向の上方に向けて開口した冷却ガス流出孔からは、混合ダクト１０の高さ方向の上方に向けて冷却ガスが流出する。
【００３６】
図５は、図４に示される冷却ダクト４０のＢ−Ｂ断面図である。図６は、図４に示される冷却ダクト４０のＣ−Ｃ断面図である。図７は、図４に示される冷却ダクト４０のＤ−Ｄ断面図である。
【００３７】
図５に示されるように、混合ダクト１０の高さ方向の上方に向けて開口した冷却ガス流出孔からは、混合ダクト１０の高さ方向の斜め上方に向けて冷却ガスが流出する。この流出する冷却ガスは、混合ダクト１０の高さ方向の上方に向けた速度成分と、燃焼ガスの流通方向（図５における右方向）に向けた速度成分を備えたものとなる。
【００３８】
また、図６に示されるように、混合ダクト１０の高さ方向の下方に向けて開口した冷却ガス流出孔からは、混合ダクト１０の高さ方向の斜め下方に向けて冷却ガスが流出する。この流出する冷却ガスは、混合ダクト１０の高さ方向の下方に向けた速度成分と、燃焼ガスの流通方向（図６における右方向）に向けた速度成分を備えたものとなる。
【００３９】
なお、図７に示されるように、混合ダクト１０の高さ方向の上方に向けて開口した冷却ガス流出孔と、混合ダクト１０の高さ方向の下方に向けて開口した冷却ガス流出孔との間には、仕切り板（６１ａ〜６１ｄ）が配置されている。この仕切り板は、冷却ガスを冷却ガス流出孔６０ｃと６０ｄに分配するものである。
【００４０】
次に、拡大ダクト（第２ダクト）２０について説明する。拡大ダクト２０は、鉄等の金属素材により形成されており、燃焼ガスと冷却ガスが混合した混合ガスの流通流路として機能するものである。拡大ダクト２０は、混合ダクト１０の流出部１０ｂから排出される燃焼ガスが流入する流入部（第２流入部）２０ａと、流入部２０ａに流入した燃焼ガスが流出する流出部（第２流出部）２０ｂとを備える。流入部２０ａは、燃焼ガスの流入方向（図１中の矢印方向）に直交する方向の断面形状が幅広の長方形である。流出部２０ｂは、燃焼ガスの流入方向（図１中の矢印方向）に直交する方向の断面形状が縦長の長方形である。混合ダクト１０の流入部２０ａは、混合ダクト１０の流出部１０ｂと同じ形状であり、混合ガスの漏れが発生しないように連結されている。なお、流入部２０ａ及び流出部２０ｂの断面形状は、正方形、長方形に限らず、楕円や円形状などでもよい。
【００４１】
触媒部３０は、混合ガスに含まれる窒素酸化物を分解し、窒素酸化物が分解された混合ガスを燃焼ガス冷却装置１００の外部（大気中）に排出するものである。拡大ダクト２０には、触媒部３０を通過する混合ガスを還元反応させるための還元剤を拡大ダクト２０内に吹き込む吹込部（不図示）が配置されている。吹込部は、例えば複数の孔が設けられた管形状の流路を備えるものであり、その流路を通過するアンモニアが複数の孔を介して拡大ダクト２０内に吹き込まれる。なお、管の断面形状は、円形、四角形、菱形、六角形、その他の形状とすればよい。なお、アンモニアは、還元剤の代表例であるが、その他の種類の還元剤も用いることができる。そして、吹込部により還元剤が吹き込まれた混合ガスは、拡大ダクト２０の流出部２０ｂを介して触媒部３０に流入する。
【００４２】
触媒部３０は、吹込部により還元剤が吹き込まれた燃焼ガスに含まれる窒素酸化物を、水と窒素に分解する脱硝装置として機能する。第１実施形態においては、アンモニアを還元剤として用いて窒素酸化物を分解する選択接触還元（ＳＣＲ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）法を用いるものとする。
【００４３】
触媒部３０は、混合ダクト１０や拡大ダクト２０と同様に、鉄等の金属素材又は耐熱性素材により形成されて燃焼ガスと冷却ガスが混合した混合ガスの流通流路として機能するものである。混合ダクト１０や拡大ダクト２０と異なるのは、流路中に複数の触媒パック（不図示）が敷き詰めて配置されている点である。触媒パックは、混合ガスをアンモニアと反応させて、排気ガス中の窒素酸化物（一酸化窒素、二酸化窒素等）を水と窒素に分解するための触媒が充填された触媒部材である。触媒パックは、その内部を混合ガスが流通することができるように、格子状または板状の触媒により構成されている。触媒の成分は、ＴｉＯ２が主成分であり、活性成分であるバナジウム、タングステンなどが添加されている。
【００４４】
触媒パックが混合ガスを窒素と水に分解する反応を促進する温度は、３００°Ｃ以上５００°Ｃ以下が好ましく、特に３００°Ｃ以上で４７０°Ｃ以下の範囲がより好ましい。３００°Ｃよりも低温域では、触媒の活性が低くなり、脱硝性能を向上させるためにより多くの触媒量が必要となる。一方、４７０°Ｃよりも高温となると、アンモニア（ＮＨ３）が酸化され、それに伴ってアンモニア（ＮＨ３）が減少して脱硝性能が低下するという問題が発生する。また、５００°Ｃ以上の高温となると、還元反応に適した温度でないことはもとより、触媒パック自体の耐熱温度を超えてしまい、触媒パックが破損してしまう可能性がある。従って、触媒パックに供給される混合ガスの温度は、５００°Ｃ以下が望ましく、特に３００°Ｃ以上で４７０°Ｃ以下の範囲が好ましい。
【００４５】
以上では、第１実施形態の燃焼ガス冷却装置１００を構成する、混合ダクト１０、拡大ダクト２０、触媒部３０、冷却ダクト４０、および入口ダクト５０の構成および機能について説明した。次に、触媒部３０に流入する燃焼ガスの温度分布を十分に均一化して冷却するために重要な、混合ダクト１０及び拡大ダクト２０の形状について、図２および図３を用いて説明する。
【００４６】
図２および図３に示されるように、混合ダクト１０の流路長（燃焼ガスの流通方向に沿った長さ）はＬ１であり、拡大ダクト２０の流路長（燃焼ガスの流通方向に沿った長さ）はＬ２である。また、図３に示されるように、混合ダクト１０の流路長Ｌ１に対する流入部１０ａの高さ方向（第１方向）における最大寸法はＨ１であり、混合ダクト１０の流路長Ｌ１に対する流出部１０ｂの高さ方向（第１方向）における最大寸法はＨ２である。拡大ダクト２０の流路長Ｌ２に対する流入部２０ａの高さ方向（第１方向）における最大寸法はＨ２であり、拡大ダクト２０の流路長Ｌ２に対する流出部２０ｂの高さ方向（第１方向）における最大寸法はＨ３である。
【００４７】
また、図２に示されるように、混合ダクト１０内面の流入部１０ａの水平幅方向（第１方向に略直交する第２方向）における最大寸法はＷ１であり、混合ダクト１０内面の流出部１０ｂの水平幅方向（第２方向）における最大寸法はＷ２である。拡大ダクト２０内面の流入部２０ａの水平幅方向（第２方向）における最大寸法はＷ２であり、拡大ダクト２０の流出部２０ｂの水平幅方向（第２方向）における最大寸法はＷ３である。
【００４８】
第１実施形態の混合ダクト１０および拡大ダクト２０の形状は、下記の条件式（１）を満たす形状である。
（Ｈ２−Ｈ１）／Ｌ１＜（Ｈ３−Ｈ２）／Ｌ２        （１）
【００４９】
条件式（１）を満たすので、混合ダクト１０の流路長Ｌ１に対する流入部１０ａ及び流出部１０ｂの高さ方向（第１方向）における最大寸法の差分（Ｈ２−Ｈ１）が、拡大ダクト２０の流路長Ｌ２に対する流入部２０ａ及び流出部２０ｂの高さ方向（第１方向）における最大寸法の差分（Ｈ３−Ｈ２）よりも小さいものとなる。
【００５０】
ここで、図２及び図３に示される混合ダクト１０及び拡大ダクト２０の形状が奏する効果について、比較例の燃焼ガス冷却装置１００´の混合ダクト１０´及び拡大ダクト２０´の形状と対比して説明する。比較例の燃焼ガス冷却装置１００´の側面図は、図８に示されるものである。ここで、図３に示される燃焼ガス冷却装置１００と、図８に示される比較例の燃焼ガス冷却装置１００´とは、混合ダクト及び拡大ダクトの形状と、冷却ダクト４０の配置位置を除き、その他は同様の構成である。また、比較例の燃焼ガス冷却装置１００´を上から見た平面図は、図２に示される燃焼ガス冷却装置１００の平面図と同様であるものとし、その説明を省略する。すなわち、比較例の燃焼ガス冷却装置１００´は、幅方向の形状が図２及び図３に示される燃焼ガス冷却装置１００と同様であり、高さ方向（第１方向）の形状が図２及び図３に示される燃焼ガス冷却装置１００と異なる。
【００５１】
図３に側面図が示される燃焼ガス冷却装置１００は、拡大ダクト２０の流路長Ｌ２に対する流入部２０ａの高さ方向（第１方向）における最大寸法Ｈ２と、混合ダクト１０の流路長Ｌ１に対する流入部１０ａの高さ方向（第１方向）における最大寸法Ｈ１が等しい。また、拡大ダクト２０の流路長Ｌ２に対する流出部２０ｂの高さ方向（第１方向）における最大寸法Ｈ３が、拡大ダクト２０の流路長Ｌ２に対する流入部２０ａの高さ方向（第１方向）における最大寸法Ｈ２よりも大きい。従って、図３に側面図が示される燃焼ガス冷却装置１００は、条件式（１）を満たす。
【００５２】
一方、図８に側面図が示される比較例の燃焼ガス冷却装置１００´は、混合ダクト１０の流路長Ｌ１に対する流入部１０ａ及び流出部１０ｂの高さ方向（第１方向）における最大寸法の差分（Ｈ２−Ｈ１）と、拡大ダクト２０の流路長Ｌ２に対する流入部２０ａ及び流出部２０ｂの高さ方向（第１方向）における最大寸法の差分（Ｈ３−Ｈ２）とが等しいものとなる。従って、図８に側面図が示される比較例の燃焼ガス冷却装置１００´は、条件式（１）を満たさない。
【００５３】
図８に示されるように、条件式（１）を満たさない比較例の燃焼ガス冷却装置１００´は、入口ダクト５０から流出した燃焼ガスが、一様の勾配で高さが増加するダクト（混合ダクト１０´及び拡大ダクト２０´）を通過する。このように一様な勾配で高さが増加する混合ダクト１０´では、図３に示される混合ダクト１０に比べ、燃焼ガスの気流の分離や偏流による不均一流れが生じやすい。つまり、混合ダクト１０´は混合ダクト１０´の高さ方向（第１方向）に急拡大した形状であるため、燃焼ガスが混合ダクト１０´に流入する際に、燃焼ガスの気流の剥離が生じやすい。従って、燃焼ガスと冷却ガスとの混合が、十分に均一化されない。それに対して、図３に示される燃焼ガス冷却装置１００は、混合ダクト１０での燃焼ガスの気流の分離や偏流による不均一流れが少なく、燃焼ガスと冷却ガスとの混合が均一化されるので、窒素酸化物を分解する触媒部３０に供給される混合ガスの温度を十分に均一化して冷却することができる。また、拡大ダクト２０の流出部２０ｂの断面積が十分に大きいので、混合ガスの流速が低くなり、触媒部３０における圧力損失を軽減することができる。
【００５４】
発明者等は、図２及び図３に示される燃焼ガス冷却装置１００と、図８に示される比較例の燃焼ガス冷却装置１００´について、比較実験を行った。その結果、図８に示される比較例の燃焼ガス冷却装置１００´では、触媒部３０に流入する混合ガスの温度が領域によってばらついており、最高温度と最低温度の差分が３０°Ｃから４５°Ｃの範囲となった。それに対して、図２及び図３に示される燃焼ガス冷却装置１００では、最高温度と最低温度の差分が１０°Ｃ以下の範囲に収まった。従って、図２及び図３に示される燃焼ガス冷却装置１００によれば、燃焼ガスと冷却ガスとの混合が十分に行われ、温度分布が均一化されることがわかる。
【００５５】
なお、図２および図３に示される燃焼ガス冷却装置１００は、条件式（１）を満たすものであったが、条件式（１）とともに、あるいは、条件式（１）の代わりに、下記の条件式（２）を満たす形状としてもよい。
（Ｗ２−Ｗ１）／Ｌ１＜（Ｗ３−Ｗ２）／Ｌ２        （２）
条件（２）を満たす場合は、混合ダクト１０内面の流入部１０ａ及び流出部１０ｂの水平幅方向における最大寸法の差分（Ｗ２−Ｗ１）が、拡大ダクト２０内面の流入部２０ａ及び流出部２０ｂの水平幅方向における最大寸法の差分（Ｗ３−Ｗ２）よりも小さいものとなる。
【００５６】
一様な勾配で幅が増加する混合ダクトでは、燃焼ガスの気流の分離が生じやすい。つまり、混合ダクトは混合ダクトの高さ方向（第１方向）に急拡大した形状であるため、燃焼ガスが混合ダクトに流入する際に、燃焼ガスの気流の剥離が生じやすい。従って、燃焼ガスと冷却ガスとの混合が、十分に均一化されない。それに対して、条件式（２）を満たす燃焼ガス冷却装置１００は、混合ダクト１０での燃焼ガスの気流の分離や偏流による不均一流れが少なく、燃焼ガスと冷却ガスとの混合が均一化されるので、窒素酸化物を分解する触媒部３０に供給される混合ガスの温度を十分に均一化して冷却することができる。また、拡大ダクト２０の流出部２０ｂの断面積が十分に大きいので、混合ガスの流速が低くなり、触媒部３０における圧力損失を軽減することができる。
【００５７】
以上のように、第１実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、条件式（１）を満たし、かつ／または、条件式（２）を満たす。すなわち、混合ダクト１０の流路長Ｌ１に対する流入部１０ａ及び流出部１０ｂの高さ方向における最大寸法の差分（Ｈ２−Ｈ１）が、拡大ダクト２０の流路長Ｌ２に対する流入部２０ａ及び流出部２０ｂの高さ方向における最大寸法の差分（Ｈ３―Ｈ２）よりも小さい、かつ／または、混合ダクト１０の内面の流入部１０ａ及び流出部１０ｂの水平幅方向における最大寸法の差分（Ｗ２−Ｗ１）が、拡大ダクト２０内面の流入部２０ａ及び流出部２０ｂの水平幅方向における最大寸法の差分（Ｗ３−Ｗ２）よりも小さい。
【００５８】
混合ダクト１０の流路長Ｌ１に対する流入部１０ａ及び流出部１０ｂの鉛直高さ方向における最大寸法の差分（Ｈ２−Ｈ１）が、拡大ダクト２０の流路長Ｌ２に対する流入部２０ａ及び流出部２０ｂの鉛直高さ方向における最大寸法の差分（Ｈ３−Ｈ２）よりも小さい場合、これら差分が等しい場合に比べて混合ダクト１０での燃焼ガスの気流の分離や偏流による不均一流れが少なく、燃焼ガスと冷却ガスとの混合が均一化されるので、窒素酸化物を分解する触媒部３０に供給されるガスの温度分布を十分に均一化して冷却することができる。また、拡大ダクト２０の流出部２０ｂの断面積が十分に大きいので、混合ガスの流速が低くなり、触媒部３０における圧力損失を軽減することができる。
【００５９】
同様に、混合ダクト１０内面の流入部１０ａ及び流出部１０ｂの水平幅方向における最大寸法の差分（Ｗ２−Ｗ１）が、拡大ダクト２０内面の流入部２０ａ及び流出部２０ｂの水平幅方向における最大寸法の差分（Ｗ３−Ｗ２）よりも小さい場合、これら差分が等しい場合に比べて混合ダクト１０での燃焼ガスの気流の分離や偏流による不均一流れが少なく、燃焼ガスと冷却ガスとの混合が均一化されるので、窒素酸化物を分解する触媒部に供給されるガスの温度を十分に均一化して冷却することができる。また、拡大ダクト２０の流出部２０ｂの断面積が十分に大きいので、混合ガスの流速が低くなり、触媒部３０における圧力損失を軽減することができる。
【００６０】
また、第１実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、混合ダクト１０の流路長Ｌ１に対する流入部１０ａ及び流出部１０ｂの高さ方向における最大寸法の差分（Ｈ２−Ｈ１）が、拡大ダクト２０の流路長Ｌ２に対する流入部２０ａ及び流出部２０ｂの高さ方向における最大寸法の差分（Ｈ３―Ｈ２）よりも小さく、かつ、混合ダクト１０の流路長Ｌ１に対する混合ダクト１０の流入部１０ａ及び流出部１０ｂの幅方向における最大寸法の差分（Ｗ２−Ｗ１）が、拡大ダクト２０の流路長Ｌ２に対する流入部２０ａ及び流出部２０ｂの幅方向における最大寸法の差分（Ｗ３−Ｗ２）と等しい。従って、混合ダクト１０での燃焼ガスの気流の分離が少なく燃焼ガスと冷却ガスとの混合が均一化され、窒素酸化物を分解する触媒部に供給されるガスの温度分布を十分に均一化して冷却することができる。また、拡大ダクト２０の流出部２０ｂの断面積が十分に大きいので、混合ガスの流速が低くなり、触媒部３０における圧力損失を軽減することができる。
【００６１】
また、第１実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、流入部１０ａから流出部１０ｂに渡る混合ダクト１０の高さ方向における最大寸法が一定である（Ｈ１とＨ２とが等しい）。このようにすることで、混合ダクト１０の高さ方向における最大寸法を一定としながら、窒素酸化物を分解する触媒部に供給されるガスの温度分布を十分に均一化して冷却することができる。つまり、入口ダクト５０から混合ダクト１０に燃焼ガスが流入する際の燃料ガスの気流の剥離が最小限に抑制されるので、燃焼ガスの気流の分離や偏流による不均一流れが生じにくくなる。また、拡大ダクト２０の流出部２０ｂの断面積が十分に確保して、触媒部３０における圧力損失を軽減することができる。
【００６２】
また、第１実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、複数の冷却ダクト（４０ａ〜４０ｄ）が、混合ダクト１０の高さ方向に間隔を空けて配置される。このようにすることで、燃焼ガスの冷却効率を高め、窒素酸化物を分解する触媒部３０に供給されるガスの温度分布を十分に均一化して冷却することができる。
【００６３】
また、第１実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、拡大ダクト２０の流出部２０ｂの高さ方向の中心位置が、混合ダクト１０の流出部１０ｂの高さ方向の中心位置よりも上方である。このようにすることで、混合ダクト１０と拡大ダクト２０のいずれかの外壁面を同一平面上（例えば、地面上）に配置することができる。
【００６４】
また、第１実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、触媒部３０を通過する混合ガスを還元反応させるためのアンモニア等の還元剤を拡大ダクト２０内に吹き込む吹込部を有する。このようにすることで、適切な位置で還元剤を混合ガスに吹き込むことができる。
【００６５】
また、第１実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、以下の工程を実行することにより燃焼ガス冷却方法を実行する。
すなわち、混合ダクト１０に、燃焼ガスを流入させる工程と、燃焼ガスより低温の冷却ガスを混合ダクト１０内に流出させる冷却ダクト４０を介して冷却ガスを流出させ、燃焼ガスと冷却ガスが混合した混合ガスの温度が３００°Ｃ以上５００°Ｃ以下の温度となるように生成する工程と、拡大ダクト２０に混合ガスを流入させる工程と、混合ガスに含まれる窒素酸化物を分解する触媒部３０に混合ガスを流入させる工程とを実行する。
【００６６】
なお、第１実施形態においては、ガスタービン１での燃焼により発生する燃焼ガスの温度が５００°Ｃ以上であり、燃焼ガスの温度を３００°Ｃ以上５００°Ｃ以下になるまで冷却する構成を説明したが、燃焼ガスの温度は例えば５００°Ｃ〜５５０°Ｃの温度範囲内のものであっても十分な効果を得ることができる。例えば、５００°Ｃの燃焼ガスの温度を３００°Ｃ以上４７０°Ｃ以下になるまで冷却することにより、混合ガスの温度分布を改善して触媒の性能を十分に発揮させることができる。
【００６７】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について、図９から図１１を用いて説明する。図９は、第２実施形態の燃焼ガス冷却装置１０１の斜視図である。図１０は、燃焼ガス冷却装置１０１を上方から観た平面図である。図１１は、燃焼ガス冷却装置１０１を右側面から観た側面図である。図９から図１１で、それぞれ同一の符号を付したものは、同一の構成であるものとする。また、図９から図１１中の矢印は、ガス（燃焼ガス、混合ガス）の流通方向を示す。
【００６８】
第１実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、高さ方向の流路の最大寸法よりも幅方向の流路の最大寸法が長い混合ダクト１０を備え、冷却ダクト４０を混合ダクト１０の幅方向に貫通させるものであった（図１等参照）。
それに対して、第２実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、幅方向の流路の最大寸法よりも高さ方向の流路の最大寸法が長い混合ダクト１１を備え、冷却ダクト４１を混合ダクト１１の高さ方向に貫通させるものである。なお、混合ダクト１１の幅方向（第１方向）は、ダクト（混合ダクト１１、拡大ダクト２１、入口ダクト５１）が設置される平面（例えば、地面）に対して略水平な方向である。
【００６９】
図９の燃焼ガス冷却装置１０１は図１の燃焼ガス冷却装置１００に対応する。また、図９の混合ダクト１１は図１の混合ダクト１０に対応する。また、図９の拡大ダクト２１は図１の拡大ダクト２０に対応する。また、図９の触媒部３１は図１の触媒部３０に対応する。また、図９の入口ダクト５１は図１の入口ダクト５０に対応する。また、図９の冷却ダクト４１は図１の冷却ダクト４０に対応する。そして、以下で特に説明する部分を除き、混合ダクト１１，拡大ダクト２１、触媒部３１、入口ダクト５１、冷却ダクト４１は、それぞれ図１の対応する構成と同様であるので、説明を省略する。
【００７０】
第２実施形態の各構成は第１実施形態の各構成に対応するものであるが、混合ダクト１１が混合ダクト１０と異なる形状である点、拡大ダクト２１が拡大ダクト２０と異なる形状である点、冷却ダクト４１の配置方向が冷却ダクト４０の配置方向と異なる点で相違する。
【００７１】
図１０および図１１に示されるように、混合ダクト１１の流路長（燃焼ガスの流通方向に沿った長さ）はＬ１であり、拡大ダクト２１の流路長（燃焼ガスの流通方向に沿った長さ）はＬ２である。また、図１０に示されるように、混合ダクト１１内面の流入部１１ａの水平幅方向（第１方向）における最大寸法はＷ１´であり、混合ダクト１１内面の流出部１１ｂの水平幅方向（第１方向）における最大寸法はＷ２´である。拡大ダクト２１内面の流入部２１ａの水平幅方向（第１方向）における最大寸法はＷ２´であり、拡大ダクト２１内面の流出部２１ｂの水平幅方向（第１方向）における最大寸法はＷ３´である。
【００７２】
また、図１１に示されるように、混合ダクト１１の流路長Ｌ１に対する流入部１１ａの高さ方向（第１方向に略直交する第２方向）における最大寸法はＨ１´であり、混合ダクト１１の流路長Ｌ１に対する流出部１１ｂの高さ方向（第２方向）における寸法はＨ２´である。拡大ダクト２１の流路長Ｌ２に対する流入部２１ａの高さ方向（第２方向）における寸法はＨ２´であり、拡大ダクト２０の流路長Ｌ２に対する流出部２０ｂの高さ方向（第２方向）における最大寸法はＨ３´である。
【００７３】
第２実施形態の混合ダクト１１および拡大ダクト２１の形状は、第１実施形態の条件式（２）を満たす形状である。
すなわち、図１０に平面図が示される燃焼ガス冷却装置１０１は、拡大ダクト２１内面の流入部２１ａの水平幅方向（第１方向）における最大寸法Ｗ２´と、混合ダクト１１内面の流入部１１ａの水平幅方向（第１方向）における最大寸法Ｗ１´が等しい。また、拡大ダクト２１内面の流出部２１ｂの水平幅方向（第１方向）における最大寸法Ｗ３´が、拡大ダクト２１内面の流入部２１ａの水平幅方向（第１方向）における最大寸法Ｗ２´よりも大きい。従って、図１０に平面図が示される燃焼ガス冷却装置１０１は、条件式（２）を満たす。
【００７４】
条件式（２）を満たすので、混合ダクト１１内面の流入部１１ａ及び流出部１１ｂの水平幅方向における最大寸法の差分（Ｗ２´−Ｗ１´）が、拡大ダクト２１内面の流入部２１ａ及び流出部２１ｂの水平幅方向における最大寸法の差分（Ｗ３´−Ｗ２´）よりも小さいものとなる。
【００７５】
図１０に示される燃焼ガス冷却装置１０１は、混合ダクト１１での燃焼ガスの気流の分離や偏流による不均一流れが少なく、燃焼ガスと冷却ガスとの混合が均一化されるので、窒素酸化物を分解する触媒部３１に供給される混合ガスの温度を十分に均一化して冷却することができる。また、拡大ダクト２１の流出部２１ｂの断面積が十分に大きいので、混合ガスの流速が低くなり、触媒部３１における圧力損失を軽減することができる。
【００７６】
なお、図１０および図１１に示される燃焼ガス冷却装置１０１は、条件式（２）を満たすものであったが、条件式（２）とともに、あるいは、条件式（２）の代わりに、第１実施形態の条件式（１）を満たす形状としてもよい。
条件（１）を満たす場合は、混合ダクト１１の流路長Ｌ１に対する流入部１１ａ及び流出部１１ｂの高さ方向における最大寸法の差分（Ｈ２´−Ｈ１´）が、拡大ダクト２１の流路長Ｌ２に対する流入部２１ａ及び流出部２１ｂの高さ方向における最大寸法の差分（Ｈ３´−Ｈ２´）よりも小さいものとなる。
【００７７】
一様な勾配で高さが増加する混合ダクトでは、燃焼ガスの気流の分離や偏流による不均一流れが生じやすい。つまり、一様な勾配で高さが増加する混合ダクトは混合ダクトの高さ方向（第２方向）に急拡大した形状であるため、燃焼ガスが混合ダクトに流入する際に、燃焼ガスの気流の剥離が生じやすい。従って、燃焼ガスと冷却ガスとの混合が、十分に均一化されない。それに対して、条件式（１）を満たす燃焼ガス冷却装置１０１は、混合ダクト１１での燃焼ガスの気流の分離や偏流による不均一流れが少なく、燃焼ガスと冷却ガスとの混合が均一化されるので、窒素酸化物を分解する触媒部３１に供給される混合ガスの温度を十分に均一化して冷却することができる。また、拡大ダクト２１の流出部２１ｂの断面積が十分に大きいので、混合ガスの流速が低くなり、触媒部３１における圧力損失を軽減することができる。
【００７８】
以上のように、第２実施形態の燃焼ガス冷却装置１０１は、条件式（２）を満たし、かつ／または、条件式（１）を満たす。
すなわち、混合ダクト１１の流路長Ｌ１に対する流入部１１ａ及び流出部１１ｂの高さ方向における最大寸法の差分（Ｈ２´−Ｈ１´）が、拡大ダクト２１の流路長Ｌ２に対する流入部２１ａ及び流出部２１ｂの高さ方向における最大寸法の差分（Ｈ３´―Ｈ２´）よりも小さい、かつ／または、混合ダクト１１内面の流入部１１ａ及び流出部１１ｂの水平幅方向における最大寸法の差分（Ｗ２´−Ｗ１´）が、拡大ダクト２１内面の流入部２１ａ及び流出部２１ｂの水平幅方向における最大寸法の差分（Ｗ３´−Ｗ２´）よりも小さい。
【００７９】
混合ダクト１１の流路長Ｌ１に対する流入部１１ａ及び流出部１１ｂの高さ方向における最大寸法の差分（Ｈ２´−Ｈ１´）が、拡大ダクト２１の流路長Ｌ２に対する流入部２１ａ及び流出部２１ｂの高さ方向における最大寸法の差分（Ｈ３´−Ｈ２´）よりも小さい場合、これら差分が等しい場合に比べて混合ダクト１１での燃焼ガスの気流の分離や偏流による不均一流れが少なく、燃焼ガスと冷却ガスとの混合が均一化されるので、窒素酸化物を分解する触媒部３１に供給されるガスの温度分布を十分に均一化して冷却することができる。また、拡大ダクト２１の流出部２１ｂの断面積が十分に大きいので、混合ガスの流速が低くなり、触媒部３１における圧力損失を軽減することができる。
【００８０】
同様に、混合ダクト１１内面の流入部１１ａ及び流出部１１ｂの水平幅方向における最大寸法の差分（Ｗ２´−Ｗ１´）が、拡大ダクト２１内面の流入部２１ａ及び流出部２１ｂの水平幅方向における最大寸法の差分（Ｗ３´−Ｗ２´）よりも小さい場合、これら差分が等しい場合に比べて混合ダクト１１での燃焼ガスの気流の分離や偏流による不均一流れが少なく、燃焼ガスと冷却ガスとの混合が均一化されるので、窒素酸化物を分解する触媒部に供給されるガスの温度を十分に均一化して冷却することができる。また、拡大ダクト２１の流出部２１ｂの断面積が十分に大きいので、混合ガスの流速が低くなり、触媒部３１における圧力損失を軽減することができる。
【００８１】
また、第２実施形態の燃焼ガス冷却装置１０１は、混合ダクト１１の流路長Ｌ１に対する流入部１１ａ及び流出部１１ｂの高さ方向における最大寸法の差分（Ｈ２´−Ｈ１´）が、拡大ダクト２１の流路長Ｌ２に対する流入部２１ａ及び流出部２１ｂの高さ方向における最大寸法の差分（Ｈ３´―Ｈ２´）と等しく、かつ、混合ダクト１１の流路長Ｌ１に対する混合ダクト１１内面の流入部１１ａ及び流出部１１ｂの水平幅方向における最大寸法の差分（Ｗ２´−Ｗ１´）が、拡大ダクト２１内面の流入部２１ａ及び流出部２１ｂの水平幅方向における最大寸法の差分（Ｗ３´−Ｗ２´）よりも小さい。
【００８２】
混合ダクト１１内面の流入部１１ａ及び流出部１１ｂの水平幅方向における最大寸法の差分（Ｗ２´−Ｗ１´）が、拡大ダクト２１内面の流入部２１ａ及び流出部２１ｂの水平幅方向における最大寸法の差分（Ｗ３´−Ｗ２´）よりも小さい場合、これら差分が等しい場合に比べて混合ダクト１１での燃焼ガスの気流の分離や偏流による不均一流れが少なく、燃焼ガスと冷却ガスとの混合が均一化されるので、窒素酸化物を分解する触媒部３１に供給されるガスの温度分布を十分に均一化して冷却することができる。また、拡大ダクト２１の流出部２１ｂの断面積が十分に大きいので、混合ガスの流速が低くなり、触媒部３１における圧力損失を軽減することができる。
【００８３】
また、第２実施形態の燃焼ガス冷却装置１０１は、流入部１１ａから流出部１１ｂに渡る混合ダクト１１内面の水平幅方向における最大寸法が一定である（Ｗ１´とＷ２´とが等しい）。このようにすることで、混合ダクト１１の幅方向における最大寸法を一定としながら、窒素酸化物を分解する触媒部に供給されるガスの温度分布を十分に均一化して冷却することができる。つまり、入口ダクト５１から混合ダクト１１に燃焼ガスが流入する際の燃料ガスの気流の剥離が抑制されるので、燃焼ガスの気流の分離や偏流による不均一流れが生じにくくなる。また、拡大ダクト２１の流出部２１ｂの断面積が十分に大きいので、混合ガスの流速が低くなり、触媒部３１における圧力損失を軽減することができる。
【００８４】
また、第２実施形態の燃焼ガス冷却装置１０１は、複数の冷却ダクト（４１ａ〜４１ｄ）が、混合ダクト１１の幅方向に間隔を空けて配置される。このようにすることで、燃焼ガスの冷却効率を高め、窒素酸化物を分解する触媒部３１に供給されるガスの温度分布を十分に均一化して冷却することができる。
【００８５】
また、第２実施形態の燃料ガス冷却装置１０１は、図９から図１１に示されるように、拡大ダクト２１の流出部２１ｂの高さ方向の中心位置と、混合ダクト１１の流出部１１ｂの高さ方向の中心位置とが、同一の中心軸Ｘ上に存在する。すなわち、拡大ダクト２１の流出部２１ｂの高さ方向の中心位置が、混合ダクト１１の流出部１１ｂの高さ方向の中心位置と一致している。このようにすることで、流出部２１ｂの高さ方向の中心位置と流出部１１ｂの高さ方向の中心位置を一致させ、拡大ダクト２１を流通する混合ガスの速度分布の偏りを改善することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１０，１１      混合ダクト（第１ダクト）
１０ａ          流入部
１０ｂ          流出部
２０，２１      拡大ダクト（第２ダクト）
２０ａ          流入部
２０ｂ          流出部
３０，３１      触媒部
４０，４１      冷却ダクト
５０，５１      入口ダクト
５０ａ          流入部
５０ｂ          流出部
６０            冷却ガス流出孔（冷却ガス流出部）
１００，１０１  燃焼ガス冷却装置
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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