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第 4 6卷第 2期 2 0 1 5年 3月 锅 炉 技 术 B0I LER TECHN0L0GY V0 l _ 4 6,NO. 2 M a r .,2 01 5 2 2 0 t / h生物质循环流化床锅炉性能优化试 验研 究 宋景 慧 ,谭 巍。 1 .广东电网公 司电力科学研究 院,广东 广州5 1 0 0 8 0 ; 2 .深圳 市能源环保有 限公 司,广东 深圳5 1 8 0 5 2 摘要 在 2 2 0 t / h的生物质循环流化床上进行 了锅炉性能优化试验 , 考查 了一次风 比率 、 燃烧氧量 、 运行床 压对锅 炉热效率 的影响 。试验结果表明 优化配风能够降低 吼, 提高锅 炉热效率 ; 燃烧氧量是影 响锅炉热效率 的最 主要 因素 。由于实际燃料的水分远大于设 计燃料 , 造成 实际燃料 低位发 热量偏低 , 锅炉 运行烟气 量较设 计值偏 大, 引风机 出力不足 , 燃烧氧量偏 低 , q 偏大 , 从 而导致 了锅炉热 效率偏低 ; 运行 床压越高 , 锅炉 热效率 越低 。基于试验结果对锅炉运行参数进行了优化调整 , 优化调整的侧重点是降低 q 。 , 并使得 q q 。 q 的和 最 小 , 优化后的燃 料修 正锅 炉热效率 由基础工况 的 8 4 . 4 4 提高到了 8 9 . 3 7 。 关键词 生物质循环流化 床 ;锅炉热效率 ;运行优化 中图分类号 T K2 2 9 . 6 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 2 4 7 6 3 2 0 1 5 0 2 0 0 3 4 0 5 0 前 言 生 物 质 直 接燃 烧 发 电是 生 物 质 能 利 用 的 一 种 重要 方 式_ 1 ] , 我 国 生 物 质 能 源 丰 富 , 每 年 可 开 发资源相当于 1 . 7 8亿吨标准煤l 2 ] 。循环流化床 是一种 很有 特色 的流 态 化燃 烧 方 式 , 具有 燃 料 适 应 范 围 广 、 燃 烧 效 率 高 和 负 荷 调 节 范 围 大 等 特 点 , 可 以 适 应 生 物 质 挥 发 分 高 、 固 定 碳 少 、 高 水 分 、 低 热值 等 特 性 ; 同 时循 环 流 化 床 技 术 本 身 就 可以减少污染排放 , 还具有投资少 等优 点, 因此 生物 质循环 流化 床燃烧 发 电技术 广受关 注⋯ 3 ] 。 广东粤电湛江生 物质 直接燃 烧发 电项 目工程 是 目前国内单机容 量最大 的生物质发 电项 目, 一期 工程为 2台 5 0 MW 凝汽 式发 电机组 , 配 2台生 物 质燃料 2 2 0 t / h高温 、 高压循环流化 床锅炉 , 为 了解 生物质循环流化床锅炉 的运行特性 , 探 究锅炉 的最 佳运行条件 , 本 文对广 东粤 电湛江 生物质 发 电厂 2 号锅炉进行 了性能优化试 验研究 , 分析 了一次风 比 率 、 燃烧氧量 、 床压对锅 炉热效 率 的影 响 ; 并根据 试 验结果提 出 了优 化 工 况 , 较 大 地 提 高 了锅 炉 的 效 率 , 同时为 电厂设备的设计 、 改造提供 了参考依据 。 1 试验部分 1 . 1试 验燃 料 试 验共 进 行 了 1 1个 工 况 , 设 计 和试 验 燃 料 的工业 分析 和元 素分析 见表 1 。 表 1 燃料 的工 业分 析和元 素分 析 注 “ 燃料” 中“ A” 代表“ 5 O 甘蔗叶2 O 树皮3 O 其 他 树碎 、 花生壳 、 三级板 等 ” , “ B ” 代表“ 7 O 树皮 2 O 树 头 1 O %其他 树碎 、 花生壳 、 三级板等 ” 。 收 稿 日期 2 o 1 4 0 9 1 2 作者简介 宋景慧 1 9 7 3一 , 男 , 教授级高级工程师 , 工学硕士 , 主要从事 电站调试 、 试验和科研等方面的工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 6 锅炉技术 第 4 6 卷 机组负荷/ Mw 5 O 床 压 / k P a 8 . 5 主蒸 汽 流 量 D/ t h 2 2 0 给 水 温 度 / ℃ 2 2 4 一 次 风 量 / 万 Nm。 h 1 1 . 2 二 次风 量 / 万 Nm。 h 9 . 1 省 煤 器 进 口烟 温 / ℃4 3 0 空气预热器前烟温 t k / ℃ 2 4 9 排烟温度 t 。 / ℃ 1 4 O 排 烟 处 氧 量 0。 ⋯/ 3 . 5 环 境 温 度 / ℃ 3 5 飞灰含碳量 C fh 5 炉 渣 含 碳 量 Ct / / C 0实测体积含量/ 1 0 / 2 . 1一次 风 比率对锅 炉热 效率 的影 响 对 于循 环流 化床 锅炉 , 其 密 相 区处 于 还原 燃 烧 状态 , 其燃 烧 由一 次 风控 制 , 稀 相 区处 于氧 化 燃 烧状 态 ; 其燃烧 由二次 风 控制 。本 锅 炉 正 常运 行 时 , 一 次 冷 风 经 过 空 气 预 热器 加 热 后 , 经 布 风 板 下一 次 风室 由布 风板 和风 帽 进入 炉 膛 , 使 炉 内 床 料流 化 , 同 时向炉 膛下 部 密相 区提供 一 定 的氧 气 供燃 料 燃 烧 。二 次 风 主要 是 补 充 炉 内燃 料 燃 烧 的 氧气并 加 强物 料 的掺混 , 调 整 炉 内 温度 场 的 分布 , 防止局 部烟气 温度 过高 , 抑 制 NO 的生 成 ; 二 次风 分 为 两 路 , 一 路 经 过 空 气 预 热 器 加 热 后 , 从 炉膛 前 后 墙 不 同 高 度 分 级 送 入 ; 另 一 路 未 经过 空气 预 热 器 的 冷 二 次 风 作 为 播 料 风 。在 维 持锅 炉负 荷和 总风 量稳 定 的情 况下 , 本 试 验 根 据 现场 实际 运行情 况 进行 了一 次 风 比率 调 整 试 验 , 一 次 风 比 率 分 别 为 4 0 、 4 5 、 5 0 , 对 应 工 况 1 、 工况 2和工 况 3 ; 实 验过 程 中发现 , 当一 次分 比 率超 过 5 0 时 , 炉 内压力 频 繁波 动 , 锅 炉运 行 稳 定性 变差 。因此 , 锅炉 实 际运 行过 程 中一 次风 率 都不 大于 5 0 , 试验 结果 见表 3 。 表 3一 次风 比率对 锅炉 各项热 损 失 和 热效率 的影 响 一 次风率/ 项 目 4O 4 5 5 O 排 烟 热 损 失 q 。 / 化学不完全燃 烧热损失 q s / 机械不完全燃烧损失 q / 锅炉热效率 “ / 燃料修正后锅炉热效率 / 1 1. 39 6. 1 8 O. 4 7 8 0. 44 8 4. 44 9. 22 3. 98 0. 41 84 . 89 86 .6 6 9 .6 1 .3 4 O .5 8 86. 9 7 8 8. 9 6 炉膛 密相 区 的 扰 动 , 促 进 了燃 料 与床 料 的混 合 , 尤其是燃料水分偏高时 , 有利于燃料在炉内的燃 烧 ; 但 一次 风 比率 过 大 时会 导致 燃 料 在 炉 内停 留 时 间变短 , 燃 烧 不 充 分 , 排 烟热 损 失 q 。和机 械 未 完全 燃烧 热损失 q 增 大 。因此 , 在保 证锅 炉 运行 安全 性和床 温 正常 的基 础 上 , 一 次 风 比率 为 5 O 时运 行较 为经 济 。 2 . 2 燃烧 氧量 对锅炉 热效 率 的影响 试验 过程发 现 , 氧 量是 影 响 锅炉 热 效 率 的最 主要因素 , 燃烧氧量值在炉膛 出口处测得。 由于锅炉厂提供 的最佳燃烧氧量参 考值 满负 荷的设计氧量为 3 . 5 是理论值 , 针对 电厂实 际燃 用 的燃料特 质存在偏差 , 因此需要 通过燃烧氧量调 整, 对炉内燃烧氛围进行调整, 寻求最佳燃烧氧量。 本试验根据 实 际运行 情况 , 并 参 考设计 氧 量 , 在保 证风机 出力 和床温不超 限的情 况下 , 共进行 了 5 个 工况 的 氧 量 调 整 , 分 别 是 1 . 5 %、 2 . 0 、 2 . 5 、 3 . 0 、 3 . 5 , 分别对应工况 4 ~8 ; 锅炉 热效率 和 各项 热损失 随氧量变化关系见图 2 。 由表 3可 知 , 当一 次 风 比率 由 4 0 增 加 到 5 O 时 , q 。 显 著 降低 , 主要 原 因是 一 次 风 加 大 了 图 燃烧氧量对锅炉各项热损失和热效率的影响 ∞ 一 5 6 5 6 6 8 8 7 2 2 粥 啪 5 5 9 2 7 2 9 3 9强 ∞ 瑚 ∞ 4 8 5 E 2 5 O 7 1 7 9 Ⅲ m” 8 9 6 1 8 8 3 9 7 ∞ 扒 船∽ l景 蛳 瑚 旧 9 4 1 6 3 O 8 ; 5 3 ∞ 啪 粼 m L二 哪 一 O 2 8 8 2 5 2 ∞ ㈨ 一 0 7 2 3 5 4 4 l l 8 互 引 L 7 O 8 6 2 O 9 ∞ m ∽ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 宋景慧 , 等 2 2 0 t / h生物质循 环流化 床锅 炉性 能优 化试 验研 究 3 7 由图 2可 知 , 当 炉 内燃 烧 氧 量 由 1 . 5 %变 化 到 3 . 0 时 , 随着 q 。 急剧减 小 , 燃 料修正 后锅炉 热 效率 增 大 , 但 当燃 烧 氧量 由 3 . 0 增 加 到 3 . 5 % 时 , 虽然 q 。 仍有 一定量 的减少 , 但 q 。和 q 均有 所 增 大 , 因此 , 锅 炉热效 率变化 不大 。 由于燃用 燃 料 水分远高于设计值 , 实际燃料为 3 5 左右 , 设 计 燃 料 仅 为 1 8 . 5 , 造 成 实 际 燃 料 低 位 发 热 量 偏 低 , 因此 同样 的负荷需 要更多 的燃料 , 造 成进 料 量 增 大 , 增 大 了烟气 量 和风烟道 阻力 , 从 而 导致 了引 风 机 出力 无 法 满 足 阻力 要 求 。在 试 验 过 程 中 发 现 , 为满足 负荷要 求 , 锅 炉长期 在低燃 烧 氧量 状态 下 运行 , 部 分时 间 段 烟气 中 C O 含 量 超 过 1 , q 。 居 高不下 , 这 是 导 致 锅 炉 热 效 率 低 的 主 要 原 因 。 因此 , 在保 证风 机 出力 不 超 限 的基 础 上 保持 燃 烧 表盘氧量在 3 . 0 左右锅炉热效率较高。 2 . 3 床压 对 锅炉效 率 的影响 床压 是循 环 流化 床 锅 炉运 行 的 基本 参 数 , 反 映 了炉 内物料 量 多少 , 本 试 验在 维 持 排 烟 氧量 基 本稳 定 的情况 下 , 进行 了 3个 工 况 的运行 床 压 调 整 , 分别 为 7 . 0 k P a 、 7 . 5 k P a 、 8 . 0 k P a , 对 应 工 况 7 、 9 、 1 0 , 试 验 结果见 表 4 。 表 4锅 炉运行 床压 对锅 炉各 项 热 损失 和热效 率 的影响 项 目 床压 / k P a 7 .0 7. 5 8. 0 排烟热损失 q z / 化 学不 完全燃烧热损失 q 。 / 机械不完全燃烧损失 q / 锅炉热效率 日 / 燃料修正后锅 炉热效率 / 8 .9 2 2 .7 7 0.3 2 86 .6 9 87 .2 8 9 .9 6 1 .3 9 1 .1 7 86. 0 4 87 .7 2 1 0. 2 8 4 .7 7 0 .6 7 8 2. 7 6 8 4. 9 6 由表 4可 知 , 床 压越 高 , 锅 炉热 效率 越低 。在 床压 由 7 . 0 k P a增加 到 8 . 0 k P a的过 程 中 , q 由 8 . 9 2 增加 到 了 1 0 . 2 8 , q 。 先 减 小后 增 大 , q 则 是先增大后减小。总体来说 , 床压在 7 . 0 ~7 . 5 k P a 区间 内, 锅炉效 率 变化不 大 , 继续增 大 床压 后锅 炉 热效率迅速降低 。在锅 炉运行过程 中, 床压高则 床 料 蓄热能力大 , 有 利于床 温 的平衡 , 但 床压 过高 会 增加一次风机 压头 , 风机 电耗增 加 , 排 烟热损 失 q 。 增加, 机组经济性变差; 床压过低则容易引起布风 不均匀 , 料层容 易被 吹穿 而 形成 沟流 , 使流 化不 正 常而引起局部 结焦 , 因此 , 锅 炉运行 时 保持 床压 为 7 . 5 k P a 较为经济 。 2 . 4 运行 优化 调整 锅 炉燃 烧 优 化 调 整 的 主要 目标 是 保 证 燃 烧 稳 定 , 减 少 锅 炉 各 项 热 损 失 , 以 提 高 锅 炉 效 率 。 综 合各 单项 调整 的分 析 结果 , 得 出锅 炉 热效 率 偏 低 的原 因为 一 方 面 生 物 质 燃 料 的不 稳 定 性 , 燃 料 种类 、 含水 量 随 季 节 变 化 较 大 , 锅 炉 机 组 正 常 运 行时 炉膛 氧量 波动 大且 变 化 频 繁 , 造成 气 体 可 燃 物在 时 间宽 度 上 分 布 不 均 匀 , 且 变 化 频 繁 ; 另 一 方 面 , 实 际燃 料 中 水 分 较 设 计 值 偏 高 许 多 , 使 得锅 炉运 行 实 际 烟气 量较 设 计 值 偏 大 。为 尽 量 降低 烟气 量增 大对 锅 炉 出力 的影 响 , 实 际运 行 过 程 中将炉 膛 氧量 控制 得相 对 较低 , 使得 锅 炉 燃 烧 氧量 不足 , 而 生物 质 燃 料 挥 发 分 含 量 高 , 固 定 碳 含量 低 , 燃 烧 过程 中由燃 料 中析 出 的可 燃 气 体 无 法完 全 燃 烧 导 致 了 q 。偏 大 。 在 这 种 运 行 状 况 下 , 提高锅 炉 效率 的主 要手 段 就变 成 了如何 降 低 q 。 , 并使得 q 。 q 3 q 的和最小。从以上几个方 面作为调 整的 出发 点 , 本 次试 验 在工 况 1 1中对 运 行 参数 进 行 了优 化 , 优 化 后 的运 行 参 数 为 床 压 7 . 5 k P a , 一次风率 5 0 , 燃烧表盘氧量在 3 . 0 左 右 。与 基础 工况 工 况 1 相 比 , 优 化 后 锅 炉 热 效 率 显著 提高 , 试 验结 果见 表 5 。 表 5基 础 工况和 优化 工况 的对 比 项 目 苓 山 上l 』 月J H 』 J T J【 J 由表 5可 知 , 相 比于 基 础 工 况 , 优 化 后 工 况 的化 学未 完全燃 烧 热损 失 由 6 . 1 8 降低 到 了 0 . 4 9 % , 燃 料 修 正 后 锅 炉 热 效 率 由基 础 工 况 的 8 4 . 4 4 %提 高 到 了 8 9 . 3 7 。较 大 幅 度 地 提 高 了 锅炉的经济性 , 达到了优化的效果 。 3 结 语 1 在 一 次 风 比率调 整 试 验 过程 中 , 当一 次 风 比率由 4 0 增加到 5 0 时 , q 。 显著降低 , 主要 原 因是 一次 风加 大 了炉 膛 密相 区 的扰 动 , 促 进 了 燃 料与床 料 的 混合 , 尤 其 是 燃 料 水 分 偏 高 时 , 有 利 于燃 料 在 炉 内 的 燃 烧 ; 但 继 续 增 大 一 次 风 比 率 , q 和 q 有 增大 的趋 势 , 因此 控 制 锅 炉一 次风 比率为 5 0 时运行较为经济。 2 燃 烧 氧 量 是 影 响锅 炉 效 率 的最 主 要 因 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 8 锅 炉 技 术 第 4 6卷 素 ,由于燃 用燃 料 水 分 远高 于 设 计 值 , 实 际 燃 料 为 3 5 左 右 , 设 计 燃 料仅 为 1 8 . 5 , 造成 燃 料 低 位发热 量 偏 低 , 锅 炉 运 行 烟 气 量 较 设 计 值 偏 大 , 引风机 出力 不足 , 燃烧 氧量 偏低 , q 。 偏 大 , 从 而 导 致 了锅 炉热 效率 偏低 。因此 , 在 保 证 风机 出力 不 超 限的基础 上保 持燃烧 表盘 氧量 在 3 . 0 左右 锅 炉热 效 率 较 高 。 同 时 , 在 生 物 质 锅 炉 设 计 过 程 中 , 应 适 当增大各 风机 的功率 。 3 床压 在 7 . 0 ~7 . 5 k P a区间 内 , 锅 炉效 率 变化 不 大 , 继 续 增 大 床 压 后 锅 炉 热 效 率 迅 速 降 低 ; 在床压 由 7 . 0 k P a 增 加 到 8 . 0 k P a的试 验 过 程 中 , q 由 8 . 9 2 增 加 到 了 l 0 . 2 8 , q 先 减 小 后增 大 , q 则 是 先 增 大 后 减 小 , 为 保 证 锅 炉 运 行 的安 全性 , 锅炉 运 行 时维 持 床 压 为 7 . 5 k P a较 为 合适 。 4 综合 分 析各 组 单 项 调 整试 验 的结 果 , 在 工 况 l 1 中对 运 行 参 数进 行 了优 化 调 整 , 优 化 调 整 的侧重 点 降低 q 。 , 并 使得 q z q 。 q 的 和最 小 。在保 证床 温和 风机 出力 不超 限 的情 况下 , 优 化 后 的 运 行 参 数 为 床 压7 . 5 k P a , 一 次 风 率 5 O , 燃 烧表 盘 氧 量 在 3 . 0 左 右 。相 比于 基 础 T 况 , 优 化后 燃 料 修 正 后 锅 炉 热 效 率 由 8 4 . 4 4 提高 到 了 8 9 . 3 7 。 参 考文献 [ 1 ]李诗媛 ,吕清刚,矫维红 , 等.生物质成 型燃 料循环流 化床 燃烧 试验研究[ J ] .燃烧科学与技术 , 2 0 0 9 ,1 5 1 5 4 5 8 . [ 2 ]李成喜 ,王焕新 ,陈国艳.6 5 t / h生物质循环流化床锅 炉效 率性能实验[ J ] .洁净煤技 术,2 0 1 1 ,l 7 4 5 8 6 1 . [ 3 ]董清梅 , 颜河恒.循环流化床锅炉 的发展现状及前景 [ J ] .锅 炉制造 , 2 0 0 5 4 7 2 7 4 . [ 4 ]刘豪 ,邱建荣 , 吴吴 ,等. 生 物质和煤 混合燃烧 污染物 排放 特性研究[ J ] . 环境科学学报 , 2 0 0 2 , 2 2 4 4 8 4 4 8 8 . r 5 ] VI ADI MI R I , KUPRI AN V, RACHADAP RN KAEW KI UM . e t a 1 . Ef f e c t s o f o p e r a t i n g c o n d i t i o n s a n d f ue l p r o p e r t i e s o n e mi s s i o n p e r f or m a n c e a n d c o m b u s t i o n e f f i c i e nc y o f a s wi r l i n g f l u i d i z e d b e d c o mb u s t o r f i r e d wi t h a b i o ma s s f u e l [ J ] .E n e r g y ,2 0 1 1 , 3 6 2 0 3 8 2 0 4 8 . [ 6] TANE T S A KUNVA TANA V,KUP R I AN V V I .E x p e r i me n t a l s t u d y o n e f f e c t s o f o p e r a t i n g c o nd i t i o ns a n d f u e l q u a l i t y o n t h e r ma l e f f i c i e n c y a n d e m is s i o n p e r f o r ma n c e o f a 3 0 0 Mw b o i l e r u n i t f i r i n g Th a i l i g n i t e [ J .F u e l P r o c e s s i n g T e c h n o l o g y,2 0 0 7, 881 9 9 2 0 6 . r 7 ]K UP RI ANOVA V I ,TANETS AKUNVATANA V.Op t i m iz a t i o n o f e x c e s s a i r f o r t he i mp r o v e me n t o f e n v i r o n me n t p e r f o r ma n c e o f a 1 5 0 MW b o i l e r f i r e d wi t h T h a i l ig n i t e [ J ] . Ap p l i e d En e r gy ,2 0 0 3, 7 44 4 5 4 5 3 . E x p e r i me n t a l S t u d y o n P e r f o r ma n c e Op t i mi z a t i o n o f a 2 2 0 t / h Bi o ma s s - f i r e d Ci r c ul a t i n g F l u i di z e d Be d Bo i l e t S ONG J i n g h u i ,TAN W e i 1 . El e c t r i c Powe r Re s e a r c h I ns t i t ut e o f C - u a ng do ng Po we r Gr i d Cor po r at i o n,Gu a ng z ho u 5 1 00 80,Chi na; 2 .She n z h e n Ene r g y En v i r o n me n t En g i n e e r i n g Co .,I . t d .,S he n z h e n 51 80 5 2,Chi n a Ab s t r a c t P e r f o r ma n c e t e s t s we r e c o n d u c t e d o n a 2 2 0 t / h b i o ma s s f i r e d Ci r c u l a t i n g Fl u i d i z e d Be d b oi l e r . Ef f e c t s o f pr i ma r y a i r r a t i o,o xy g e n c o nt e nt i n f l ue ga s a n d b e d pr e s s u r e o n t he b oi l e r he a t l o s s e s a nd t h e r ma l e f f i c i e nc y we r e a na l y z e d . Th e e xp e r i me n t s i nd i c a t e t ha t by r e a s o na b l y i mp r ov i n g t h e o pt i mi z i ng a i r di s t r i b ut i on,t he b o i l e r e f f i c i e n c y i n c r e a s e d d ue t o t he d e c r e a s e of q 3 .The o xy g e n c on t e n t i n f l u e g a s i s t he mos t i mpo r t a n t f a c t o r a f f e c t s t he bo i l e r t h e r ma l e f f i c i e nc y.Du e t o hi g he r mo i s t ur e c o nt e nt t h a n t h e d e s i gn e d,t h e c a l or i f i c v a l u e o f f u e l i s l o we r whi c h c a us e s hi g he r v a l ue s o f f u e l ga s v ol u me a nd de f i c i e nt o ut p ut o f i n du c e d dr a f t f a n,t hu s r e s ul t i n g i n l o we r v a l ue s of e x c e s s ox yg e n a nd hi ghe r v a l u e o f q 3 f o r wa r d. Th e s e a r e t he ma i n r e a s on s f o r b oi l e r ’ s l o w e f f i c i e n c y . As f or t he be d pr e s s u r e,t h e b o i l e r t he r m a l e f f i c i e nc y de c r e a s e d a s i t i n c r e a s e d.Ba s e d o n t he e xp e r i me n t a l r e s u l t s,t h e op e r at i ng pa r a m e t e r s o f t he b oi l e r we r e op t i mi z e d, t he ma i n pu r po s e i s t o r e du c e t he q 3 a nd f i nd t h e mi n i mu m v a l u e o f q 2 q 3 q 4 . B y o p e r a t i o n o p t i mi z a t i o n t h e b o i l e r t h e r ma l e f f i c i e n c y i nc r e a s e d f r o m 8 4 .4 4 t o 89 . 3 7 . K e y wor d s bi o ma s s f i r e d Ci r c ul a t i n g Fl u i d i z e d Be d; b o i l e r t he r m a l e f f i c i e nc y; op t i mi z a t i o n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
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