循环流化床锅炉的点火启动及运行.docx
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循环流化床锅炉的点火启动及运行
循环流化床锅炉的点火启动及运行
关键词:
循环、流化、料层、返料、结焦
循环流化床锅炉以其低污染环保、高效能、煤种适应性好、低负荷不投油能力强等诸多优点,在国内目前受到很多用户的青睐,由于循环流化床锅炉在燃烧方式方面与传统煤粉锅炉的较大差别,比如料层结焦、料层超温、返料器结焦、点火不易点着、受热面面磨损较快等等,在循环流化床锅炉中若控制不好,就会经常发生,多数用户对循环流化床锅炉的点火,以及运行中的控制,总是心存顾虑,特别是锅炉投运的初期感到较难把握。
循环床的点火就是指通过某种方式使床层温度升高、并保持在投煤运行所需的最低水平以上,从而实现搂煤后的正常稳定运行。
目前,循环床锅炉的点火方式可简单地归为如下几种,即微流化点火、流态化点火及循环床点火,分别指点火初期时床层的状态。
点火热源可以是床上或床层中的油枪、气枪等以及床下预燃装置产生的热烟气。
国内在长期的鼓泡床锅炉运行实践中已积累了大量的点火经验。
如福建漳平电厂的木炭引燃微流化点火,广东江门甘蔗化工厂和韶关电厂的分床点火,以及后来国内研究机构和锅炉厂家开发的床下点火技术和密相区油枪点火技术都获得了不同程度的成功。
国外开发的较为典型的点火技术有CE、川崎、德国巴柏葛和英国一些公司的床下热烟气点火,斯坦缪勒、英国BP/CSL的床上火炬点火等,所用的点火燃料有轻油、天然气、丙烷等。
由于床上点火时加热床层的热效率不高,一般不超过40%,造成点火燃料的浪费和点火成本居高不下,因此火床下点火已被越来越多的厂和研究机构所重视。
目前多数循环流化床锅炉均采用床下点火。
一、床层升温过程
流化床锅炉点火启动就是将床料加热至运行所需的最低温度以上,以便实现投煤后能稳定燃烧运行。
要把室温下静止状态的底料转变为流化状态正常燃烧着的床料,这是流化床燃烧首先要解决的一个问题。
流化床的点燃要比煤粉炉中煤粉的点燃或层燃炉中煤块的点燃困难得多。
这是因为从点燃底料到正常燃烧是下个动态过程,燃用的通常又是难以着火的劣质煤。
点火初期的颗粒和风的温度都低,同样尺寸的颗粒达到流化状态的风量要比热态正常运行时约大一倍;而根据点火时颗粒燃烧和传热的要求,则又希望油枪采用压缩空气雾化燃油时尤为重要,故必须妥善处理各种影响因素,例如流化床的结构特性、底料的配制、加热功当量启动方式、配风操作、给煤时机和数量、等,以防止熄火和结焦,使点火过程式顺利进行并平稳地过渡到正常燃烧。
这些影响因素相互制约,任何一个环节的失误都会导致点火失败。
在流化床结构设计时就要考虑到有利于点火操作,例如用等压风室和结构适当的布风板,以使整个床面布风均匀;对大面积流化床休用分床结构,以便于点火床均匀地布风和加热底料;使用严密的快速风门和调节特性较好的调节风门,以利于风量控制等。
在配制点火用底料时要掌握好数量、发热值、筛分特性,因为底料是进行点火的物质条件,加热、配风、给煤等操作均以此为依据,底料不同,操作方式就要随之改变。
掌握了它们之间的制约关系。
就可在每次点启动时针对具体情况采取相应措施,使点成功。
流化床燃烧锅炉的点火方式依据不同的客观条件而异。
加热用燃料可分为木柴火和油,加热时底料状态可分为固定态和流化态,底下料种类可分为渣和原煤,而按床面积大小还可分成全启动和分床启动。
无论什么方式。
整个点火启动过程一般可分成三个阶段;
(1)底料加热用外来燃料作热源,目前多采用柴油,,把底料从室温加热到引燃温度。
(2)底料着火爆燃底料达成一定可着火温度后,适时给煤,用安本身燃烧放热进一步使床温上升。
(3)过渡到正常运行用风量控制床温,并适时给煤,调节好风煤比,逐步过渡到正常运行参数。
点火过程中,床料一般经过加热升温、快速引燃和向稳定状态过渡等几个阶段。
底料的加热是一个相对较长、较平稳的动态过程,升温热量来自油枪火炬产生的床下热烟气。
随着床温升高,加热速率越来越小。
但是,当整个或局部床料温度达到煤的着火温度时,将出现快速引燃阶段,其标志是床温在很短时间面的布置情况。
而在过渡期内,由于风量、给煤时朵和给煤速度的掌握不同,床温会有不同程度的波动。
在成功的点火过程中,床温最终将稳定在适当水平上。
从点火时间来看,加热过程对静态床上点方式一般持续2~3h,而油枪或床下热烟气加热微沸腾的床层则可以相对缩短;对床下热烟气加热的全循环点火,加热过程就稍长,因为此时热烟气的热量不仅用于加热床料,而且还通过循环物料加热分离器等部件。
快速引燃过程一般持续5~10min,而过渡阶段约为20~30min,视具体情况和操作水平而异。
考虑油枪加热床上微沸腾点火的情况,从冷料加热至引燃物着火是一个动态加热过程。
加热初期,由于床温和通过床面的风温较低,热风带走的热量和辐射散热都较小,同时由于床层和热源间的温差很大,在给定的操作条件下,初始升温速度较大。
但是随着床温上升,油枪火炬放热中用于加热术料的份额不断减小,故升温速率会不断减小。
在整个加热阶段,床层升温曲线会出现dT/dт>0d2T/d2т<0的工况,这种工况在引燃物着火点处才会改变,此时由于反应热急剧增加,会出现二阶导数为正值的区段;而当床温继续上升时,伴伴随风量改变、床温总体上是趋于一个稳定值的。
其它点火方式中,升温曲线也与此类似。
二、不同粒径的颗粒在点火过程中的作用
在给定底料量和引燃物量的配比时,因为不同粒径的引燃物颗粒尽时间不同,对点火的作用也不同,但有一点可以肯定的是,无论大颗粒还是小颗粒都是需要的,重要的是不同粒径的合理配比。
下表中列出了一种典型的底料配置及不同粒径档次的发热量分布,在点炎过程中,不同粒径底料对加热整个床层的贡献如表中所示。
但必须注意的是,在着火时期,小颗粒起着重要作用,但由于小颗粒很快燃尽,稳定床温还需较大颗粒的持续放热。
不同粒径的颗粒在点火过程中的作用
项目
单位
计算结果
筛分范围
㎜
<0。
2
0。
2~0。
5
0。
5~1
1~2。
5
2。
5~3。
2
3。
2~5
5~8
平均颗粒直径
㎜
0。
12
0。
32
0。
71
1。
58
2。
83
4。
18
6。
33
筛分比
%
1。
2
14。
0
19。
6
29。
8
11。
4
15。
4
8。
6
重量
Kg
5。
46
63。
7
89。
18
135。
59
51。
87
70。
07
39。
13
低位发热量
Kj/Kg
8932。
66
9839。
7
8749。
6
5300
3381。
6
3670
4481
放热量×103
Kj
48。
78
626。
79
779。
82
718。
66
175。
39
257。
15
175。
35
占全部放热量比例
%
1。
75
22。
53
28。
03
25。
83
6。
31
9。
24
6。
31
加热到800℃吸热,×103
Kj
1。
36
15。
90
22。
26
33。
84
12。
95
17。
49
9。
77
吸热占本身放热量比例
%
11。
65
10。
60
11。
93
19。
68
30。
86
28。
43
23。
29
三、床下点火的机理和实现方法
在床下点火方式中,床层是由通过布风板送入床层的热烟气来加热功当量的,热烟气则来自布置在风道上或床外其它地方的点火预燃器。
热烟气通过整个床层高度加热量较少,而加热效率较高。
床下点火的手段通常是一些放置在风道上的点火预燃装置,其燃料通常是轻油或气体燃料,点火燃料的放热首先被用来加热流化风。
这样,送入风箱的热风可以更有效地加热床料而大大降低热量的无效损耗。
然而,热风点火对热风道和点火装置本身的村料性能提出了更高的要求,使之能承受点火时的高温和局部应力。
比之直接在风箱内放置油枪,采用风道上的点火预燃装置若罔闻的优势是,首先,可以使通过布风板的热风温度更均匀;再者,炉膛密封和结构上也更容易考虑。
常用的预燃室有,最简单的是涂有耐火层衬里的预燃室,水冷预燃室则于结构复杂而不便维修。
这两种装置的共同不足是燃烧部分与气温调节部分制造成一体,难以在不影响燃烧的情况下自由调节预燃室出口热风温度。
浙江大学热能工程研究所开发的夹层风空气冷却预燃室,由油枪、火焰检测器、燃烧室和混合室构成。
进风分为一次风和二次风两部分,其中一次风主要是用作燃烧空气,而二次风则负责调节热风温度和预燃室本身的冷却。
其风冷原理与燃气轮机的风冷原理相似,冷却与调温效果都很好,对材料的要求也不高。
四、分床启动技术
分床启动是大型化的需要。
对大容量的循环流化床锅炉,由于床面很大,因而在启动时直接加热整个床层较为困难而分床启动则是先将部分床面加热至着火温度,再利用着火的分床提供热源来加热其余的床面。
无论从启动速度和成功性上来看,还是从对点火装置容量的要求而言,分床启动都是必要的。
在采用这种启动方法时,床面被设计成由几个相互间可以有物料交换的分床组成,其中某个分床作为启动区,在实际启动过程中将首先被加热至煤的着火温度。
整个床层的启动则依赖几种关键的启动技术。
它们是床移动技术、翻滚技术和热床传递技术。
床移动技术是将冷床的风量调节到稍高于临界流化所需的风量水平上,点火分床由油枪加热,热床料缓缓移动到冷床,并使冷床空气膨胀而较充分地流化冷床,形成流化区移动扩张的情形。
当冷床全部流化后,则开始给煤,并将各床温度调整到正常运行工况。
这种床移动技术的优点是热料与冷料间的混和速度较慢,因而启动区可以更小,而不至于使启动床受到急速降温并导致熄火。
美国在TVA的200MW常压流化床锅炉上首先采用了这种启动方法。
另一种是床的翻滚技术,即利用流化床的强烈物料混和,在启动区数次进行短时流化而使床温均匀。
这种方法可用来较快地提高整个床温,同时避免局部超温结焦。
同时,因为床上油枪加热床料十分困难,因此在床料中往往混入精煤,使其平均的含碳量约在5%左右,加热时的静止床高约为400㎜。
而热床传递技术则是这样实现的:
启动床的静止床高取为1000㎜左右,而冷床静止床高约为200㎜,从而建立一个较大的高差。
首先将启动床温度在流化状态下提高至850℃左右,并使冷床也处于临界流化状态,接着将冷热床之间的料闸(如滑动门)打开,使热床床料流向冷床。
注意,冷床的风量不要太大,以免热料过来时被吹灭。
一般地,滑动门的流通截面积约为最大分床面积的0。
5%~2%,即可满足热料传递之需,此时,只需不到2min时间就可以使冷热床面持平美国西弗吉利亚的里弗斯维尔电厂就是采用了这种启动方法。
在启动期间,热料传递的速度可由两床间的差压和滑动门的面积来确定。
在采用分床启动时,设计上最好也同时采用床下热风点火,这样可以提高加热效率,降低点火能耗。
若心要的话,也可再配置一台床上辅助油枪。
床下热风点火装置的热容量应足以把分床回热至700℃以上,这里还应考虑各种形式的散热,以免造成设计容量不足。
不同形式的锅炉选取的启动区的大小不尽相同,但大都在总床面积的10%左右。
五、点火时需注意的几个方面
为使点火成功,需要注意以下几个方面:
(1)设计上的考虑:
要有均匀的布风装置,灵活的风量调节手段,可靠的给煤机构,适当的受热面和边角结构设计,以及可靠的温度和压力监测手段。
对分床启动,流化床锅炉的启动区的设计影响到锅炉的大小、床的流化性能、邻近各床的启动和并列运行所需的时间,油枪高度一般为距布风板1。
5m左右,并向下倾斜,以便火焰能接触料层表面。
(2)底料的配置:
底料的粒度及引燃物的比例、静止料层高度是几个重要的指标。
一般而言,底料颗粒要求在8㎜以下,如有条件达到6㎜以下更好。
底料中大小颗粒的分配要适当,既要有小颗粒(小于1㎜)作为初期的点火源,又要有大颗粒作为后期维持床温之用。
但大颗粒(大于5㎜)的比例超过10%时不利于点火,容易出现床内结焦。
引燃物(如精煤)的比例一般在10%~20%左右,视其发热量而定,配好的冷料发热量一般在3000~5000KJ/Kg左右,过多时易结焦,过少则不易点燃,易熄火。
点火时底料高度一般要求在350~500㎜,比鼓泡床的点火料层要高一些。
底料太厚则加热不均,加热时间延长;太薄则布风不均,易收起结焦。
此外,底料干燥较利于点火。
(3)配风、给煤和停油:
配风对点火十分重要。
底料加热和开始着火时风量应较小,只要保证微流化即可。
床温达到600℃~700℃左右时可再加少量精煤,理论上也可开始少量投煤,但床温达到850℃时,可考虑正常给煤,关闭油枪,同时要灵活调节风量以防超温。
这意味着,有时要以1。
5~2。
0的过量空气系数来抑平床温,尤其在快速引如此。
油枪关闭的时机取决于床温和给煤情况,一些文献中推荐760℃作为撤油枪的温度。
事实上,在给煤过到一定速率时,如不关闭油枪,就不容易出现油与煤争氧,反而产生床温降的现象。
在点火过程中,炉膛出品的氧浓度监视是极为重要的,氧浓度比床温更能及时准确地反映点火过程后期床内的实际情况。
(4)注意保持床层流化质量和适当床高:
为此,除配风适当外,无论是全床还是分床点火方式,加热过程中有时应以短暂流化或钩火方法使床层加热均匀,防止低温结焦。
短暂流化又叫松动或翻滚,一般需多次反复,如床温由常温提高至500℃需4次到10次翻滚。
平均床温达到这一水平后,煤就可以能迅速开始燃烧,并把整个床层加热起来。
在开始投煤后,应及时性放渣。
(5)返料的启动:
锅炉点火稳定一段时间后,即可以打开返料机构,逐步增大返料量,并投入二次风。
由于风量调节对操作要求高,影响的因素也多,故适时投入返料往往能更好地控制床温,但返料涌投入太快,点火时突然大量加入冷返料容易熄火。
六、循环流化床锅炉的启动步骤
循环床锅炉的启动一般包括启动前的检查和准备;锅炉点火;锅炉升压;锅炉并列几个方面。
具体步骤如下(以某台床上油枪点火的循环床锅炉为例):
(1)检查并确认所有有关阀门处于正确的开关状态。
(2)确认风机风门、进总风箱风门、二次风门、返料机构风门等处于关闭状态。
(3)确认锅炉各种门孔、锁气装置严密关闭。
(4)检查并确认控制仪表、各机械转动装置和点火装置处于良好状态。
(5)煤仓上煤,化验炉水品质,电气设备送电,给水管送水,关闭所有的水侧,开启汽包和过热器所有排气阀,将过热器、再热器管给中的凝结水排出。
(6)确认给水温度与汽包金属壁温相差不超过110℃,经省煤器向锅炉缓慢上水,至水位计负50-100mm处停止;若汽包里已有水,则应验证水位显示的真实性。
(7)将配好的底料在炉外搅拦均匀后填入流化床,底料静止高度400-500mm(如需要还应准备补充的引燃物),启动引风机和机送风机,并逐渐增大风量使床层充分流化儿分钟后关闭送引风机,以备点火。
(8)启动送风机(投入联锁)并缓慢增大风量,使床层达到确定的流化状态(如微流化状态),其它风机的开启视具体情况而定。
(9)启动点火油泵,调整油压后点火,并调整油枪火焰。
(10)待底料预热到400-500℃时,可缓慢增大风量使床层达到稳定流化状态,确保底料温度平稳上升。
(11)当底料温度达到600-700℃时可往炉内投入少量的引燃煤,增大风量使床层充分流化。
(12)当床温达到800℃左右时,启动给煤机少量给煤,并视床温变化情况调整风量和给煤量。
给煤开始90S后,应确认炉膛氧浓度值在下降,而床温至少上升10℃,否则表明给淡雅没有着火,应立即停止给煤。
在这一过程中,这所以要在给煤90S后读数,是因为给煤入炉后将出现很短的吸热阶段,此时床温可能会先略有降低,然后重新上升。
(13)调整投煤量和风量使床温稳定在适宜的水平上(如850-900℃)。
(14)投故二次风和返料机构,并逐渐增加返料量,稳定工况。
(15)锅炉缓慢地逐渐升压,并监视床温、蒸汽温度和炉体膨胀情况,保证水位指示真实,水位正常。
(16)当汽包压力上升至额定压力的50%左右时,应对锅炉机组全面检查;如发现不正常情况应停止升压,待故障排除后再继续升压。
(17)检查并确认各安全阀处于良好的工作状态参,进行动作试验。
(18)对蒸汽母管进行暖管,暖管时间对冷态启动不少于2h,对温态和热态启动一般为30-60min。
(19)锅炉并列前应确认:
蒸汽温度和压力符合汽轮机进汽要赤诚,蒸汽品质合格汽亿水位为负50mm左右。
(20)锅炉并列,注意保持汽温、汽压和汽包水位;如发同蒸汽参数异常或蒸汽管道有水冲击现象,则应立即停止并列,加强疏水,待情况正常后重新并列。
七、影响循环流化床锅炉启动速度的因素
限制循环床锅炉的启动时间和速度的因素主要有床层的升温速度、汽包等受压部件金属壁温的和升速度,以及炉膛和分离器耐火材料的升温速度。
缓慢而逐步的加热才能使汽包的金属壁温和炉内耐火层中避免出现过大的热功当量应力。
而且,有些研究表明,汽包金属壁温的上升速度最为关键,过高的升温速度是导致应力急增,是影响安全性的主要原因。
但是在温态启动和热态启动的情况下,限制因素转移到蒸汽和床温的合理升温速度。
一般而言,在最好的情况下,从冷态到满期负荷大约需要10-20H,前5H要求使蒸汽达到60℃的过热度。
当然,在最初的2H内,汽包金属壁温的上升速度不应太大,应限制在1℃/min以下;耐火材料的升温也不应超过1℃/min的上限。
Pyropower公司将点火装置加热炉膛的升温速率限制在28-56℃/H以内。
事实上,在选取低的加热速度时,就可以消除汽包金属良有可能,从面这到更快、更平衡的启动。
与此同时,汽包水位应保持相对稳定。
接下来是汽轮机冲转和1H的最低负荷运转,并逐逐渐使锅炉达到满负荷运行。
过热器管子下部弯头内存积的凝结水会防碍蒸汽流动,除非通过疏水排除或蒸发掉。
在启动过程中,如果过热功当量器或再热器管子中没有蒸汽通过,其金属壁温就等于烟温。
因此,在建立10%以上的蒸发量之前,应严格使该处烟温低于过热器或再热器管子的最高承受温度。
温态启动(停炉12H以内)一船人需2-4小时,即可达到锅炉的最低安全运行负荷。
此时限制启动时间的主要因素是过热汽温和床温的和升速度。
热态启动的标基本步骤是:
炉膛吹扫后,启动点火预燃器,按正常启动方式加热床层,检查床温:
当床层开始着火时,可以开始逐步地使给煤量达到正常值。
热态启动(停炉6小时以内)最为方便,一般只需1-2小时,在很多情况下可以直接给煤来提高床温和汽温。
为了不使炉温起家一步下跌,所有启动步骤都应越快越好。
注意,在温态或热态启动时,如果在三次脉冲给煤后仍未能使床温升高,则应停止给煤,然后要对炉膛进行吹扫,以便于工作按正常启动时,而当床温降至600℃以下,不允许给煤进入炉内,同时应启动点火预燃室使床温和升到600℃以上。
循环流化床锅炉的运行
一、循环流化床锅炉正常运行的经验
1986年以前,会世界常压流化床锅炉的热功率大多在50MW以下,但自1986年起,投运的鼓泡床和循环床锅炉的热功率都超过50MW其中循环床锅炉已达250MW以上。
循环床相对于鼓泡床而言,在大型化方面具有无可争辩的优势,这可以从常压鼓泡床锅炉的不足加以解释, 即①截面热负荷较低,一般在1。
5MW/m2以下,因此大容量鼓泡需要的燃烧室较大;②燃烧效率较低,一般在90%-95%之间;③脱硫效果比循环床差,SO2和NOX排放都较高。
循环流化床的突起,无疑是对常压鼓泡床上述不足的弥补和改进。
自Lurgi公司于70年首先申请循环流化床专利以来,目前已现了众多的循环床流派和风格,其设计参数见表7-3。
随着合作开发、技术共享的开展,各种风格既相独立,又相融合。
(表7-3)几台典型性的循环流化床锅炉的设计参数
项目
单位
Duixberg
Romerbrucke
Nucla
燃烧热功率
MW
226
120
发电功率
MW
66。
4-95。
8
40
110
蒸发量
t/h
270
150
420
主蒸汽参数
Mpa/℃
14。
5/535
11。
4/535
10。
5/540
再热蒸汽量
t/h
230
-
再热蒸汽参数
Mpa/℃
3。
30/320/535
-
热风温度
℃
175
200
给水温度
℃
235
164
排烟温度
℃
130
140
床温
℃
850-900
-850
788-940
燃料及发热量
Kj/kg
烟煤23000-30150
烟煤17500-22000
烟煤15000-27000
过量空气系数
-
1。
2-1。
3
1。
2
1。
2
锅炉热效率
%
88。
32
提起循环床锅炉的运行经验,人们不难想起德国的杜伊斯堡的270T/H的典型Lurgi型锅炉、美国纽克拉的110MWPpyroflow型机组、德国奥芬巴赫和罗姆布吕克的Circofluid型机组,以及近年来更多的投运机组。
我国目前正在营运的各种独立开发的和与国外合作生产的循环床锅炉也越来越多,以具有相当丰富的运行经验。
表7-4反映了当今国外典型循环流化床锅炉所具有的较为先进的运行指标。
但是,为达到这些性能指标,各开发机构和制造厂家所采取的技术路线却不尽相同。
表7-5比较了四种形式的循环床锅炉的运行参数,从中可以看出这些形式的特色。
表7-5中所列的数据显然是不完全的。
由于种种原因,一些参数沿无实测数据公开,因此,少数几项为估算值,而只代表它们目前较常驻机构用的选择。
悬浮段黑度、热有效系数等数据,不能视为运行参数,但这里一并列出。
项目
单位
数值
项目
单位
数值
燃烧效率
%
96-99。
5
分离器阻力
Pa
<2000
锅炉效率
%
88-92
布袋除尘器寿命
a
2
脱硫效率
%
90(Ca/s=1。
5-2。
5)
固氟率
%
90
厂用电率
%
8-10
HCL排放
mg/Nm3
100
最低负荷
%
25-30
CO排放
mg/Nm3
12。
-200
负荷变化率
%/min
5
SO2排放
mg/Nm3
200-250
冷态启动时间
h
8-10
NOX排放
mg/Nm3
100-200
热态启动时间
h
1-2
N2O排放
mg/Nm3
50-100
分离效率
%
90-99
粉尘排放
mg/Nm3
50
(表7-5)几种循环床锅炉的运行参数
项目
单位
Lurgi
Circofluid
Ppyroflow
MSFB
密相区流化风速
s/m
5-8。
5
3。
55
5。
8
6-9
悬浮段最大烟气流速
s/m
8-10
5-6
8
8
炉膛出口过量空气系数
-
1。
15-1。
2
1。
2-1。
25
1。
2
1。
2
一次风率/二次风率
%
40/60
60/40
70/30
40/60
循环倍率
-
40
10-20
40-120
35-40
分离器入口灰浓度
Kg/Nm3
10-12
2
10-25
5-7
炉膛烟气停留时间
S
≥4
5
≥4
≥3
密相区燃烧份额
%
60-65
燃料粒度
mm
0-6
0-10
0-10
0-50
石灰石粒度
mm
0。
1-0。
5
0-2
0-2
0-2
一次风压头
Pa
18000-30000
15000-19000
13000-20000
-
压力控制点
-
分离器出口
布风板上2m
给煤点下
风力控制点处压力
Pa
0
6000-8000
-700~-1000
布风板压降
Pa
4000-0000
4000-60000
3000-6000
小孔风速
s/m
40-65
密相式区传热系数
W/(m2。
k)
150-300
悬浮空间传热系数
W/(m2。
k)
140-160
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