特許 6017041 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6017041

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年10月26日

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   F23J 15/06 20060101AFI20161013BHJP

   F23J 15/00 20060101ALI20161013BHJP

   B01F 3/02 20060101ALI20161013BHJP

   B01F 5/02 20060101ALI20161013BHJP

   B01D 53/86 20060101ALI20161013BHJP

【ＦＩ】

   F23J15/06ZAB

   F23J15/00 H

   F23J15/00 A

   B01F3/02

   B01F5/02 Z

   B01D53/86 228

【請求項の数】12

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2015-526509(P2015-526509)

(86)(22)【出願日】2012年9月6日

(65)【公表番号】特表2015-532705(P2015-532705A)

(43)【公表日】2015年11月12日

(86)【国際出願番号】US2012053872

(87)【国際公開番号】WO2014039039

(87)【国際公開日】20140313

【審査請求日】2015年2月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】513041244

【氏名又は名称】ミツビシ ヒタチ パワー システムズ アメリカズ インク

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100118913

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 邦生

(72)【発明者】

【氏名】宮西 英雄

(72)【発明者】

【氏名】黒田 康之

(72)【発明者】

【氏名】ランド ドレイク

(72)【発明者】

【氏名】アルバート ベドナルスキー

(72)【発明者】

【氏名】ポール ハリス

(72)【発明者】

【氏名】ジェームズ ポール

(72)【発明者】

【氏名】ケビン リンフィール

【審査官】 仲村 靖

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０３８５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４９５０４７３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１５８８７６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０７０６９７１６（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２００４−３０８９４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０３１８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５５５５７１８（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｊ １５／０６

Ｂ０１Ｄ ５３／８６

Ｂ０１Ｆ ３／０２

Ｂ０１Ｆ ５／０２

Ｆ２３Ｊ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼ガスが流通する第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混合ガスを生成する冷却ダクトと、を有し、
前記冷却ダクトが、
前記燃焼ガスの流通方向と交差する方向に沿って前記冷却ガスが流入する冷却ガス流入部と、
前記冷却ガス流入部より流入した前記冷却ガスを前記第１ダクト内に流出させるとともに前記交差する方向の互いに異なる位置に配置される複数の冷却ガス流出部と、
前記冷却ガス流入部に流入した前記冷却ガスを前記複数の冷却ガス流出部の各々へ分配する分配流路と、を備え、
前記分配流路は、互いに独立した複数の分岐流路を用いて前記冷却ガスを前記複数の冷却ガス流出部の各々へ分配することを特徴とする燃焼ガス冷却装置。

【請求項2】

前記複数の冷却ガス流出部は、第１の冷却ガス流出部と、前記第１の冷却ガス流出部とは異なる方向に開口した第２の冷却ガス流出部を含む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の冷却ガス流出部と前記第２の冷却ガス流出部とが、前記交差する方向に沿って交互に配置された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】

前記冷却ダクトが、
前記交差する方向に沿った第１方向から前記冷却ガスが流入する第１の前記冷却ガス流入部と、
前記第１方向に対向する第２方向に沿って前記冷却ガスが流入する第２の前記冷却ガス流入部と、
前記第１の冷却ガス流入部に流入した前記冷却ガスを複数の前記冷却ガス流出部の各々に分配する第１の前記分配流路と、
前記第２の冷却ガス流入部に流入した前記冷却ガスを複数の前記冷却ガス流出部の各々に分配する第２の前記分配流路と、を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃焼ガス冷却装置。

【請求項5】

前記第１の分配流路と前記第２の分配流路とが、仕切り板を介して分離されたことを特徴とする請求項４に記載の燃焼ガス冷却装置。

【請求項6】

複数の前記冷却ダクトを備え、
前記複数の冷却ダクトが、前記交差する方向と直交する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１から請求項４のいずれか１項に記載の燃焼ガス冷却装置。

【請求項7】

前記冷却ダクトが、直方体形状のダクトであり、
前記分配流路が、前記冷却ダクトの下面と上面を接続する複数の仕切り板により仕切られた流路であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の燃焼ガス冷却装置。

【請求項8】

前記分配流路が、互いに独立した流路を形成する複数の円管により仕切られた流路であることを特徴とする請求項１から請求項６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１ダクト内に流通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８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11】

請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の燃焼ガス冷却装置を備え、
前記混合ガスが流通する第２ダクトと、
前記第２ダクトの下流に設けられ、前記第２ダクトから流入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12】

燃焼ガスが流通する第１ダクトに冷却ガスを流出させて前記燃焼ガスを冷却する燃焼ガス冷却方法であって、
前記燃焼ガスの流通方向と交差する方向に沿って冷却ガス流入部に前記冷却ガスを流入させる冷却ガス流入工程と、
前記冷却ガス流入部に流入した前記冷却ガスを、互いに独立した複数の分岐流路を用いて、前記交差する方向の互いに異なる位置に配置される複数の冷却ガス流出部の各々へ分配する分配工程と、
前記分配工程により分配された前記冷却ガスを複数の冷却ガス流出部を介して前記第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冷却ガス流出工程と、を有す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。そして、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したガスの温度分布を均一化することが求められる。
また、燃焼ガスが流通するダクト内に冷却ガスを流出する冷却ダクトを配置する場合、冷却ダクトの外壁が燃焼ガスの熱により変形や破損が生じないように、適切に保護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。

【0006】

また、本発明は、燃焼ガスより低温の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を生成する冷却ダクトを、燃焼ガスの熱から適切に保護することを可能にした燃焼ガス冷却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】

【0007】

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。
本発明の第１の態様に係る燃焼ガス冷却装置は、燃焼ガスが流通する第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混合ガスを生成する冷却ダクトと、を有し、前記冷却ダクトが、前記冷却ガスが流入する冷却ガス流入部と、前記冷却ガス流入部より流入した前記冷却ガスを前記第１ダクト内に流出させる複数の冷却ガス流出部と、前記冷却ガス流入部に流入した前記冷却ガスを前記複数の冷却ガス流出部の各々へ分配する分配流路と、を備え、前記分配流路は、互いに独立した複数の分岐流路を用いて前記冷却ガスを前記複数の冷却ガス流出部の各々へ分配することを特徴とする。

【0008】

本発明の第１の態様に係る燃焼ガス冷却装置によれば、冷却ダクトに流入した冷却ガスは、分配流路により複数の冷却ガス流出部の各々へ分配され、各冷却ガス流出部から流出するので、冷却ガスが燃焼ガスと適切に混合される。それにより、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可能となる。

【0009】

本発明の第１の態様の燃焼ガス冷却装置においては、前記冷却ガス流入部に、前記燃焼ガスの流通方向と交差する方向に沿って前記冷却ガスが流入し、前記複数の冷却ガス流出部が、前記交差する方向の互いに異なる位置に配置される。このようにすることで、冷却ガスが、燃焼ガスの流通方向と交差する方向の互いに異なる位置から流出し、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可能となる。

【0010】

前述した構成において、前記複数の冷却ガス流出部は、第１の冷却ガス流出部と、前記第１の冷却ガス流出部とは異なる方向に開口した第２の冷却ガス流出部を含むようにしてもよい。このようにすることで、冷却ガスが異なる方向に流出して燃焼ガスと混合しやすくなり、触媒部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。

【0011】

前記第１の冷却ガス流出部と前記第２の冷却ガス流出部とが、前記交差する方向に沿って交互に配置されるようにしてもよい。このようにすることで、冷却ガスと燃焼ガスとの混合が促進され、触媒部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。

【0012】

前述した構成においては、前記冷却ダクトが、前記交差する方向に沿った第１方向から前記冷却ガスが流入する第１の前記冷却ガス流入部と、前記第１方向に対向する第２方向に沿って前記冷却ガスが流入する第２の前記冷却ガス流入部と、前記第１の冷却ガス流入部に流入した前記冷却ガスを複数の前記冷却ガス流出部の各々に分配する第１の前記分配流路と、前記第２の冷却ガス流入部に流入した前記冷却ガスを複数の前記冷却ガス流出部の各々に分配する第２の前記分配流路とを備えるようにしてもよい。このようにすることで、第１ダクトに流入する冷却ガスを十分な量とし、触媒部に供給されるガスを十分に冷却することができる。

【0013】

前記第１の分配流路と前記第２の分配流路とが、仕切り板を介して分離されるようにしてもよい。このようにすることで、冷却ガスに気流の乱れが生じることや冷却ダクト内で滞留が生じることによる冷却能力への悪影響を防止することができる。

【0014】

前述した構成においては、複数の前記冷却ダクトを備え、前記複数の冷却ダクトが、前記交差する方向と直交する方向に間隔を空けて配置するようにしてもよい。このようにすることで、第１ダクトに流入する冷却ガスを十分な量とし、触媒部に供給されるガスを十分に冷却することができる。

【0015】

本発明の第１の態様に係る燃焼ガス冷却装置においては、前記冷却ダクトが、直方体形状のダクトであり、前記分配流路が、前記冷却ダクトの下面と上面を接続する複数の仕切り板により仕切られた流路である構成としてもよい。

【0016】

本発明の第１の態様に係る燃焼ガス冷却装置においては、前記分配流路が、互いに独立した流路を形成する複数の円管により仕切られた流路である構成としてもよい。このようにすることで、強度が高く、高温の燃焼ガスにより生じる熱応力に対する耐性の高い冷却ダクトを備えた燃焼ガス冷却装置を提供することができる。

【0017】

本発明の第１の態様に係る燃焼ガス冷却装置においては、前記第１ダクト内に流通する前記燃焼ガスの温度が５００°Ｃ以上である構成としてもよい。

【0018】

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構成としてもよい。

【0019】

本発明の第２の態様に係る脱硝装置は、燃焼ガス冷却装置を備え、前記混合ガスが流通する第２ダクトと、前記第２ダクトの下流に設けられ、前記第２ダクトから流入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。

【0020】

本発明の第３の態様に係る燃焼ガス冷却方法は、燃焼ガスが流通する第１ダクトに冷却ガスを流出させて前記燃焼ガスを冷却する燃焼ガス冷却方法であって、前記燃焼ガスの流通方向と交差する方向に沿って冷却ガス流入部に前記冷却ガスを流入させる冷却ガス流入工程と、前記冷却ガス流入部に流入した前記冷却ガスを、互いに独立した複数の分岐流路を用いて、前記交差する方向の互いに異なる位置に配置される複数の冷却ガス流出部の各々へ分配する分配工程と、前記分配工程により分配された前記冷却ガスを複数の冷却ガス流出部を介して前記第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混合ガスの温度が所定の温度範囲内となるように生成する冷却ガス流出工程と、を有することを特徴とする。

【0021】

本発明の第３の態様に係る燃焼ガス冷却方法によれば、冷却ダクトに流入した冷却ガスは、分配流路により複数の冷却ガス流出部の各々へ分配され、各冷却ガス流出部から流出するので、冷却ガスが燃焼ガスと適切に混合される。それにより、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可能となる。

【0022】

本発明の第４の態様に係る燃焼ガス冷却装置は、燃焼ガスが流通する第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混合ガスを生成する冷却ダクトと、前記冷却ダクトのうち少なくとも前記燃焼ガスの流通方向上流側に位置する上流側外壁面を保護する保護面を備え、前記上流側外壁面と前記保護面との間に形成される断熱空間により、前記冷却ダクトを前記燃焼ガスの熱から保護する保護部と、を有することを特徴とする。

【0023】

本発明の第４の態様に係る燃焼ガス冷却装置は、燃焼ガスが流通する第１ダクトと、燃焼ガスより低温の冷却ガスを第１ダクト内に流出させ、燃焼ガスと冷却ガスが混合した混合ガスを生成する冷却ダクトとを有する。従って、冷却ダクトから流出した冷却ガスは燃焼ガスと混合され、燃焼ガスが冷却される。また、本発明に係る燃焼ガス冷却装置は、冷却ダクトのうち少なくとも燃焼ガスの流通方向上流側に位置する上流側外壁面を保護する保護面を備え、上流側外壁面と保護面との間に形成される断熱空間により、冷却ダクトを燃焼ガスの熱から保護する保護部を有する。従って、燃焼ガスの熱の影響を最も受けやすい流通方向上流側に位置する上流側外壁面が、燃焼ガスの熱から適切に保護される。

【0024】

本発明の第４の態様に係る燃焼ガス冷却装置においては、前記上流側外壁面と前記保護面との間に形成される前記断熱空間に断熱ガスを流通させる構成としてもよい。

【0025】

本発明の第４の態様に係る燃焼ガス冷却装置においては、前記冷却ダクトが、前記燃焼ガスの流通方向と交差する方向に前記冷却ガスが流入する冷却ガス流入部と、前記冷却ガス流入部に流入した前記冷却ガスを、前記燃焼ガスの流通方向に向けて前記第１ダクト内に流出させる冷却ガス流出部と、を備え、前記保護部が、前記交差する方向に前記断熱ガスが流入する断熱ガス流入部と、前記交差する方向に前記断熱空間を通過した前記断熱ガスを、前記燃焼ガスの流通方向に向けて前記第１ダクト内に流出させる断熱ガス流出部と、を備える構成としてもよい。

【0026】

このような構成の燃焼ガス冷却装置によれば、冷却ダクトには燃焼ガスの流通方向と交差する方向に冷却ガスが流入し、それと同方向に断熱ガスが断熱空間を通過するので、冷却ダクトの上流側外壁面を燃焼ガスの熱から十分に保護することができる。また、断熱空間を通過した断熱ガスが、燃焼ガスの流通方向に向けて第１ダクト内に流出するので、断熱ガスが燃焼ガスと混合し、燃焼ガスを冷却することができる。

【0027】

本発明の第４の態様の燃焼ガス冷却装置においては、前記保護面の断面形状が、前記燃焼ガスの流通方向上流側に向けて突出した形状である構成としてもよい。このようにすることで、保護面に突き当たる燃焼ガスの圧力が保護面に与える影響を軽減することができる。

【0028】

本発明の第４の態様の燃焼ガス冷却装置においては、前記冷却ダクトが、直方体形状のダクトであるとともに、前記上流側外壁面に略直交する２つの外壁面を備え、前記保護部が、前記保護面に連結され前記２つの外壁面を保護する２つの連結面を備え、前記保護面および前記２つの連結面と前記冷却ダクトとの間に形成される前記断熱空間に断熱ガスを流通させることにより、前記冷却ダクトを前記燃焼ガスの熱から保護する構成としてもよい。

【0029】

このような構成とすることで、直方体形状の冷却ダクトの上流側外壁面と、それに略直交する２つの外壁面のいずれもが、断熱空間を流通する断熱ガスにより適切に保護される。

【0030】

本発明の第４の態様の燃焼ガス冷却装置においては、前記冷却ダクトが、前記交差する方向に沿った第１方向から前記冷却ガスが流入する第１の前記冷却ガス流入部と、前記第１の冷却ガス流入部に流入した前記冷却ガスを前記燃焼ガスの流通方向に向け前記第１ダクト内に流出させる第１の前記冷却ガス流出部と、前記第１方向に対向する第２方向に沿って前記冷却ガスが流入する第２の前記冷却ガス流入部と、前記第２の冷却ガス流入部に流入した前記冷却ガスを前記燃焼ガスの流通方向に向け前記第１ダクト内に流出させる第２の前記冷却ガス流出部と、を備え、前記保護部が、前記第１方向から前記断熱ガスが流入する第１の前記断熱ガス流入部と、前記第１方向に第１の前記断熱空間を通過した前記断熱ガスを、前記燃焼ガスの流通方向に向け前記第１ダクト内に流出させる第１の前記断熱ガス流出部と、前記第２方向から前記断熱ガスが流入する第２の前記断熱ガス流入部と、前記第２方向に第２の前記断熱空間を通過した前記断熱ガスを、前記燃焼ガスの流通方向に向け前記第１ダクト内に流出させる第２の前記断熱ガス流出部と、を備える構成としてもよい。

【0031】

このような構成によれば、互いに対向する２方向から冷却ガスが冷却ダクトに流入し、燃焼ガスの流通方向に向けて第１ダクト内に冷却ガスが流出する。また、互いに対向する２方向から断熱ガスが保護部に流入し、燃焼ガスの流通方向に向けて第１ダクト内に断熱ガスが流出する。このようにすることで、十分な流量の冷却ガスを第１ダクト内に供給するとともに、冷却ダクトの保護に必要な断熱ガスの流量も十分に確保することができる。

【0032】

以上の構成においては、前記第１の断熱ガス流出部と、前記第２の断熱ガス流出部とを、前記冷却ダクトの中心近傍に配置してもよい。このようにすることで、燃焼ガスの流通量が多く燃焼ガスの温度が高温である領域に対して断熱ガスを流出させ、燃焼ガスの冷却効果を更に高めることができる。

【0033】

本発明の第４の態様の燃焼ガス冷却装置においては、前記第１ダクト内に流通する前記燃焼ガスの温度が５００°Ｃ以上である構成としてもよい。

【0034】

本発明の第４の態様の燃焼ガス冷却装置においては、前記冷却ダクトから前記第１ダクト内及び/または、前記断熱空間から前記第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構成としてもよい。

【0035】

本発明の第５の態様の脱硝装置においては、本発明の第１の態様の燃焼ガス冷却装置と、前記混合ガスが流通する第２ダクトと、前記第２ダクトの下流に設けられ、前記第２ダクトから流入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と、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以下する構成としてもよい。このような構成とすることで、冷却された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ことができる。

【0036】

本発明の第６の態様に係る燃焼ガス冷却方法は、第１ダクトに燃焼ガスを流通させる工程と、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を介して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混合ガスを生成する工程と、前記冷却ダクトのうち少なくとも前記燃焼ガスの流通方向上流側に位置する上流側外壁面を保護する保護面と、前記上流側外壁面との間に形成される断熱空間に、断熱ガスを流通させて、前記冷却ダクトを前記燃焼ガスの熱から保護する保護工程と、を有することを特徴とする。

【0037】

本発明の第６の態様に係る燃焼ガス冷却方法は、第１ダクトに燃焼ガスを流通させる工程と、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を介して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混合ガスを生成する工程とを有する。従って、冷却ダクトから流出した冷却ガスは燃焼ガスと混合され、燃焼ガスが冷却される。また、本発明の第５の態様に係る燃焼ガス冷却方法は、冷却ダクトのうち少なくとも燃焼ガスの流通方向上流側に位置する上流側外壁面を保護する保護面と、上流側外壁面との間に形成される断熱空間に、断熱ガスを流通させて、冷却ダクトを前記燃焼ガスの熱から保護する保護工程を有する。従って、燃焼ガスの熱の影響を最も受けやすい流通方向上流側に位置する上流側外壁面が、燃焼ガスの熱から適切に保護される。

【発明の効果】

【0038】

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。

【0039】

また、本発明によれば、燃焼ガスより低温の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を生成する冷却ダクトを、燃焼ガスの熱から適切に保護することを可能にした燃焼ガス冷却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】

【0040】

【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見た平面図である。

【図3】図２中の矢印Ａ方向から冷却ダクトを見た正面図である。

【図4】図３に示される冷却ダクトのＢ−Ｂ断面図である

【図5】図３に示される冷却ダクトのＣ−Ｃ断面図である。

【図6】図３に示される冷却ダクトのＤ−Ｄ断面図である。

【図7】図３に示される冷却ダクトのＥ−Ｅ断面図である。

【図8】図２中の矢印Ａ方向から第２実施形態の冷却ダクトを見た正面図である。

【図9】図８に示される冷却ダクトのＦ−Ｆ断面図である。

【図10】図８に示される冷却ダクトのＧ−Ｇ断面図である

【図11】図８に示される冷却ダクトのＨ−Ｈ断面図である。

【図12】図８に示される冷却ダクトのＩ−Ｉ断面図である

【図13】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。

【図14】第３実施形態の冷却ダクトとシュラウドの正面図である。

【図15】図１４に示される冷却ダクトとシュラウドのＢ−Ｂ断面図である

【図16】図１４に示される冷却ダクトとシュラウドのＣ−Ｃ断面図である。

【図17】図１４に示される冷却ダクトとシュラウドのＤ−Ｄ断面図である。

【図18】図１４に示される冷却ダクトとシュラウドのＥ−Ｅ断面図である。

【図19】図１４に示される冷却ダクトとシュラウドのＦ−Ｆ断面図である。

【図20】第４実施形態の冷却ダクトとシュラウドを見た正面図である

【発明を実施するための形態】

【0041】

〔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、図２、及び図１３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を上方から見た平面図である。図１３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、図２、及び図１３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および図２中の矢印は、ガス（燃焼ガス、混合ガス）の流通方向を示す。

【0042】

第１実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、図１３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５５０°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。

【0043】

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。

【0044】

混合ダクト（第１ダクト）１０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。

【0045】

冷却ダクト４０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３方向）に間隔を空けて配置されている。尚、本実施形態では混合ダクト１０の高さ方向に間隔を空けて配置されているがこれに限ることはなく、例えば混合ダクトの幅方向に間隔を空けて配置する等、燃焼ガスの流通方向と交差する方向に配置してもよい。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。

【0046】

図１および図２に示されるように、直方体形状の冷却ダクト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４１ａ，４１ｂを備え、２つの冷却ガス流入部４１ａ，４１ｂから冷却ガスが流入する。図１および図２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４１ａ，４１ｂに導く。なお、本実施形態では冷却ダクト４０は直方体の形状であるがこれに限ることはなく、例えば台形形状のダクト等も用いることができる。

【0047】

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、鉄等の金属素材又は耐熱性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）に略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）に略直交する方向の断面形状が縦長の長方形である。拡大ダクト２０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。

【0048】

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円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、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。

【0049】

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。

【0050】

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、ＴｉＯ_２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。

【0051】

触媒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（ＮＨ_３）が酸化され、それに伴ってアンモニア（ＮＨ_３）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、触媒自体の耐熱温度を超えてしまい、触媒が破損してしまう可能性がある。従って、触媒に供給される混合ガスの温度は、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。

【0052】

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、冷却ダクト４０の形状について、図３から図７を用いて説明する。

【0053】

図３は、図２中の矢印Ａ方向から冷却ダクト４０を見た正面図である。図３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。

【0054】

各冷却ダクト４０には、冷却ダクト４０の長手方向（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の長手方向の異なる位置に、６０ａ〜６０ｊの１０カ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（第１の冷却ガス流出部）は、鉛直方向（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（第２の冷却ガス流出部）は、鉛直方向（混合ダクト１０の高さ方向）の上方に向けて開口している。すなわち、複数の冷却ガス流出孔６０ａ〜６０ｊは、異なる方向に開口した冷却ガス流出孔を含む。また、鉛直方向（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、鉛直方向（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、燃焼ガスの流通方向と略直交する方向（交差する方向）に沿って、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。

【0055】

図３に矢印で示されるように、鉛直方向（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、鉛直方向の下方に向けて冷却ガスが流出する。一方、鉛直方向（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、鉛直方向の上方に向けて冷却ガスが流出する。

【0056】

図４は、図３に示される冷却ダクト４０のＢ−Ｂ断面図である。図５は、図３に示される冷却ダクト４０のＣ−Ｃ断面図である。図６は、図３に示される冷却ダクト４０のＤ−Ｄ断面図である。図７は、図３に示される冷却ダクト４０のＥ−Ｅ断面図である。

【0057】

図４に示されるように、鉛直方向（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、鉛直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、鉛直方向（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４における右方向）に向けた速度成分を備えたものとなる。

【0058】

また、図５に示されるように、鉛直方向（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、鉛直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、鉛直方向（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。

【0059】

なお、図６に示されるように、鉛直方向（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、鉛直方向（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（６１ａ〜６１ｄ）は、隣接する冷却ガス流出孔から流出する冷却ガス同士が、冷却ダクト内（４０ａ〜４０ｄ）で混ざり合わないように整流するものである。

【0060】

次に、図７を用いて、冷却ダクト４０ａが備える、冷却ガス流入部（４１ａ，４１ｂ）、複数の冷却ガス流出孔（６０ａ〜６０ｊ）、分配流路（４２ａ、４２ｂ）について説明する。なお、以下では、冷却ダクト４０ａについて説明するが、他の冷却ダクト（４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ）についても同様の構成であるので、説明を省略する。

【0061】

図７は、図３に示される冷却ダクト４０ａのＥ−Ｅ断面図である。図７に示される冷却ダクト４０ａには、図中の下方から上方に向けて燃焼ガスが混合ダクト１０内に流通する。冷却ダクト４０ａは、燃焼ガスの流通方向に略直交する２方向の冷却ガス流入部４１ａ，４１ｂを備え、２つの冷却ガス流入部４１ａ，４１ｂから燃焼ガスの流通方向と略直交する方向（交差する方向）に沿って冷却ガスが流入する。また、冷却ダクト４０ａには、燃焼ガスの流通方向と略直交する方向（交差する方向）の互いに異なる位置に、複数の冷却ガス流出孔（６０ａ〜６０ｊ）が配置されている。

【0062】

図７の右側に配置された冷却ガス流入部（第１の冷却ガス流入部）４１ａからは、図７の右方から左方に向けた方向（第１方向）に、冷却ガスが流入する。冷却ガス流入部４１ａから冷却ダクト４０ａに流入した冷却ガスは、分配流路（第１の分配流路）４２ａに流入する。分配流路４２ａは、冷却ガス流入部４１ａに流入した冷却ガスを複数の冷却ガス流出孔（６０ａ〜６０ｅ）の各々に分配する流路である。

【0063】

分配流路４２ａは、例えば仕切り板４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄを備える。各仕切り板４３ａ〜４３ｄは、冷却ダクト４０ａ内の下壁面（下面）から上壁面（上面）に向けて略垂直に配置された鉄等の金属素材又は耐熱性素材により形成された板状部材である。各仕切り板４３ａ〜４３ｄの上部は冷却ダクト４０ａ内の上壁面と溶接により接合され、各仕切り板４３ａ〜４３ｄの下部は冷却ダクト４０ａ内の下壁面と溶接により接合されており、接合部分において冷却ガスが漏れないようになっている。

【0064】

また図７に示されるように、各仕切り板４３ａ〜４３ｄは、冷却ガスの流通方向（図７の右から左に向けた方向）と略平行な部分と、冷却ガスの流通方向と略直交した方向（図７の上下方向）と略平行な部分とを含む。冷却ガス流入部４１ａに流入した冷却ガスは、仕切り板４３ａ〜４３ｄにより、５つの分岐流路に分配される。５つの分岐流路に分配されることにより、冷却ガスは５つの冷却ガス流出孔６０ａ,６０ｂ,６０ｃ,６０ｄ,６０ｅに対して分配される。冷却ガスは、仕切り板により分配された流量で、各冷却ガス流出孔から流出する。

【0065】

仕切り板４３ａと冷却ダクト４０の内壁面とにより仕切られる分岐流路に流入した冷却ガスは、冷却ガス流出孔６０ａに導かれ、燃焼ガスの流通方向（図７の下から上に向けた方向）に流出する。仕切り板４３ａと仕切り板４３ｂとにより仕切られる分岐流路に流入した冷却ガスは、冷却ガス流出孔６０ｂに導かれ、燃焼ガスの流通方向（図７の下から上に向けた方向）に流出する。仕切り板４３ｂと仕切り板４３ｃとにより仕切られる分岐流路に流入した冷却ガスは、冷却ガス流出孔６０ｃに導かれ、燃焼ガスの流通方向（図７の下から上に向けた方向）に流出する。仕切り板４３ｃと仕切り板４３ｄとにより仕切られる分岐流路に流入した冷却ガスは、冷却ガス流出孔６０ｄに導かれ、燃焼ガスの流通方向（図７の下から上に向けた方向）に流出する。仕切り板４３ｄと冷却ダクト４０の内壁面とにより仕切られる分岐流路に流入した冷却ガスは、冷却ガス流出孔６０ｅに導かれ、燃焼ガスの流通方向（図７の下から上に向けた方向）に流出する。

【0066】

図７の左側に配置された冷却ガス流入部（第２の冷却ガス流入部）４１ｂからは、図７の左方から右方に向けた方向（第２方向）に、冷却ガスが流入する。冷却ガス流入部４１ｂから冷却ダクト４０ａに流入した冷却ガスは、分配流路（第２の分配流路）４２ｂに流入する。分配流路４２ｂは、冷却ガス流入部４１ｂに流入した冷却ガスを複数の冷却ガス流出孔（６０ｆ〜６０ｊ）の各々に分配する流路である。

【0067】

分配流路４２ｂは、例えば仕切り板４３ｆ，４３ｇ，４３ｈ，４３ｉを備える。各仕切り板４３ｆ〜４３ｉは、冷却ダクト４０ａ内の下壁面（下面）から上壁面（上面）に向けて略垂直に配置された鉄等の金属素材又は耐熱性素材により形成された板状部材である。各仕切り板４３ｆ〜４３ｉの上部は冷却ダクト４０ａ内の上壁面と溶接により接合され、各仕切り板４３ｆ〜４３ｉの下部は冷却ダクト４０ａ内の下壁面と溶接により接合されており、接合部分において冷却ガスが漏れないようになっている。

【0068】

また図７に示されるように、各仕切り板４３ｆ〜４３ｉは、冷却ガスの流通方向（図７の左から右に向けた方向）と略平行な部分と、冷却ガスの流通方向と略直交した方向（図７の上下方向）と略平行な部分とを含む。冷却ガス流入部４１ｂに流入した冷却ガスは、仕切り板４３ｆ〜４３ｉにより、５つの分岐流路に分配される。５つの分岐流路に分配されることにより、冷却ガスは５つの冷却ガス流出孔６０ｆ,６０ｇ,６０ｈ,６０ｉ,６０ｊに対して略均等に分配される。冷却ガスは、仕切り板により分配された流量で、各冷却ガス流出孔から流出する。

【0069】

仕切り板４３ｆと冷却ダクト４０の内壁面とにより仕切られる分岐流路に流入した冷却ガスは、冷却ガス流出孔６０ｆに導かれ、燃焼ガスの流通方向（図７の下から上に向けた方向）に流出する。仕切り板４３ｆと仕切り板４３ｇとにより仕切られる分岐流路に流入した冷却ガスは、冷却ガス流出孔６０ｇに導かれ、燃焼ガスの流通方向（図７の下から上に向けた方向）に流出する。仕切り板４３ｇと仕切り板４３ｈとにより仕切られる分岐流路に流入した冷却ガスは、冷却ガス流出孔６０ｈに導かれ、燃焼ガスの流通方向（図７の下から上に向けた方向）に流出する。仕切り板４３ｈと仕切り板４３ｉとにより仕切られる分岐流路に流入した冷却ガスは、冷却ガス流出孔６０ｉに導かれ、燃焼ガスの流通方向（図７の下から上に向けた方向）に流出する。仕切り板４３ｉと冷却ダクト４０の内壁面とにより仕切られる分岐流路に流入した冷却ガスは、冷却ガス流出孔６０ｊに導かれ、燃焼ガスの流通方向（図７の下から上に向けた方向）に流出する。

【0070】

分配流路４２ａと分配流路４２ｂとは、仕切り板４３ｅ、４３ｊを介して分離されている。仕切り板４３ｅ、４３ｊは、冷却ダクト４０ａ内の下壁面（下面）から上壁面（上面）に向けて略垂直に配置された鉄等の金属素材又は耐熱性素材により形成された板状部材である。仕切り板４３ｅ、４３ｊの上部は冷却ダクト４０ａ内の上壁面とそれぞれ溶接により接合され、仕切り板４３ｅ、仕切り板４３ｊの下部は冷却ダクト４０ａ内の下壁面とそれぞれ溶接により接合されており、接合部分において冷却ガスが漏れないようになっている。なお、仕切り板４３ｅと４３ｊの間には、燃焼ガスによる冷却ダクト４０の熱伸びを考慮して予め隙間が設けられている。

【0071】

以上説明したように、第１実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、燃焼ガスが流通する流入部１０ａと、流入部１０ａに流入した燃焼ガスを流出する流出部１０ｂとを備える混合ダクト１０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、燃焼ガスと冷却ガスが混合した混合ガスを生成する冷却ダクト４０と、混合ダクト１０の流出部１０ｂから流出する混合ガスが流入する流入部２０ａと、流入部２０ａに流入した混合ガスを流出する流出部２０ｂとを備える拡大ダクト２０と、拡大ダクトの下流に設けられ、流出部２０ｂから流出する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排出する触媒部３０と、を有する。そして、冷却ダクト４０が、冷却ガスが流入する冷却ガス流入部４１ａ，４１ｂと、冷却ガス流入部４１ａ，４１ｂより流入した冷却ガスを混合ダクト１０内に流出させる複数の冷却ガス流出孔６０ａ〜６０ｊと、冷却ガス流入部４１ａ，４１ｂに流入した冷却ガスを複数の冷却ガス流出孔６０ａ〜６０ｊの各々へ分配する分配流路４２ａ，４２ｂとを備える。

【0072】

冷却ダクト４０に流入した冷却ガスは、分配流路４２ａ，４２ｂにより複数の冷却ガス流出孔６０ａ〜６０ｊの各々へ分配され、各冷却ガス流出孔６０ａ〜６０ｊから流出するので、冷却ガスが燃焼ガスと適切に混合される。それにより、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可能となる。

【0073】

また、第１実施形態の燃焼ガス冷却装置１００において、冷却ガス流入部４１ａ，４１ｂには、燃焼ガスの流通方向と交差する方向に沿って冷却ガスが流入し、複数の冷却ガス流出孔６０ａ〜６０ｊが、交差する方向の互いに異なる位置に配置される。このようにすることで、冷却ガスが、燃焼ガスの流通方向と交差する方向の互いに異なる位置から流出し、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可能となる。

【0074】

また、第１実施形態の燃焼ガス冷却装置１００において、複数の冷却ガス流出孔６０ａ〜６０ｊは、第１の冷却ガス流出孔６０ａ，６０ｃ，６０ｅ，６０ｆ，６０ｈ，６０ｊと、それらとは異なる方向に開口した第２の冷却ガス流出孔６０ｂ，６０ｄ，６０ｇ，６０ｉを含む。このようにすることで、冷却ガスが異なる方向に流出して燃焼ガスと混合しやすくなり、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。

【0075】

また、第１の冷却ガス流出孔６０ａ，６０ｃ，６０ｅ，６０ｆ，６０ｈ，６０ｊと第２の冷却ガス流出孔６０ｂ，６０ｄ，６０ｇ，６０ｉとが、交差する方向に沿って交互に配置される。このようにすることで、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。

【0076】

また、第１実施形態の燃焼ガス冷却装置１００においては、冷却ダクト４０が、燃焼ガスの流通方向と交差する方向に沿った第１方向から冷却ガスが流入する冷却ガス流入部４１ａと、第１方向に対向する第２方向に沿って冷却ガスが流入する冷却ガス流入部４１ｂと、冷却ガス流入部４１ａに流入した冷却ガスを複数の冷却ガス流出孔６０ａ〜６０ｅの各々に分配する分配流路４２ａと、冷却ガス流入部４１ｂに流入した冷却ガスを複数の冷却ガス流出孔６０ｇ〜６０ｊの各々に分配する分配流路４２ｂとを備える。このようにすることで、混合ダクト１０に流入する冷却ガスを十分な量とし、触媒部３０に供給されるガスを十分に冷却することができる。

【0077】

また、分配流路４２ａと分配流路４２ｂとが、仕切り板４３ｅ、４３ｊを介して分離される。このようにすることで、冷却ガスに気流の乱れが生じることや冷却ダクト４０内で滞留が生じることによる冷却能力への悪影響を防止することができる。また、仕切り板４３ｅと４３ｊの間には隙間が設けられているので、燃焼ガスによる冷却ダクト４０の熱伸びが生じても、冷却ダクト４０全体に変形が生じないようになっている。

【0078】

また、第１実施形態の燃焼ガス冷却装置１００においては、複数の冷却ダクト４０を備え、複数の冷却ダクト４０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、混合ダクト１０に流入する冷却ガスを十分な量とし、触媒部３０に供給されるガスを十分に冷却することができる。

【0079】

また、第１実施形態の燃焼ガス冷却装置１００においては、冷却ダクト４０が、直方体形状のダクトであり、分配流路４２ａ，４２ｂが、冷却ダクト４０の底面と上面を接続する複数の仕切り板４３ａ〜４３ｉにより仕切られた流路である。

【0080】

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、冷却ガス流入部４１ａ，４１ｂに冷却ガスを流入させる冷却ガス流入工程と、冷却ガス流入部４１ａ，４１ｂに流入した冷却ガスを、分配流路４２ａ，４２ｂを用いて、複数の冷却ガス流出孔６０ａ〜６０ｊの各々へ分配する分配工程と、分配工程により分配された冷却ガスを複数の冷却ガス流出孔６０ａ〜６０ｊを介して混合ダクト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の温度が３００°Ｃ以上５００°Ｃ以下となるように混合ガスを生成する冷却ガス流出工程とを実行する。

【0081】

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５５０°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。

【0082】

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について、図８から図１２を用いて説明する。
第１実施形態の冷却ダクト４０は、直方体形状のダクトであった。それに対して、第２実施形態の冷却ダクト４５は、円管により形成されるダクトである。なお、第２実施形態は第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する部分を除き、第２実施形態は第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。また、本実施形態では冷却ダクト４０は円管により形成されているがこれに限ることはなく、半円管などにより形成されてもよい。

【0083】

図８は、図２中の矢印Ａ方向から第２実施形態の冷却ダクト４５を見た正面図である。
図８に示されるように、４つの冷却ダクト４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ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４５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４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ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。

【0084】

各冷却ダクト４５には、冷却ダクト４５の長さ方向（混合ダクト１０の幅方向）の異なる位置に１６カ所の冷却ガス流出孔６２ａ〜６２ｐが設けられている。冷却ダクト４５ａについて説明すると、冷却ダクト４５ａには、冷却ダクト４５ａの長さ方向の異なる位置に、６２ａ〜６２ｐの１６個の冷却ガス流出孔が設けられている。１６個の冷却ガス流出孔のうち、冷却ガス流出孔６２ｂ，６２ｄ，６２ｆ，６２ｈ，６２ｉ，６２ｋ，６２ｍ，６２ｏの８つ（第１の冷却ガス流出部）は、鉛直方向（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６２ａ，６２ｃ，６２ｅ，６２ｇ，６２ｊ，６２ｌ，６２ｎ，６２ｐの８つ（第２の冷却ガス流出部）は、鉛直方向（混合ダクト１０の高さ方向）の上方に向けて開口している。すなわち、複数の冷却ガス流出孔６２ａ〜６２ｐは、異なる方向に開口した冷却ガス流出孔を含む。また、鉛直方向（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、鉛直方向（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、燃焼ガスの流通方向と略直交する方向（交差する方向）に沿って、交互に配置されている。

【0085】

図８に矢印で示されるように、鉛直方向（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６２ｂ，６２ｄ，６２ｆ，６２ｈ，６２ｉ，６２ｋ，６２ｍ，６２ｏからは、鉛直方向の下方に向けて冷却ガスが流出する。一方、鉛直方向（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６２ａ，６２ｃ，６２ｅ，６２ｇ，６２ｊ，６２ｌ，６２ｎ，６２ｐからは、鉛直方向の上方に向けて冷却ガスが流出する。

【0086】

図９は、図８に示される冷却ダクト４５のＦ−Ｆ断面図である。図１０は、図８に示される冷却ダクト４５のＧ−Ｇ断面図である。図１１は、図８に示される冷却ダクト４５のＨ−Ｈ断面図である。図１２は、図８に示される冷却ダクト４５のＩ−Ｉ断面図である。図９から図１２に示されるように、冷却ダクト４５は、４本の円管により形成されるダクトである。

【0087】

図９に示されるように、鉛直方向（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、鉛直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、鉛直方向（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９における右方向）に向けた速度成分を備えたものとなる。

【0088】

また、図１１に示されるように、鉛直方向（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、鉛直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、鉛直方向（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１１における右方向）に向けた速度成分を備えたものとなる。

【0089】

なお、図１０に示されるように、鉛直方向（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、鉛直方向（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４８ａが配置されている。この仕切り板は、隣接する冷却ガス流出孔から流出する冷却ガス同士が、冷却ダクト内で混ざり合わないように流れを分離するものである。また、この仕切り板４８ａにより隣接する２カ所の冷却ガス流出孔に冷却ガスが均等に分配され、各冷却ガス流出孔から略等しい流量の冷却ガスが流出する。

【0090】

次に、図１２を用いて、冷却ダクト４５ａが備える、冷却ガス流入部（４６ａ，４６ｂ）、複数の冷却ガス流出孔（６２ａ〜６２ｐ）、分配流路（４７ａ、４７ｂ）について説明する。なお、以下では、冷却ダクト４５ａについて説明するが、他の冷却ダクト（４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ）についても同様の構成であるので、説明を省略する。

【0091】

図１２は、図８に示される冷却ダクト４５ａのＩ−Ｉ断面図である。図１２に示される冷却ダクト４５ａには、図中の下方から上方に向けて燃焼ガスが流通する。冷却ダクト４５ａは、燃焼ガスの流通方向に略直交する２方向の冷却ガス流入部４６ａ，４６ｂを備え、２つの冷却ガス流入部４６ａ，４６ｂから燃焼ガスの流通方向と略直交する方向（交差する方向）に沿って冷却ガスが流入する。また、冷却ダクト４５ａには、燃焼ガスの流通方向と略直交する方向（交差する方向）の互いに異なる位置に、複数の冷却ガス流出孔（６２ａ〜６２ｐ）が配置されている。

【0092】

図１２の右側に配置された冷却ガス流入部（第１の冷却ガス流入部）４６ａからは、図１２の右方から左方に向けた方向（第１方向）に、冷却ガスが流入する。冷却ガス流入部４６ａから冷却ダクト４５ａに流入した冷却ガスは、分配流路（第１の分配流路）４７ａに流入する。分配流路４７ａは、冷却ガス流入部４６ａに流入した冷却ガスを複数の冷却ガス流出孔（６２ａ〜６２ｈ）の各々に分配する流路である。

【0093】

分配流路４７ａは、４つの円管によって仕切られた４つの分岐流路を備えるものであり、各分岐流路は互いに独立した流路を形成する。また、分配流路４７ａは、仕切り板４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄを備える。各仕切り板４８ａ〜４８ｄは、各分岐流路（円管）の前方（図１２の上方）に向けて略垂直に配置された鉄等の金属素材又は耐熱性素材により形成された板状部材である。各仕切り板４８ａ〜４８ｄは各分岐流路と溶接により接合されており、接合部分において冷却ガスが漏れないようになっている。各分岐流路（円管）には、２カ所の冷却ガス流出孔が設けられており、各分岐流路に流入した冷却ガスは、２カ所の冷却ガス流出孔から流出する。

【0094】

図１２の左側に配置された冷却ガス流入部（第２の冷却ガス流入部）４６ｂからは、図１２の左方から右方に向けた方向（第２方向）に、冷却ガスが流入する。冷却ガス流入部４６ｂから冷却ダクト４５ａに流入した冷却ガスは、分配流路（第２の分配流路）４７ｂに流入する。分配流路４７ｂは、冷却ガス流入部４６ｂに流入した冷却ガスを複数の冷却ガス流出孔（６２ｉ〜６２ｐ）の各々に分配する流路である。

【0095】

分配流路４７ｂは、４つの円管によって仕切られた４つの分岐流路を備え、仕切り板４８ｆ，４８ｇ，４８ｈ，４８ｉを備える。各仕切り板４８ｆ〜４８ｉは、各分岐流路（円管）の前方（図１２の上方）に向けて略垂直に配置された鉄等の金属素材又は耐熱性素材により形成された板状部材である。各仕切り板４８ｆ〜４８ｉは各分岐流路と溶接により接合されており、接合部分において冷却ガスが漏れないようになっている。各分岐流路（円管）には、２カ所の冷却ガス流出孔が設けられており、各分岐流路に流入した冷却ガスは、２カ所の冷却ガス流出孔から流出する。

【0096】

分配流路４７ａと分配流路４７ｂとは、仕切り板４８ｅ、４８ｊを介して分離されている。仕切り板４８ｅ、４８ｊは、分岐流路（円管）に略垂直に配置された鉄等の金属素材又は耐熱性素材により形成された板状部材である。仕切り板４８ｅ、４８ｊは分岐流路（円管）の流路を塞ぐよう冷却ダクト４５ａの内周面とそれぞれ溶接により接合されており、接合部分において冷却ガスが漏れないようになっている。なお、仕切り板４８ｅと４８ｊの間には、燃焼ガスによる冷却ダクト４５の熱伸びを考慮して予め隙間が設けられている。

【0097】

以上説明したように、第２実施形態の燃焼ガス冷却装置は、分配流路４７ａ，４７ｂが、互いに独立した流路を形成する複数の円管により仕切られた流路である。このようにすることで、強度が高く、高温の燃焼ガスにより生じる熱応力に対する耐性の高い冷却ダクト４５を備えた燃焼ガス冷却装置を提供することができる。

【0098】

前述したように、冷却ダクト４０が配置される混合ダクト１０には、５００°Ｃ以上の高温の燃焼ガスが流入する。冷却ダクト４０内を流通する冷却ガスとして空気（大気）を用いる場合、例えば空気の温度が２０°Ｃであるとすると、燃焼ガスとの温度差が４８０°Ｃ以上となる。このような温度差があると、冷却ダクトを形成する外壁面には、温度差に応じた熱応力が発生する。そして、熱応力そのものや、ガスタービンの運転と停止が繰り返されて熱応力が変化することによる疲労により、冷却ダクト４０が損傷を受ける可能性が高い。そこで、後述する第３実施形態では、冷却ダクト４０の外部に、冷却ダクト４０を熱応力等の燃焼ガスの影響から保護するために、シュラウド（保護部）７０が設けられる。なお、シュラウド７０は、冷却ダクト４０の外壁面を覆うように設けられる。

【0099】

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
第３の実施形態は第１実施形態の変形例であり、冷却ダクト４０を熱応力等の燃焼ガスの影響から保護するためにシュラウドを設けた点が異なる。なお、第３実施形態は第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する部分を除き、第３実施形態は第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

【0100】

第１実施形態で説明したように、冷却ダクト４０が配置される混合ダクト１０には、５５０°Ｃ以上の高温の燃焼ガスが流入する。冷却ダクト４０内を流通する冷却ガスとして空気（大気）を用いる場合、例えば空気の温度が２０°Ｃであるとすると、燃焼ガスとの温度差が５３０°Ｃ以上となる。このような温度差があると、冷却ダクト４０を形成する外壁面には、温度差に応じた熱応力が発生する。そして、熱応力そのものや、ガスタービンの運転と停止が繰り返されて熱応力が変化することによる疲労により、冷却ダクト４０が損傷を受ける可能性が高い。そこで、第３実施形態では、冷却ダクト４０の外部に、冷却ダクト４０を熱応力等の燃焼ガスの影響から保護するために、シュラウド（保護部）７０が設けられる。

【0101】

図１４は、第３実施形態の冷却ダクトとシュラウドの正面図である。図１４は、第１実施形態の図３を変形したものであり、第１実施形態の図２中の矢印Ａ方向から冷却ダクトとシュラウドを見た正面図である。図１５は、図１４に示される冷却ダクト４０とシュラウド７０のＢ−Ｂ断面図である。図１６は、図１４に示される冷却ダクト４０とシュラウド７０のＣ−Ｃ断面図である。図１７は、図１４に示される冷却ダクト４０とシュラウド７０のＤ−Ｄ断面図である。図１８は、図１４に示される冷却ダクト４０とシュラウド７０のＥ−Ｅ断面図である。図１９は、図１４に示される冷却ダクト４０とシュラウド７０のＦ−Ｆ断面図である。

【0102】

図１４から図１９に示されるように、冷却ダクト４０（４０ａ〜４０ｄ）の上側外壁面と、冷却ダクト４０（４０ａ〜４０ｄ）の下側外壁面を覆うように、シュラウド７０（７０ａ〜７０ｄ）が配置されている。

【0103】

シュラウド７０には、冷却ダクト４０の幅方向（図１４の左右方向）の中心近傍に、断熱ガスが流出する断熱ガス流出孔（断熱ガス流出部）７１,７２,７３,７４が配置されている。断熱ガス流出孔７１,７２,７３,７４は、後述する断熱空間７６を通過した断熱ガスを、燃焼ガスの流通方向に向けて混合ダクト１０内に流出させる。

【0104】

図１５から図１７に示されるように、シュラウド７０（７０ａ〜７０ｄ）は、直方体形状の冷却ダクト４０（４０ａ〜４０ｄ）を形成する外壁面のうち、燃焼ガスの流通方向上流側（図１５から図１７における左側）に位置する上流側外壁面４４（４４ａ〜４４ｄ）を保護する保護面７５（７５ａ〜７５ｄ）を備える。また、シュラウド７０（７０ａ〜７０ｄ）は、冷却ダクト４０の上側（図１５から図１７における上側）に位置する上側外壁面を保護する上側連結面７７（７７ａ〜７７ｄ）を備える。また、シュラウド７０（７０ａ〜７０ｄ）は、冷却ダクト４０の下側（図１５から図１７における下側）に位置する下側外壁面を保護する下側連結面７８（７８ａ〜７８ｄ）を備える。

【0105】

冷却ダクト４０の上側外壁面および下側外壁面は、上流側外壁面４４に略直交する。また、保護面７５と上側連結面７７は、溶接により接合されており、断熱ガスの漏れが発生しないようになっている。同様に、保護面７５と下側連結面７８は、溶接により接合されており、断熱ガスの漏れが発生しないようになっている。

【0106】

冷却ダクト４０と、シュラウド７０の保護面７５、上側連結面７７、および下側連結面７８との間には、断熱空間７６（７６ａ〜７６ｄ）が形成されている。断熱空間７６は、冷却ダクト４０とは独立した空間であり、冷却ダクト４０を燃焼ガスの熱から保護する。また、断熱空間７６に断熱ガスを流通させることによって、より冷却ダクト４０を燃焼ガスの熱から保護することができる。断熱ガスとしては、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、本実施形態では、大気中の空気を断熱ガスとして用いる。

【0107】

図１５から図１７に示されるように、シュラウド７０の保護面７５の断面形状は、燃焼ガスの流通方向上流側（図１５から図１７における左側）に向けて突出した円弧形状である。保護面７５の断面形状を円弧形状としているのは、燃焼ガスの熱により発生する熱応力に対して高い耐久性を発揮する形状だからである。また、円弧形状とすることで、熱応力の影響を受けやすい溶接部分を持たない面として保護面を形成することができる。なお、本実施形態では保護面７５の断面形状を円弧形状としているがこれに限ることはなく、燃焼ガスの流通方向上流側に向けて突出した形状であればよく、例えば山型や台形などの形状を用いることもできる。

【0108】

以下では、シュラウド７０ａについて特に詳細に説明するが、他のシュラウド（７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）についても同様の構成であるので、説明を省略する。

【0109】

断熱空間７６ａは、分配流路４２ａの上流側外壁面４４ａを保護する空間と、分配流路４２ｂの上流側外壁面４４ａを保護する空間とを備える。これら２つの空間は仕切り板により仕切られており、互いに連通していない。分配流路４２ａの上流側外壁面４４ａを保護する断熱空間７６ａは、冷却ガス流入部４１ａと連通しており、前述した連結ダクトから送風される空気が流入する。また、分配流路４２ｂの上流側外壁面４４ａを保護する断熱空間７６ａは、冷却ガス流入部４１ｂと連通しており、前述した連結ダクトから送風される空気が流入する。

【0110】

従って、冷却ガス流入部４１ａは断熱ガスが流入する流入部（第１の断熱ガス流入部）として機能し、冷却ガス流入部４１ｂは断熱ガスが流入する流入部（第２の断熱ガス流入部）として機能する。
また、冷却ガス流入部４１ａから断熱空間７６ａに流入した断熱ガスは、図１４および図１９に示されるように、断熱ガス流出孔（第１の断熱ガス流出部）７１,７３から混合ダクト１０内に流出する。冷却ガス流入部４１ｂから断熱空間７６ａに流入した断熱ガスは、図１４および図１９に示されるように、断熱ガス流出孔（第２の断熱ガス流出部）７２,７４から混合ダクト１０内に流出する。

【0111】

以上説明したように、本実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、燃焼ガスが流通する混合ダクト１０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、燃焼ガスと冷却ガスが混合した混合ガスを生成する冷却ダクト４０とを有する。従って、冷却ダクト４０から流出した冷却ガスは燃焼ガスと混合され、燃焼ガスが冷却される。また、本実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、冷却ダクトのうち少なくとも燃焼ガスの流通方向上流側に位置する上流側外壁面４４を保護する保護面７５を備え、上流側外壁面４４と保護面７５との間に形成される断熱空間７６に断熱ガスを流通させることにより、冷却ダクト４０を燃焼ガスの熱から保護するシュラウド７０を有する。従って、燃焼ガスの熱の影響を最も受けやすい流通方向上流側に位置する上流側外壁面４４が、燃焼ガスの熱から適切に保護される。

【0112】

本実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、冷却ダクト４０が、燃焼ガスの流通方向と交差する方向に冷却ガスが流入する冷却ガス流入部４１ａ,４１ｂと、冷却ガス流入部４１ａ,４１ｂに流入した冷却ガスを、燃焼ガスの流通方向に向けて混合ダクト１０内に流出させる冷却ガス流出孔６０ａ〜６０ｊと、を備え、シュラウド７０が、燃焼ガスの流通方向と交差する方向に断熱ガスが流入する断熱ガス流入部として機能する冷却ガス流入部４１ａ,４１ｂと、燃焼ガスの流通方向と交差する方向に断熱空間７６を通過した断熱ガスを、燃焼ガスの流通方向に向けて混合ダクト１０内に流出させる断熱ガス流出孔７１,７２,７３,７４と、を備える。

【0113】

本実施形態の燃焼ガス冷却装置１００によれば、冷却ダクト４０には燃焼ガスの流通方向と交差する方向に冷却ガスが流入し、それと同方向に断熱ガスが断熱空間７６を通過するので、冷却ダクト４０の上流側外壁面４４を燃焼ガスの熱から十分に保護することができる。また、断熱空間７６を通過した断熱ガスが、燃焼ガスの流通方向に向けて混合ダクト１０内に流出するので、断熱ガスが燃焼ガスと混合し、燃焼ガスを冷却することができる。

【0114】

本実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、保護面７５の断面形状が、燃焼ガスの流通方向上流側に向けて突出した円弧形状である。このようにすることで、保護面７５に突き当たる燃焼ガスの圧力が保護面に与える影響を軽減することができる。

【0115】

本実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、冷却ダクト４０が、直方体形状のダクトであるとともに、上流側外壁面４４に略直交する２つの外壁面を備え、シュラウド７０が、保護面７５に連結され２つの外壁面を保護する２つの連結面７７,７８を備え、保護面７５および２つの連結面７７,７８と冷却ダクト４０との間に形成される断熱空間７６に断熱ガスを流通させることにより、冷却ダクト４０を燃焼ガスの熱から保護する。また、本実施形態の燃焼ガス冷却装置１００によれば、直方体形状の冷却ダクトの上流側外壁面４４と、それに略直交する２つの外壁面のいずれもが、断熱空間７６を流通する断熱ガスにより適切に保護される。

【0116】

本実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、断熱ガス流出孔７１,７３と、断熱ガス流出孔７２,７４とが、冷却ダクト４０の中心近傍に配置されている。このようにすることで、燃焼ガスの流通量が多く燃焼ガスの温度が高温である領域に対して断熱ガスを流出させ、燃焼ガスの冷却効果を更に高めることができる。

【0117】

本実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、混合ガスが流通する拡大ダクト２０と、拡大ダクト２０の下流に設けられ、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排出する触媒部３０と、を有する。このようにすることで、冷却された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ことができる。

【0118】

本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に燃焼ガスを流通させる工程と、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を生成する工程と、冷却ダクト４０のうち少なくとも燃焼ガスの流通方向上流側に位置する上流側外壁面４４を保護する保護面７５と、上流側外壁面４４との間に形成される断熱空間７６に、断熱ガスを流通させて、冷却ダクト４０を燃焼ガスの熱から保護する保護工程と、を実行する。

【0119】

〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態について、図２０を用いて説明する。
第３実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、４つの冷却ダクト４０ａ〜４０ｄの全てに対して、シュラウド７０ａ〜７０ｄを設けるものであった。それに対して、第４実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、冷却ダクト４０ｂ,４０ｃにシュラウド７０ｂ,７０ｃを設ける一方で、冷却ダクト４０ａ,４０ｄにシュラウド７０ａ,７０ｄを設けない。なお、第４実施形態は第３実施形態の変形例であり、以下で特に説明する部分を除き、第４実施形態は第３実施形態と同様であるので、説明を省略する。

【0120】

図２０は、第４実施形態の冷却ダクトとシュラウドを見た正面図である。図２０は、第１実施形態の図３を変形したものであり、第１実施形態の図２中の矢印Ａ方向から冷却ダクトとシュラウドを見た正面図である。
第３実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、冷却ダクト４０ａを覆うように配置されたシュラウド７０ａを備えるが、第４実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、シュラウド７０ａを備えない。同様に、第３実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、冷却ダクト４０ｄを覆うように配置されたシュラウド７０ｄを備えるが、第４実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、シュラウド７０ｄを備えない。

【0121】

ガスタービン（不図示）から排出される燃焼ガスは、混合ダクト１０の高さ方向の中心位置における流量が多く、また温度も高い。従って、混合ダクト１０の高さ方向の中心位置に近い冷却ダクトが、高温な燃焼ガスによる熱応力の影響を受けやすい。図２０に示されるように、混合ダクト１０の高さ方向の中心位置に近いのは、冷却ダクト４０ｂと冷却ダクト４０ｃである。冷却ダクト４０ｂおよび冷却ダクト４０ｃは、高温な燃焼ガスによる熱応力の影響から保護するために、シュラウド７０ｂおよびシュラウド７０ｃを備える。

【0122】

一方、混合ダクト１０の高さ方向の中心位置から遠い冷却ダクトは、高温な燃焼ガスによる熱応力の影響を受けにくい。図２０に示されるように、混合ダクト１０の高さ方向の中心位置から遠いのは、冷却ダクト４０ａと冷却ダクト４０ｄである。冷却ダクト４０ａおよび冷却ダクト４０ｄは、シュラウドを備えない。

【0123】

以上説明したように、本実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、複数の冷却ダクト４０が、混合ダクト１０の高さ方向に間隔を空けて配置される。そして、本実施形態の燃焼ガス冷却装置１００は、少なくともいずれか１つの冷却ダクト４０を燃焼ガスの熱から保護するシュラウド７０を有する一方で、他の冷却ダクト４０を燃焼ガスの熱から保護するシュラウド７０を有しない。このようにすることで、高温な燃焼ガスによる熱応力の影響を受けやすい冷却ダクトを適切に保護することができる。

【0124】

なお、本実施形態においては、混合ダクト１０の高さ方向の中心位置に近い２つの冷却ダクト４０ｂ,４０ｃに対応するシュラウド７０ｂ,７０ｃを設けるものであったが、他の態様であっても良い。例えば、冷却ダクト４０ｂに対応するシュラウド７０ｂを設ける一方で、冷却ダクト４０ｃに対応するシュラウド７０ｃを設けないようにしても良い。また、４つの冷却ダクト４０のいずれに対してシュラウド７０を設けるかは、燃焼ガスの温度や燃焼ガスの流入方向と冷却ダクトの配置位置等の関係に基づいて適宜変更してもよい。

【符号の説明】

【0125】

１０ 混合ダクト（第１ダクト）
２０ 拡大ダクト（第２ダクト）
３０ 触媒部
４０，４５ 冷却ダクト
４１，４６ 冷却ガス流入部
４２，４７ 分配流路
４３，４８ 仕切り板
５０ 入口ダクト
６０，６２ 冷却ガス流出孔（冷却ガス流出部）
７０ シュラウド（保護部）
７５ 保護面
７６ 断熱空間
１００ 燃焼ガス冷却装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】