JPH11253744A - 排煙脱硫装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エアレーションのための空気供給量を少なく
して供給空気の圧力損失を低減するとともに、空気利用
率を高め、さらには溶液の酸化促進のための処理設備を
簡単化するとともに処理工程を短縮し、運転コスト及び
装置コストが低減された排煙脱硫装置を提供する。 【解決手段】 溶液タンク内に収容された溶液に空気を
供給するエアレーションによって前記溶液中の酸素分子
を溶解し、該溶解処理後の溶液を排ガスが通流する吸収
塔に循環して排ガス中に噴出させ、該排ガスと接触させ
て排ガスの脱硫を行なう排煙脱硫装置において、前記溶
液タンクに、該タンク内の溶液に超音波を照射する超音
波照射装置を設け、前記エアレーションと超音波照射と
の相乗効果により溶液中の酸化を促進する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は排煙脱硫装置におい
て、排ガスと接触されるための水溶液中での溶存酸素状
態を改善することにより、酸化反応を促進させる装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】排煙脱硫装置等の水溶液中で酸化反応を
なさしめるプラントにおいては、溶液タンク内に収容さ
れた水溶液中の酸化反応を高効率で促進するため、強制
的に空気を前記水溶液中に供給するエアレーションによ
って酸素分子を水溶液中に溶解させる手法が採られてい
る。

【０００３】図８はかかるエアレーションシステムの原
理図を、図７は該エアレーションシステムを適用した排
煙脱硫装置の構成図を夫々示す。図８において、１は水
溶液２が収容されるタンク、３は空気供給管、４は該空
気供給管３の長手方向に沿って多数穿設された空気噴出
用ノズルである。

【０００４】かかるシステムにおいて、空気供給管３及
びノズル４を介して、酸化反応が行なわれるタンク１内
の水溶液２中に、空気を吹き込むことにより、該水溶液
２中に微細な気泡２ａを発生させ、酸素分子を溶解させ
る。前記水溶液２中に溶解した酸素分子は、水溶液中の
イオン(例えば、亜硫酸イオン等)と衝突することによ
り、酸化反応が進行する。かかる過程を速やかに行なわ
せる手段としては、空気供給量を増加させる方法と、水
溶液２中に供給する空気の気泡を微細化して気液接触面
積を増大させる方法が採られている。

【０００５】図７は図８に示すエアレーションシステム
を適用した排煙脱硫装置の従来技術の１例を示す。図７
において、３２は溶液４２が収容されたタンク、３１は
該タンク３２の内部の上部に設けられた吸収塔である。
３６は前記タンク３２の内部と吸収塔３１との間を接続
する循環パイプで、該循環パイプ３６の吸収塔３１側の
端部には噴出口３７が設けられている。３４は該循環パ
イプに設けられた循環ポンプである。

【０００６】３８は前記タンク３２の下部に開口する石
膏スラリ排出用のスラリ排出管、３５は該排出管３８に
設けられたスラリ排出ポンプである。３９は前記タンク
３２内に石灰石スラリを供給するためのスラリ供給管、
４０は該スラリ供給管３９を開閉するスラリ供給弁であ
る。

【０００７】３３はエアレーションを行なうための空気
供給管で、前記タンク３２内の溶液４２中に開口され、
該溶液４２中に空気を供給するものである。該空気供給
管３３は図８に示す空気供給管３と同様に、多数のノズ
ル４が開口され、該ノズル４から空気を溶液４２中に噴
出せしめるようになっている。

【０００８】かかる構成からなる排煙脱硫装置におい
て、タンク３２内の溶液４２を循環ポンプ３４で吸収塔
３１内部において噴出口３７から噴出させて、排ガスと
接触させる。この過程で、排煙ガス中のＳＯ₂ を下記
「式１」の反応をすることにより亜硫酸イオンの形で取
り込む。

【０００９】前記タンク３２内では、吸気供給管３３か
ら溶液４２中に吹き込まれた空気２ａによって該溶液４
２中に溶解せしめられた酸素分子により、亜硫酸イオン
は下記「式２」の反応をして、酸化され硫酸イオンに変
換される。前記タンク３２内には、スラリ供給管３９を
経て石灰石スラリ（炭酸カルシウム：ＣａＣＯ₃ ）が投
入されており、これによって前記硫酸イオンは下記「式
３」の反応をして、石膏ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏに変換され
る。この石膏スラリはスラリ排出ポンプ３５によりスラ
リ排出管３８から系外に除去される。

【００１０】 ＳＯ₂＋Ｈ₂Ｏ→Ｈ⁺＋ＨＳＯ₃ …「式１」 Ｈ⁺＋ＨＳＯ₃＋１／２Ｏ₂→２Ｈ⁺＋ＳＯ₄ ^2- …「式２」 ＣａＣＯ₃＋２Ｈ⁺＋ＳＯ₄ ^2-＋Ｈ₂Ｏ →ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₃ …「式３」

【００１１】また、特開平４−３１３３８４号におい
て、溶液タンク内の処理溶液に超音波振動を与えて気泡
を発生させた後、曝気室に導き、ここで空気(酸素)を吹
き込み、酸素を良く溶解した活性水を取り出すように構
成された技術が提案されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】かかる排煙脱硫装置に
おいては、溶液中での酸化反応を促進させる手段とし
て、図７〜図８に示す従来技術のような、エアレーショ
ンによって供給空気量を増大させる手段が用いられてい
る。しかしながら、かかるエアレーションによる場合は
空気供給量増大のための空気圧縮機やエアタンクの容量
増大に伴ない運転コスト及び設備コスト及び整備コスト
が嵩むという問題点がある。

【００１３】また、前記エアレーションによる場合は、
供給空気量に対して溶液中に溶解される酸素分子量の割
合が減少するため、無駄な空気を多量に供給することと
なり、空気利用率が低下し、この面からも運転コストが
嵩む。さらに、前記エアレーションにおいて、溶液４２
中に生成される気泡２ａを微細化するため、空気供給管
のノズル４の口径を小さくする必要があるが、このよう
にすると空気供給時の圧力損失が大きくなるため、この
場合においても運転コストが嵩むこととなる。

【００１４】また、特開平４-３１３８４号で提案され
ている技術は、廃水槽の処理システムで、超音波発生装
置が設けられた脱気室とエアレーション用の曝気室とを
別個に設け、水に超音波振動を与えて気泡を発生させた
後、これを曝気室に導きエアレーションを行なってお
り、本発明に係る排煙脱硫装置とは対象を異にし、また
溶液槽（脱気槽）での超音波による気泡発生処理の後、
別個の槽でエアレーションを行なっており、２個の槽を
変化するとともに酸化反応促進処理も２工程となり装置
コスト、運転コストともに高くなる。

【００１５】本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、エ
アレーションのための空気供給量を少なくして供給空気
の圧力損失を低減するとともに、空気利用率を高め、さ
らには溶液の酸化促進のための処理設備を簡単化すると
ともに処理工程を短縮し、運転コスト及び装置コストが
低減された排煙脱硫装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するため、その第１発明として、溶液タンク内に収容
された溶液に空気を供給するエアレーションによって前
記溶液中の酸素分子を溶解し、該溶解処理後の溶液を排
ガスが通流する吸収塔に循環して排ガス中に噴出させ、
該排ガスと接触させて該ガスの脱硫を行なう排煙脱硫装
置であって、前記溶液タンクに、該タンク内の溶液に超
音波を照射する超音波照射装置を設けたことを特徴とす
る排煙脱硫装置を提案する。

【００１７】かかる発明によれば、溶液中に空気を吹き
込むエアレーションにより、溶液中に微細な気泡を発生
せしめ、溶液中の酸素分子が溶解され、この酸素分子が
溶液中の亜硫酸イオンと衝突することにより酸化が促進
される。一方前記エアレーションと並行して前記溶液中
に超音波照射がなされることにより、溶液中の溶存酸素
が亜硫酸イオンと反応し易い形に変換され、つまり、前
記酸素分子が酸化反応に寄与し易い状態となり、溶液中
の酸化反応の促進がなされる。従って、エアレーション
の空気供給量を増加させることなく前記酸化反応を促進
させることができる。

【００１８】殊に本発明においては、前記のようにエア
レーションによって、酸素分子と亜硫酸イオンとの衝突
による酸化反応を促進するとともに、溶存酸素のうち水
分子によってブロックされ酸化し難いものを超音波照射
により前記水分子のブロックを破壊させて酸化を促進さ
せるという、エアレーションと超音波照射とを同時にあ
るいは並行して行なうことによる相乗効果で溶液の酸化
を高効率で以ってなすことができる。

【００１９】また、第２発明は溶液タンク内に収容され
た溶液に空気を供給するエアレーションによって前記溶
液中の酸素分子を溶解し、該溶解処理後の溶液を排ガス
が通流する吸収塔に循環して排ガス中に噴出させ、排ガ
スと接触させて該ガスの脱硫を行なう排煙脱硫装置にお
いて、前記溶液タンクと連通されて該溶液タンク内の溶
液が循環される超音波処理槽を設け、該処理槽に該処理
槽内の溶液に超音波を照射する超音波照射装置を設けた
ことを特徴としている。

【００２０】かかる発明によれば、大容量の溶液タンク
とは別個に超音波照射を行なう超音波処理槽を設けてい
るので、溶液タンクが大容量であっても、超音波照射を
効率良く行なうことができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施
形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、そ
の相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、こ
の発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説
明例にすぎない。

【００２２】図１は本発明の第１実施形態に係る排煙脱
硫装置の構成図、図２はその超音波振動付与システム及
びエアレーションシステムの作動原理を示す構成図であ
る。図１において、３２は溶液４２が収容されたタン
ク、３１は該タンク３２の上部に設けられた吸収塔であ
る。３６は前記タンク３２の内部と吸収塔３１との間を
接続する循環パイプで、該循環パイプ３６の吸収塔３１
側の端部には噴出口３７が設けられている。３４は該循
環パイプに設けられた循環ポンプである。

【００２３】３８は前記タンク３２の下部に開口する石
膏スラリ排出用のスラリ排出管、３５は該排出管３８に
設けられたスラリ排出ポンプである。３９は前記タンク
３２内に石灰石スラリを供給するためのスラリ供給管、
４０は該スラリ供給管３９を開閉するスラリ供給弁であ
る。

【００２４】３３はエアレーションを行なうための空気
供給管で、前記タンク３２内の溶液４２中に開口され、
該溶液４２中に空気を供給するものである。該空気供給
管３３は図２に示すように多数のノズル３３ａが開口さ
れ、該ノズル３３ａから空気を溶液４２中に噴出せしめ
るようになっている。以上の構成は図７に示す従来技術
に係る排煙脱硫装置と同様である。

【００２５】本発明に係る排煙脱硫装置は次のような改
良を行なっている。即ち５は超音波振動子で、前記タン
ク３２内の溶液４２中の前記空気供給管３３の下方に設
置されている。６は前記超音波振動子５に付与する超音
波振動を発生せしめる高周波電源で、電送ライン７によ
り、前記超音波振動子５に接続されている。

【００２６】次にかかる第１実施形態の動作につき説明
する。図２はこの第１実施形態における超音波の照射シ
ステム及びエアレーションの原理を示す構成図であり、
図２において、３２は溶液４２が収容されるタンク、３
３は空気供給管、３３ａは該空気供給管３３の長手方向
の沿って多数穿設された空気噴出用のノズルである。

【００２７】５は超音波振動子で、前記タンク３２内の
溶液４２中の前記空気供給管３３の下方部位に設置され
ている。６は高周波電源で電送ライン７により前記超音
波振動子に接続されている。

【００２８】図２に示す超音波照射及びエアレーション
システムにおいて、高周波電源６により発生された高周
波は、電送ライン７を経て超音波振動子５に伝送され、
該超音波振動子５は高周波で発振し、タンク３２内の溶
液４２に超音波照射がなされる。一方、前記溶液４２内
には、空気供給管３３及びノズル３３ａを介して空気が
吹き込まれ、溶液４２中に微細な気泡２ａを発生せし
め、溶液４２中に酸素分子を溶解させる。溶液４２中に
溶解した酸素分子は、溶液４２中のイオン、つまり亜硫
酸イオンと衝突することにより酸化反応が促進される。

【００２９】しかしながら前記エアレーションのみでは
溶液４２中に溶解している溶存酸素濃度の一部あるいは
多くの部分は水分子によってブロックされるような構造
を採っており、かかる構造体の溶存酸素分子は亜硫酸イ
オンと衝突しても酸化が阻害され易い。

【００３０】そこで、本発明の実施形態においては、前
記エアレーションと同時にあるいは並行して溶液４２中
に超音波照射を行なうことにより、前記のような酸素分
子を取り囲んでいる水分子のブロックが破壊され、溶解
酸素分子と亜硫酸イオンとの衝突が容易になり、酸化反
応が促進される。即ち、溶液４２中への超音波照射によ
り、溶液４２中に溶解している酸素分子が酸化反応に寄
与し易い状態となり、酸化反応の促進がなされる。

【００３１】従って、図１に示す排煙脱硫装置において
は、前述のような超音波振動子５による超音波照射及び
空気供給管３３によるエアレーション作用をなすことと
なる。即ち、図１において、タンク３２内の溶液４２を
循環ポンプ３４で吸収塔３１内部において噴出口３７か
ら噴出させて、排煙ガスと接触させる。この過程で、排
煙ガス中のＳＯ₂ を下記「式１」の反応をすることによ
り亜硫酸イオンの形で取り込む。

【００３２】前記タンク３２内では、空気供給管３３か
ら溶液４２中に吹き込まれた空気によって該溶液４２中
に溶解せしめられた酸素分子により、亜硫酸イオンは、
下記「式２」の反応をして酸化され硫酸イオンに変換さ
れる。

【００３３】そして、前記超音波振動子５によって溶液
４２中に超音波照射がなされると、溶液中の酸素分子
は、前記原理の説明のように、酸化反応に寄与し易い状
態となり、下記「式１」、「式２」の反応を効率良く進
め、これによって、前記酸化反応の促進がなされる。従
って、空気供給量の増加を要することなく前記酸化反応
を促進することが可能となる。

【００３４】一方、又、前記タンク３２内にはスラリ供
給管３９を経て石灰石スラリ（炭酸カルシウム：ＣａＣ
Ｏ₃ ）が投入されており、これによって前記硫酸イオン
は下記「式３」の反応をして、石膏ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ
に変換される。この石膏スラリは、スラリ排出ポンプ３
５によりスラリ排出管３８から系外に除去される。

【００３５】 ＳＯ₂＋Ｈ₂Ｏ→Ｈ⁺＋ＨＳＯ₃ …「式１」 Ｈ⁺＋ＨＳＯ₃＋１／２Ｏ₂→２Ｈ⁺＋ＳＯ₄ ^2- …「式２」 ＣａＣＯ₃＋２Ｈ⁺＋ＳＯ₄ ^2-＋Ｈ₂Ｏ →ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₃ …「式３」

【００３６】このように、本発明の実施形態において
は、エアレーションと超音波照射による酸化反応の促進
とを同一の溶液タンク３２内で同時にあるいは並行して
なすことにより空気量を増加することなく酸化反応を促
進させることができる。

【００３７】図３及び図４は本発明の第２実施形態を示
し、図３は図１に対応する排煙脱硫装置の構成図、図４
は図２に対応する超音波照射システム及びエアレーショ
ンシステムの作動原理を示す構成図である。

【００３８】この実施形態においては、超音波振動子を
備えた超音波処理槽を溶液収容用タンクと別個に設けて
配管にて接続している。即ち図３において、１１は超音
波処理槽で、その底部に高周波電源６に電送ライン７を
介して接続された超音波振動子５が設置されている。前
記超音波処理槽１１の内部と収容タンク３２との間は配
管１０ａ、１０ｂにより接続され、前記タンク３２内と
超音波処理槽１１との間を溶液４２が循環するようにな
っている。９は前記配管１０ｂに設けられた溶液循環用
ポンプ、８は前記配管１０ａに設けられたバルブで、該
バルブ８の開度によって前記タンク３２と超音波処理槽
１１との間の溶液の循環量を調整する。以上記載の構成
以外は図１に示す第１実施形態と同様であり、これと同
一の部材は同一の符号にて示す。

【００３９】次にかかる第２実施形態の動作を、図４の
作動原理図に基づき説明すると、タンク３２内の溶液４
２中には空気供給管３３及びノズル３３ａを介して空気
が吹き込まれ、溶液４２中に微細な気泡２ａを発生せし
め、溶液中に酸素分子を溶解させる。この溶解酸素分子
は溶液４２中のイオンつまり亜硫酸イオンと衝突するこ
とにより酸化反応が促進される。

【００４０】一方、タンク３２内の溶液４２は、ポンプ
９により配管１０ａ、１０ｂを通流せしめられて超音波
処理槽１１との間を循環する。そして超音波処理槽１１
において、前記第１実施形態と同様な超音波振動子５に
よる酸化反応の促進作用がなされる。

【００４１】従って、図３に示す第２実施形態に係る排
煙脱硫装置は、図４に示すようなエアレーションシステ
ム及び超音波照射システムを備えているので、大容量の
タンク３２とは別個に超音波処理槽１１を設けることに
より、大型大容量のタンク３２内の溶液４２に対しても
効率良く超音波照射を行なうことができる。

【００４２】また、図７に示すような従来技術に係る既
存の設備に対しても、超音波処理槽１１を配管１０ａ、
１０ｂを介して接続することにより、容易に本発明装置
を加設することができる。

【００４３】以上に示す第１及び第２実施形態において
は、超音波振動子をタンクの底部に１個設けているが、
これを複数個設けてもよく、また設置場所についても、
タンクの側面等超音波照射が可能な部位に設けてもよ
い。

【００４４】

【実施例】本発明に係る超音波照射による水溶液中の酸
化促進効果を確認するため、図５に示す装置により、次
の実験を行なった。

【００４５】（１）エアレーション 各タンク（ビーカー）１内に収容された水溶液２（蒸留
水）４００ｃｃに対して、空気供給管３及びボールフィ
ルタ２１を介して空気を吹き込み（空気供給量：０．５
ｍｌ／ｍｉｎ、供給時間：２，０００ｓｅｃ）、溶存酸
素濃度を飽和（１００％）状態にする。

【００４６】（２）超音波照射処理 上記飽和溶存酸素濃度の蒸留水２に超音波振動子５によ
り超音波照射処理（発振周波数：５５ｋＨｚ、２０Ｗ、
照射時間：１００ｓｅｃ）を施す。なお、該超音波振動
子５の発振周波数は、可聴音以上の２０ＫＨｚ以上で、
２ＭＨｚ程度の範囲であれば同様な効果をなすことがで
きる。

【００４７】（３）酸化反応試験 上記（１）の処理を行なったもの（従来技術）、及び
（１）（２）双方の処理を行なったもの（本発明）の２
つの蒸留水に対して、亜硫酸ナトリウム（Ｎａ₂ＳＯ
₃ ）を０．５ｇ添加し、下記「式４」の反応により、溶
存酸素が亜硫酸イオンの酸化に伴なって減少する時間変
化を溶存酸素計２２で計測した。なお、かかる測定は、
溶液２を撹拌機２３によって撹拌しながら行なった。 ＳＯ₃ ^2-＋１／２Ｏ₂→ＳＯ₄ ^2- …「式４」

【００４８】（４）実験結果 実験結果を図６に示す。図中Ａは従来技術、Ｂは本発明
のものを示す。図６から明らかなように、本発明のよう
に、超音波照射処理を加えることにより、明らかに亜流
酸ナトリウム添加後の溶存酸素濃度の減少が早くなる。
即ち、水溶液中における酸化反応速度が早くなっている
ことが分かる。また、残留溶存酸素濃度は、本発明のよ
うに超音波照射を加えた方が少なくなっていることか
ら、本発明に係る超音波照射は、酸化反応に寄与する溶
存酸素量を増加させる効果と、それに伴なって酸化反応
速度を促進させる効果があることが明らかとなった。

【００４９】尚、前記酸化反応実験結果において、図６
に明らかなように、亜硫酸ナトリウムを添加する前の溶
存酸素濃度は、Ａ、Ｂ何れの場合も同じ飽和状態となっ
ていることから、前記効果は超音波照射を行なうことに
よって飽和溶存酸素濃度自体を変化させている効果では
なく、超音波照射を加えることは、水溶液中に溶解して
いる溶存酸素分子の状態を、酸化反応を起こしやすい構
造に変える効果があることが明らかとなった。

【００５０】

【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、溶液
中へのエアレーションと超音波照射とを同時にあるいは
並行して行なうことにより、エアレーションによって溶
解酸素分子と亜硫酸イオンとの衝突による酸化が促進さ
れるとともに、超音波照射によって、溶存酸素のうち水
分子によってブロックされ酸化し難くなっているものの
前記水分子のブロックが破壊されて酸化が促進されるこ
ととなり、エアレーションと超音波照射との相乗効果に
より、空気量を増加することなく溶液の酸化を高効率で
行なうことができる。

【００５１】これにより、単位時間当り同じ酸化量を得
るのに必要な空気供給設備が小型化されて装置コストが
低減されるとともに、空気量の低減により運転コストが
低減された排煙脱硫装置を得ることができる。

【００５２】また、請求項２のように構成すれば、超音
波処理槽を溶液タンクとは別個に設けて配管で接続して
いるので、溶液タンクが大容量であっても超音波照射を
効率良く行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る排煙脱硫装置の構
成図である。

【図２】上記第１実施形態におけるエアレーション及び
超音波照射システムの原理を示す構成図である。

【図３】本発明の第２実施形態に係る排煙脱硫装置の構
成図である。

【図４】上記第２実施形態における図２に対応する図で
ある。

【図５】本発明の効果確認のための実験装置の構成図で
ある。

【図６】上記実験装置による実験結果を示す線図であ
る。

【図７】従来技術に係る排煙脱硫装置の構成図である。

【図８】上記従来技術における図２に対応する図であ
る。

【符号の説明】

５ 超音波振動子 ６ 高周波電源 １０ａ、１０ｂ 配管 １１ 超音波処理槽 ３２ タンク ３３ 空気供給管 ３３ａ ノズル ４２ 溶液

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年４月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶液タンク内に収容された溶液に空気を
   供給するエアレーションによって前記溶液中の酸素分子
   を溶解し、該溶解処理後の溶液を排ガスが通流する吸収
   塔に循環して排ガス中に噴出させ、該排ガスと接触させ
   て排ガスの脱硫を行なう排煙脱硫装置において、 前記溶液タンクに、該タンク内の溶液に超音波を照射す
   る超音波照射装置を設けたことを特徴とする排煙脱硫装
   置。
2. 【請求項２】 溶液タンク内に収容された溶液に空気を
   供給するエアレーションによって前記溶液中の酸素分子
   を溶解し、該溶解処理後の溶液を排ガスが通流する吸収
   塔に循環して排ガス中に噴出させ、排ガスと接触させて
   排ガスの脱硫を行なう排煙脱硫装置において、 前記溶液タンクと連通されて該溶液タンク内の溶液が循
   環される超音波処理槽を設け、該処理槽に該処理槽内の
   溶液に超音波を照射する超音波照射装置を設けたことを
   特徴とする排煙脱硫装置。