(57)【要約】【課題】本開示は、ボイラー又は他の燃焼ユニットからの煙道ガスを使用して廃水を蒸発させ、ガス排出を低減するための装置及び方法を提供する。【解決手段】廃水を蒸発させて煙道ガスの酸性ガス排出を低減するための装置（１０）は、燃焼ユニット（１）から排出される煙道ガスの一部を受け取り、煙道ガスと廃水を直接接触させ、煙道ガスを冷却及び加湿し、廃水を蒸発させるよう構成される、蒸発器デバイス（７）を含む。アルカリ性試薬及び活性炭は、廃水が煙道ガスと接触する前に、廃水と混合することができる。冷却されて加湿された煙道ガス内で乾燥されて同伴される固体微粒子は、微粒子コレクタ（９）を介して煙道ガスから分離することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼煙道ガス中の廃水を蒸発させて酸性ガスの排出を低減する方法であって、
廃水を加熱して加熱廃水を生成する熱交換器（５３）に廃水を供給するステップと、
フラッシュ容器（７７）内で加熱廃水を蒸発させてフラッシュ容器（７７）内の残りの廃水を回収するステップと、
残りの廃水を、配置された蒸発器デバイス（７）に、蒸発器デバイス（７）内の残りの廃水を蒸発させるために蒸発器デバイス（７）を通る煙道ガスの流れと共に供給するステップと、
環境に放出するために処理済み煙道ガスを生成するため、煙道ガスから酸性ガスを吸収するために煙道ガスを湿式煙道ガス脱硫システム（１３）に供給するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
廃水の加熱及び蒸発の前に、活性炭、活性化コークス、アルカリ性試薬及びスケール抑制剤からなる群から選択される１種以上を廃水に添加するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
煙道ガスとの接触時に煙道ガスから酸性ガスを吸収するために、湿式煙道ガス脱硫システム（１３）に吸収液を供給するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
熱交換器（５３）内での廃水の加熱が、約１７５°Ｆ〜約３５０°Ｆ（約８０℃〜約１８０℃）の温度である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
熱交換器（５３）における廃水の加熱が、約１ｂａｒ（絶対）〜約１０ｂａｒ（絶対）、又は約１．４ｂａｒ（絶対）〜約６ｂａｒ（絶対）の圧力である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
蒸発器デバイス（７）が噴霧乾燥器である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
蒸発器デバイス（７）が、湿った吸収材料を分散させるシステムである、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
廃水を蒸発させ、燃焼煙道ガスから酸性ガスの排出を減少させるためのシステムであって、煙道ガスから酸性ガスを吸収して廃水を生成し、環境に放出するための処理済み煙道ガスを生成する湿式煙道ガス脱硫システム（１３）と、
廃水を供給されて、供給された廃水を加熱して加熱廃水を生成する熱交換器（５３）と、
加熱廃水を蒸発させ、その内に残った廃水を回収するためのフラッシュ容器（７７）と、
その中を通って流れる煙道ガスの流れの中の残りの廃水を蒸発させるための湿式煙道ガス脱硫システム（１３）の上流にある蒸発器デバイス（７）と
を備えるシステム（１３）。
【請求項９】
煙道ガスの少なくとも第１の部分が蒸発器デバイス（７）に供給されるように、蒸発器デバイス（７）に流体接続された煙道ガスを生成する燃焼ユニット（１）、
をさらに含む、請求項８に記載のシステム（１３）。
【請求項１０】
蒸発器デバイス（７）が、噴霧乾燥器である、請求項８に記載のシステム（１３）。
【請求項１１】
蒸発器デバイス（７）が、湿った吸収材料を分散させるシステムである、請求項８に記載のシステム（１３）。
【請求項１２】
システム（１０）の動作条件を調整するように動作可能な制御デバイス（８１）をさらに含む、請求項８に記載のシステム（１３）。
【請求項１３】
１以上のシステムセンサ（５０、５２、５４）から測定値を受信するように動作可能な制御デバイス（８１）をさらに含む、請求項８に記載のシステム（１３）。
【請求項１４】
温度、流量及び湿度の１以上のシステム（１０）動作条件の断続的又は連続的な測定のための１以上のセンサ（５０、５２、５４）をさらに含む、請求項８に記載のシステム（１３）。
【請求項１５】
熱交換器（５３）が、廃水を加熱するために、約１７５°Ｆ〜約３５０°Ｆ（約８０℃〜約１８０℃）の温度で、約１ｂａｒ（絶対）〜約１０ｂａｒ（絶対）、又は約１．４ｂａｒ（絶対）〜約６ｂａｒ（絶対）の圧力で動作可能である、請求項８に記載のシステム（１３）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ボイラー又は他の燃焼ユニットからの煙道ガスを使用して廃水を蒸発させ、ガス排出を低減するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電装置、発電所、廃棄物発電施設、セメントキルン及び化石燃料を燃やす他の施設などの公共プラント及び産業プラントは、クリーンで環境に優しい発電を保証するのに役立つよう大気及び廃水排出に関して厳格な制限を受けることがある。従来、煙道ガス制限を遵守することは、湿式又は乾式排煙脱硫システムの使用によって達成される。水処理システムは、廃水の排出を処理して適用可能な廃水規制に準拠させることができる。煙道ガス浄化システム及び／又は廃水処理システムの例は、国際公開第２００６０３０３９８号、米国特許出願公開第２００９／０２９４３７７号、同第２０１１／０２６２３３１号、同第２０１２／０２４０７６１号、同第２０１３／０２４８１２１号、同第２０１３／０２２０７９２号、米国特許第６０７６３６９号、同第７５２４４７０号、同第７６２５５３７号、同第８３８８９１７号、同第８４７５７５０号、欧州特許出願公開第１９５５７５５号及び特開２０１２２００７２１号から理解することができる。
【０００３】
湿式又は乾式の煙道ガス脱硫システム及びプラントシステムの関連するバランス（例えば、ダクト、ファン、バルク材料ハンドリングシステムなど）を利用する空気排出システムの資本コストは、しばしば比較的高価である可能性がある（例えば、キロワット（ｋＷ）あたり２００〜５００ドル）。改装状態では、そのようなシステムに関連する資本コストは、プラントを経済的にすることができない。資本コストに加えて、湿式及び乾式の煙道ガス脱硫システムは、試薬の消費、補助電力の使用、並びに運営及び管理の人員に関連する実質的な運転コストも伴う。
【０００４】
廃水処理システムは、重金属を中和し析出させ、廃水の生物学的処理を行い、水を排出するために廃水を濾過して水を浄化するように構成することができる。廃水処理システムの運転に関連するコストは、資本コスト及び運転コストの点で比較的重要であり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８４７５７５０号
【発明の概要】
【０００６】
本明細書に示す態様によれば、少なくとも、煙道ガスを廃水と接触させて煙道ガスを冷却及び加湿し、廃水中の固体微粒子を乾燥させるステップと、冷却及び加湿された煙道ガスから固体微粒子を分離するステップとを備える、廃水を蒸発させて酸性ガスの排出を低減する方法が提供される。
【０００７】
本明細書に示す他の態様によれば、廃水を蒸発させ、酸性ガス排出を低減するための装置は、ボイラーユニットから放出される煙道ガスの少なくとも第１の部分、アルカリ性試薬、固体微粒子及び廃水を受け取り、煙道ガスと廃水とを直接接触させて煙道ガスを冷却して加湿し、固体微粒子を乾燥させるよう構成される蒸発器デバイスを備える。
【０００８】
本明細書に示す他の態様によれば、プラントは、燃料を燃焼させて蒸気及び煙道ガスの少なくとも１つを放出するように構成された燃焼ユニットと、アルカリ性試薬源と、液体廃水源と、固体材料を煙道ガスから分離するように構成された微粒子コレクタと、液体廃水源、アルカリ性試薬源及び微粒子コレクタに接続されて、液体廃水、アルカリ性試薬及び微粒子コレクタによって分離される固体材料の少なくとも一部を受け取るミキサーデバイスとを備える。ミキサーデバイスは、液体廃水、アルカリ性試薬及び固体材料の一部を混合して混合物を形成するように構成することができる。プラントはまた、燃焼ユニット及びミキサーデバイスに接続されて、ミキサーデバイスからの混合物及び燃焼ユニットからの煙道ガスの少なくとも第１の部分を受け取る導管又は容器を含むことができる。導管又は容器は、予め指定された期間、混合物を煙道ガスと直接接触させて、煙道ガスを冷却及び加湿し、煙道ガス及び固体物質を微粒子コレクタに供給する前に混合物内の固体微粒子を乾燥させるように構成することができる。
【０００９】
さらに、燃焼煙道ガス中の廃水を蒸発させて酸性ガスの排出を低減する方法であって、廃水を加熱して加熱廃水を生成する熱交換器に廃水を供給するステップと、フラッシュ容器内で加熱廃水を蒸発させてフラッシュ容器内の残りの廃水を回収するステップと、残りの廃水を、配置された蒸発器デバイスに、蒸発器デバイス内の残りの廃水を蒸発させるために蒸発器デバイスを通る煙道ガスの流れと共に供給するステップと、環境に放出するため処理済み煙道ガスを生成するために煙道ガスから酸性ガスを吸収する煙道ガスを湿式煙道ガス脱硫システムに供給するステップとを備える方法を開示する。本方法はまた、廃水の加熱及び蒸発の前に、活性炭、活性化コークス、アルカリ性試薬及びスケール抑制剤からなる群から選択される１種以上を廃水に添加するステップを備える。また、本方法は、煙道ガスとの接触時に煙道ガスから酸性ガスを吸収するために、湿式煙道ガス脱硫システムに吸収液を供給するステップを備える。本方法によれば、熱交換器における廃水の加熱は、約１７５°Ｆ〜約３５０°Ｆ（約８０℃〜約１８０℃）の温度で、約１ｂａｒ（絶対）〜約１０ｂａｒ（絶対）、又は約１．４ｂａｒ（絶対）〜約６ｂａｒ（絶対）である。本方法によれば、蒸発器デバイスは、噴霧乾燥器とすることができる。また、本方法によれば、蒸発器デバイスは、湿った吸収材料を分散させるシステムであってもよい。さらに、廃水を蒸発させ、燃焼煙道ガスからの酸性ガスの排出を減少させるためのシステムであって、煙道ガスから酸性ガスを吸収して廃水を生成し、環境に放出するための処理済み煙道ガスを生成する湿式煙道ガス脱硫システムと、廃水を供給されて、供給された廃水を加熱して加熱廃水を生成する熱交換器と、加熱廃水を蒸発させ、その内に残った廃水を回収するためのフラッシュ容器と、その中を通って流れる煙道ガスの流れの中の残りの廃水を蒸発させるための湿式煙道ガス脱硫システムの上流にある蒸発器デバイスとを備えるシステムを開示する。また、システムは、煙道ガスの少なくとも第１の部分が蒸発器デバイスに供給されるように、蒸発器デバイスに流体接続された煙道ガスを生成する燃焼ユニットを備える。本システムによれば、蒸発器デバイスは、噴霧乾燥器とすることができる。また、蒸発器デバイスは、湿った吸収材料を分散させるシステムであってもよい。さらに、システムは、システム動作条件を調整するように動作可能な制御デバイスを備える。制御デバイスは、温度、流量及び湿度の１以上のシステム動作条件を断続的又は連続的な測定するために、１以上のシステムセンサから測定値を受信するよう動作可能とすることができる。システムの熱交換器は、廃水を加熱するために、約１７５°Ｆ〜約３５０°Ｆ（約８０℃〜約１８０℃）の温度で、約１ｂａｒ（絶対）〜約１０ｂａｒ（絶対）、又は約１．４ｂａｒ（絶対）〜約６ｂａｒ（絶対）の圧力で動作可能である。上記及びその他の特徴は、以下の図及び詳細な説明によって例示される。
【００１０】
次に例示的な実施形態である図面を参照すると、同じ要素には同じ番号が付けられている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】廃水を蒸発させて酸性ガスの排出を低減するための装置の第１の例示的な実施形態のブロック図である。
【図２】廃水を蒸発させて酸性ガスの排出を低減するための装置の第２の例示的な実施形態のブロック図である。
【図３】廃水を蒸発させて煙道ガスの酸性ガスの排出を低減するための装置の別の例示的な実施形態の概略ブロック図である。
【図４】廃水を蒸発させて煙道ガスの酸性ガスの排出を低減するための装置のさらに別の例示的な実施形態の概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書に開示された技術革新の実施形態の他の詳細、目的及び利点は、例示的な実施形態及び関連する例示的な方法の以下の説明から明らかになるであろう。
【００１３】
本明細書では、電力又は産業プラント、酸性ガス排出を低減するために廃水を蒸発させる装置及び大気汚染物質などの排出物を低減し、廃水排出を低減するよう構成することができる方法を実施する方法を開示する。酸性ガス放出を減少させるために廃水を蒸発させる装置の実施形態は、発電所、発電装置及び産業プラントにおいて利用可能とすることができる。
【００１４】
図１を参照すると、発電所又は産業プラントは、ガスタービン又はボイラーユニット１などの蒸気及び／又は煙道ガスを放出するために燃料を燃焼させる燃焼ユニットを含むことができる。ボイラーユニット１は、１以上の酸素含有ガス流（例えば、空気、Ｏ2ガス、又はＯ2ガスを含む別の種類のガス）及び燃料を供給して、燃料を燃焼させることができる。燃料は、石炭、石油、又は天然ガスなどの化石燃料とすることができる。蒸気に加えて、煙道ガスは、燃料の燃焼によって形成され、ボイラーユニット１によって放出することができる。蒸気は、発電又は他の用途（例えば、地域暖房、プロセス加熱など）に使用するために、タービン（図示せず）に搬送することができる。煙道ガスの少なくとも一部を大気に放出する前に、煙道ガスの熱を使用するために煙道ガスを他の要素に搬送することができる。
【００１５】
１以上の導管は、ボイラーユニット１を窒素酸化物除去ユニット３に接続することができ、その結果、ボイラーユニット１から窒素酸化物除去ユニット３に煙道ガスを通すことができる。窒素酸化物除去ユニット３は、選択的還元反応（ＳＣＲ）ユニット、選択的非還元反応（ＳＮＣＲ）ユニット、又は窒素酸化物（例えば、ＮＯ2、ＮＯ3、ＮＯx）を煙道ガスから除去するよう構成された別の種類の要素として構成することができる。
【００１６】
窒素酸化物除去ユニット３を通過した後、煙道ガスは、さらなる処理又は使用のために複数の流れに分割することができる。例えば、煙道ガスの第１の部分は、予熱器５をバイパスし、煙道ガスを蒸発器デバイス７に供給するためのバイパス導管４を通過することができる。煙道ガスの第１の部分は、装置のいくつかの実施形態では「スリップストリーム」とみなすことができる。煙道ガスの第２の部分は、窒素酸化物除去ユニット３を予熱器５に接続する１以上の導管を介して予熱器５に通され、その流体が燃料を燃焼させるためにボイラーユニット１に供給される前に、流体を加熱することができる。煙道ガスの第２の部分は、微粒子コレクタ９に供給される前に予熱器５を通過することができる。
【００１７】
蒸発器デバイス７は、廃水容器１９から煙道ガス及び液体廃水を受け取るような大きさの容器とすることができる。１以上の廃水導管２３が、液体廃水を受け取るために蒸発器デバイス７を廃水容器１９に接続することができる。廃水容器１９は、プラントの１以上の要素から液体廃水を受け取り、予め指定された流量又は制御された流量で廃水を蒸発器デバイス７に供給するためにその廃水を保持するよう構成される廃水保持タンク又は他の容器とすることができる。
【００１８】
蒸発器デバイス７は、煙道ガスを低温に冷却し、廃水を蒸発させることによって煙道ガスの湿度レベルを上昇させるような方法で、廃水流を煙道ガスと直接接触させることができる噴霧乾燥器吸収器（ＳＤＡ）又は他のデバイス又は容器として構成することができる。蒸発器デバイス７は、煙道ガスを冷却及び加湿して廃水を蒸発させるために、液体廃水を煙道ガスに噴霧又は分散させるための回転噴霧器、二流体ノズル、又は他の分散要素を含むことができる。
【００１９】
蒸発器デバイス７に供給するために煙道ガスが予熱器５に供給される前に、ボイラーユニット１によって放出された煙道ガスの一部を分流することで、比較的高温の煙道ガス（例えば、７００°Ｆ、３７０℃、６００〜８００°Ｆ（３００℃〜４５０℃）の温度を有する煙道ガス）を蒸発器デバイスに供給することを可能にすることができる。上記の温度範囲は、蒸気生成発電所用途の代表であり、他の産業用又はガス燃焼用途は、異なる温度範囲を有する可能性がある。このような高温煙道ガスの使用は、蒸発器デバイス７に搬送される煙道ガスが、（例えば、予熱器５を介して）他の熱伝達動作で以前に使用されていた低温煙道ガスと比較して、より多くの量の廃水を蒸発させることを可能にする。予熱器５に入る前に煙道ガスを迂回させることにより利用可能な煙道ガス温度をより高くすることにより、低温煙道ガスを使用するよう構成することができる他の実施形態と比較して、所望の量の廃水を蒸発させるために、蒸発器デバイス７のサイズが、より大量の煙道ガスを収容する必要がない可能性があるので、蒸発器デバイス７をより低コストで製造することを可能にすることができる。コスト削減に加えて、利用可能なスペースが比較的少ない可能性のある発電所又は産業プラント内の装置の実施形態に後付けするのに有利であり得るより小さな蒸発器デバイス７を使用することにより、蒸発器デバイス７、バイパス導管４及び出力導管８が、より小さな設置面積で使用可能とすることができる。
【００２０】
予熱器５の上流から取られた高温煙道ガスの使用は、この場所での煙道ガス圧力が予熱器の後の煙道ガス圧力よりも高いというさらなる利点をもたらす。より高い圧力により、蒸発器デバイス７に供給して出力導管８に出力するために、バイパス導管４を通過した煙道ガスの自然循環を促進することができ、蒸発器デバイスへの、又は蒸発器デバイスからの、煙道ガスの流れを駆動するのにポンプ又はファンが不要となる。当然、ポンプ又はファンは、バックアップ手段として、又は煙道ガス流量の制御が所望の流量範囲内で維持可能であることを確実にするために利用してもよい。ポンプ又はファンがそのような実施形態では使用される場合、ポンプ又はファンは、より高温の煙道ガスの使用によってもたらされるより大きな圧力降下のために、より低い出力レベルで動作することを可能にすることができる。
【００２１】
蒸発器デバイス７に入る煙道ガスの流量、煙道ガスの温度及び／又は蒸発器デバイス７を出る煙道ガスの湿度は、蒸発器デバイス７の入口に隣接する１以上の流量センサ、１以上の温度センサ及び／又は蒸発器デバイス７の出口に隣接して配置されるか、又は蒸発器デバイス７の出力導管８内に配置される１以上の湿度センサを介して監視され、蒸発器デバイスの動作を制御して、煙道ガスが、少なくとも所定の温度まで冷却され、所定の湿度レベルを有することを確実にすることができる。バイパス導管４に流入する煙道ガス及び／又は蒸発器デバイス７に供給される廃水の流量は、１以上のセンサによって検出された煙道ガスの流量、温度及び湿度に基づいて調整することができる。或いは、煙道ガスの流量は、煙道ガスの所望の温度及び湿度条件を達成するように廃水流を制御しながら維持することができる。
【００２２】
例えば、煙道ガスは、出力導管８内の煙道ガスを１８０°Ｆ〜３００°Ｆ（８０℃〜１５０℃）の温度などの所定の温度範囲に維持するよう監視することができる。別の例として、蒸発器デバイス７及び／又は出力導管８内の煙道ガスの温度を監視して、固体微粒子の濡れ及び／又は腐食を避けるために煙道ガスが断熱飽和温度よりも１０℃（３０Ｆ°）以上にあることを確実にすることができる。煙道ガスが所定の温度閾値よりも低いと判定された場合、より多くの量の煙道ガスがバイパス導管４に流入して蒸発器デバイス７に供給される可能性があり及び／又は蒸発器デバイスに供給される廃水の量を減らすことができ、その結果、煙道ガスと接触する廃水が少なくなる。煙道ガスが所定の温度閾値を上回ると判断された場合、より多くの廃水を蒸発器デバイス７に供給することができ及び／又はより少ない煙道ガスがバイパス導管４を通って蒸発器デバイスに搬送される可能性がある。
【００２３】
蒸発器デバイス７に供給される液体廃水は、廃水中に懸濁された固体微粒子などの固体物質を含むことができる。廃水はまた、水の中に要素を含むことができ、その要素は、液体廃水が加熱され、続いて蒸発器デバイス７で蒸発される場合に、水から析出させることができる。固体が廃水内に存在する場合、固体は、乾燥動作を改善することができる。
【００２４】
少なくともいくつかの用途に好ましいとすることができる例示的な実施形態では、固体材料を廃水に添加し、廃水の蒸発、並びに溶解及び懸濁された固体の乾燥を容易にすることにより、下流の導管及び容器内に湿った粒子が堆積することを避ける。例えば、微粒子コレクタ９からの固体微粒子又は煙道ガス脱硫システムからの固体副生成物を廃水に供給するか、又は廃水と混合して、固体微粒子を廃水に添加することができる。廃水中の固体微粒子の混合は、廃水が蒸発器デバイスに供給される前に、貯蔵タンクなどの廃水容器１９内で行われてもよい。
【００２５】
液体廃水は、そこに混合又は添加される他の要素を含むこともできる。例えば、石灰、水和石灰、炭酸ナトリウム、トロナ、アルカリフライアッシュなどのアルカリ性試薬を含む物質を廃水に添加することができる。そのような材料を保持する容器などのアルカリ性試薬源１７は、アルカリ性試薬を廃水容器１９内に保持したまま廃水に供給するための１本もしくは複数の配管又は他の供給導管によって廃水容器１９に接続することができる。代替的な実施形態では、アルカリ性試薬は、煙道ガスが蒸発器デバイス７に、又は蒸発器デバイス７内に入る前に、又は煙道ガスが蒸発器デバイスから出た後に、導管内の煙道ガスから別々に供給することができる（例えば、アルカリ性試薬は、廃水とは別々に、バイパス導管４もしくは出力導管８もしくは蒸発器デバイス７に煙道ガスに供給することができる）。
【００２６】
所定の量のアルカリ性試薬を廃水に供給することができるので、廃水はアルカリ性に富んでおり、廃水が蒸発器７で煙道ガスと接触することによって蒸発する場合に不溶性及び重金属化合物を析出させるのに必要な量を超過する。廃水中に存在する過剰な量のアルカリ性試薬は、塩化水素（ＨＣｌ）、フッ化水素（ＨＦ）、二酸化硫黄（ＳＯ2）、三酸化硫黄（ＳＯ3）及び硫酸（Ｈ2ＳＯ４）などの煙道ガス内の酸性ガス要素を捕捉し、亜硫酸カルシウム（ＣａＳＯ3）、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ4）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）及びフッ化カルシウム（ＣａＦ2）などの固体微粒子を形成することによって、腐食を防止し、汚染物質排出を減らすのに役立つこともできる。さらに、固体内の未反応のアルカリ性試薬は、煙道ガスが蒸発器デバイス７から出て、冷却されて加湿された煙道ガス及び固体微粒子を、煙道ガスの流れが予熱器５から出た後に煙道ガスの第１の流れに供給する、出力導管８に供給される場合に、煙道ガス内で反応し続けて追加の酸性ガス要素を捕捉し続ける吸着剤を提供することができる。このような吸着要素の存在は、煙道ガス内の酸性要素を捕捉することによって下流装置の腐食を防止し、大気にそのような要素を排出することを防ぐために酸性ガス関連要素を下流で回収するためにさらなる吸着剤をもたらすのに役立つことができる。
【００２７】
湿式煙道ガス脱硫システム１３が蒸発器デバイスの下流に配置されている実施形態では、アルカリ性試薬による煙道ガス上流でのＨＣｌの捕捉により、廃水のパージの必要性を低減することができる。したがって、蒸発器デバイス７のサイズは、それらの実施形態に対して、より少量の廃水を蒸発させるのに必要な煙道ガスの量が少なくて済むので、小さくすることができる。
【００２８】
さらに、活性炭又は活性コークスを廃水容器１９に添加して、廃水が蒸発器デバイス７に供給される前に活性炭又は活性コークスを液体廃水に添加することができる。活性炭又は活性コークスが存在することで、水銀、セレン及びヒ素などの金属の化合物の吸着をもたらすことができ、廃水が蒸発器デバイス７で蒸発する場合に、そのような化合物を蒸発させる可能性を抑制することができる。さらに、液体廃水中の活性炭又は活性コークスの存在は、蒸発器デバイス７を通過した煙道ガス中に存在し得る金属化合物（例えば、水銀）の吸着をもたらすことができる。
【００２９】
いくつかの実施形態では、活性炭又は活性コークスは、材料を廃水容器１９に供給する前に、アルカリ性試薬と混合することができる。他の実施形態では、活性炭又は活性コークスは、アルカリ性試薬から分離された状態に保つことができ、廃水に別々に添加することができる。
【００３０】
蒸発器デバイス７の出力導管８からの煙道ガス及び固体微粒子の第１の部分は、煙道ガス及び固体微粒子の結合された第１及び第２の部分を微粒子コレクタ９に供給する前に、導管又は容器内の予熱器５からの煙道ガス出力の第２の部分と混合させることができる。微粒子コレクタ９は、混合された煙道ガス及び固体微粒子を受け取るための１以上の導管を介して蒸発器デバイス７及び予熱器５に接続することができる。微粒子コレクタ９は、電気集塵器などの集塵装置又は繊維質フィルタなどのフィルタとして構成することができる。代わりに、微粒子コレクタ９は、煙道ガスから固体微粒子を分離するように及び／又は煙道ガスから固体微粒子を析出させて煙道ガスから固体を分離するように構成された別のタイプの微粒子コレクタとして構成することができる。
【００３１】
分離された煙道ガスは、次に、大気に放出するための煙突又は熱回収蒸気発生器などのスタック１５に煙道ガスが搬送される前に煙道ガスから硫黄を除去するために、湿式煙道ガス脱硫システムに微粒子コレクタ９を接続する１以上の導管を介して湿式煙道ガス脱硫システム１３に供給することができる。１以上の導管は、スタック１５に煙道ガスを搬送するために、湿式煙道ガス脱硫システムをスタック１５に接続することができる。代替実施形態では、湿式煙道ガス脱硫システムの代わりに乾式煙道ガス脱硫システムを利用することができる。
【００３２】
湿式煙道ガス脱硫システム１３からの廃水は、廃水の供給源として廃水容器１９に供給することができる。例えば、パージ流反応槽、一次ハイドロサイクロンオーバーフロー、又は真空ろ液からの廃水は、廃水容器１９を湿式煙道ガス脱硫システム１３に相互接続する１以上の導管を介して廃水容器１９に供給することができる。さらに、１以上の他の廃水源２１からの廃水を廃水容器１９に供給することができる。例えば、発電所の冷却塔ブローダウン、ストーム及び石炭堆積場、化学洗浄屑及び／又は灰だめ池オーバーフローからの廃水は、回収されるか、又は廃水容器１９に搬送されてそこに保持することができる。廃水源は、廃水を搬送する装置のオペレータの顧客である別の産業団体でも、廃水を処理するための装置のオペレータでもよいと考えられる。
【００３３】
煙道ガスから分離された微粒子コレクタからの固体微粒子は、煙道ガス内に同伴され得るボイラーユニット１内の化石燃料の本来の燃焼中に生成される固体材料を含むことができる。さらに、煙道ガスを冷却して加湿するよう煙道ガスと接触している廃水から形成された固形物及び、フライアッシュなどの、微粒子コレクタ９を介して形成又は抽出することができる煙道ガスの析出物は、微粒子コレクタ９を介して煙道ガスから分離することができる。微粒子コレクタ９によって分離された固体微粒子は、１以上の固体微粒子導管１１を介して貯蔵、処理、又は他の分散のために搬送することができる。
【００３４】
代替の実施形態では、廃水は、アルカリ性試薬、活性化コークスもしくは活性炭及び微粒子コレクタ９によって分離された固体の少なくとも一部と混合するためにミキサーデバイスに供給することができる。図２はそのような代替実施形態を示す。
【００３５】
図２から分かるように、廃水を蒸発させ、酸性ガスの排出を減少させる装置の実施形態は、煙道ガスが窒素酸化物除去ユニット３を通って煙道ガスの窒素酸化物成分が除去された後、ボイラーユニット１から放出された煙道ガスの一部がバイパス導管６に供給され、予熱器５をバイパスするよう構成される。湿式煙道ガス脱硫システム１３及び１以上の他の廃水源２１からの廃水は、導管２３を通って、ミキサーデバイス２５に、アルカリ性試薬源１７からミキサーデバイス２５に供給されるアルカリ性試薬と混合するために供給される前に、廃水保持タンクなどの廃水容器１９に一時的に保持することができる。そのような実施形態の場合には、ミキサーデバイス２５は、Ａｌｓｔｏｍ  Ｐｏｗｅｒによって提供されるＮＩＤ（商標）システムのミキサーとして構成することができると考えられる。当然、他の種類のミキサーデバイスを代替的に使用することもできる。
【００３６】
導管は、アルカリ性試薬源１７と廃水容器１９とをミキサーデバイス２５に接続して、これらの要素をミキサーデバイス２５に供給することができる。活性炭源２８又は活性化コークス源はまた、活性炭又は活性コークスをミキサーデバイスに供給して廃水と混合するための１以上の導管を介して、ミキサーデバイス２５に接続することができる。ミキサーデバイス２５はまた、微粒子コレクタ９によって分離された固体微粒子の少なくとも一部がミキサーデバイス２５に供給され得るように、１以上の固体微粒子再循環導管２９によって微粒子コレクタ９に接続することができる。固体微粒子再循環導管２９の一部は、固体微粒子がミキサーデバイス２５に供給される前に微粒子コレクタ９によって分離された固体微粒子を一時的に貯蔵するよう構成された１以上のサイロ又は容器を含むことができる。代替の実施形態では、微粒子コレクタ９からの固体微粒子は、固体微粒子をミキサーデバイス２５に再循環するために固体微粒子再循環導管に接続された遠隔サイロ又は固体微粒子貯蔵デバイスに貯蔵することができる。
【００３７】
ミキサーデバイス２５は、アルカリ性試薬、微粒子コレクタ９からの固体物質（例えば、固体微粒子）、活性炭もしくは活性コークス及び液体廃水を受け取ることができる。ミキサーデバイス２５は、これらの要素を攪拌又は混合して、要素を組合せて、混合物を形成することができる。ミキサーデバイス２５によって形成される混合物は、湿った粉末（例えば、濡れた粉塵又は湿った粉塵）又はスラリーとして形成することができる。湿った粉末として形成される場合、混合物は、少なくとも１重量％の水分含有量を有することができ、さらに好ましくは、２重量％〜５重量％の水含有量を有することができる。ミキサーデバイスが１重量％〜８重量％の水を有する混合物を形成するように実施形態を構成することも考えられる。さらに別の実施形態では、ミキサーデバイスは、１重量％の水乃至８重量％超の水までの含水量を有する湿った粉末を形成するように構成することができると考えられる。
【００３８】
ミキサーデバイス２５を介して形成された混合物は、その後、ミキサーデバイスから出力することができる。１以上の混合物分散導管２７がミキサーデバイス２５をバイパス導管６に接続して、バイパス導管を通過する煙道ガスに廃水、アルカリ性試薬、活性炭もしくは活性化コークス及び固体微粒子の混合物を供給することができる。１以上のノズル又は他の分散機構を、バイパス導管６内に混合物を分散又は噴霧して混合物を煙道ガスに供給するように構成することができる。混合物分散導管２７は、ミキサーデバイス２５によって形成された混合物が、バイパス導管６を通る煙道ガスを接触させるために、バイパス導管６の１つの別個の位置内に分散可能であるか、又はバイパス導管６内の複数の異なる離間した位置に分散可能である。煙道ガス及び混合物は、その後、バイパス導管の残りの部分を通過し、その後、予熱器５から出て行く煙道ガスと混合することができる。装置の代替的な実施形態は、微粒子コレクタ９からの廃水流又はアルカリ流又は固体微粒子のいずれかを別々にバイパス導管６又は蒸発器容器３１に添加できるように構成することができる。
【００３９】
煙道ガスと混合物の両方が通過するバイパス導管６の部分は、煙道ガスが混合物内の廃水に曝されて直接接触する際に煙道ガスが冷却されて加湿される場合に蒸発器デバイスの一種と考えることができ、混合物中の固体微粒子は、高温煙道ガスに曝され、直接接触する際に乾燥される。
【００４０】
バイパス導管６は、混合物からの廃水が十分に蒸発するのを確実にするために混合物と煙道ガスとの十分な混合を保証するための所定の滞留時間の間、ミキサーデバイス２５から煙道ガス及び混合物を受け取り、これらの要素を蒸発器容器３１内に保持するように構成された１以上の蒸発器容器３１（図２に破線で示す）を含むことができ、混合物の固体微粒子は十分に乾燥され、煙道ガスは、設計基準の特定のセットに適合するように十分に冷却され、加湿されると考えられる。このように、蒸発器容器３１は、一種の蒸発器デバイスであると考えることができる。混合物が供給された後、微粒子コレクタ９（例えば、蒸発器容器３１）に供給される前に煙道ガスが通過する導管の部分は、Ａｌｓｔｏｍ  Ｐｏｗｅｒ  ＮＩＤ（商標）システムのＪダクト反応器又はＪダクトとすることができ、又は煙道ガス及び微粒子がダクトを通って微粒子コレクタ９に垂直に移動する場合に煙道ガスが所定の温度に冷却されて、固体微粒子が所定の乾燥度まで乾燥されることを確実にするよう煙道ガス及び混合物に対して十分な残留時間を提供する１以上の垂直に伸びる部分を有する他の種類のダクトとすることができる。ミキサーデバイス２５からの混合物は、煙道ガス及び混合物が蒸発器容器３１を通過する前に、蒸発器容器３１内で直接供給することができ、又はバイパス導管６に供給することができる。
【００４１】
予熱器５から流出する煙道ガス流が、煙道ガス、蒸発廃水及びバイパス導管６からの固体微粒子と合流した後、これらの結合された物質は、固体微粒子を煙道ガスから分離するために微粒子コレクタ９に供給することができる。固体微粒子は、分離された固体材料の少なくとも一部が、リサイクル導管２９を介してミキサーデバイスにリサイクルされるように分離することができる。固体材料の別の部分は、その後の処理及び分配のために出力することができる。
【００４２】
固体微粒子から分離された煙道ガスは、排熱回収器又は煙突などのスタック１５から放出される前に、後続の処理のために微粒子コレクタ９から湿式煙道ガス脱硫システム１３に通すことができる。湿式煙道ガス脱硫システム１３からの廃水及び他のプラント運転からの廃水又は別の廃水源２１からの廃水は、ミキサーデバイス２５内での保持及びその後の使用のために廃水容器１９に供給することができる。代替実施形態では、湿式煙道ガス脱硫システムの代わりに乾式煙道ガス脱硫システムを利用することができる。
【００４３】
発電所又は産業プラント運転からの廃水に加えて、他の工業設備からの廃水を配管、管、又は他の導管を介して廃水容器１９にもたらすことができることが意図されている。したがって、いくつかの実施形態では、発電所オペレータは、廃水を蒸発させて酸性ガスの放出を削減するための装置の動作において装置自体の廃水を使用することに加えて、廃水除去を必要とする産業顧客又は他の第三者からの廃水を処理するためのサービス料金を変更することができる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、ミキサーデバイス２５内で形成された混合物は、煙道ガスが１以上の混合物供給導管２７ａ（図２に破線で示す）を介して予熱器５を通過した後に煙道ガスに通すことができ、煙道ガスを冷却及び加湿することができ、混合物内の固体微粒子は、（例えば、煙道ガスが予熱器５を通過した後に）及び煙道ガス、蒸発廃水及び固体微粒子が微粒子コレクタ９を通過する前に、予熱器５の下流の微粒子コレクタ９に煙道ガスを搬送する導管又は容器内で乾燥させることができることが考えられる。装置のそのような実施形態は、設置面積を比較的小さくして、発電所又は産業プラントにかかる資本コストを最小限にするよう装置を改装することを可能にすることができるので有利であり得る。
【００４５】
例えば、バイパス導管６は、ミキサーデバイス２５によって形成された混合物が、予熱器５を出た後及び１以上の混合物供給導管２７ａを介して微粒子コレクタ９に供給される前に、全ての煙道ガスに供給されるよう構成される装置の実施形態では必要ではない可能性がある。さらに、予熱器から微粒子コレクタに煙道ガスを搬送する発電所又は産業プラント内の既存の導管は、混合物及び煙道ガスを微粒子コレクタ９へ搬送するための最小限の変更で利用することができることが意図されている。混合物と煙道ガスの両方を搬送するこの導管の部分は、微粒子コレクタ９に入る前に煙道ガスが十分に冷却されて混合物中の固体微粒子が十分に乾燥されることを確実にするようその煙道ガスがその導管を通る滞留時間を十分に有するよう構成することができる。例えば、煙道ガスは、予熱器５を出た後に２５０°Ｆ〜４００°Ｆ（１２０℃〜２０５℃）の温度とすることができ、その後、微粒子コレクタ９に供給される前に固体微粒子が十分に乾燥されて煙道ガスが冷却されるように、ミキサーデバイス２５からの混合物と接触する際に１８０°Ｆ〜３００°Ｆ（８０℃〜１５０℃）の温度にさらに冷却することができる。
【００４６】
装置のいくつかの実施形態では、ミキサーデバイス２５から装置又は発電所内の複数の異なる離間した位置で煙道ガスに混合物を供給するために、複数の異なる混合物供給導管を利用することができると考えられる。例えば、混合物の一部は、煙道ガスが予熱器５を通過する前に、混合物供給導管を介して煙道ガスに供給されてもよく、混合物の別の部分は、煙道ガスが予熱器５を通過した後に煙道ガスに供給されてもよい。
【００４７】
バイパス導管６内又は煙道ガスを微粒子コレクタ９に供給する別の導管内の煙道ガスの流量、温度及び／又は湿度は、１以上の流量センサ、１以上の温度センサ及び／又は１以上の湿度センサを介して監視され、ミキサーデバイス２５の動作を監視して、煙道ガスが、少なくとも所定の温度に冷却されて、所定の湿度レベルを有することを確実にする。例えば、ミキサーデバイス２５に供給される廃水の流量又は煙道ガスに供給される混合物内に混合される水の量は、１以上のセンサによって検出された温度及び／又は湿度レベルに基づいて調整され、バイパス導管６内又は煙道ガスを微粒子コレクタ９に供給する導管内に煙道ガスを所定の温度範囲、例えば、２００°Ｆ〜３００°Ｆの温度、９０℃〜１５０℃の温度、又は固体微粒子の濡れ及び／又は腐食を避けるためにその断熱飽和温度を超える１０℃（３０°Ｆ）以上の温度に維持することができる。
【００４８】
図３を参照すると、発電所又は産業プラントシステム１０は、ガスタービン又はボイラーユニットなどの蒸気及び／又は煙道ガスＦＧを生成する燃料Ｆを燃焼させる燃焼ユニット１を含む。燃焼ユニット１は、配管２ａを介してガス供給源２から１以上の酸素含有ガス流Ｏ、例えば、空気、Ｏ2ガス、又はＯ2ガスを含む他の種類のガスなどの酸化剤流及び燃焼ユニット１内で燃料Ｆを燃焼させるためにダクト４ａを介した燃料供給源４からの燃料Ｆを供給される。燃焼される燃料Ｆは、石炭、石油、又は天然ガスなどの化石燃料とすることができる。蒸気に加えて、煙道ガスＦＧは、燃料Ｆの燃焼によって形成され、燃焼ユニット１によって放出することができる。生成した蒸気は、発電又は他の用途、例えば、地域暖房、プロセス加熱などに使用するために、タービン（図示せず）に搬送することができる。生成した煙道ガスＦＧは、煙道ガスＦＧの処理後に、煙道ガスＦＧの少なくとも一部を大気に放出する前に、煙道ガスＦＧからの熱エネルギーを伝達するために、他のシステム１０の設備に搬送することができる。
【００４９】
燃焼ユニット１から窒素酸化物除去ユニット３に煙道ガスＦＧを流すために、１以上の導管１ａが窒素酸化物除去ユニット３を燃焼ユニット１に接続する。窒素酸化物除去ユニット３は、選択的還元反応（ＳＣＲ）ユニット、選択的非還元反応（ＳＮＣＲ）ユニット、又は窒素酸化物、例えば、ＮＯ2、Ｎ2Ｏ3、ＮＯxを煙道ガスＦＧから除去するよう構成された別の種類のシステム１０の設備として構成される。
【００５０】
窒素酸化物除去ユニット３を通過した後、煙道ガスＦＧは、窒素酸化物除去ユニット３を予熱器５に接続する１以上の導管３ａを介して予熱器５に流入する。大気からの空気などの流体供給源１６からの流体Ｐは、配管１６ａを介して予熱器５に供給され、加熱された流体Ｐが燃焼ユニット１にダクト５ａを介して燃料Ｆを燃焼させる際に使用するために供給される前に加熱された流体Ｐを生成する。煙道ガスＦＧは、さらなる処理又は使用のために複数の流れに分割される前に予熱器５を通って流れる。例えば、煙道ガスＦＧの第１の部分は、予熱器５からバイパス導管５１を通って、流体的に接続された蒸発器デバイス７に供給される。蒸発器デバイス７から、煙道ガスＦＧは、ダクト７ａを介してダクト５ｂに流れ、ダクト５ｂは、予熱器５を微粒子コレクタ９に流体接続する。蒸発器デバイス７に流れる煙道ガスＦＧのこの第１の部分は、システム１０のいくつかの実施形態では「スリップストリーム」と考えられる。煙道ガスＦＧの第２の部分は、予熱器５から流体接続ダクト５ｂを介して微粒子コレクタ９に直接流れる。
【００５１】
蒸発器デバイス７は、蒸発器デバイス７の下流に配置された湿式煙道ガス脱硫システム１３から煙道ガスＦＧ及び液体廃水ＷＷを受け取るような大きさの容器とすることができる。このように、湿式煙道ガス脱硫システム１３からの液体廃水ＷＷは、廃水導管５７、熱交換器５３、廃水導管５５、バルブ７５、フラッシュ容器７７、蒸発器デバイス７に流体接続されたダクト７７ａを流れる。液体廃水ＷＷは、湿式煙道ガス脱硫システム１３から、以下により詳細に説明するように、所定の流量又は制御された流量で蒸発器デバイス７に供給される。
【００５２】
蒸発器デバイス７は、煙道ガスＦＧを約１８０°Ｆ〜約３００°Ｆ（約８０℃〜約１５０℃）の低温に冷却するように、廃水流を煙道ガスＦＧと直接接触させることができる噴霧乾燥器又は他のデバイスもしくは容器として構成することができる。蒸発器デバイス７は、煙道ガスＦＧを冷却及び加湿して廃水ＷＷを蒸発させるために、廃水ＷＷを煙道ガスＦＧに噴霧又は分散させるための回転噴霧器、二流体ノズル、又は他の分散要素９０を含むことができる。同様に、分散要素９０は、蒸発器デバイス７内に湿った吸収材料ＡＭを分散させるために使用することができる。
【００５３】
蒸発器デバイス７に供給するために予熱器５の後に燃焼ユニット１によって生成した煙道ガスＦＧの一部を供給することにより、比較的高温の燃焼ガスＦＧ、例えば、蒸発器デバイス７内で約２５０°Ｆ〜約４００°Ｆ（約１２０℃〜約２０５℃）の温度を有する煙道ガスＦＧを使用することが実現される。上記の温度範囲は、蒸気生成発電所システム１０の用途からの煙道ガスＦＧ温度を表す。他の産業用又はガス燃焼システム用途は、異なる温度及び／又は温度範囲を有する煙道ガスＦＧを生成することができる。蒸発器デバイス７において上述の温度又は温度範囲の比較的高温の煙道ガスＦＧを使用することは、均一ではあるが比較的低温状態下で蒸発した廃水ＷＷの量と比較して、比較的大量の廃水ＷＷの蒸発を実現する。熱交換器５３における廃水ＷＷの加熱及び／又は蒸発は、蒸発器デバイス７の廃水ＷＷ蒸発能力をさらに高める。熱交換器５３を出る廃水ＷＷの温度は、約１７５°Ｆ〜約３５０°Ｆ（約８０℃〜約１８０℃）である。上述したように、所望の廃水ＷＷ温度を実現するために、廃水ＷＷは、熱交換器５３を通過する。また、熱交換器５３を通過するものには、通常、廃水ＷＷとは反対方向に熱交換器５３を通って循環する熱交換剤ＨＡがある。熱交換剤ＨＡは、システム１０の蒸気などの熱源６９によって加熱される。熱交換剤ＨＡが加熱された後、導管７１を経て熱交換器５３に流れ、そこで熱交換剤ＨＡから廃水ＷＷに熱エネルギーが移され、それにより、廃水ＷＷが加熱される。熱エネルギーを廃水ＷＷに移した後、冷却された熱移動剤ＨＡは、再加熱のために導管７３を介して熱源６９に循環して戻る。
【００５４】
本システム１０において、熱交換器５３は、湿式煙道ガス脱硫システム１３で生成した廃水ＷＷを加熱及び／又は蒸発させて、加熱廃水ＷＷ及び／又は蒸気を生成するよう動作する。動作中、湿式煙道ガス脱硫システム１３からの廃水ＷＷは、流体接続された廃水導管５７を通って熱交換器５３の内部５３ａに圧送される。熱交換器５３の内部５３ａには廃水ＷＷが流れるので、熱交換器５３内に存在する特定の温度及び圧力条件により廃水ＷＷの加熱及び／又は蒸発が起こり、加熱廃水ＷＷ及び／又は蒸気が生成される。熱交換器５３の内部５３ａ内では、熱交換剤ＨＡを使用して、熱エネルギーをその中に流れる廃水ＷＷに移して、加熱廃水ＷＷ及び／又は蒸気を生成する。その結果生じる冷却された熱交換剤ＨＡは、熱交換器５３から、流体接続された導管７３を介して熱源６９への循環を続ける。熱交換器５３からの生成した加熱廃水ＷＷ及び／又は蒸気は、廃水導管５５を介してバルブ７５を通り、流体接続されたフラッシュ容器７７に流れる。バルブ７５は、廃水導管５５内を減圧するために動作可能である。バルブ７５を介して廃水導管５５を減圧することにより、フラッシュ容器７７内の廃水ＷＷが膨張してフラッシュ蒸発し、フラッシュ容器７７内に残った廃水ＷＷが回収される。廃水導管５５内のバルブ７５の上流には、約１ｂａｒ（絶対）〜約１０ｂａｒ（絶対）、さらに好ましくは、約１．４ｂａｒ（絶対）〜約６ｂａｒ（絶対）の圧力がある。廃水導管５５内のバルブ７５の下流では、ほぼ大気圧〜約１．３ｂａｒ（絶対）、さらに好ましくは、約１０００ｍｍ水柱〜約大気圧の負圧である。フラッシュ容器７７内に集められた残りの廃水ＷＷは、ダクト７７ａを介して浮遊粒子状物質とともに、流体接続された蒸発器デバイス７に流れる。さらに、フラッシュ容器７７からの蒸発廃水ＷＷは、ダクト７７ｃを介して、微粒子コレクタ９の上流の流体接続されたダクト５ｂに流れて、そこを流れる煙道ガスＦＧを湿らせることができる。任意選択的に、熱交換器５３は、再ボイラー又はケトル型ボイラーであってもよく、ここで、廃水ＷＷの上方の再ボイラー又はケトル型ボイラーにおける空間は、フラッシュ容器７７としても機能し、それにより、フラッシュ容器７７をそこに組み込む。したがって、別個のフラッシュ容器７７は必要ない。
【００５５】
本システム１０の利点は、低品質の熱エネルギーを廃水ＷＷ蒸発に使用することができることである。廃熱及び／又はより低品質の蒸気は、熱交換器５３の熱源として使用することができ、それにより、蒸発器デバイス７において低温の煙道ガスＦＧを使用することが可能になる。全体的な効果は、システム１０の熱効率の大幅な改善である。
【００５６】
予熱器５の下流のダクト５ｂから供給される煙道ガスＦＧは、予熱器５の上流の導管３ａから供給される煙道ガスＦＧの圧力よりも低い圧力を有する可能性がある。したがって、導管５１、蒸発器デバイス７及び出力導管７ａを通る煙道ガスＦＧの循環を容易にするために、ポンプ又はファン６１が導管７ａ内に配置される。ポンプ又はファン６１は、蒸発器デバイス７を通る煙道ガスＦＧの流れを駆動するよう動作する。ポンプ又はファン６１は、煙道ガスＦＧ流量を所望の所定の流量範囲内に維持するために煙道ガスＦＧ流量制御のために必要に応じてシステム１０内で利用される。
【００５７】
蒸発器デバイス７に入る煙道ガスＦＧの流量、煙道ガスＦＧの温度及び蒸発器デバイス７を出る煙道ガスＦＧの湿度は、それぞれ、蒸発器デバイス７の入口７ｂに隣接する１以上の流量センサ５０、１以上の温度センサ５２及び蒸発器デバイス７の出口７ｃに隣接して配置されるか、又は蒸発器デバイス７の出力導管７ａ内に配置される１以上の湿度センサ５４を介して監視され、蒸発器デバイス７の動作条件を制御することができる。蒸発器デバイス７の動作条件の制御は、少なくとも所定の温度又は温度範囲に煙道ガスＦＧを冷却することを可能にし、任意選択的に、又はそれに加えて、所定の湿度レベルにすることができる。導管５１を流れる煙道ガスＦＧの流量及び／又はダクト７７ａを介してフラッシュ容器７７から及び導管５５を介して熱交換器５３から、蒸発器デバイス７に供給される廃水ＷＷの流量は、手動で制御されるか、又は制御デバイス８１によって電子的に制御される１以上のバルブ７９を用いて調節することができきる。制御デバイス８１による１以上のバルブ７９の調整は、１以上のセンサ５０、５２、５４によって測定されるような煙道ガスＦＧの流量、温度及び湿度レベルに基づいている。１以上のセンサ５０、５２、５４によって測定された測定値は、制御デバイス８１に電子的に送信される。制御デバイス８１は、バルブ７９の制御に使用するためのシステム１０の所望の所定の測定値でプログラムされる。したがって、煙道ガスＦＧの流量は、廃水ＷＷの流量が１以上のバルブ７９を介して制御される間、フラッシュ容器７７における温度センサ７７ｂによって測定されるような廃水ＷＷの所望の所定温度、並びに１以上の温度センサ５２及び蒸発器デバイス７の出口７ｃに隣接して配置されるか、又は蒸発器デバイス７の出力導管７ａ内に配置される１以上の湿度センサ５４によって測定されるような煙道ガスＦＧの所望の所定温度及び湿度条件を実現するよう維持することができる。
【００５８】
例えば、煙道ガスＦＧは、煙道ガスＦＧを出力導管７ａ内で、所定の温度範囲、例えば、約１８０°Ｆ〜約３００°Ｆ（約８０℃〜約１５０℃）の温度範囲で維持するよう連続的又は断続的に測定することができる。別の例として、蒸発器デバイス７内及び／又は出力導管７ａ内の煙道ガスＦＧの温度は、少なくとも約３０°Ｆ、約１０℃の温度、その断熱飽和温度を超える温度で煙道ガスＦＧを維持するように連続的又は断続的に測定することができ、その中に同伴される固体微粒子の濡れ及び／又はそれによる腐食を避けることができる。煙道ガスＦＧがバルブ７９の調整により所定の温度閾値未満の温度にあると測定された場合、増加したか、又は比較的大量の煙道ガスＦＧが、蒸発器デバイス７に供給されるために導管５１に流される可能性があり及び／又は減少したか、又は比較的少ない量の廃水ＷＷが蒸発器デバイス７に供給される可能性があり、その結果、より減少したか、又はより少ない量の廃水ＷＷが煙道ガスＦＧと接触することになり、あまり冷却されなくなる。煙道ガスＦＧがバルブ７９の調整により所定の温度閾値を超える温度にあると測定された場合、増加したか、又は比較的大量の廃水ＷＷが、蒸発器デバイス７に供給される可能性があり及び／又は減少したか、又は比較的少ない量の煙道ガスＦＧが蒸発器デバイス７に導管５１を通って供給される可能性があり、その結果、廃水ＷＷは、より減少したか、又はより少ない量の煙道ガスＦＧと接触することになり、より冷却されるようになる。オプションとして、手動で制御されるか、又は制御デバイス８１によって電子的に制御される１以上のバルブ７９に加えて、他のバルブ、ポンプ、ファン、センサ、ダンパ及び電源などの他のシステム機器は、手動で制御することができ、又は制御デバイス８１と通信し及び／又は制御デバイス８１によって電気的に制御することができる。制御デバイス８１を含むそのようなさらなる電子通信／電子制御は、図３内の明瞭さを保つために図３には示されていない。しかしながら、制御デバイス８１は、他のバルブ、ポンプ、ファン、センサ、ダンパ及び電源などの他のシステム機器との通信及び他のシステム機器の制御のために使用され、システム１０のための、制御デバイス８１にプログラムされる、所定の所望の動作パラメータによるシステム１０の動作に対するシステム１０の動作パラメータ調整に影響を及ぼす可能性がある。
【００５９】
蒸発器デバイス７に供給される廃水ＷＷは、廃水ＷＷ内に浮遊粒子状物質を含むことができる。廃水ＷＷは、フラッシュ容器７７内のフラッシュ蒸発及び蒸発器デバイス７での蒸発の前に、廃水ＷＷが加熱され及び／又は熱交換器５３で蒸発されると、廃水ＷＷから析出する可能性がある不溶性及び重金属化合物などの要素を含むこともできる。浮遊粒子状物質が廃水ＷＷ内に存在する場合、浮遊粒子状物質は、乾燥動作を改善することができる。
【００６０】
システム１０の少なくともいくつかの用途に好ましい可能性のある例では、粒子状物質が廃水ＷＷに添加されて、廃水ＷＷの蒸発を促進し、溶解された浮遊粒子状物質を乾燥させることで下流の導管及び容器での堆積を避けられる。例えば、微粒子コレクタ９に集められた分離された固体及び／又は湿式煙道ガス脱硫システム１３で生成した固体副生成物は、組合せられて、スケール抑制剤ＡＳとして、スケール抑制剤源６３からダクト６４を介して廃水ＷＷに、これと混合するために供給することができる。スケール抑制剤ＡＳの廃水ＷＷにおける混合は、廃水ＷＷが熱交換器５３、フラッシュ容器７７及び蒸発器デバイス７に供給される前に、廃水導管５７内で行われてもよい。
【００６１】
上述したように、液体廃水ＷＷは、そこに混合又は添加され得る他の物質を含むこともできる。例えば、石灰、水和石灰、炭酸ナトリウム、トロナ、アルカリフライアッシュなどのアルカリ性試薬を廃水ＷＷに添加することができる。アルカリ性試薬ＡＲを保持する容器などのアルカリ性試薬源６５は、廃水ＷＷが廃水導管５７を流れる間に、アルカリ性試薬ＡＲを廃水ＷＷに供給するための１以上の配管６７又は他の導管によって廃水導管５７に接続することができる。
【００６２】
所定の量のアルカリ性試薬ＡＲを廃水ＷＷに供給することができるので、廃水ＷＷはアルカリ性に富んでおり、廃水ＷＷが蒸発器デバイス７で煙道ガスＦＧと接触することによって蒸発する場合に廃水ＷＷから不溶性及び重金属化合物などの要素を析出するのに必要な量を超過する。廃水ＷＷ中に存在する過剰な量のアルカリ性試薬ＡＲは、塩化水素（ＨＣｌ）、フッ化水素（ＨＦ）、二酸化硫黄（ＳＯ2）、三酸化硫黄（ＳＯ3）及び硫酸（Ｈ2ＳＯ4）などの煙道ガスＦＧ内の酸性ガスを捕捉し、亜硫酸カルシウム（ＣａＳＯ3）、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ4）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）及びフッ化カルシウム（ＣａＦ2）などの廃水ＷＷで搬送される浮遊粒子状物質を形成することによって、腐食を防止し、排出を減らすのに役立つこともできる。さらに、煙道ガスＦＧ内に同伴される未反応のアルカリ性試薬ＡＲは、煙道ガスＦＧが蒸発器デバイス７から、冷却されて加湿された煙道ガスＦＧを供給する出口導管７ａを通って、導管５ｂ内の予熱器５から流れる煙道ガスＦＧの流れに流れる場合に、煙道ガスＦＧ内で反応し続け、さらなる酸性ガスを捕捉する。煙道ガスＦＧ内に同伴されるそのような未反応アルカリ性試薬ＡＲの存在は、煙道ガスＦＧ内の酸性ガスを捕捉することによって下流システム１０装置の腐食を防止し、それにより酸性ガスの大気中への放出を防止するのを助けることができる。
【００６３】
湿式煙道ガス脱硫システム１３が蒸発器デバイス７の下流に配置されている本システム１０のように、未反応のアルカリ性試薬ＡＲの存在により湿式煙道ガス脱硫システム１３の上流の煙道ガスＦＧ中の酸性ガスの捕捉により、湿式煙道ガス脱硫システム１３からの廃水ＷＷを頻繁にパージする必要性を低減することができる。
【００６４】
さらに、活性炭又は活性コークスＡＣは、導管５７及び／又は導管５５に流体接続されたダクト８２を介して炭素供給源８０を介して廃水ＷＷに添加することができる。このように、廃水ＷＷがフラッシュ容器７７及び蒸発器デバイス７に供給される前に、活性炭又は活性コークスＡＣを液体廃水ＷＷに添加することができる。活性炭又は活性コークスＡＣの存在は、水銀、セレン及びヒ素などの不溶性及び重金属化合物などの要素の吸着をもたらすことができ、廃水ＷＷが蒸発器デバイス７で蒸発する場合に、そのような要素が蒸発する可能性を抑制することができる。さらに、液体廃水ＷＷ中の活性炭又は活性コークスＡＣの存在は、蒸発器デバイス７を流れる煙道ガスＦＧ中に存在し得る不溶性及び重金属化合物、例えば、水銀などの要素の吸着をもたらすことができる。
【００６５】
いくつかの実施形態では、アルカリ性試薬源６５から配管６７を介して廃水導管５７に混合物質を供給する前に、活性炭又は活性コークスＡＣをアルカリ性試薬ＡＲと混合することができる。他の実施形態では、活性コークス又は活性炭ＡＣは、アルカリ性試薬ＡＲから分離された状態に保つことができ、上述したように、廃水ＷＷに別々に添加することができる。
【００６６】
蒸発器デバイス７の出力導管７ａからの煙道ガスＦＧの第１の部分は、導管５ｂ内の予熱器５から出力される煙道ガスＦＧの第２の部分と合流することが、煙道ガスＦＧの組み合わされた第１及び第２の部分、すなわち合流した煙道ガスＦＧを微粒子コレクタ９に供給する前に、可能である。微粒子コレクタ９は、導管７ａ及び５ｂを介して蒸発器デバイス７及び合流した煙道ガスＦＧを受け取るために導管５ｂを介して予熱器５に、流体接続される。微粒子コレクタ９は、電気集塵器などの集塵装置又は繊維質フィルタなどのフィルタとして構成することができる。代わりに、微粒子コレクタ９は、固体微粒子及び／又は粒子状物質を、分離した固体として煙道ガスＦＧから分離するよう構成される別の種類の微粒子コレクタとして構成することができる。
【００６７】
微粒子コレクタ９から流れる煙道ガスＦＧは、微粒子コレクタ９を湿式煙道ガス脱硫システム１３に接続する１以上の導管９ａを介して湿式煙道ガス脱硫システム１３に流れる。湿式煙道ガス脱硫システム１３は、水中のアルカリ性試薬などの分散した吸収液ＡＬを使用して、煙道ガスＦＧから硫黄酸化物を除去し、処理済み煙道ガスＦＧを、処理済み煙道ガスＦＧが導管１３を介して、処理済み煙道ガスＦＧを大気に排出するための煙突又は熱回収蒸気発生器などのスタック１５に流れる前に、生成する。湿式煙道ガス脱硫システム１３で生成した廃水ＷＷは、廃水導管５７を介して熱交換器５３に供給される。
【００６８】
微粒子コレクタ９からの分離された固体は、煙道ガスＦＧ内に同伴される燃焼ユニット１内の化石燃料Ｆの本来の燃焼時に生成した固体粒子を含むことができる。さらに、廃水ＷＷから形成される任意の粒子状物質が、煙道ガスＦＧを冷却及び加湿する間に煙道ガスＦＧと接触し、それにより、煙道ガスＦＧ内で同伴され、微粒子コレクタ９を介して煙道ガスＦＧから分離される。微粒子コレクタ９によって分離された分離固体は、１以上の固体導管１１を介して貯蔵、処理、又は他の分散のために搬送することができる。別のオプションとして、微粒子コレクタ９によって分離された分離固体は、ダクト９ｂを介してフラッシュ容器７７に及びダクト７７ａを介して蒸発器デバイス７に搬送され、蒸発器デバイス７内の廃水ＷＷの蒸発を促進することができる。
【００６９】
本明細書に開示されるのは、廃水ＷＷ排出のない湿式煙道ガス脱硫のためのシステム１０の使用方法である。システム１０を使用する方法は、煙道ガスの酸性ガスを減少させて、それにより、処理済み煙道ガスを生成するために、そこを流れる煙道ガスＦＧの湿式煙道ガス脱硫のため、吸着液ＡＬ、例えば、水内のアルカリ性試薬の流れを用いた湿式煙道ガス脱硫システム１３を使用するステップと、加熱廃水ＷＷ及び／又は蒸気を生成するために熱交換器５３における煙道ガス脱硫システム１３からの廃水ＷＷを加熱及び／又は蒸発させるステップと、廃水ＷＷを減圧して少なくとも一部を蒸発させ、フラッシュ容器７７内に残留する廃水ＷＷを回収するステップと、回収された廃水ＷＷをフラッシュ容器７７から蒸発器デバイス７に、そこで蒸発させるために供給するステップと、処理された煙道ガスＦＧを湿式煙道ガス脱硫システム１３から環境に放出するステップとを備える。
【００７０】
図４を参照すると、発電所又は産業プラントシステム１０は、ガスタービン又はボイラーユニットなどの蒸気及び／又は煙道ガスＦＧを生成する燃料Ｆを燃焼させる燃焼ユニット１を含む。燃焼ユニット１は、配管２ａを介してガス供給源２から１以上の酸素含有ガス流Ｏ、例えば、空気、Ｏ2ガス、又はＯ2ガスを含む他の種類のガスなどの酸化剤流及び燃焼ユニット１内で燃料Ｆを燃焼させるためにダクト４ａを介した燃料供給源４からの燃料Ｆを供給される。燃焼される燃料Ｆは、石炭、石油、又は天然ガスなどの化石燃料Ｆとすることができる。蒸気に加えて、煙道ガスＦＧは、燃料Ｆの燃焼によって形成され、燃焼ユニット１によって放出することができる。生成した蒸気は、発電又は他の用途、例えば、地域暖房、プロセス加熱などに使用するために、タービン（図示せず）に搬送することができる。生成した煙道ガスＦＧは、煙道ガスＦＧの処理後に、煙道ガスＦＧの少なくとも一部を大気に放出する前に、煙道ガスＦＧからの熱エネルギーを伝達するために、他のシステム１０の設備に搬送することができる。
【００７１】
燃焼ユニット１から窒素酸化物除去ユニット３に煙道ガスＦＧを流すために、１以上の導管１ａが窒素酸化物除去ユニット３を燃焼ユニット１に接続する。窒素酸化物除去ユニット３は、選択的還元反応（ＳＣＲ）ユニット、選択的非還元反応（ＳＮＣＲ）ユニット、又は窒素酸化物、例えば、ＮＯ2、Ｎ2Ｏ3、ＮＯxを煙道ガスＦＧから除去するよう構成された別の種類の設備として構成される。
【００７２】
窒素酸化物除去ユニット３を通過した後、煙道ガスＦＧは、窒素酸化物除去ユニット３を予熱器５に接続する１以上の導管３ａを介して予熱器５を流れる。大気からの空気などの流体供給源６からの流体Ｐは、配管６ａを介して予熱器５に供給され、加熱された流体Ｐが燃焼ユニット１にダクト５ａを介して燃料Ｆを燃焼させる際に使用するために供給される前に加熱された流体Ｐを生成する。煙道ガスＦＧは、予熱器５を通ってダクト５ｂを介して微粒子コレクタ９に流れる。煙道ガスＦＧが微粒子コレクタ９を流れて、固体が分離固体として煙道ガスＦＧから分離され、微粒子コレクタ９で回収されると、煙道ガスＦＧは、導管９ａを流れ、さらなる処理又は使用のために複数の流れに分割される。例えば、煙道ガスＦＧの第１の部分は、バイパス導管９６を通って、流体的に接続された蒸発器デバイス７に供給される。蒸発器デバイス７から、煙道ガスＦＧは、ダクト７ａを介して、流体接続されたダクト５ｂに流れる。したがって、煙道ガスＦＧが導管９ａで分割される場合、蒸発器デバイス７に流れる煙道ガスＦＧの第１の部分は、システム１０のいくつかの実施形態では「スリップストリーム」と考えられる。煙道ガスＦＧの第２の部分は、微粒子コレクタ９から、流体接続された導管９ａを介して、湿式煙道ガス脱硫システム１３に直接流れる。
【００７３】
蒸発器デバイス７は、蒸発器デバイス７の下流に配置された湿式煙道ガス脱硫システム１３から煙道ガスＦＧ及び液体廃水ＷＷを受け取るような大きさの容器とすることができる。このように、湿式煙道ガス脱硫システム１３からの液体廃水ＷＷは、廃水導管５７、熱交換器５３、廃水導管５５、バルブ７５、フラッシュ容器７７、蒸発器デバイス７に流体接続されたダクト７７ａを流れる。液体廃水ＷＷは、湿式煙道ガス脱硫システム１３から、以下により詳細に説明するように、所定の流量又は制御された流量で蒸発器デバイス７に供給される。
【００７４】
蒸発器デバイス７は、煙道ガスＦＧを約１８０°Ｆ〜約３００°Ｆ（約８０℃〜約１５０℃）の低温に冷却するように、廃水ＷＷ流を煙道ガスＦＧと直接接触させることができる噴霧乾燥器もしくは他のデバイス又は容器として構成することができる。蒸発器デバイス７は、煙道ガスＦＧを冷却及び加湿して廃水ＷＷを蒸発させるために、廃水ＷＷを煙道ガスＦＧに噴霧又は分散させるための回転噴霧器、二流体ノズル、又は他の分散要素９０を含むことができる。同様に、分散要素９０は、蒸発器デバイス７内に湿った吸収材料ＡＭを分散させるために使用することができる。
【００７５】
蒸発器デバイス７に供給するために微粒子コレクタ９の後に燃焼ユニット１によって生成した煙道ガスＦＧの一部を供給することにより、蒸発器デバイス７内で約２５０°Ｆ〜約４００°Ｆ（約１２０℃〜約２０５℃）の温度を有する煙道ガスＦＧを使用することが実現される。上記の温度範囲は、蒸気生成発電所システム１０の用途からの煙道ガスＦＧ温度を表す。他の産業用又はガス燃焼システム用途は、異なる温度及び／又は温度範囲を有する煙道ガスＦＧを生成することができる。熱交換器５３における廃水ＷＷの加熱及び／又は蒸発は、蒸発器デバイス７の廃水ＷＷ蒸発能力をさらに高める。熱交換器５３を出る廃水ＷＷの温度は、約１７５°Ｆ〜約３５０°Ｆ（約８０℃〜約１８０℃）である。上述したように、所望の廃水ＷＷ温度を実現するために、廃水ＷＷは、熱交換器５３を通過する。また、熱交換器５３を通過するものには、通常、廃水ＷＷとは反対方向に熱交換器５３を通って循環する熱交換剤ＨＡがある。熱交換剤ＨＡは、システム１０の蒸気などの熱源６９によって加熱される。熱交換剤ＨＡが加熱されて、加熱された熱交換剤ＨＡが生成した後、加熱された熱交換剤ＨＡは、導管７１を経て熱交換器５３に流れ、そこで、加熱された熱交換剤ＨＡから廃水ＷＷに熱エネルギーが移され、それにより、廃水ＷＷが加熱及び／又は蒸発される。熱エネルギーを廃水ＷＷに移した後、冷却された熱移動剤ＨＡは、再加熱のために導管７３を介して熱源６９に循環して戻る。
【００７６】
本システム１０において、熱交換器５３は、湿式煙道ガス脱硫システム１３で生成されて、湿式煙道ガス脱硫システム１３によって収集された、廃水ＷＷを加熱及び／又は蒸発させるよう動作する。動作中、湿式煙道ガス脱硫システム１３からの廃水ＷＷは、流体接続された廃水導管５７を通って熱交換器５３の内部５３ａに流れる。熱交換器５３の内部５３ａには廃水ＷＷが流れるので、熱交換器５３内に存在する特定の温度及び圧力条件により廃水ＷＷの加熱及び／又は蒸発が起こり、加熱廃水ＷＷ及び／又は蒸気が生成される。熱交換器５３の内部５３ａ内では、加熱された熱交換剤ＨＡを使用して、熱エネルギーをその中に流れる廃水ＷＷに移す。その結果生じる冷却された熱交換剤ＨＡは、熱交換器５３から、流体接続された導管７３を介して熱源６９への循環を続ける。熱交換器５３での廃水ＷＷの加熱及び／又は蒸発に続いて、蒸気及び／又は加熱廃水ＷＷは、廃水導管５５を介して、バルブ７５を通って、流体接続されたフラッシュ容器７７に流れる。バルブ７５は、廃水導管５５内を減圧するために動作可能である。バルブ７５を介して廃水導管５５を減圧することにより、フラッシュ容器７７内の加熱廃水ＷＷが膨張してフラッシュ蒸発し、残った廃水ＷＷが、フラッシュ容器７７に回収される。フラッシュ蒸発は、本明細書では、ほぼ部分真空から約１．３ｂａｒ（絶対）圧力のもとで、約１７５°Ｆ〜約３５０°Ｆ（約８０℃〜約１８０℃）の温度で、１分当たり約４０〜約１０００リットルの廃水ＷＷの割合での蒸発と定義される。廃水導管５５内のバルブ７５の上流には、約１ｂａｒ（絶対）〜約１０ｂａｒ（絶対）、さらに好ましくは、約１．４ｂａｒ（絶対）〜約６ｂａｒ（絶対）の圧力がある。廃水導管５５内のバルブ７５の下流では、フラッシュ容器７７内の加熱廃水ＷＷを膨張及びフラッシュ蒸発させるために、ほぼ部分真空から約１．３ｂａｒ（絶対）、さらに好ましくは、約１０００ｍｍ水柱〜約大気圧の負圧である。フラッシュ容器７７内に集められた残りの廃水ＷＷは、ダクト７７ａを介して浮遊粒子状物質とともに、流体接続された蒸発器デバイス７に流れる。さらに、フラッシュ容器７７からの蒸発廃水ＷＷは、ダクト７７ｃを介して、微粒子コレクタ９の上流の流体接続されたダクト５ｂに流れて、そこを流れる煙道ガスＦＧを湿らせることができる。任意選択的に、熱交換器５３は、再ボイラー又はケトル型ボイラーであってもよく、ここで、廃水ＷＷの上方の再ボイラー又はケトル型ボイラーにおける空間は、フラッシュ容器７７としても機能し、それにより、フラッシュ容器７７をそこに組み込む。したがって、別個のフラッシュ容器７７は必要ない。
【００７７】
本システム１０の利点は、熱交換器５３で廃水ＷＷを加熱及び／又は蒸発させて、フラッシュ容器７７内の下流の膨張及びフラッシュ蒸発のために加熱廃水ＷＷ及び／又は蒸気を生成することであり、蒸発器デバイス７で蒸発する廃水ＷＷの量が減少する。このように、蒸発器デバイス７は、要求されるサイズが比較的小さいために、比較的低コストで製造することができる。蒸発器デバイス７のサイズは、比較的大量の比較的低温の廃水ＷＷを使用して構成されるシステムと比較して、比較的少量の比較的高温の廃水ＷＷにより本システム１０では減らすことができる。熱及び圧力を使用する熱交換器５３の廃水ＷＷの加熱及び／又は蒸発は、比較的小さなサイズの蒸発器デバイス７を使用する効率的な廃水ＷＷ蒸発を実現する。比較的小さな蒸発器デバイス７の製造及び使用に基づく資本及び運用費用の削減に加えて、本システム１０の比較的小さい蒸発器デバイス７も、比較的小さな設置面積で済む。設置面積が小さな装置は、利用可能なスペースが比較的少ない可能性のある発電所又は産業プラント内の既存のシステムに後付けする際に特に有利である。
【００７８】
微粒子コレクタ９の下流の導管９ａから供給される煙道ガスＦＧは、予熱器５の上流の導管３ａから供給される煙道ガスＦＧの圧力よりも低い圧力を有する可能性がある。したがって、導管９６、蒸発器デバイス７及び出力導管７ａを通る煙道ガスＦＧの循環を容易にするために、ポンプ又はファン６１が導管７ａ内に配置される。ポンプ又はファン６１は、導管９６、蒸発器デバイス７及び出力導管７ａを通る煙道ガスＦＧの流れを駆動するよう動作する。ポンプ又はファン６１は、煙道ガスＦＧ流量を所望の所定の流量範囲内に維持するために煙道ガスＦＧ流量制御のために必要に応じてシステム１０内で利用することができる。本システム１０内のポンプ又はファン６１は、少なくとも部分的な蒸発が熱交換器５３及び／又はフラッシュ容器７７で生じた後、蒸発器７内の残りの廃水ＷＷを蒸発させるのに必要な煙道ガスＦＧの量が比較的少ないため、比較的低電力で動作する。多くの場合、システム１０は、導管９ａ内に比較的大きなファン９２を有し、煙道ガスＦＧの導管９ａにおける圧力を、湿式煙道ガス脱硫システム１３を煙道ガスＦＧが通って流れるように増加させる。これらの場合には、ファン９２の下流側から蒸発器デバイス７へ煙道ガスＦＧの一部を取り込むことが有利であり、したがって、ポンプ又はファン６１の必要性を回避することができる。
【００７９】
蒸発器デバイス７に入る煙道ガスＦＧの流量、煙道ガスＦＧの温度及び蒸発器デバイス７を出る煙道ガスＦＧの湿度は、蒸発器デバイス７の入口７ｂに隣接する１以上の流量センサ５０、１以上の温度センサ５２及び蒸発器デバイス７の出口７ｃに隣接して配置されるか、又は蒸発器デバイス７の出力導管７ａ内に配置される１以上の湿度センサ５４を介して監視され、蒸発器デバイス７の動作条件を制御することができる。蒸発器デバイス７の運転条件の制御は、少なくとも所定の温度に煙道ガスＦＧを冷却することを可能にし、任意選択的に、又はそれに加えて、所定の湿度レベルにすることができる。導管９６を通って蒸発器デバイス７に流れる煙道ガスＦＧの流量は、制御のために、１以上のダンパ又はバルブ９４を使用して及び／又はポンプ又はファン６１を使用して、調整することができる。フラッシュ容器７７から導管７７ａを介して蒸発器デバイス７に及び導管５５を介して熱交換器５３から蒸発器デバイス７に供給される廃水ＷＷは、１以上のセンサ５０、５２、５４によって測定される煙道ガスＦＧの流量、温度及び／又は湿度レベルに基づいて、手動で制御されるか、又は制御デバイス８１によって電子的に制御される１以上のバルブ７９を使用して調整することができる。１以上のセンサ５０、５２、５４によって測定された測定値は、制御デバイス８１に電子的に送信される。制御デバイス８１は、バルブ７９の制御に使用するためのシステム１０の所望の所定の測定値でプログラムされる。同じように、煙道ガスＦＧの流量は、廃水ＷＷの流量が１以上のバルブ７９を介して制御される間、フラッシュ容器７７における温度センサ７７ｂによって測定される廃水ＷＷの所望の所定温度、並びに１以上の温度センサ５２及び蒸発器デバイス７の出口７ｃに隣接して配置されるか、又は蒸発器デバイス７の出力導管７ａ内に配置される１以上の湿度センサ５４によって測定されるような煙道ガスＦＧの所望の所定温度及び湿度条件を実現するよう維持することができる。
【００８０】
例えば、煙道ガスＦＧは、煙道ガスＦＧを出力導管７ａ内で、所定の温度範囲、例えば、約１８０°Ｆ〜約３００°Ｆ（約８０℃〜約１５０℃）の温度範囲で維持するよう連続的又は断続的に測定することができる。別の例として、蒸発器デバイス７内及び／又は出力導管７ａ内の煙道ガスＦＧの温度は、約３０°Ｆ（約１０℃）以上の温度、その断熱飽和温度を超える温度で煙道ガスＦＧを維持するように連続的又は断続的に測定することができ、その中に同伴される固体微粒子の濡れ及び／又はそれによる腐食を避けることができる。煙道ガスＦＧがバルブ７９の調整により所定の温度閾値未満の温度にあると測定された場合、増加したか、又は比較的大量の煙道ガスＦＧが、蒸発器デバイス７に供給されるために導管９６に流される可能性があり及び／又は減少したか、又は比較的少ない量の廃水ＷＷが蒸発器デバイス７に供給される可能性があり、その結果、より減少したか、又はより少ない量の廃水ＷＷが煙道ガスＦＧと接触することになり、煙道ガスＦＧがあまり冷却されなくなる。煙道ガスＦＧがバルブ７９の調整により所定の温度閾値を超える温度にあると測定された場合、増加したか、又は比較的大量の廃水ＷＷが、蒸発器デバイス７に供給される可能性があり及び／又は減少したか、又は比較的少ない量の煙道ガスＦＧが蒸発器デバイス７に導管９６を通って供給される可能性があり、その結果、廃水ＷＷは、より減少したか、又はより少ない量の煙道ガスＦＧと接触することになり、煙道ガスＦＧがより冷却されるようになる。オプションとして、手動で制御されるか、又は制御デバイス８１によって電子的に制御される１以上のバルブ７９に加えて、他のバルブ、ポンプ、ファン、センサ、ダンパ及び電源などの他のシステム機器は、手動で制御することができ、又は制御デバイス８１と通信し及び／又は制御デバイス８１によって電気的に制御することができる。制御デバイス８１を含むそのようなさらなる電子通信／電子制御は、図４内の明瞭さを保つために図４には示されていない。しかしながら、制御デバイス８１は、他のバルブ、ポンプ、ファン、センサ、ダンパ及び電源などの他のシステム機器との通信及び他のシステム機器の制御のために使用され、システム１０のための、制御デバイス８１にプログラムされる、所定の所望の動作パラメータによるシステム１０の動作に対するシステム１０の動作パラメータ調整に影響を及ぼす可能性がある。
【００８１】
蒸発器デバイス７に供給される廃水ＷＷは、廃水ＷＷ内に浮遊粒子状物質を含むことができる。廃水ＷＷは、フラッシュ容器７７内のフラッシュ蒸発及び蒸発器デバイス７での蒸発の前に、熱交換器５３で廃水ＷＷが加熱され及び／又は蒸発されると、廃水ＷＷから析出する可能性がある不溶性及び重金属化合物などの要素を含むこともできる。浮遊粒子状物質が廃水ＷＷ内に存在する場合、浮遊粒子状物質は、乾燥動作を改善することができる。
【００８２】
システム１０の少なくともいくつかの用途に好ましい可能性のある例では、粒子状物質が廃水ＷＷに添加されて、廃水ＷＷの蒸発を促進し、溶解された浮遊粒子状物質を乾燥させることで下流の導管及び容器での堆積を避けられる。例えば、微粒子コレクタ９で回収された分離された固体及び／又は湿式煙道ガス脱硫システム１３で生成した固体副生成物は、組合せられて、スケール抑制剤ＡＳとして、スケール抑制剤源６３からダクト６４を介して廃水ＷＷに、これと混合するために供給することができる。スケール抑制剤ＡＳの廃水ＷＷにおける混合は、廃水ＷＷが熱交換器５３、フラッシュ容器７７及び蒸発器デバイス７に供給される前に、廃水導管５７内で行われてもよい。
【００８３】
上述したように、廃水ＷＷは、そこに混合又は添加され得る他の物質を含むこともできる。例えば、石灰、水和石灰、炭酸ナトリウム、トロナ、アルカリフライアッシュなどのアルカリ性試薬を廃水ＷＷに添加することができる。アルカリ性試薬ＡＲを保持する容器などのアルカリ性試薬源６５は、廃水ＷＷが廃水導管５７を流れる間に、アルカリ性試薬ＡＲを廃水ＷＷに供給するための１以上の配管６７又は他の導管によって廃水導管５７に接続することができる。
【００８４】
所定の量のアルカリ性試薬ＡＲを廃水ＷＷに供給することができるので、廃水ＷＷはアルカリ性に富んでおり、廃水ＷＷが蒸発器デバイス７で煙道ガスＦＧと接触することによって蒸発する場合に廃水ＷＷから不溶性及び重金属化合物などの要素を析出するのに必要な量を超過する。廃水ＷＷ中に存在する過剰な量のアルカリ性試薬ＡＲは、塩化水素（ＨＣｌ）、フッ化水素（ＨＦ）、二酸化硫黄（ＳＯ2）、三酸化硫黄（ＳＯ3）及び硫酸（Ｈ2ＳＯ4）などの煙道ガスＦＧ内の酸性ガスを捕捉し、亜硫酸カルシウム（ＣａＳＯ3）、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ4）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）及びフッ化カルシウム（ＣａＦ2）などの廃水ＷＷで搬送される浮遊粒子状物質を形成することによって、腐食を防止し、排出を減らすのに役立つこともできる。さらに、煙道ガスＦＧ内に同伴される未反応のアルカリ性試薬ＡＲは、煙道ガスＦＧが蒸発器デバイス７から、冷却されて加湿された煙道ガスＦＧを供給する出口導管７ａを通って、導管５ｂ内の予熱器５から流れる煙道ガスＦＧの流れに流れる場合に、煙道ガスＦＧ内で反応し続け、さらなる酸性ガスを捕捉する。煙道ガスＦＧ内に同伴されるそのような未反応アルカリ性試薬ＡＲの存在は、煙道ガスＦＧ内の酸性ガスを捕捉することによって下流システム１０装置の腐食を防止し、それにより酸性ガスの大気中への放出を防止するのを助けることができる。
【００８５】
湿式煙道ガス脱硫システム１３が蒸発器デバイス７の下流に配置されている本システム１０のように、未反応のアルカリ性試薬ＡＲの存在により湿式煙道ガス脱硫システム１３の上流の煙道ガスＦＧ中の酸性ガスの捕捉により、湿式煙道ガス脱硫システム１３からの廃水ＷＷを頻繁にパージする必要性を低減することができる。
【００８６】
さらに、活性炭又は活性コークスＡＣは、導管５７及び／又は導管５５に流体接続されたダクト８２を介して炭素供給源８０を介して廃水ＷＷに添加することができる。このように、廃水ＷＷがフラッシュ容器７７及び蒸発器デバイス７に供給される前に、活性炭又は活性コークスＡＣを廃水ＷＷに添加することができる。活性炭又は活性コークスＡＣの存在は、水銀、セレン及びヒ素などの不溶性及び重金属化合物などの要素の吸着をもたらすことができ、廃水ＷＷが蒸発器デバイス７で蒸発する場合に、そのような要素が蒸発する可能性を抑制することができる。さらに、廃水ＷＷ中の活性炭又は活性コークスＡＣの存在は、蒸発器デバイス７を流れる煙道ガスＦＧ中に存在し得る不溶性及び重金属化合物、例えば、水銀などの要素の吸着をもたらすことができる。
【００８７】
いくつかの実施形態では、アルカリ性試薬源６５から配管６７を介して廃水導管５７に混合物質を供給する前に、活性炭又は活性コークスＡＣをアルカリ性試薬ＡＲと混合することができる。他の実施形態では、活性コークス又は活性炭ＡＣは、アルカリ性試薬ＡＲから分離された状態に保つことができ、上述したように、廃水ＷＷに別々に添加することができる。
【００８８】
蒸発器デバイス７の出力導管７ａからの煙道ガスＦＧの第１の部分は、導管５ａ内の予熱器５から出力される煙道ガスＦＧの第２の部分と合流することが、煙道ガスＦＧの組み合わされた第１及び第２の部分、すなわち合流した煙道ガスＦＧを微粒子コレクタ９に供給する前に、可能である。微粒子コレクタ９は、ダクト９ｂを介して、フラッシュ容器７７、ダクト７７ａ、蒸発器デバイス７及び導管７ａに流体的に接続される。微粒子コレクタ９は、電気集塵器などの集塵装置又は繊維質フィルタなどのフィルタとして構成することができる。代わりに、微粒子コレクタ９は、固体微粒子及び／又は粒子状物質を、分離した固体として煙道ガスＦＧから分離するよう構成される別の種類の微粒子コレクタとして構成することができる。オプションとして、微粒子コレクタ９によって分離された分離固体は、ダクト９ｂを介してフラッシュ容器７７に及びダクト７７ａを介して蒸発器デバイス７に搬送され、蒸発器デバイス７内の廃水ＷＷの蒸発を促進することができる。
【００８９】
微粒子コレクタ９から流れる煙道ガスＦＧは、ダクト９６を通って蒸発器デバイス７に流れる煙道ガスＦＧの第１の部分と、導管５ａに流れるための導管７ａとに分割される。煙道ガスＦＧの第２の部分は、微粒子コレクタ９から１以上の導管９ａを介して湿式煙道ガス脱硫システム１３に直接流れる。導管９ａは、処理済み煙道ガスＦＧが導管１３ａを介して、処理済み煙道ガスＦＧを大気に排出するための煙突又は熱回収蒸気発生器などのスタック１５に流れる前に処理済み煙道ガスＦＧを生成するために、煙道ガスＦＧから硫黄酸化物を除去するために湿式煙道ガス脱硫システム１３に微粒子コレクタ９を流体接続する。湿式煙道ガス脱硫システム１３からの廃水ＷＷは、廃水導管５７を介して熱交換器５３に供給される。
【００９０】
微粒子コレクタ９からの分離された固体は、煙道ガスＦＧ内に同伴される燃焼ユニット１内の化石燃料Ｆの本来の燃焼時に生成した粒子を含むことができる。さらに、廃水ＷＷから形成される任意の粒子状物質が、煙道ガスＦＧを冷却及び加湿する間に煙道ガスＦＧと接触し、それにより、煙道ガスＦＧ内で同伴され、微粒子コレクタ９を介して煙道ガスＦＧから分離される。微粒子コレクタ９によって分離された分離固体は、１以上の固体導管１１を介して貯蔵、処理、又は他の分散のために搬送することができる。別のオプションとして、微粒子コレクタ９によって分離された分離固体は、ダクト９ｂを介してフラッシュ容器７７に搬送され、蒸発器デバイス７内の廃水ＷＷの蒸発を促進することができる。
【００９１】
本明細書に開示されるのは、廃水ＷＷ排出のない湿式煙道ガス脱硫のためのシステム１０の使用方法である。システム１０を使用する方法は、煙道ガスの酸性ガスを減少させて、それにより、処理済み煙道ガスを生成するために、そこを流れる煙道ガスＦＧの湿式煙道ガス脱硫のため、吸着液ＡＬ、例えば、水内のアルカリ性試薬の流れを用いた湿式煙道ガス脱硫システム１３を使用するステップと、加熱廃水ＷＷ及び／又は蒸気を生成するために湿式煙道ガス脱硫システム１３からそこに供給される廃水ＷＷを加熱及び加圧することで熱交換器５３内で加熱及び／又は蒸発させるステップと、フラッシュ容器７７内の残りの廃水ＷＷを回収するフラッシュ容器７７内で加熱廃水ＷＷ及び／又は蒸気を減圧及びフラッシュ蒸発させるステップと、回収された廃水ＷＷをフラッシュ容器７７から蒸発器デバイス７に、そこで蒸発させるために供給するステップと、処理された煙道ガスＦＧを湿式煙道ガス脱硫システム１３から環境に放出するステップとを備える。
【００９２】
廃水ＷＷを蒸発させ、煙道ガスＦＧの酸性ガス排出を低減するためのシステム１０の実施形態は、従来の廃水ＷＷ処理に関連する資本コスト及び運転コストを避け、廃水ＷＷ排出の許可及び報告を減らすか、又は排除し、大気放出規制への準拠に関連する資本コスト及び運転コストを削減し、微粒子コレクタ９の上流で煙道ガスＦＧを冷却及び加湿することによる微粒子捕集を改善し、乾燥吸着剤注入システムと比較してアルカリ性試薬ＡＲの消費を少なくする、よう構成される。開示されたシステム１０の実施形態はまた、石灰、消石灰、重炭酸ナトリウム、又はトロナなどのアルカリ性試薬ＡＲを上記のように廃水ＷＷに添加することによってシステム１０設備の腐食を回避する。開示されたシステム１０の実施形態はまた、比較的低い煙道ガスＦＧ圧力降下により電力消費を少なくし、煙道ガスＦＧの圧力降下がより低いと、システム１０を通る煙道ガスＦＧのファン又はポンプを動作させる必要性が減り、それに関連するコストも削減される。開示されたシステム１０の実施形態はまた、煙道ガスＦＧ温度の低下に基づいてより小容量で微粒子コレクタ９の作動を提供し、これはさらなる運転コストの低減をもたらすことができる。
【００９３】
異なる設計基準を考慮して廃水ＷＷを蒸発させ、煙道ガスＦＧ酸性ガス排出を低減するために、システム１０の実施形態に様々な変更を加えることができることを理解されたい。例えば、システム１０を通る様々な流体を搬送するための導管のサイズ、形状、又は構成は、多数の適切な形状、サイズ、又は構成のいずれかとすることができ、多数の異なる容器、バルブ、配管、管、タンク、又はダクトのいずれかを含むことができ、流体の流量がシステム１０の設備に接続されるか、又は流体連通するポンプ又はファンによって影響を受ける可能性がある。煙道ガスＦＧ、廃水ＷＷ及び他の流体流で維持されるべき温度及び／又は圧力はまた、特定のセットの設計目的を満たすためにいくつかの適切な範囲のいずれかにすることができる。別の例として、廃水ＷＷに吸収される酸性ガスを中和するために、任意の種類の適切なアルカリ性試薬ＡＲを廃水ＷＷ内に注入するか、又は混合することができる。さらに、システム１０のいくつかの実施形態は、窒素酸化物除去ユニット３が不要であるように構成することができる。
【００９４】
要約すると、本開示は、廃水ＷＷを蒸発させ、煙道ガスＦＧ酸性ガス排出を低減する方法であって、廃水ＷＷを湿式煙道ガス脱硫システム１３から熱交換器５３に供給して、圧力下で廃水ＷＷを加熱及び／又は蒸発させ、加熱廃水ＷＷ及び／又は蒸気を生成するステップと、フラッシュ容器７７内の加熱廃水ＷＷ及び／又は蒸気を減圧し、少なくとも部分的に蒸発させて、フラッシュ容器７７内に残っている任意の廃水ＷＷを回収するステップと、回収された廃水ＷＷを煙道ガスＷＷを蒸発させるための煙道ガスＦＧが流れる蒸発器デバイス７に供給するステップと、湿式煙道ガス脱硫システム１３に煙道ガスＦＧを供給して煙道ガスＦＧから酸性ガスを吸収し、処理済み煙道ガスＦＧが環境に放出される前に処理済み煙道ガスＦＧを生成するステップとを備える。本方法は、廃水ＷＷの加熱及び蒸発の前に、活性炭及び活性コークスＡＣの少なくとも１つを廃水ＷＷに添加するステップをさらに備える。本方法は、煙道ガスＦＧとの接触時に煙道ガスＦＧから酸性ガスを吸収するために、アルカリ性試薬ＡＲを湿式煙道ガス脱硫システム１３に供給するステップをさらに含む。また、本開示によれば、熱交換器５３における廃水ＷＷの加熱及び／又は蒸発は、約１ｂａｒ（絶対）〜約１０ｂａｒ（絶対）、さらに好ましくは約１．４ｂａｒ（絶対）〜約６ｂａｒ（絶対）の圧力下で約１７５°Ｆ〜約３５０°Ｆ（約８０℃〜約１８０℃）の温度である。本開示の蒸発器デバイス７は、垂直リアクタ内に湿った吸収剤ＡＭを分散させるために使用される分散要素９０を備えた噴霧乾燥器又は垂直リアクタ乾燥煙道ガス脱硫システムである。
【００９５】
要約すると、本開示はまた、廃水ＷＷを蒸発させ、燃焼煙道ガスＦＧからの酸性ガスの排出を低減するためのシステム１０であって、煙道ガスＦＧから酸性ガスを吸収して、それにより、環境に放出するために廃水ＷＷ及び処理済み煙道ガスＦＧを生成する湿式煙道ガス脱硫システム１３と、廃水ＷＷを加熱及び／又は蒸発させるために廃水ＷＷを供給されて、加熱廃水ＷＷ及び／又は蒸気を生成する熱交換器５３と、残りの廃水ＷＷをさらに蒸発させて回収するためのフラッシュ容器７７と、蒸発器デバイス７を流れる煙道ガスＦＧの流れの中の残りの廃水ＷＷを蒸発させるための湿式煙道ガス脱硫システム１３の上流の蒸発器デバイス７とを備える。開示されるような本システム１０は、煙道ガスＦＧを生成し、煙道ガスＦＧの少なくとも第１の部分が蒸発器デバイス７に供給されるように蒸発器デバイス７に流体接続される燃焼ユニット１をさらに備える。本開示によれば、蒸発器デバイス７は、垂直リアクタ内に湿った吸収剤ＡＭを分散させるために使用される分散要素９０を備えた噴霧乾燥器又は垂直リアクタ乾燥煙道ガス脱硫システムである。さらに、本システム１０は、システム動作条件を調整するように動作可能であり、１以上のシステムセンサ５０、５２、５４から測定値を受信するように動作可能な、制御デバイス８１をさらに備える。本システム１０は、温度、流量及び湿度のシステム動作条件を断続的又は連続的に測定するための１以上のセンサ５０、５２、５４をさらに備える。さらに、本システムの熱交換器５３は、加熱廃水ＷＷ及び／又は蒸気を生成するために供給される廃水ＷＷを加熱及び／又は蒸発させるために、約１ｂａｒ（絶対）〜約１０ｂａｒ（絶対）、さらに好ましくは、約１．４ｂａｒ（絶対）〜約６ｂａｒ（絶対）の圧力下で１７５°Ｆ〜約３５０°Ｆ（約８０℃〜約１８０℃）の温度で動作可能である。
【００９６】
本発明は、様々な例示的な実施形態を参照して説明してきたが、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができ、同等物でそれらの特徴を置き換えることができることが当業者によって理解されよう。さらに、多くの変形を行い、特定の状況又は材料を、本開示の本質的な範囲から逸脱することなく、本発明の教示に適合させることができる。したがって、本開示は、意図される最良の態様として本明細書で開示された特定の例示的実施形態に限定されないが、本開示は、添付の特許請求の範囲に該当する全ての実施形態を含むことが意図される。
【符号の説明】
【００９７】
１  燃焼ユニット、ボイラーユニット
１ａ  導管
２  ガス供給源
２ａ  配管
３  窒素酸化物除去ユニット
３ａ  導管
４  バイパス導管、燃料供給源
４ａ  ダクト
５  予熱器
５ａ  ダクト、導管
５ｂ  ダクト、導管
６  バイパス導管、流体供給源
６ａ  配管
７  蒸発器デバイス
７ａ  出力導管、ダクト
７ｂ  入口
７ｃ  出口
８  出力導管
９  微粒子コレクタ
９ａ  導管
９ｂ  ダクト
１０  発電所又は産業プラントシステム
１１  固体微粒子導管
１３  湿式煙道ガス脱硫システム、導管
１３ａ  導管
１５  スタック
１６  流体供給源
１６ａ  配管
１７  アルカリ性試薬源
１９  廃水容器
２１  廃水源
２３  廃水導管
２５  ミキサーデバイス
２７  混合物分散導管
２７ａ  混合物供給導管
２８  活性炭源
２９  固体微粒子再循環導管、リサイクル導管
３１  蒸発器容器
５０  流量センサ、システムセンサ
５１  バイパス導管
５２  温度センサ、システムセンサ
５３  熱交換器
５３ａ  内部
５４  湿度センサ、システムセンサ
５５  廃水導管
５７  廃水導管
６１  ポンプ又はファン
６３  スケール抑制剤源
６４  ダクト
６５  アルカリ性試薬源
６７  配管
６９  熱源
７１  導管
７３  導管
７５  バルブ
７７  フラッシュ容器
７７ａ  ダクト、導管
７７ｂ  温度センサ
７７ｃ  ダクト
７９  バルブ
８０  炭素供給源
８１  制御デバイス
８２  ダクト
９０  分散要素
９２  ファン
９４  ダンパ又はバルブ
９６  バイパス導管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2017196617.tif 000006
【外国語明細書】
2017196617000001.pdf