湿式排煙脱硫装置及び湿式排煙脱硫方法
【課題】簡素な構成で、設備の大型化や費用の増大を抑えた煤塵除去性能の高い排煙脱硫装置の提供である。
【解決手段】ボイラ等からの排ガスに吸収液を噴霧する複数のスプレノズル１３を有するスプレヘッダ１２と、スプレヘッダ１２の排ガス流れの下流側にミストエリミネータ９とを有し、排ガス中の硫黄酸化物を吸収、除去する吸収塔１を備えた排煙脱硫装置において、スプレヘッダ１２とミストエリミネータ９との間に、補給水供給ライン１５から供給される補給水をスプレヘッダ１２のスプレノズル１３よりも小さい微粒液滴にして排ガス流れに対して向流噴霧する複数の二流体スプレノズル１４を有する除塵用スプレヘッダ１７を設ける。スプレヘッダ１２のスプレノズル１３で除去できない粒径のより小さい煤塵を除塵用の二流体スプレノズル１４により除去することが可能となり、また除塵用の二流体スプレノズル１４に補給水を利用することで、簡素な構成となる。
【解決手段】ボイラ等からの排ガスに吸収液を噴霧する複数のスプレノズル１３を有するスプレヘッダ１２と、スプレヘッダ１２の排ガス流れの下流側にミストエリミネータ９とを有し、排ガス中の硫黄酸化物を吸収、除去する吸収塔１を備えた排煙脱硫装置において、スプレヘッダ１２とミストエリミネータ９との間に、補給水供給ライン１５から供給される補給水をスプレヘッダ１２のスプレノズル１３よりも小さい微粒液滴にして排ガス流れに対して向流噴霧する複数の二流体スプレノズル１４を有する除塵用スプレヘッダ１７を設ける。スプレヘッダ１２のスプレノズル１３で除去できない粒径のより小さい煤塵を除塵用の二流体スプレノズル１４により除去することが可能となり、また除塵用の二流体スプレノズル１４に補給水を利用することで、簡素な構成となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電所や工場等に設置されるボイラ等の燃焼設備から排出される排ガス中の有害成分である硫黄酸化物を除去する湿式排煙脱硫装置に係わり、特に、浮遊粒子状物質のうち２．５μｍ以下の煤塵も除去可能な煤塵除去機能を備えた湿式排煙脱硫装置及び湿式排煙脱硫方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電設備における一般的な湿式排煙脱硫装置の側面図を図１２に示す。
この湿式排煙脱硫装置は、主に排ガス中の有害成分である硫黄酸化物を吸収・除去する吸収塔１と、吸収塔１の排ガス入口ダクト２と、吸収塔１の排ガス出口ダクト３と、排ガスに吸収液を噴霧するスプレノズル１３を備えたスプレヘッダ１２と、吸収塔１内の吸収液の循環ポンプ４と、吸収塔１内の吸収液を貯留する循環タンク６と、循環タンク６内の吸収液を攪拌する攪拌機７と、循環タンク６内の吸収液に酸化用空気を吹き込むための空気吹込み管８と、排ガスに同伴される液滴径の小さいミストを捕集するミストエリミネータ９と、循環タンク６内の吸収液の抜出し管１０と、循環タンク６内の吸収液をスプレヘッダ１２に送る循環配管１１等から構成される。
【０００３】
火力発電所や工場等に設置されるボイラ等の燃焼装置から排出される硫黄酸化物を含む排ガスは、図示していない脱硫ファンにより入口ダクト２から吸収塔１にほぼ水平方向に導入され、上方に流れて吸収塔１の塔頂部に設けられた出口ダクト３から排出される。
【０００４】
吸収塔１では、スプレノズル１３から微細な液滴として噴霧される石灰石または石灰を含むスラリなどの吸収剤の液滴と排ガスとを気液接触させることで、排ガス中のばいじんや塩化水素(ＨＣｌ)、フッ化水素（ＨＦ）等の酸性ガスと共に、排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）はスプレノズル１３の吸収液滴表面で化学的に吸収、除去される。
【０００５】
ＳＯ2を吸収した吸収液は、一旦循環タンク６に溜まり、酸化用攪拌機７によって攪拌されながら、空気吹込み管８から供給される空気中の酸素により酸化され硫酸カルシウム（石膏）を生成する。
循環タンク６にあるスラリ状の吸収液５は、吸収液循環ポンプ４により昇圧され、吸収液循環配管１１を経由して、吸収塔１内の上部のスプレヘッダ１２に供給される。
【０００６】
炭酸カルシウム及び石膏が共存する循環タンク６内の吸収液５の一部は、吸収液循環ポンプ４によって再びスプレノズル１３に送られ、一部は吸収液抜き出し管１０より図示していない廃液処理・石膏回収系へと送られる。また、スプレノズル１３からの噴霧によって微粒化された吸収液５の中で、液滴径が微小なミストは排ガスに同伴されるが、出口ダクト３側に設けられたミストエリミネータ９によって捕集・除去される。
【０００７】
湿式脱硫装置の排ガス流れの上流には図示していない集塵装置が設置され、ボイラから排出されるほとんどの灰は除去されるが、微細な灰は集塵装置でも除去されず、排ガスに同伴されながら湿式脱硫装置に流入する。しかし、湿式脱硫装置の吸収塔１内ではスプレノズル１３から噴霧された多量の吸収液５の液滴が落下しているため、微細な灰のほとんどはこの液滴との慣性衝突により除去される。
【０００８】
しかし、スプレノズル１３から噴霧される液滴で除去できる灰の大きさには限界があり、浮遊粒子状物質のうち２．５μｍ以下のものを対象とするような１μｍ以下のサブミクロン領域の灰は除去されずに、そのまま吸収塔１から排出される。
一方、吸収塔１には９０〜１６０℃程度の排ガスが導入されるため、この排ガスと接触する吸収液５が蒸発して、その蒸発水は図示しない煙突から排出される。したがって、吸収塔１には蒸発した分に見合うだけの補給水として、工業用水を補給水供給ライン１５から連続的に供給している。
【０００９】
下記特許文献１には、吸収塔内に吸収液を噴霧するスプレノズルを複数段設置し、ガス流れ方向に対して最上流のスプレ段よりも下流側のスプレ段の内、少なくとも一段以上に、最上流のスプレ段から噴霧される液滴よりも微粒な液滴を噴霧するスプレノズルを有する微粒液滴スプレ段を設け、サブミクロン単位のダスト粒子の捕集効率を向上させた湿式排煙脱硫装置が開示されている。
【００１０】
また、下記特許文献２には、排ガスの処理温度よりも冷たい微粒液滴を排ガスに噴霧してダストを肥大化させることで捕集効率を高めた脱硫装置が開示されている。
更に、下記特許文献３には、脱硫塔内に水蒸気を吹き込む水蒸気管を設けることで、水蒸気がダストを核として肥大化することで排ガス中の粒子を捕集する脱硫装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平９−１７３７６４号公報
【特許文献２】特開２０００−３２５７４２号公報
【特許文献３】特開平７−１７８３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１〜３に記載の構成によれば、排ガスに微粒な液滴や水蒸気を吹き込むことで、ダスト粒子などの捕集効率を高めている。
しかし、このように排ガスに噴霧したり、吹き込んだりするための液滴や水蒸気等には多量の水が必要となる。また、そのための設備や動力も必要となることから、設備の大型化や費用の増大などの問題が生じる。例えば、特許文献２に記載の構成では、噴霧液の冷却装置、特許文献３に記載の構成では、１００度以上の水蒸気の供給装置などが必要となる。
【００１３】
更に、近年、浮遊粒子状物質のうち２．５μｍ以下の煤塵等の規制が強化されつつあり、このような粒径の煤塵の除去性能の向上が、より一層求められている。
特許文献１に記載の構成では、１０００μｍ以下の微粒液滴を噴霧しているが、この程度の大きさでは効率良くサブミクロン単位の煤塵を除去することは難しい。また、特許文献２に記載の構成では、排ガスの処理温度よりも冷たい微粒液滴を噴霧後、回収してリサイクルしており、このように循環使用した場合は捕集した煤塵が蓄積してしまう。
【００１４】
本発明の課題は、簡素な構成で、設備の大型化や費用の増大を抑えた煤塵除去性能の高い湿式排煙脱硫装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題は、排ガス流れの最下流のスプレ部とミストエリミネータとの間に、スプレ部のスプレノズルから噴霧される液滴よりも径の小さい微粒液滴を排ガス流れに対して向流噴霧する複数の二流体スプレノズルからなる除塵用の微粒スプレ部を設け、湿式排煙脱硫装置内の蒸発などによる損失分を補うための補給水を微粒スプレ部から排ガスに噴霧することにより達成される。
【００１６】
また、上記本発明の課題は、下記の構成を採用することにより達成できる。
請求項１記載の発明は、ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスに吸収液を噴霧する複数のスプレノズルを有するスプレ部と該スプレ部の排ガス流路の下流側に設けられ、排ガス流れに同伴されるミストを捕集するミストエリミネータとを有し、排ガス中の硫黄酸化物を吸収、除去する吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置において、前記吸収塔に補給水を供給する補給水供給部を設け、前記スプレ部と前記ミストエリミネータとの間に、前記補給水供給部により供給される水を前記スプレ部のスプレノズルから噴霧される液滴よりも微粒液滴にして排ガス流れに対して向流噴霧する複数の二流体スプレノズルからなる除塵用の微粒スプレ部を設けた湿式排煙脱硫装置である。
【００１７】
請求項２記載の発明は、前記微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルから噴霧される液滴の平均径は、予め求められた排ガス中の一定の大きさの煤塵を所定割合以上除去可能な排ガスと微粒スプレ部の噴霧液量との液ガス比（Ｌ／Ｇ）と前記微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルから噴霧される液滴の平均径との関係と、前記吸収塔に供給する補給水から換算される液ガス比（Ｌ／Ｇ）とにより求められる平均径である請求項１記載の湿式排煙脱硫装置である。
【００１８】
請求項３記載の発明は、前記微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルは、上方に流れる排ガスに対して、下方に噴霧する二流体スプレノズルであって、微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルを略水平方向に設けると共に、該複数の二流体スプレノズル同士の間隔を、排ガス流速と各スプレノズルの噴霧領域の外周をなす液滴の噴射速度とその液滴の排ガス流れ方向に対する噴射角度とにより求められる、各スプレノズルの噴霧領域の外周をなす液滴の噴霧されてから排ガス流れにより反転するまでの水平方向の移動距離に基づいて設定する請求項１又は請求項２に記載の湿式排煙脱硫装置である。
【００１９】
請求項４記載の発明は、前記微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルは、上方に流れる排ガスに対して、下方に噴霧する二流体スプレノズルであって、微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルを略水平方向に設けると共に、該複数の二流体スプレノズル同士の間隔Ｐ（ｍ）を、各スプレノズルの噴霧領域の外周をなす液滴の噴射速度Ｖｐ（ｍ／ｓ）とその液滴の排ガス流れ方向に対する噴射角度θ（ｄｅｇ）とにより表される下記式（１）［（−１.２×１０-5）θ2＋（１.５×１０-3)θ−８.５×１０-3］×Ｖｐ0.5 （１）
の値に基づいて設定する請求項１又は請求項２に記載の湿式排煙脱硫装置である。
【００２０】
請求項５記載の発明は、ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスを吸収塔に導入して、吸収塔内に設けたスプレ部の複数のスプレノズルから吸収液を噴霧して、前記排ガス中に含まれる硫黄酸化物を吸収、除去し、吸収塔内の排ガス流れに同伴されるミストをスプレ部より排ガス流路の下流側に設けたミストエリミネータにより捕集する排煙脱硫方法において、前記スプレ部と前記ミストエリミネータとの間の排ガスに、前記吸収塔に供給する補給水に気体を混合して微粒化することで前記スプレノズルから噴霧される液滴よりも微粒液滴にして、排ガス流れに対して向流噴霧する湿式排煙脱硫方法である。
【００２１】
請求項６記載の発明は、排ガス中の一定の大きさの煤塵を所定割合以上除去可能な微粒液滴の平均径と排ガスと微粒液滴の噴霧液量との液ガス比（Ｌ／Ｇ）との関係を予め求めておき、前記吸収塔に供給する補給水から換算される液ガス比（Ｌ／Ｇ）と前記予め求めた関係から求められる平均径の微粒液滴を噴霧する請求項５記載の湿式排煙脱硫方法である。
【００２２】
請求項７記載の発明は、前記微粒液滴を略水平方向に設けた複数の噴霧位置から上方に流れる排ガスに対して下方に噴霧する湿式排煙脱硫方法であって、排ガス流速と前記各噴霧位置の噴霧領域の外周をなす液滴の噴射速度とその液滴の排ガス流れ方向に対する噴射角度とにより求められる、各噴霧位置の噴霧領域の外周をなす微粒液滴の噴霧されてから排ガス流れにより反転するまでの微粒液滴の水平方向の移動距離に基づいて、間隔を設けた噴霧位置から微粒液滴を噴霧する請求項５又は請求項６に記載の湿式排煙脱硫方法である。
【００２３】
請求項８記載の発明は、前記微粒液滴を略水平方向に設けた複数の噴霧位置から上方に流れる排ガスに対して下方に噴霧する湿式排煙脱硫方法であって、前記各噴霧位置の噴霧領域の外周をなす液滴の噴射速度Ｖｐ（ｍ／ｓ）とその液滴の排ガス流れ方向に対する噴射角度θ（ｄｅｇ）とにより表される下記式（１）
［（−１.２×１０-5）θ2＋（１.５×１０-3)θ−８.５×１０-3］×Ｖｐ0.5 （１）
の値に基づいて、間隔を設けた噴霧位置から微粒液滴を噴霧する請求項５又は請求項６に記載の湿式排煙脱硫方法である。
【００２４】
（作用）
排ガスに微粒な液滴や水蒸気を吹き込む場合は、多量の水が必要となり、そのための設備や動力も必要となるが、本発明によれば、除塵用の微粒スプレ部から噴霧する水として湿式排煙脱硫装置内の蒸発などによる損失分を補うための補給水を利用する。したがって、微粒スプレ部の水には新たな水を必要とせず、ユーティリティが増加することもなく、排煙脱硫装置内の水バランス（水の蒸発量と補給量）が崩れることもない。
【００２５】
そして、除塵用の微粒スプレ部には、液体と気体を混合させることで微細な液体の粒子を作り出す二流体スプレノズルを使用することで、スプレ部から噴霧される吸収液の液滴よりも微細な液滴を噴霧することが可能となり、より小さな煤塵をも除去することが可能となる。
【００２６】
すなわち、請求項１又は請求項５記載の発明によれば、スプレ部とミストエリミネータとの間に、スプレ部のスプレノズルよりも液滴径の小さい液滴を排ガス流れに対して向流噴霧する複数の二流体スプレノズルからなる除塵用の微粒スプレ部を設けることで、スプレ部で除去できない粒径のより小さい煤塵を除去することが可能となる。
【００２７】
また、除塵用の微粒スプレ部に補給水を利用することで、簡素な構成となり、設備の大型化や費用の増大を抑えることができる。
更に、ミストエリミネータよりも排ガス流れの上流側で連続的に補給水を噴霧することで、ミストエリミネータの洗浄効果も期待できると共に、ミストエリミネータの洗浄水量及び洗浄頻度を低減することも可能である。
【００２８】
また、排ガス中に微粒液滴を噴霧して煤塵を捕集する際、排ガス中の煤塵と液滴との慣性衝突の作用で除去できる煤塵の大きさには限界がある。従来技術における脱硫装置では、スプレノズルから噴霧される液滴の大きさが２０００〜３０００μｍと比較的大きく、微粒子の除去に関して十分配慮されていなかった。
【００２９】
排ガス中の煤塵と液滴との慣性衝突で除去される煤塵の大きさは液滴の大きさに依存し、液滴を小さくすることで除去可能な煤塵の限界粒径を小さくすることができる。また、その煤塵の除去に要する液量を低減することも可能となる。
【００３０】
そこで、一定の大きさの煤塵を所定割合以上除去可能な排ガスと噴霧液量（微粒スプレ部のみの液量）との液ガス比（Ｌ／Ｇ）と微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルから噴霧される液滴の平均径との関係（すなわち、液ガス比と液滴の平均径との関係）を予め求めておき、吸収塔に必要な補給水供給量を液ガス比に換算して、この液ガス比と前記液ガス比と液滴の平均径との関係から微粒スプレ部の液滴の平均径を求める。そして、この求められた平均径の液滴を微粒スプレ部から排ガスに噴霧すれば、補給水供給量で微粒スプレ部に必要な水量を賄うことができる。なお、液ガス比とは、単位排ガス量当たりに噴霧する液量であり、Ｌ／Ｇと表す場合がある。
【００３１】
例えば、１μｍの煤塵を９０％除去するために必要な前記液ガス比（Ｌ／Ｇ）と微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルから噴霧される液滴の平均径とには後述する図２に示すような関係がある。そこで、吸収塔に必要な補給水供給量を液ガス比に換算して、この液ガス比と前記液ガス比と液滴の平均径との関係から微粒スプレ部の液滴の平均径を求めることで、より効果的にサブミクロン単位の煤塵を除去できる。
【００３２】
図２によれば、微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルから噴霧される液滴の平均径を１３０μｍ以下にすることで、より少ない液量で１μｍ以下の小さな煤塵も除去することが可能になる。
【００３３】
したがって、請求項２又は請求項６記載の発明によれば、上記請求項１又は請求項５記載の発明の作用に加えて、一定の大きさの煤塵を所定割合以上除去可能な液ガス比（Ｌ／Ｇ）と微粒スプレ部の液滴の平均径との関係を予め求めておき、吸収塔に必要な補給水供給量を液ガス比に換算して、この液ガス比と前記液ガス比と液滴の平均径との関係により求められる平均径の液滴を排ガスに噴霧することで、より効果的にサブミクロン単位の煤塵を除去できる。
【００３４】
一方、除塵用の微粒スプレ部から噴霧する液滴の径を小さくすると、排ガス流れに対して向流噴霧された液滴も排ガスにあおられて反転し、排ガス流れに同伴されるようになる。その同伴流では効果的にサブミクロン単位の煤塵を除去できないため、微粒スプレ部のいずれの領域も液滴と排ガスが向流接触するように、二流体スプレノズルの間隔に配慮する必要がある。
【００３５】
微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルを略水平方向に設置する場合、微粒スプレ部の二流体スプレノズルの間隔は、液滴が下方に噴霧されてから上昇する排ガス流れにより反転して液滴が上昇するまでの液滴の水平方向の移動距離を基準に設定すれば良い。二流体スプレノズルからは液滴が霧状に噴霧されるため、この噴霧領域の外周部をなす、すなわち二流体スプレノズルの中心から遠くに飛散する液滴の水平方向の移動距離を基準にすれば良い。
【００３６】
この水平方向の移動距離は、上昇する排ガスの流速と微粒スプレ部の二流体スプレノズルから下方に噴霧される液滴のうち噴霧領域の外周部をなす液滴の噴射速度とその液滴の排ガス流れに対する噴射角度から定まる。
【００３７】
例えば、全てのスプレノズルの噴霧条件が同じである場合は、微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズル同士の間隔を、前記水平方向の移動距離の２倍以内にすれば良い。
なお、この間隔の基準は、各スプレノズルの中心間の距離とすれば良い。
【００３８】
したがって、請求項３又は請求項７記載の発明によれば、上記請求項１又は請求項２、請求項５又は請求項６記載の発明の作用に加えて、微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズル同士の間隔を、各スプレノズルの噴霧領域の外周部をなす液滴の噴霧されてから排ガス流れにより反転するまでの水平方向の移動距離に基づいて設定することで、微粒スプレ部のいずれの領域も液滴と排ガスの向流接触が可能となる。
【００３９】
微粒スプレ部の二流体スプレノズルから噴霧される液滴はスプレノズルの中心を頂点とした円錐状に噴霧されるため、前記水平方向の移動距離は、外周部の液滴の噴霧されてから反転するまでの移動距離を円錐の側面長さ（母線の長さ）とした場合の底面の円の半径Ｒとなる。この円錐で囲まれる範囲が、液滴と排ガスが向流接触可能な範囲となり、すなわち、除塵に効果的な範囲である。そして、この半径Ｒを有効半径Ｒといい、平面視ではスプレノズルの中心を中心とした半径Ｒの円で囲まれる範囲がスプレノズルから噴霧される液滴と排ガスが向流接触可能な範囲となる。また円錐状とは、概ね円錐形状であれば良く、シャワー状、傘状、釣り鐘状などの形状も含む意である。
【００４０】
そして、微粒スプレ部の二流体スプレノズルから噴霧される液滴と排ガスが向流接触可能な範囲は、排ガスの流速よりも液滴の噴射速度と噴射角度に大きく影響を受ける。例えば、微粒スプレ部の液滴の噴射速度及び噴射角度と有効半径Ｒには、後述する図９に示すような関係がある。微粒スプレ部の二流体スプレノズルから噴霧される液滴は下降するが、それに抗する排ガス流れにより反転して上昇する。
【００４１】
したがって、微粒スプレ部の二流体スプレノズルの間隔Ｐをスプレノズルの噴霧条件である噴射角度（排ガス流に対する液滴の噴射角度）と噴射速度の関係で一義的に決まるように定義づけすると良い。
そして、図９に示す関係から液滴の噴射速度Ｖｐ（ｍ／ｓ）と噴射角度θ（ｄｅｇ）との関係を整理すると、下記式（１）で表すことができる。
Ｒ（ｍ）＝[（−１.２×１０-5) θ2+（１.５×１０-3)θ−８.５×１０-3]×Ｖｐ0.5（１）
例えば、微粒スプレ部の各二流体スプレノズルから同じ噴霧条件で噴霧される場合は、スプレノズルの間隔Ｐ（ｍ）を式（１）の有効半径Ｒ（ｍ）の２倍以内にすると良い。
したがって、請求項４又は請求項８記載の発明によれば、上記請求項１又は請求項２、請求項５又は請求項６記載の発明の作用に加えて、微粒スプレ部の二流体スプレノズル同士の間隔Ｐ（ｍ）を 式（１）の数値に基づいて設定することで、サブミクロン単位の煤塵を除去することが可能となる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、簡素な構成で、設備の大型化や費用の増大を抑えて煤塵の除去性能を高めることができる。具体的には、以下の効果を奏する。
請求項１又は請求項５記載の発明によれば、スプレ部のスプレノズルよりも液滴径の小さい液滴を除塵用の微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルから排ガス流れに対して向流に噴霧することで、スプレ部で除去できない粒径のより小さい煤塵を除去することが可能となる。また、微粒スプレ部に補給水を利用することで、新たな水を必要とせず、ユーティリティが増加することもなく、排煙脱硫装置内の水バランス（水の蒸発量と補給量）が崩れることもない。
【００４３】
更に、ミストエリミネータよりも排ガス流れの上流側で連続的に補給水を噴霧することで、ミストエリミネータの洗浄効果も期待でき、ミストエリミネータの洗浄水量及び洗浄頻度を低減できる。
【００４４】
また、請求項２又は請求項６記載の発明によれば、上記請求項１又は請求項５記載の発明の効果に加えて、予め求めた除塵に効果的な液ガス比（Ｌ／Ｇ）と微粒スプレ部の液滴の平均径との関係と、補給水供給量から換算した液ガス比とによって求められる平均径の液滴を排ガスに噴霧することで、より効果的にサブミクロン単位の煤塵を除去できる。
【００４５】
そして、請求項３又は請求項７記載の発明によれば、上記請求項１又は請求項２、請求項５又は請求項６記載の発明の効果に加えて、微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズル同士の間隔を、各スプレノズルの噴霧領域の外周部をなす液滴の噴霧されてから排ガス流れにより反転して上昇するまでの水平方向の移動距離に基づいて設定することで、微粒スプレ部のいずれの領域においても液滴と排ガスが向流接触するため、効果的に煤塵を除去できる。
【００４６】
請求項４又は請求項８記載の発明によれば、上記請求項１又は請求項２、請求項５又は請求項６記載の発明の効果に加えて、微粒スプレ部の二流体スプレノズル同士の間隔Ｐ（ｍ）を 式（１）の数値に基づいて設定することで、スプレノズルの間隔設定が容易であると共に、より効果的にサブミクロン単位の煤塵を除去することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施例である湿式排煙脱硫装置の側面図である。
【図２】図１の湿式排煙脱硫装置において、１μｍの煤塵を９０％除去するのに必要な液ガス比（Ｌ／Ｇ）と除塵用スプレノズルから噴霧される液滴の平均径との関係を示した図である。
【図３】排ガスの流速を４ｍ／ｓとした場合の除塵用スプレノズルから噴霧された液滴の飛跡を計算した結果を示した図である。
【図４】排ガスの流速を２ｍ／ｓとした場合（比較的低負荷時）の除塵用スプレノズルから噴霧された液滴の飛跡を計算した結果を示した図である。
【図５】排ガスの流速を１ｍ／ｓとした場合（低負荷時）の除塵用スプレノズルから噴霧された液滴の飛跡を計算した結果を示した図である。
【図６】除塵用スプレノズルから噴霧される液滴の噴射方向を示した図である。
【図７】除塵用スプレノズルから噴霧される液滴の噴射方向を示した図である。
【図８】除塵用スプレノズルから噴霧される液滴の噴射速度Ｖｐと有効半径Ｒとの関係を示した図である。
【図９】除塵用スプレノズルから噴霧される液滴の噴射速度Ｖｐと噴射角度θと有効半径Ｒとの関係を示した図である。
【図１０】図９に示した除塵用スプレノズルから噴霧される液滴の噴射角度θと比例乗数αとの関係を示した図である。
【図１１】本発明の他の実施例である湿式排煙脱硫装置の側面図である。
【図１２】従来の湿式排煙脱硫装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下に、本発明の実施の形態を示す。
【実施例１】
【００４９】
図１には、本発明の一実施例である湿式排煙脱硫装置の側面図を示す。なお、図１の湿式排煙脱硫装置において、図１２の湿式排煙脱硫装置と同じ符号の部材の説明は一部省略している。
【００５０】
この湿式排煙脱硫装置は、主に排ガス中の有害成分である硫黄酸化物を吸収・除去する吸収塔１と、吸収塔１の排ガス入口ダクト２と、吸収塔１の排ガス出口ダクト３と、排ガスに吸収液を噴霧するスプレノズル１３を備えたスプレヘッダ１２と、吸収塔１内の吸収液の循環ポンプ４と、吸収塔１内の吸収液を貯留する循環タンク６と、循環タンク６内の吸収液を攪拌する攪拌機７と、循環タンク６内の吸収液に酸化用空気を吹き込むための空気吹込み管８と、排ガスに同伴される液滴径の小さいミストを捕集するミストエリミネータ９と、循環タンク６内の吸収液の抜出し管１０と、循環タンク６内の吸収液をスプレヘッダ１２に送る循環配管１１等から構成される。
【００５１】
火力発電所や工場等に設置されるボイラ等の燃焼装置から排出される硫黄酸化物を含む排ガスは、図示していない脱硫ファンにより入口ダクト２から吸収塔１にほぼ水平方向に導入され、上方に流れて吸収塔１の塔頂部に設けられた出口ダクト３から排出される。
【００５２】
吸収塔１では、スプレノズル１３から微細な液滴として噴霧される石灰石または石灰を含むスラリなどの吸収剤の液滴と排ガスとを気液接触させることで、排ガス中のばいじんや塩化水素(ＨＣｌ)、フッ化水素（ＨＦ）等の酸性ガスと共に、排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）はスプレノズル１３の吸収液滴表面で化学的に吸収、除去される。
【００５３】
ＳＯ2を吸収した吸収液は、一旦循環タンク６に溜まり、酸化用攪拌機７によって攪拌されながら、空気吹込み管８から供給される空気中の酸素により酸化され硫酸カルシウム（石膏）を生成する。
【００５４】
循環タンク６にあるスラリ状の吸収液５は、吸収液循環ポンプ４により昇圧され、吸収液循環配管１１を経由して、吸収塔１内の上部のスプレヘッダ１２に供給される。
炭酸カルシウム及び石膏が共存する循環タンク６内の吸収液５の一部は、吸収液循環ポンプ４によって再びスプレノズル１３に送られ、一部は吸収液抜き出し管１０より図示していない廃液処理・石膏回収系へと送られる。また、スプレノズル１３からの噴霧によって微粒化された吸収液５の中で、液滴径が微小なミストは排ガスに同伴されるが、出口ダクト３側に設けられたミストエリミネータ９によって捕集・除去される。
【００５５】
湿式脱硫装置の排ガス流れの上流には図示していない集塵装置が設置され、ボイラから排出されるほとんどの灰は除去されるが、微細な灰は集塵装置でも除去されず、排ガスに同伴されながら湿式脱硫装置に流入する。しかし、湿式脱硫装置の吸収塔１内ではスプレノズル１３から噴霧された多量の吸収液５の液滴が落下しているため、微細な灰のほとんどはこの液滴との慣性衝突により除去される。
【００５６】
図１に示す湿式排煙脱硫装置は、最上段のスプレノズル１３とミストエリミネータ９との間に二流体方式の除塵用スプレノズル１４を複数配置した除塵用スプレヘッダ１７を備え、この除塵用スプレヘッダ１７に補給水供給ライン１５を設け、除塵用スプレノズル１４から補給水として工業用水を噴霧する点で図１２に示す従来の湿式排煙脱硫装置と異なる。
【００５７】
従来の湿式排煙脱硫装置では、スプレノズル１３から噴霧される液滴で除去できる灰の大きさには限界があり、浮遊粒子状物質のうち２．５μｍ以下のものを対象とするような１μｍ以下のサブミクロン領域の灰は除去されずに、そのまま吸収塔１から排出されていた。
【００５８】
排ガス中の煤塵とスプレノズル１３から噴霧される吸収液５の液滴との慣性衝突で除去される煤塵の大きさは噴霧される液滴の大きさに依存し、排ガスに噴霧される液滴を小さくすることで除去可能な煤塵の限界粒径を小さくすることができる。また、その煤塵の除去に要する液量を低減することも可能となる。
【００５９】
本実施例によれば、ミストエリミネータ９の上流側に小容量の除塵用スプレノズル１４として二流体スプレノズルを複数配置しており、除塵用スプレノズル１４から微粒液滴が円錐状に噴霧される。二流体スプレノズルによれば、圧縮空気供給管１６から圧縮空気を除塵用スプレノズル１４に送り、除塵用スプレノズル１４の内部で水に気体を混合させるため、高速気流によって液体が粉砕して微粒化する。このように、液体と気体を混合させることで微細な液体の粒子を作り出し、スプレノズル１３から噴霧される吸収液５の液滴よりも微細な液滴を噴霧することが可能となり、より小さな煤塵をも除去することが可能となる。なお、除塵用スプレヘッダ１７を複数段備えても良い。
【００６０】
また、吸収塔１には９０〜１６０℃程度の排ガスが導入されるため、この排ガスと接触する吸収液５が蒸発して、その蒸発水は図示しない煙突から排出される。したがって、吸収塔１には蒸発した分に見合うだけの補給水として工業用水を連続的に供給する必要がある。
【００６１】
本実施例によれば、除塵用スプレノズル１４から噴霧する水に補給水を利用することで、新たな水を必要とせず、ユーティリティが増加することもなく、水バランスが崩れることもない。また、ミストエリミネータ９よりも排ガス流れの上流側で連続的に補給水を噴霧することで、ミストエリミネータ９の洗浄効果も期待できると共に、ミストエリミネータの洗浄水量及び洗浄頻度を低減することも可能である。
【００６２】
図２には、図１の湿式排煙脱硫装置において、１μｍの煤塵を９０％除去するのに必要な液ガス比（Ｌ／Ｇ）と除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴の平均径との関係を示す。吸収塔１に導入される排ガス流速を４ｍ／ｓとし、除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴径を、レーザー位相ドップラー計測器により測定した。なお、スプレノズル１３から噴霧される液滴は、除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴に比べて大きいため、サブミクロン単位の煤塵を除去できない。したがって、スプレノズル１３からの噴霧滴量は考慮する必要はない。
【００６３】
図２からも分かるように、除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴を小さくすることで、より少ないＬ／Ｇで微粒の煤塵を除去できることが分かる。
したがって、除塵に効果的な液ガス比（Ｌ／Ｇ）と除塵用スプレノズル１４の液滴の平均径との関係を予め求めておき、吸収塔１に必要な補給水供給量を液ガス比に換算して、この液ガス比と前記液ガス比と液滴の平均径との関係から除塵用スプレノズル１４により噴霧する液滴の平均径を求めることで、より効果的にサブミクロン単位の煤塵を除去できる。
【００６４】
例えば、一般的な湿式排煙脱硫装置の補給水供給量をＬ／Ｇに換算すると０．０５Ｌ／ｍ3Ｎであり、除塵用スプレノズル１４から噴霧する水を補給水だけで賄うためには、除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴の径を１３０μｍ以下にすればよいことが分かる。ここで、一般的な湿式排煙脱硫装置とは、排ガス流路の上流側に冷却塔やガスクーラが設置されていない入口ガス温度として１３０〜１６０℃の脱硫装置であり、その補給水供給量とは１０００ＭＷのボイラの場合で１２５〜１６０ｔ／ｈ程度である。１０００ＭＷの排ガス量を３００万ｍ3Ｎ／ｈとすれば、Ｌ／Ｇ＝（１２５〜１６０）×１０００／３００万≒０．０５リットル／ｍ3Ｎとなる。
そして、除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴の径を１３０μｍ以下にすることで、より少ない液量で１μｍ以下の小さな煤塵も除去することが可能になる。
【００６５】
一方、除塵用スプレノズル１４から噴霧する液滴の径を小さくすると、排ガスに対して向流噴霧された液滴も排ガスにあおられて反転し、排ガス流れに同伴されるようになる。その同伴流では効果的にサブミクロン単位の煤塵を除去できないため、除塵用スプレノズル１４を設置したいずれの領域も液滴と排ガスが向流接触するように、除塵用スプレノズル１４の間隔に配慮する必要がある。
【００６６】
図３には、排ガスの流速を４ｍ／ｓとした場合の除塵用スプレノズル１４から噴霧された液滴の飛跡を計算した結果を示し、図４には、排ガスの流速を２ｍ／ｓとした場合（比較的低負荷時）の除塵用スプレノズルから噴霧された液滴の飛跡を計算した結果を示し、図５には、排ガスの流速を１ｍ／ｓとした場合（低負荷時）の除塵用スプレノズルから噴霧された液滴の飛跡を計算した結果を示す。この液滴は、円錐状（シャワー状）に噴霧する場合の一番外側（噴霧領域の外周をなす）の液滴であり、霧状に噴霧される液滴のうちの一滴（代表的な液滴）を指している。また、図３〜図５のｘ軸、ｙ軸の基準点（ゼロ点）は除塵用スプレノズル１４の中心である。
【００６７】
図３の計算条件として、ガス流速を４ｍ／ｓ、液滴径を１３０μｍ、噴射角度を４５度、液滴の噴射速度Ｖｐを５０〜４００ｍ／ｓ（５段階の速度）とした。また、図４及び図５には、低負荷（低ボイラ出力）時を想定したガス流速２ｍ／ｓ及び１ｍ／ｓの場合の液滴の飛跡を計算した結果を示す。図４及び図５の計算条件としては、ガス流速以外は図３の計算条件と同様とした。
【００６８】
除塵用スプレノズル１４から下方に噴射された液滴は吸収塔１内を上昇する排ガスに抗して下方に飛散するが、液滴が有する運動エネルギーは排ガスに抗して下方に飛散する際に、排ガスによる抵抗力によって失われ、除塵用スプレノズル１４から或る距離で排ガスにあおられて反転し、排ガス流れに同伴されて上昇する。したがって、除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴は、Ｕターンの飛跡を描く。
【００６９】
そして、この液滴が反転する除塵用スプレノズル１４からの距離（噴霧されてから反転するまでの液滴の移動距離）は図３から図５に示される通り、排ガスのガス流速Ｕｇと噴射速度Ｖｐ、更には噴射角度θによっても変わってくるが、液滴が排ガス流れと同伴流になるとサブミクロン単位の煤塵粒子を除去することは難しくなるため、液滴と排ガスが向流接触する微粒子を効果的に除去可能な範囲は液滴が噴射されてから反転するまでと考えられる。
【００７０】
したがって、除塵用スプレノズル１４同士の間隔を、各除塵用スプレノズル１４の噴霧領域の外周部をなす液滴の噴霧されてから反転するまでの水平方向の移動距離に基づいて設定することで、除塵用スプレノズル１４を設置したいずれの領域も液滴と排ガスの向流接触が可能となり、効果的に煤塵を除去できる。
【００７１】
例えば、図６に示すように、各除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴の噴射速度や噴射角度などの噴射条件がほぼ同じであれば（噴射方向を実線で示す）、除塵用スプレノズル１４同士の間隔をこの液滴の水平方向の移動距離ｈ１の２倍と同じ間隔又はそれ以内にすれば良い。
【００７２】
また、図７に示すように、各除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴の噴射条件が異なる場合は、隣接する除塵用スプレノズル１４の互いに向かい合う方向に噴霧される各液滴の水平方向の移動距離を足した距離（ｈ２＋ｈ３）と同じ又はそれ以内の距離を、これら除塵用スプレノズル１４同士の間隔とすれば良い。
【００７３】
除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴は除塵用スプレノズル１４の中心を頂点とした円錐状に噴霧されるため、前記水平方向の移動距離は、外周部の液滴の噴霧されてから反転するまでの移動距離（除塵用スプレノズル１４の中心からの移動距離）を円錐の側面長さ（母線の長さ）とした場合の底面の円の半径Ｒとなる。この円錐で囲まれる範囲が、液滴と排ガスが向流接触可能な範囲となり、すなわち、除塵に効果的な範囲である。そして、この半径Ｒを有効半径Ｒといい、平面視では除塵用スプレノズル１４の中心を中心とした半径Ｒの円で囲まれる範囲が除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴と排ガスが向流接触可能な範囲となる。
【００７４】
図８には、除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴の噴射速度Ｖｐと有効半径Ｒとの関係を示し、図９には、除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴の噴射角度θを変えた場合の噴射速度Ｖｐと有効半径Ｒとの関係を示す。なお、図８の数値は図３〜図５の計算結果から求めた。
【００７５】
図８からも分かるように、排ガスの流速、すなわち負荷（ボイラ出力）が変化しても、通常想定される排ガスの流速の範囲（ここでは１〜４ｍ／ｓ）では、有効半径Ｒにはほとんど影響しないことが分かる。むしろ低負荷（排ガスの流速が遅い）になると有効半径Ｒは若干大きくなる傾向があり、除塵用スプレノズル１４同士の間隔Ｐを定格負荷時の有効半径Ｒに合わせて設定しておけば、低負荷時においてもサブミクロン領域の煤塵の除去性能が低下することはない。
【００７６】
そして、この有効半径Ｒは、上述の排ガスの流速に比べて液滴の噴射速度と噴射角度に大きく影響を受ける。図９に示すように、液滴の噴射速度Ｖｐ（図中ではｘ軸）と有効半径Ｒ（図中ではｙ軸）の関係は、それぞれ図中の式で表され、Ｖｐの約０．５乗に比例することが分かる。噴射角度θによって比例乗数αが変化するため、液滴の噴射角度θと比例乗数αの関係を整理すると図１０のようになる。
【００７７】
図１０には、図９に示した除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴の噴射角度θと比例乗数αとの関係を示す。このθとαの関係は図中に示したような二次関数で表されるため、有効半径Ｒは、下記式（１）で表すことができる。
Ｒ＝[（−１.２×１０-5) θ2+（１.５×１０-3)θ−８.５×１０-3]×Ｖｐ0.5（１）
したがって、除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴が円錐状に噴霧される場合、隣り合うスプレノズルからは互いに向かい合う方向に液滴が噴霧されるため、隣り合う除塵用スプレノズル１４同士の間隔Ｐをこの有効半径Ｒ１（一方のスプレノズルの有効半径）とＲ２（他方のスプレノズルの有効半径）の加算値（Ｒ１＋Ｒ２）以内にしておけば、除塵用スプレノズル１４を設置したいずれの領域も液滴と排ガスの向流接触が可能となり、サブミクロン単位のダスト粒子を除去することが可能となる。
【００７８】
また、全ての除塵用スプレノズル１４の噴射条件が同じである場合は、全ての除塵用スプレノズル１４の設置間隔を有効半径Ｒの２倍以内にすることで、除塵用スプレノズル１４の間隔設定が容易になる。
【実施例２】
【００７９】
図１１には、本発明の他の実施例である湿式排煙脱硫装置の側面図を示す。
この実施例２の湿式排煙脱硫装置は実施例１（図１）の湿式排煙脱硫装置とは、補給水に海水を利用した点で異なる。補給水に海水を利用することで海水中の塩類が濃縮され、吸収液５中の塩濃度が増大することになるが、補給水として使用される工業用水の量を低減することができ、節水が求められる地域の湿式排煙脱硫装置として適用することが可能となる。
【００８０】
また、本実施例特有の効果としては、吸収液５中の塩濃度が増大することで、吸収液中の水銀（排ガス中の水銀を吸収したもの）が安定化し、吸収塔１からの再放出を抑制できる。排ガス中の水銀は、吸収液中の塩類と錯体を形成するため安定化する。
【００８１】
補給水に海水を使用する本実施例の場合でも、図２のような関係と吸収塔１に必要な補給水供給量を液ガス比に換算した値とから求められる平均径の液滴を除塵用スプレノズル１４により噴霧しても良い。この場合は、より少ない液量で１μｍ以下の小さな煤塵も除去することが可能になる。
【００８２】
また、除塵用スプレノズル１４同士の間隔を、各除塵用スプレノズル１４の噴霧領域の外周部をなす液滴の噴霧されてから反転するまでの水平方向の移動距離に基づいて設定したり、上記式（１）の有効半径Ｒに基づいて設定することで、より効果的にサブミクロン単位の煤塵を除去できる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
湿式排煙脱硫装置などにおいて、補給水量を低減可能な技術として利用可能性がある。
【符号の説明】
【００８４】
１ 吸収塔 ２ 排ガス入口ダクト
３ 排ガス出口ダクト ４ 循環ポンプ
５ 吸収液 ６ 循環タンク
７ 攪拌機 ８ 空気吹込み管
９ ミストエリミネータ １０ 抜出し管
１１ 循環配管 １２ スプレヘッダ
１３ スプレノズル １４ 除塵用スプレノズル
１５ 補給水供給ライン １６ 圧縮空気供給管
１７ 除塵用スプレヘッダ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電所や工場等に設置されるボイラ等の燃焼設備から排出される排ガス中の有害成分である硫黄酸化物を除去する湿式排煙脱硫装置に係わり、特に、浮遊粒子状物質のうち２．５μｍ以下の煤塵も除去可能な煤塵除去機能を備えた湿式排煙脱硫装置及び湿式排煙脱硫方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電設備における一般的な湿式排煙脱硫装置の側面図を図１２に示す。
この湿式排煙脱硫装置は、主に排ガス中の有害成分である硫黄酸化物を吸収・除去する吸収塔１と、吸収塔１の排ガス入口ダクト２と、吸収塔１の排ガス出口ダクト３と、排ガスに吸収液を噴霧するスプレノズル１３を備えたスプレヘッダ１２と、吸収塔１内の吸収液の循環ポンプ４と、吸収塔１内の吸収液を貯留する循環タンク６と、循環タンク６内の吸収液を攪拌する攪拌機７と、循環タンク６内の吸収液に酸化用空気を吹き込むための空気吹込み管８と、排ガスに同伴される液滴径の小さいミストを捕集するミストエリミネータ９と、循環タンク６内の吸収液の抜出し管１０と、循環タンク６内の吸収液をスプレヘッダ１２に送る循環配管１１等から構成される。
【０００３】
火力発電所や工場等に設置されるボイラ等の燃焼装置から排出される硫黄酸化物を含む排ガスは、図示していない脱硫ファンにより入口ダクト２から吸収塔１にほぼ水平方向に導入され、上方に流れて吸収塔１の塔頂部に設けられた出口ダクト３から排出される。
【０００４】
吸収塔１では、スプレノズル１３から微細な液滴として噴霧される石灰石または石灰を含むスラリなどの吸収剤の液滴と排ガスとを気液接触させることで、排ガス中のばいじんや塩化水素(ＨＣｌ)、フッ化水素（ＨＦ）等の酸性ガスと共に、排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）はスプレノズル１３の吸収液滴表面で化学的に吸収、除去される。
【０００５】
ＳＯ2を吸収した吸収液は、一旦循環タンク６に溜まり、酸化用攪拌機７によって攪拌されながら、空気吹込み管８から供給される空気中の酸素により酸化され硫酸カルシウム（石膏）を生成する。
循環タンク６にあるスラリ状の吸収液５は、吸収液循環ポンプ４により昇圧され、吸収液循環配管１１を経由して、吸収塔１内の上部のスプレヘッダ１２に供給される。
【０００６】
炭酸カルシウム及び石膏が共存する循環タンク６内の吸収液５の一部は、吸収液循環ポンプ４によって再びスプレノズル１３に送られ、一部は吸収液抜き出し管１０より図示していない廃液処理・石膏回収系へと送られる。また、スプレノズル１３からの噴霧によって微粒化された吸収液５の中で、液滴径が微小なミストは排ガスに同伴されるが、出口ダクト３側に設けられたミストエリミネータ９によって捕集・除去される。
【０００７】
湿式脱硫装置の排ガス流れの上流には図示していない集塵装置が設置され、ボイラから排出されるほとんどの灰は除去されるが、微細な灰は集塵装置でも除去されず、排ガスに同伴されながら湿式脱硫装置に流入する。しかし、湿式脱硫装置の吸収塔１内ではスプレノズル１３から噴霧された多量の吸収液５の液滴が落下しているため、微細な灰のほとんどはこの液滴との慣性衝突により除去される。
【０００８】
しかし、スプレノズル１３から噴霧される液滴で除去できる灰の大きさには限界があり、浮遊粒子状物質のうち２．５μｍ以下のものを対象とするような１μｍ以下のサブミクロン領域の灰は除去されずに、そのまま吸収塔１から排出される。
一方、吸収塔１には９０〜１６０℃程度の排ガスが導入されるため、この排ガスと接触する吸収液５が蒸発して、その蒸発水は図示しない煙突から排出される。したがって、吸収塔１には蒸発した分に見合うだけの補給水として、工業用水を補給水供給ライン１５から連続的に供給している。
【０００９】
下記特許文献１には、吸収塔内に吸収液を噴霧するスプレノズルを複数段設置し、ガス流れ方向に対して最上流のスプレ段よりも下流側のスプレ段の内、少なくとも一段以上に、最上流のスプレ段から噴霧される液滴よりも微粒な液滴を噴霧するスプレノズルを有する微粒液滴スプレ段を設け、サブミクロン単位のダスト粒子の捕集効率を向上させた湿式排煙脱硫装置が開示されている。
【００１０】
また、下記特許文献２には、排ガスの処理温度よりも冷たい微粒液滴を排ガスに噴霧してダストを肥大化させることで捕集効率を高めた脱硫装置が開示されている。
更に、下記特許文献３には、脱硫塔内に水蒸気を吹き込む水蒸気管を設けることで、水蒸気がダストを核として肥大化することで排ガス中の粒子を捕集する脱硫装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平９−１７３７６４号公報
【特許文献２】特開２０００−３２５７４２号公報
【特許文献３】特開平７−１７８３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１〜３に記載の構成によれば、排ガスに微粒な液滴や水蒸気を吹き込むことで、ダスト粒子などの捕集効率を高めている。
しかし、このように排ガスに噴霧したり、吹き込んだりするための液滴や水蒸気等には多量の水が必要となる。また、そのための設備や動力も必要となることから、設備の大型化や費用の増大などの問題が生じる。例えば、特許文献２に記載の構成では、噴霧液の冷却装置、特許文献３に記載の構成では、１００度以上の水蒸気の供給装置などが必要となる。
【００１３】
更に、近年、浮遊粒子状物質のうち２．５μｍ以下の煤塵等の規制が強化されつつあり、このような粒径の煤塵の除去性能の向上が、より一層求められている。
特許文献１に記載の構成では、１０００μｍ以下の微粒液滴を噴霧しているが、この程度の大きさでは効率良くサブミクロン単位の煤塵を除去することは難しい。また、特許文献２に記載の構成では、排ガスの処理温度よりも冷たい微粒液滴を噴霧後、回収してリサイクルしており、このように循環使用した場合は捕集した煤塵が蓄積してしまう。
【００１４】
本発明の課題は、簡素な構成で、設備の大型化や費用の増大を抑えた煤塵除去性能の高い湿式排煙脱硫装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題は、排ガス流れの最下流のスプレ部とミストエリミネータとの間に、スプレ部のスプレノズルから噴霧される液滴よりも径の小さい微粒液滴を排ガス流れに対して向流噴霧する複数の二流体スプレノズルからなる除塵用の微粒スプレ部を設け、湿式排煙脱硫装置内の蒸発などによる損失分を補うための補給水を微粒スプレ部から排ガスに噴霧することにより達成される。
【００１６】
また、上記本発明の課題は、下記の構成を採用することにより達成できる。
請求項１記載の発明は、ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスに吸収液を噴霧する複数のスプレノズルを有するスプレ部と該スプレ部の排ガス流路の下流側に設けられ、排ガス流れに同伴されるミストを捕集するミストエリミネータとを有し、排ガス中の硫黄酸化物を吸収、除去する吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置において、前記吸収塔に補給水を供給する補給水供給部を設け、前記スプレ部と前記ミストエリミネータとの間に、前記補給水供給部により供給される水を前記スプレ部のスプレノズルから噴霧される液滴よりも微粒液滴にして排ガス流れに対して向流噴霧する複数の二流体スプレノズルからなる除塵用の微粒スプレ部を設けた湿式排煙脱硫装置である。
【００１７】
請求項２記載の発明は、前記微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルから噴霧される液滴の平均径は、予め求められた排ガス中の一定の大きさの煤塵を所定割合以上除去可能な排ガスと微粒スプレ部の噴霧液量との液ガス比（Ｌ／Ｇ）と前記微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルから噴霧される液滴の平均径との関係と、前記吸収塔に供給する補給水から換算される液ガス比（Ｌ／Ｇ）とにより求められる平均径である請求項１記載の湿式排煙脱硫装置である。
【００１８】
請求項３記載の発明は、前記微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルは、上方に流れる排ガスに対して、下方に噴霧する二流体スプレノズルであって、微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルを略水平方向に設けると共に、該複数の二流体スプレノズル同士の間隔を、排ガス流速と各スプレノズルの噴霧領域の外周をなす液滴の噴射速度とその液滴の排ガス流れ方向に対する噴射角度とにより求められる、各スプレノズルの噴霧領域の外周をなす液滴の噴霧されてから排ガス流れにより反転するまでの水平方向の移動距離に基づいて設定する請求項１又は請求項２に記載の湿式排煙脱硫装置である。
【００１９】
請求項４記載の発明は、前記微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルは、上方に流れる排ガスに対して、下方に噴霧する二流体スプレノズルであって、微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルを略水平方向に設けると共に、該複数の二流体スプレノズル同士の間隔Ｐ（ｍ）を、各スプレノズルの噴霧領域の外周をなす液滴の噴射速度Ｖｐ（ｍ／ｓ）とその液滴の排ガス流れ方向に対する噴射角度θ（ｄｅｇ）とにより表される下記式（１）［（−１.２×１０-5）θ2＋（１.５×１０-3)θ−８.５×１０-3］×Ｖｐ0.5 （１）
の値に基づいて設定する請求項１又は請求項２に記載の湿式排煙脱硫装置である。
【００２０】
請求項５記載の発明は、ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスを吸収塔に導入して、吸収塔内に設けたスプレ部の複数のスプレノズルから吸収液を噴霧して、前記排ガス中に含まれる硫黄酸化物を吸収、除去し、吸収塔内の排ガス流れに同伴されるミストをスプレ部より排ガス流路の下流側に設けたミストエリミネータにより捕集する排煙脱硫方法において、前記スプレ部と前記ミストエリミネータとの間の排ガスに、前記吸収塔に供給する補給水に気体を混合して微粒化することで前記スプレノズルから噴霧される液滴よりも微粒液滴にして、排ガス流れに対して向流噴霧する湿式排煙脱硫方法である。
【００２１】
請求項６記載の発明は、排ガス中の一定の大きさの煤塵を所定割合以上除去可能な微粒液滴の平均径と排ガスと微粒液滴の噴霧液量との液ガス比（Ｌ／Ｇ）との関係を予め求めておき、前記吸収塔に供給する補給水から換算される液ガス比（Ｌ／Ｇ）と前記予め求めた関係から求められる平均径の微粒液滴を噴霧する請求項５記載の湿式排煙脱硫方法である。
【００２２】
請求項７記載の発明は、前記微粒液滴を略水平方向に設けた複数の噴霧位置から上方に流れる排ガスに対して下方に噴霧する湿式排煙脱硫方法であって、排ガス流速と前記各噴霧位置の噴霧領域の外周をなす液滴の噴射速度とその液滴の排ガス流れ方向に対する噴射角度とにより求められる、各噴霧位置の噴霧領域の外周をなす微粒液滴の噴霧されてから排ガス流れにより反転するまでの微粒液滴の水平方向の移動距離に基づいて、間隔を設けた噴霧位置から微粒液滴を噴霧する請求項５又は請求項６に記載の湿式排煙脱硫方法である。
【００２３】
請求項８記載の発明は、前記微粒液滴を略水平方向に設けた複数の噴霧位置から上方に流れる排ガスに対して下方に噴霧する湿式排煙脱硫方法であって、前記各噴霧位置の噴霧領域の外周をなす液滴の噴射速度Ｖｐ（ｍ／ｓ）とその液滴の排ガス流れ方向に対する噴射角度θ（ｄｅｇ）とにより表される下記式（１）
［（−１.２×１０-5）θ2＋（１.５×１０-3)θ−８.５×１０-3］×Ｖｐ0.5 （１）
の値に基づいて、間隔を設けた噴霧位置から微粒液滴を噴霧する請求項５又は請求項６に記載の湿式排煙脱硫方法である。
【００２４】
（作用）
排ガスに微粒な液滴や水蒸気を吹き込む場合は、多量の水が必要となり、そのための設備や動力も必要となるが、本発明によれば、除塵用の微粒スプレ部から噴霧する水として湿式排煙脱硫装置内の蒸発などによる損失分を補うための補給水を利用する。したがって、微粒スプレ部の水には新たな水を必要とせず、ユーティリティが増加することもなく、排煙脱硫装置内の水バランス（水の蒸発量と補給量）が崩れることもない。
【００２５】
そして、除塵用の微粒スプレ部には、液体と気体を混合させることで微細な液体の粒子を作り出す二流体スプレノズルを使用することで、スプレ部から噴霧される吸収液の液滴よりも微細な液滴を噴霧することが可能となり、より小さな煤塵をも除去することが可能となる。
【００２６】
すなわち、請求項１又は請求項５記載の発明によれば、スプレ部とミストエリミネータとの間に、スプレ部のスプレノズルよりも液滴径の小さい液滴を排ガス流れに対して向流噴霧する複数の二流体スプレノズルからなる除塵用の微粒スプレ部を設けることで、スプレ部で除去できない粒径のより小さい煤塵を除去することが可能となる。
【００２７】
また、除塵用の微粒スプレ部に補給水を利用することで、簡素な構成となり、設備の大型化や費用の増大を抑えることができる。
更に、ミストエリミネータよりも排ガス流れの上流側で連続的に補給水を噴霧することで、ミストエリミネータの洗浄効果も期待できると共に、ミストエリミネータの洗浄水量及び洗浄頻度を低減することも可能である。
【００２８】
また、排ガス中に微粒液滴を噴霧して煤塵を捕集する際、排ガス中の煤塵と液滴との慣性衝突の作用で除去できる煤塵の大きさには限界がある。従来技術における脱硫装置では、スプレノズルから噴霧される液滴の大きさが２０００〜３０００μｍと比較的大きく、微粒子の除去に関して十分配慮されていなかった。
【００２９】
排ガス中の煤塵と液滴との慣性衝突で除去される煤塵の大きさは液滴の大きさに依存し、液滴を小さくすることで除去可能な煤塵の限界粒径を小さくすることができる。また、その煤塵の除去に要する液量を低減することも可能となる。
【００３０】
そこで、一定の大きさの煤塵を所定割合以上除去可能な排ガスと噴霧液量（微粒スプレ部のみの液量）との液ガス比（Ｌ／Ｇ）と微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルから噴霧される液滴の平均径との関係（すなわち、液ガス比と液滴の平均径との関係）を予め求めておき、吸収塔に必要な補給水供給量を液ガス比に換算して、この液ガス比と前記液ガス比と液滴の平均径との関係から微粒スプレ部の液滴の平均径を求める。そして、この求められた平均径の液滴を微粒スプレ部から排ガスに噴霧すれば、補給水供給量で微粒スプレ部に必要な水量を賄うことができる。なお、液ガス比とは、単位排ガス量当たりに噴霧する液量であり、Ｌ／Ｇと表す場合がある。
【００３１】
例えば、１μｍの煤塵を９０％除去するために必要な前記液ガス比（Ｌ／Ｇ）と微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルから噴霧される液滴の平均径とには後述する図２に示すような関係がある。そこで、吸収塔に必要な補給水供給量を液ガス比に換算して、この液ガス比と前記液ガス比と液滴の平均径との関係から微粒スプレ部の液滴の平均径を求めることで、より効果的にサブミクロン単位の煤塵を除去できる。
【００３２】
図２によれば、微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルから噴霧される液滴の平均径を１３０μｍ以下にすることで、より少ない液量で１μｍ以下の小さな煤塵も除去することが可能になる。
【００３３】
したがって、請求項２又は請求項６記載の発明によれば、上記請求項１又は請求項５記載の発明の作用に加えて、一定の大きさの煤塵を所定割合以上除去可能な液ガス比（Ｌ／Ｇ）と微粒スプレ部の液滴の平均径との関係を予め求めておき、吸収塔に必要な補給水供給量を液ガス比に換算して、この液ガス比と前記液ガス比と液滴の平均径との関係により求められる平均径の液滴を排ガスに噴霧することで、より効果的にサブミクロン単位の煤塵を除去できる。
【００３４】
一方、除塵用の微粒スプレ部から噴霧する液滴の径を小さくすると、排ガス流れに対して向流噴霧された液滴も排ガスにあおられて反転し、排ガス流れに同伴されるようになる。その同伴流では効果的にサブミクロン単位の煤塵を除去できないため、微粒スプレ部のいずれの領域も液滴と排ガスが向流接触するように、二流体スプレノズルの間隔に配慮する必要がある。
【００３５】
微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルを略水平方向に設置する場合、微粒スプレ部の二流体スプレノズルの間隔は、液滴が下方に噴霧されてから上昇する排ガス流れにより反転して液滴が上昇するまでの液滴の水平方向の移動距離を基準に設定すれば良い。二流体スプレノズルからは液滴が霧状に噴霧されるため、この噴霧領域の外周部をなす、すなわち二流体スプレノズルの中心から遠くに飛散する液滴の水平方向の移動距離を基準にすれば良い。
【００３６】
この水平方向の移動距離は、上昇する排ガスの流速と微粒スプレ部の二流体スプレノズルから下方に噴霧される液滴のうち噴霧領域の外周部をなす液滴の噴射速度とその液滴の排ガス流れに対する噴射角度から定まる。
【００３７】
例えば、全てのスプレノズルの噴霧条件が同じである場合は、微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズル同士の間隔を、前記水平方向の移動距離の２倍以内にすれば良い。
なお、この間隔の基準は、各スプレノズルの中心間の距離とすれば良い。
【００３８】
したがって、請求項３又は請求項７記載の発明によれば、上記請求項１又は請求項２、請求項５又は請求項６記載の発明の作用に加えて、微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズル同士の間隔を、各スプレノズルの噴霧領域の外周部をなす液滴の噴霧されてから排ガス流れにより反転するまでの水平方向の移動距離に基づいて設定することで、微粒スプレ部のいずれの領域も液滴と排ガスの向流接触が可能となる。
【００３９】
微粒スプレ部の二流体スプレノズルから噴霧される液滴はスプレノズルの中心を頂点とした円錐状に噴霧されるため、前記水平方向の移動距離は、外周部の液滴の噴霧されてから反転するまでの移動距離を円錐の側面長さ（母線の長さ）とした場合の底面の円の半径Ｒとなる。この円錐で囲まれる範囲が、液滴と排ガスが向流接触可能な範囲となり、すなわち、除塵に効果的な範囲である。そして、この半径Ｒを有効半径Ｒといい、平面視ではスプレノズルの中心を中心とした半径Ｒの円で囲まれる範囲がスプレノズルから噴霧される液滴と排ガスが向流接触可能な範囲となる。また円錐状とは、概ね円錐形状であれば良く、シャワー状、傘状、釣り鐘状などの形状も含む意である。
【００４０】
そして、微粒スプレ部の二流体スプレノズルから噴霧される液滴と排ガスが向流接触可能な範囲は、排ガスの流速よりも液滴の噴射速度と噴射角度に大きく影響を受ける。例えば、微粒スプレ部の液滴の噴射速度及び噴射角度と有効半径Ｒには、後述する図９に示すような関係がある。微粒スプレ部の二流体スプレノズルから噴霧される液滴は下降するが、それに抗する排ガス流れにより反転して上昇する。
【００４１】
したがって、微粒スプレ部の二流体スプレノズルの間隔Ｐをスプレノズルの噴霧条件である噴射角度（排ガス流に対する液滴の噴射角度）と噴射速度の関係で一義的に決まるように定義づけすると良い。
そして、図９に示す関係から液滴の噴射速度Ｖｐ（ｍ／ｓ）と噴射角度θ（ｄｅｇ）との関係を整理すると、下記式（１）で表すことができる。
Ｒ（ｍ）＝[（−１.２×１０-5) θ2+（１.５×１０-3)θ−８.５×１０-3]×Ｖｐ0.5（１）
例えば、微粒スプレ部の各二流体スプレノズルから同じ噴霧条件で噴霧される場合は、スプレノズルの間隔Ｐ（ｍ）を式（１）の有効半径Ｒ（ｍ）の２倍以内にすると良い。
したがって、請求項４又は請求項８記載の発明によれば、上記請求項１又は請求項２、請求項５又は請求項６記載の発明の作用に加えて、微粒スプレ部の二流体スプレノズル同士の間隔Ｐ（ｍ）を 式（１）の数値に基づいて設定することで、サブミクロン単位の煤塵を除去することが可能となる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、簡素な構成で、設備の大型化や費用の増大を抑えて煤塵の除去性能を高めることができる。具体的には、以下の効果を奏する。
請求項１又は請求項５記載の発明によれば、スプレ部のスプレノズルよりも液滴径の小さい液滴を除塵用の微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルから排ガス流れに対して向流に噴霧することで、スプレ部で除去できない粒径のより小さい煤塵を除去することが可能となる。また、微粒スプレ部に補給水を利用することで、新たな水を必要とせず、ユーティリティが増加することもなく、排煙脱硫装置内の水バランス（水の蒸発量と補給量）が崩れることもない。
【００４３】
更に、ミストエリミネータよりも排ガス流れの上流側で連続的に補給水を噴霧することで、ミストエリミネータの洗浄効果も期待でき、ミストエリミネータの洗浄水量及び洗浄頻度を低減できる。
【００４４】
また、請求項２又は請求項６記載の発明によれば、上記請求項１又は請求項５記載の発明の効果に加えて、予め求めた除塵に効果的な液ガス比（Ｌ／Ｇ）と微粒スプレ部の液滴の平均径との関係と、補給水供給量から換算した液ガス比とによって求められる平均径の液滴を排ガスに噴霧することで、より効果的にサブミクロン単位の煤塵を除去できる。
【００４５】
そして、請求項３又は請求項７記載の発明によれば、上記請求項１又は請求項２、請求項５又は請求項６記載の発明の効果に加えて、微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズル同士の間隔を、各スプレノズルの噴霧領域の外周部をなす液滴の噴霧されてから排ガス流れにより反転して上昇するまでの水平方向の移動距離に基づいて設定することで、微粒スプレ部のいずれの領域においても液滴と排ガスが向流接触するため、効果的に煤塵を除去できる。
【００４６】
請求項４又は請求項８記載の発明によれば、上記請求項１又は請求項２、請求項５又は請求項６記載の発明の効果に加えて、微粒スプレ部の二流体スプレノズル同士の間隔Ｐ（ｍ）を 式（１）の数値に基づいて設定することで、スプレノズルの間隔設定が容易であると共に、より効果的にサブミクロン単位の煤塵を除去することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施例である湿式排煙脱硫装置の側面図である。
【図２】図１の湿式排煙脱硫装置において、１μｍの煤塵を９０％除去するのに必要な液ガス比（Ｌ／Ｇ）と除塵用スプレノズルから噴霧される液滴の平均径との関係を示した図である。
【図３】排ガスの流速を４ｍ／ｓとした場合の除塵用スプレノズルから噴霧された液滴の飛跡を計算した結果を示した図である。
【図４】排ガスの流速を２ｍ／ｓとした場合（比較的低負荷時）の除塵用スプレノズルから噴霧された液滴の飛跡を計算した結果を示した図である。
【図５】排ガスの流速を１ｍ／ｓとした場合（低負荷時）の除塵用スプレノズルから噴霧された液滴の飛跡を計算した結果を示した図である。
【図６】除塵用スプレノズルから噴霧される液滴の噴射方向を示した図である。
【図７】除塵用スプレノズルから噴霧される液滴の噴射方向を示した図である。
【図８】除塵用スプレノズルから噴霧される液滴の噴射速度Ｖｐと有効半径Ｒとの関係を示した図である。
【図９】除塵用スプレノズルから噴霧される液滴の噴射速度Ｖｐと噴射角度θと有効半径Ｒとの関係を示した図である。
【図１０】図９に示した除塵用スプレノズルから噴霧される液滴の噴射角度θと比例乗数αとの関係を示した図である。
【図１１】本発明の他の実施例である湿式排煙脱硫装置の側面図である。
【図１２】従来の湿式排煙脱硫装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下に、本発明の実施の形態を示す。
【実施例１】
【００４９】
図１には、本発明の一実施例である湿式排煙脱硫装置の側面図を示す。なお、図１の湿式排煙脱硫装置において、図１２の湿式排煙脱硫装置と同じ符号の部材の説明は一部省略している。
【００５０】
この湿式排煙脱硫装置は、主に排ガス中の有害成分である硫黄酸化物を吸収・除去する吸収塔１と、吸収塔１の排ガス入口ダクト２と、吸収塔１の排ガス出口ダクト３と、排ガスに吸収液を噴霧するスプレノズル１３を備えたスプレヘッダ１２と、吸収塔１内の吸収液の循環ポンプ４と、吸収塔１内の吸収液を貯留する循環タンク６と、循環タンク６内の吸収液を攪拌する攪拌機７と、循環タンク６内の吸収液に酸化用空気を吹き込むための空気吹込み管８と、排ガスに同伴される液滴径の小さいミストを捕集するミストエリミネータ９と、循環タンク６内の吸収液の抜出し管１０と、循環タンク６内の吸収液をスプレヘッダ１２に送る循環配管１１等から構成される。
【００５１】
火力発電所や工場等に設置されるボイラ等の燃焼装置から排出される硫黄酸化物を含む排ガスは、図示していない脱硫ファンにより入口ダクト２から吸収塔１にほぼ水平方向に導入され、上方に流れて吸収塔１の塔頂部に設けられた出口ダクト３から排出される。
【００５２】
吸収塔１では、スプレノズル１３から微細な液滴として噴霧される石灰石または石灰を含むスラリなどの吸収剤の液滴と排ガスとを気液接触させることで、排ガス中のばいじんや塩化水素(ＨＣｌ)、フッ化水素（ＨＦ）等の酸性ガスと共に、排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）はスプレノズル１３の吸収液滴表面で化学的に吸収、除去される。
【００５３】
ＳＯ2を吸収した吸収液は、一旦循環タンク６に溜まり、酸化用攪拌機７によって攪拌されながら、空気吹込み管８から供給される空気中の酸素により酸化され硫酸カルシウム（石膏）を生成する。
【００５４】
循環タンク６にあるスラリ状の吸収液５は、吸収液循環ポンプ４により昇圧され、吸収液循環配管１１を経由して、吸収塔１内の上部のスプレヘッダ１２に供給される。
炭酸カルシウム及び石膏が共存する循環タンク６内の吸収液５の一部は、吸収液循環ポンプ４によって再びスプレノズル１３に送られ、一部は吸収液抜き出し管１０より図示していない廃液処理・石膏回収系へと送られる。また、スプレノズル１３からの噴霧によって微粒化された吸収液５の中で、液滴径が微小なミストは排ガスに同伴されるが、出口ダクト３側に設けられたミストエリミネータ９によって捕集・除去される。
【００５５】
湿式脱硫装置の排ガス流れの上流には図示していない集塵装置が設置され、ボイラから排出されるほとんどの灰は除去されるが、微細な灰は集塵装置でも除去されず、排ガスに同伴されながら湿式脱硫装置に流入する。しかし、湿式脱硫装置の吸収塔１内ではスプレノズル１３から噴霧された多量の吸収液５の液滴が落下しているため、微細な灰のほとんどはこの液滴との慣性衝突により除去される。
【００５６】
図１に示す湿式排煙脱硫装置は、最上段のスプレノズル１３とミストエリミネータ９との間に二流体方式の除塵用スプレノズル１４を複数配置した除塵用スプレヘッダ１７を備え、この除塵用スプレヘッダ１７に補給水供給ライン１５を設け、除塵用スプレノズル１４から補給水として工業用水を噴霧する点で図１２に示す従来の湿式排煙脱硫装置と異なる。
【００５７】
従来の湿式排煙脱硫装置では、スプレノズル１３から噴霧される液滴で除去できる灰の大きさには限界があり、浮遊粒子状物質のうち２．５μｍ以下のものを対象とするような１μｍ以下のサブミクロン領域の灰は除去されずに、そのまま吸収塔１から排出されていた。
【００５８】
排ガス中の煤塵とスプレノズル１３から噴霧される吸収液５の液滴との慣性衝突で除去される煤塵の大きさは噴霧される液滴の大きさに依存し、排ガスに噴霧される液滴を小さくすることで除去可能な煤塵の限界粒径を小さくすることができる。また、その煤塵の除去に要する液量を低減することも可能となる。
【００５９】
本実施例によれば、ミストエリミネータ９の上流側に小容量の除塵用スプレノズル１４として二流体スプレノズルを複数配置しており、除塵用スプレノズル１４から微粒液滴が円錐状に噴霧される。二流体スプレノズルによれば、圧縮空気供給管１６から圧縮空気を除塵用スプレノズル１４に送り、除塵用スプレノズル１４の内部で水に気体を混合させるため、高速気流によって液体が粉砕して微粒化する。このように、液体と気体を混合させることで微細な液体の粒子を作り出し、スプレノズル１３から噴霧される吸収液５の液滴よりも微細な液滴を噴霧することが可能となり、より小さな煤塵をも除去することが可能となる。なお、除塵用スプレヘッダ１７を複数段備えても良い。
【００６０】
また、吸収塔１には９０〜１６０℃程度の排ガスが導入されるため、この排ガスと接触する吸収液５が蒸発して、その蒸発水は図示しない煙突から排出される。したがって、吸収塔１には蒸発した分に見合うだけの補給水として工業用水を連続的に供給する必要がある。
【００６１】
本実施例によれば、除塵用スプレノズル１４から噴霧する水に補給水を利用することで、新たな水を必要とせず、ユーティリティが増加することもなく、水バランスが崩れることもない。また、ミストエリミネータ９よりも排ガス流れの上流側で連続的に補給水を噴霧することで、ミストエリミネータ９の洗浄効果も期待できると共に、ミストエリミネータの洗浄水量及び洗浄頻度を低減することも可能である。
【００６２】
図２には、図１の湿式排煙脱硫装置において、１μｍの煤塵を９０％除去するのに必要な液ガス比（Ｌ／Ｇ）と除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴の平均径との関係を示す。吸収塔１に導入される排ガス流速を４ｍ／ｓとし、除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴径を、レーザー位相ドップラー計測器により測定した。なお、スプレノズル１３から噴霧される液滴は、除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴に比べて大きいため、サブミクロン単位の煤塵を除去できない。したがって、スプレノズル１３からの噴霧滴量は考慮する必要はない。
【００６３】
図２からも分かるように、除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴を小さくすることで、より少ないＬ／Ｇで微粒の煤塵を除去できることが分かる。
したがって、除塵に効果的な液ガス比（Ｌ／Ｇ）と除塵用スプレノズル１４の液滴の平均径との関係を予め求めておき、吸収塔１に必要な補給水供給量を液ガス比に換算して、この液ガス比と前記液ガス比と液滴の平均径との関係から除塵用スプレノズル１４により噴霧する液滴の平均径を求めることで、より効果的にサブミクロン単位の煤塵を除去できる。
【００６４】
例えば、一般的な湿式排煙脱硫装置の補給水供給量をＬ／Ｇに換算すると０．０５Ｌ／ｍ3Ｎであり、除塵用スプレノズル１４から噴霧する水を補給水だけで賄うためには、除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴の径を１３０μｍ以下にすればよいことが分かる。ここで、一般的な湿式排煙脱硫装置とは、排ガス流路の上流側に冷却塔やガスクーラが設置されていない入口ガス温度として１３０〜１６０℃の脱硫装置であり、その補給水供給量とは１０００ＭＷのボイラの場合で１２５〜１６０ｔ／ｈ程度である。１０００ＭＷの排ガス量を３００万ｍ3Ｎ／ｈとすれば、Ｌ／Ｇ＝（１２５〜１６０）×１０００／３００万≒０．０５リットル／ｍ3Ｎとなる。
そして、除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴の径を１３０μｍ以下にすることで、より少ない液量で１μｍ以下の小さな煤塵も除去することが可能になる。
【００６５】
一方、除塵用スプレノズル１４から噴霧する液滴の径を小さくすると、排ガスに対して向流噴霧された液滴も排ガスにあおられて反転し、排ガス流れに同伴されるようになる。その同伴流では効果的にサブミクロン単位の煤塵を除去できないため、除塵用スプレノズル１４を設置したいずれの領域も液滴と排ガスが向流接触するように、除塵用スプレノズル１４の間隔に配慮する必要がある。
【００６６】
図３には、排ガスの流速を４ｍ／ｓとした場合の除塵用スプレノズル１４から噴霧された液滴の飛跡を計算した結果を示し、図４には、排ガスの流速を２ｍ／ｓとした場合（比較的低負荷時）の除塵用スプレノズルから噴霧された液滴の飛跡を計算した結果を示し、図５には、排ガスの流速を１ｍ／ｓとした場合（低負荷時）の除塵用スプレノズルから噴霧された液滴の飛跡を計算した結果を示す。この液滴は、円錐状（シャワー状）に噴霧する場合の一番外側（噴霧領域の外周をなす）の液滴であり、霧状に噴霧される液滴のうちの一滴（代表的な液滴）を指している。また、図３〜図５のｘ軸、ｙ軸の基準点（ゼロ点）は除塵用スプレノズル１４の中心である。
【００６７】
図３の計算条件として、ガス流速を４ｍ／ｓ、液滴径を１３０μｍ、噴射角度を４５度、液滴の噴射速度Ｖｐを５０〜４００ｍ／ｓ（５段階の速度）とした。また、図４及び図５には、低負荷（低ボイラ出力）時を想定したガス流速２ｍ／ｓ及び１ｍ／ｓの場合の液滴の飛跡を計算した結果を示す。図４及び図５の計算条件としては、ガス流速以外は図３の計算条件と同様とした。
【００６８】
除塵用スプレノズル１４から下方に噴射された液滴は吸収塔１内を上昇する排ガスに抗して下方に飛散するが、液滴が有する運動エネルギーは排ガスに抗して下方に飛散する際に、排ガスによる抵抗力によって失われ、除塵用スプレノズル１４から或る距離で排ガスにあおられて反転し、排ガス流れに同伴されて上昇する。したがって、除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴は、Ｕターンの飛跡を描く。
【００６９】
そして、この液滴が反転する除塵用スプレノズル１４からの距離（噴霧されてから反転するまでの液滴の移動距離）は図３から図５に示される通り、排ガスのガス流速Ｕｇと噴射速度Ｖｐ、更には噴射角度θによっても変わってくるが、液滴が排ガス流れと同伴流になるとサブミクロン単位の煤塵粒子を除去することは難しくなるため、液滴と排ガスが向流接触する微粒子を効果的に除去可能な範囲は液滴が噴射されてから反転するまでと考えられる。
【００７０】
したがって、除塵用スプレノズル１４同士の間隔を、各除塵用スプレノズル１４の噴霧領域の外周部をなす液滴の噴霧されてから反転するまでの水平方向の移動距離に基づいて設定することで、除塵用スプレノズル１４を設置したいずれの領域も液滴と排ガスの向流接触が可能となり、効果的に煤塵を除去できる。
【００７１】
例えば、図６に示すように、各除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴の噴射速度や噴射角度などの噴射条件がほぼ同じであれば（噴射方向を実線で示す）、除塵用スプレノズル１４同士の間隔をこの液滴の水平方向の移動距離ｈ１の２倍と同じ間隔又はそれ以内にすれば良い。
【００７２】
また、図７に示すように、各除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴の噴射条件が異なる場合は、隣接する除塵用スプレノズル１４の互いに向かい合う方向に噴霧される各液滴の水平方向の移動距離を足した距離（ｈ２＋ｈ３）と同じ又はそれ以内の距離を、これら除塵用スプレノズル１４同士の間隔とすれば良い。
【００７３】
除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴は除塵用スプレノズル１４の中心を頂点とした円錐状に噴霧されるため、前記水平方向の移動距離は、外周部の液滴の噴霧されてから反転するまでの移動距離（除塵用スプレノズル１４の中心からの移動距離）を円錐の側面長さ（母線の長さ）とした場合の底面の円の半径Ｒとなる。この円錐で囲まれる範囲が、液滴と排ガスが向流接触可能な範囲となり、すなわち、除塵に効果的な範囲である。そして、この半径Ｒを有効半径Ｒといい、平面視では除塵用スプレノズル１４の中心を中心とした半径Ｒの円で囲まれる範囲が除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴と排ガスが向流接触可能な範囲となる。
【００７４】
図８には、除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴の噴射速度Ｖｐと有効半径Ｒとの関係を示し、図９には、除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴の噴射角度θを変えた場合の噴射速度Ｖｐと有効半径Ｒとの関係を示す。なお、図８の数値は図３〜図５の計算結果から求めた。
【００７５】
図８からも分かるように、排ガスの流速、すなわち負荷（ボイラ出力）が変化しても、通常想定される排ガスの流速の範囲（ここでは１〜４ｍ／ｓ）では、有効半径Ｒにはほとんど影響しないことが分かる。むしろ低負荷（排ガスの流速が遅い）になると有効半径Ｒは若干大きくなる傾向があり、除塵用スプレノズル１４同士の間隔Ｐを定格負荷時の有効半径Ｒに合わせて設定しておけば、低負荷時においてもサブミクロン領域の煤塵の除去性能が低下することはない。
【００７６】
そして、この有効半径Ｒは、上述の排ガスの流速に比べて液滴の噴射速度と噴射角度に大きく影響を受ける。図９に示すように、液滴の噴射速度Ｖｐ（図中ではｘ軸）と有効半径Ｒ（図中ではｙ軸）の関係は、それぞれ図中の式で表され、Ｖｐの約０．５乗に比例することが分かる。噴射角度θによって比例乗数αが変化するため、液滴の噴射角度θと比例乗数αの関係を整理すると図１０のようになる。
【００７７】
図１０には、図９に示した除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴の噴射角度θと比例乗数αとの関係を示す。このθとαの関係は図中に示したような二次関数で表されるため、有効半径Ｒは、下記式（１）で表すことができる。
Ｒ＝[（−１.２×１０-5) θ2+（１.５×１０-3)θ−８.５×１０-3]×Ｖｐ0.5（１）
したがって、除塵用スプレノズル１４から噴霧される液滴が円錐状に噴霧される場合、隣り合うスプレノズルからは互いに向かい合う方向に液滴が噴霧されるため、隣り合う除塵用スプレノズル１４同士の間隔Ｐをこの有効半径Ｒ１（一方のスプレノズルの有効半径）とＲ２（他方のスプレノズルの有効半径）の加算値（Ｒ１＋Ｒ２）以内にしておけば、除塵用スプレノズル１４を設置したいずれの領域も液滴と排ガスの向流接触が可能となり、サブミクロン単位のダスト粒子を除去することが可能となる。
【００７８】
また、全ての除塵用スプレノズル１４の噴射条件が同じである場合は、全ての除塵用スプレノズル１４の設置間隔を有効半径Ｒの２倍以内にすることで、除塵用スプレノズル１４の間隔設定が容易になる。
【実施例２】
【００７９】
図１１には、本発明の他の実施例である湿式排煙脱硫装置の側面図を示す。
この実施例２の湿式排煙脱硫装置は実施例１（図１）の湿式排煙脱硫装置とは、補給水に海水を利用した点で異なる。補給水に海水を利用することで海水中の塩類が濃縮され、吸収液５中の塩濃度が増大することになるが、補給水として使用される工業用水の量を低減することができ、節水が求められる地域の湿式排煙脱硫装置として適用することが可能となる。
【００８０】
また、本実施例特有の効果としては、吸収液５中の塩濃度が増大することで、吸収液中の水銀（排ガス中の水銀を吸収したもの）が安定化し、吸収塔１からの再放出を抑制できる。排ガス中の水銀は、吸収液中の塩類と錯体を形成するため安定化する。
【００８１】
補給水に海水を使用する本実施例の場合でも、図２のような関係と吸収塔１に必要な補給水供給量を液ガス比に換算した値とから求められる平均径の液滴を除塵用スプレノズル１４により噴霧しても良い。この場合は、より少ない液量で１μｍ以下の小さな煤塵も除去することが可能になる。
【００８２】
また、除塵用スプレノズル１４同士の間隔を、各除塵用スプレノズル１４の噴霧領域の外周部をなす液滴の噴霧されてから反転するまでの水平方向の移動距離に基づいて設定したり、上記式（１）の有効半径Ｒに基づいて設定することで、より効果的にサブミクロン単位の煤塵を除去できる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
湿式排煙脱硫装置などにおいて、補給水量を低減可能な技術として利用可能性がある。
【符号の説明】
【００８４】
１ 吸収塔 ２ 排ガス入口ダクト
３ 排ガス出口ダクト ４ 循環ポンプ
５ 吸収液 ６ 循環タンク
７ 攪拌機 ８ 空気吹込み管
９ ミストエリミネータ １０ 抜出し管
１１ 循環配管 １２ スプレヘッダ
１３ スプレノズル １４ 除塵用スプレノズル
１５ 補給水供給ライン １６ 圧縮空気供給管
１７ 除塵用スプレヘッダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスに吸収液を噴霧する複数のスプレノズルを有するスプレ部と該スプレ部の排ガス流路の下流側に設けられ、排ガス流れに同伴されるミストを捕集するミストエリミネータとを有し、排ガス中の硫黄酸化物を吸収、除去する吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置において、
前記吸収塔に補給水を供給する補給水供給部を設け、
前記スプレ部と前記ミストエリミネータとの間に、前記補給水供給部により供給される水を前記スプレ部のスプレノズルから噴霧される液滴よりも微粒液滴にして排ガス流れに対して向流噴霧する複数の二流体スプレノズルからなる除塵用の微粒スプレ部を設けたことを特徴とする湿式排煙脱硫装置。
【請求項２】
前記微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルから噴霧される液滴の平均径は、予め求められた排ガス中の一定の大きさの煤塵を所定割合以上除去可能な排ガスと微粒スプレ部の噴霧液量との液ガス比（Ｌ／Ｇ）と前記微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルから噴霧される液滴の平均径との関係と、前記吸収塔に供給する補給水から換算される液ガス比（Ｌ／Ｇ）とにより求められる平均径であることを特徴とする請求項１記載の湿式排煙脱硫装置。
【請求項３】
前記微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルは、上方に流れる排ガスに対して、下方に噴霧する二流体スプレノズルであって、
微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルを略水平方向に設けると共に、該複数の二流体スプレノズル同士の間隔を、排ガス流速と各スプレノズルの噴霧領域の外周をなす液滴の噴射速度とその液滴の排ガス流れ方向に対する噴射角度とにより求められる、各スプレノズルの噴霧領域の外周をなす液滴の噴霧されてから排ガス流れにより反転するまでの水平方向の移動距離に基づいて設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の湿式排煙脱硫装置。
【請求項４】
前記微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルは、上方に流れる排ガスに対して、下方に噴霧する二流体スプレノズルであって、
微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルを略水平方向に設けると共に、該複数の二流体スプレノズル同士の間隔Ｐ（ｍ）を、各スプレノズルの噴霧領域の外周をなす液滴の噴射速度Ｖｐ（ｍ／ｓ）とその液滴の排ガス流れ方向に対する噴射角度θ（ｄｅｇ）とにより表される下記式（１）
［（−１.２×１０-5）θ2＋（１.５×１０-3)θ−８.５×１０-3］×Ｖｐ0.5 （１）
の値に基づいて設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の湿式排煙脱硫装置。
【請求項５】
ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスを吸収塔に導入して、吸収塔内に設けたスプレ部の複数のスプレノズルから吸収液を噴霧して、前記排ガス中に含まれる硫黄酸化物を吸収、除去し、吸収塔内の排ガス流れに同伴されるミストをスプレ部より排ガス流路の下流側に設けたミストエリミネータにより捕集する排煙脱硫方法において、
前記スプレ部と前記ミストエリミネータとの間の排ガスに、前記吸収塔に供給する補給水に気体を混合して微粒化することで前記スプレノズルから噴霧される液滴よりも微粒液滴にして、排ガス流れに対して向流噴霧することを特徴とする湿式排煙脱硫方法。
【請求項６】
排ガス中の一定の大きさの煤塵を所定割合以上除去可能な微粒液滴の平均径と排ガスと微粒液滴の噴霧液量との液ガス比（Ｌ／Ｇ）との関係を予め求めておき、前記吸収塔に供給する補給水から換算される液ガス比（Ｌ／Ｇ）と前記予め求めた関係から求められる平均径の微粒液滴を噴霧することを特徴とする請求項５記載の湿式排煙脱硫方法。
【請求項７】
前記微粒液滴を略水平方向に設けた複数の噴霧位置から上方に流れる排ガスに対して下方に噴霧する湿式排煙脱硫方法であって、
排ガス流速と前記各噴霧位置の噴霧領域の外周をなす液滴の噴射速度とその液滴の排ガス流れ方向に対する噴射角度とにより求められる、各噴霧位置の噴霧領域の外周をなす微粒液滴の噴霧されてから排ガス流れにより反転するまでの微粒液滴の水平方向の移動距離に基づいて、間隔を設けた噴霧位置から微粒液滴を噴霧することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の湿式排煙脱硫方法。
【請求項８】
前記微粒液滴を略水平方向に設けた複数の噴霧位置から上方に流れる排ガスに対して下方に噴霧する湿式排煙脱硫方法であって、
前記各噴霧位置の噴霧領域の外周をなす液滴の噴射速度Ｖｐ（ｍ／ｓ）とその液滴の排ガス流れ方向に対する噴射角度θ（ｄｅｇ）とにより表される下記式（１）
［（−１.２×１０-5）θ2＋（１.５×１０-3)θ−８.５×１０-3］×Ｖｐ0.5 （１）
の値に基づいて、間隔を設けた噴霧位置から微粒液滴を噴霧することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の湿式排煙脱硫方法。
【請求項１】
ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスに吸収液を噴霧する複数のスプレノズルを有するスプレ部と該スプレ部の排ガス流路の下流側に設けられ、排ガス流れに同伴されるミストを捕集するミストエリミネータとを有し、排ガス中の硫黄酸化物を吸収、除去する吸収塔を備えた湿式排煙脱硫装置において、
前記吸収塔に補給水を供給する補給水供給部を設け、
前記スプレ部と前記ミストエリミネータとの間に、前記補給水供給部により供給される水を前記スプレ部のスプレノズルから噴霧される液滴よりも微粒液滴にして排ガス流れに対して向流噴霧する複数の二流体スプレノズルからなる除塵用の微粒スプレ部を設けたことを特徴とする湿式排煙脱硫装置。
【請求項２】
前記微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルから噴霧される液滴の平均径は、予め求められた排ガス中の一定の大きさの煤塵を所定割合以上除去可能な排ガスと微粒スプレ部の噴霧液量との液ガス比（Ｌ／Ｇ）と前記微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルから噴霧される液滴の平均径との関係と、前記吸収塔に供給する補給水から換算される液ガス比（Ｌ／Ｇ）とにより求められる平均径であることを特徴とする請求項１記載の湿式排煙脱硫装置。
【請求項３】
前記微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルは、上方に流れる排ガスに対して、下方に噴霧する二流体スプレノズルであって、
微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルを略水平方向に設けると共に、該複数の二流体スプレノズル同士の間隔を、排ガス流速と各スプレノズルの噴霧領域の外周をなす液滴の噴射速度とその液滴の排ガス流れ方向に対する噴射角度とにより求められる、各スプレノズルの噴霧領域の外周をなす液滴の噴霧されてから排ガス流れにより反転するまでの水平方向の移動距離に基づいて設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の湿式排煙脱硫装置。
【請求項４】
前記微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルは、上方に流れる排ガスに対して、下方に噴霧する二流体スプレノズルであって、
微粒スプレ部の複数の二流体スプレノズルを略水平方向に設けると共に、該複数の二流体スプレノズル同士の間隔Ｐ（ｍ）を、各スプレノズルの噴霧領域の外周をなす液滴の噴射速度Ｖｐ（ｍ／ｓ）とその液滴の排ガス流れ方向に対する噴射角度θ（ｄｅｇ）とにより表される下記式（１）
［（−１.２×１０-5）θ2＋（１.５×１０-3)θ−８.５×１０-3］×Ｖｐ0.5 （１）
の値に基づいて設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の湿式排煙脱硫装置。
【請求項５】
ボイラを含む燃焼装置から排出される排ガスを吸収塔に導入して、吸収塔内に設けたスプレ部の複数のスプレノズルから吸収液を噴霧して、前記排ガス中に含まれる硫黄酸化物を吸収、除去し、吸収塔内の排ガス流れに同伴されるミストをスプレ部より排ガス流路の下流側に設けたミストエリミネータにより捕集する排煙脱硫方法において、
前記スプレ部と前記ミストエリミネータとの間の排ガスに、前記吸収塔に供給する補給水に気体を混合して微粒化することで前記スプレノズルから噴霧される液滴よりも微粒液滴にして、排ガス流れに対して向流噴霧することを特徴とする湿式排煙脱硫方法。
【請求項６】
排ガス中の一定の大きさの煤塵を所定割合以上除去可能な微粒液滴の平均径と排ガスと微粒液滴の噴霧液量との液ガス比（Ｌ／Ｇ）との関係を予め求めておき、前記吸収塔に供給する補給水から換算される液ガス比（Ｌ／Ｇ）と前記予め求めた関係から求められる平均径の微粒液滴を噴霧することを特徴とする請求項５記載の湿式排煙脱硫方法。
【請求項７】
前記微粒液滴を略水平方向に設けた複数の噴霧位置から上方に流れる排ガスに対して下方に噴霧する湿式排煙脱硫方法であって、
排ガス流速と前記各噴霧位置の噴霧領域の外周をなす液滴の噴射速度とその液滴の排ガス流れ方向に対する噴射角度とにより求められる、各噴霧位置の噴霧領域の外周をなす微粒液滴の噴霧されてから排ガス流れにより反転するまでの微粒液滴の水平方向の移動距離に基づいて、間隔を設けた噴霧位置から微粒液滴を噴霧することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の湿式排煙脱硫方法。
【請求項８】
前記微粒液滴を略水平方向に設けた複数の噴霧位置から上方に流れる排ガスに対して下方に噴霧する湿式排煙脱硫方法であって、
前記各噴霧位置の噴霧領域の外周をなす液滴の噴射速度Ｖｐ（ｍ／ｓ）とその液滴の排ガス流れ方向に対する噴射角度θ（ｄｅｇ）とにより表される下記式（１）
［（−１.２×１０-5）θ2＋（１.５×１０-3)θ−８.５×１０-3］×Ｖｐ0.5 （１）
の値に基づいて、間隔を設けた噴霧位置から微粒液滴を噴霧することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の湿式排煙脱硫方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−６１２５（Ｐ２０１３−６１２５Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３８３２０（Ｐ２０１１−１３８３２０）
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
【Ｆターム（参考）】
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