400t／d往复炉排垃圾焚烧锅炉的设计与应用.pdf

研究与开发 。4 0 0 t ／ d往复炉排垃圾焚烧锅炉的设计与应用 文章编号 1 0 0 4 8 7 7 4 2 0 1 3 0 4 - 0 0 1 1 - 0 7 4 0 0 t ／ d往复炉排垃圾焚烧锅炉 的设计与应用 唐 国勇， 高 芸 无锡华光锅炉股份有限公司， 江苏 无锡 2 1 4 0 2 8 摘要 介绍 r 4 0 0 t ／ d 往复炉排垃圾焚烧锅炉的结构布置、 设计特点以及应用结果。 关键词 垃圾焚烧 设计 ； 应用 中图分类号 T K 2 2 9 ． 9 1 文献标识码 A De s i g n a n d Ap p l i c a t i o n o f 4 0 0 t ／ d Re c i p r o c a t i n g Gr a t e M u n i c i p a l S o l i d W a s t e I n c i n e r a t i o n Bo i l e r T ANG Gu o y o n g，GAO Yu n Wu x i H u a g u a n g B o i l e r C o ．L t d ．， Wu x i 2 1 4 0 2 8 ， C h i n a Ab s t r a c t De s c r i h e s t h e s t r u c t u r e l a y o u t ，d e s i g n f e a t u r e s a n d a p p l i c a t i o n r e s u l t s o f 4 0 0 t ／ d r e c i p r o c a t i n g g r a t e m u n i c i p a l s o l i d w a s t e MS Wi n c i n e r a t i o n b o i l e r ． K e y wo r d s M S W i n c i n e r a t i o n； d e s i g n ；a p p l i c a t i o n O 前言 国家发展改革委关于完善垃圾焚烧发电价格政 策的通知 发改价格[ 2 0 1 2 ]8 0 1 号 规定了“ 以生活 垃圾为原料 的垃圾焚烧发电项 目， 均先按其入厂垃 圾处理量折算成上网电量进行结算， 每吨生活垃圾 折算 上网电量暂定 为 2 8 0千瓦时 ， 并执行全 国统一 垃圾发电标杆电价每千瓦时 0 ． 6 5元” ； 按此计算垃 圾热值不超过 6 7 0 0 k J ／ k g才能享受垃圾发 电价格 补贴 ， 由此限制了垃圾掺煤 的焚烧方式 ， 促进 了不需 掺煤的炉排焚烧锅炉的市场发展。层燃往复式机械 炉排垃圾焚烧炉是国内外广泛采用的城市生活垃圾 焚烧炉技术 ， 它的主要特 点是技术完 善可靠 、 容量 大、 运行维护方便， 可燃烧低热值高水分的生活垃 圾。由于层燃垃圾焚烧技术较复杂 、 技术含量高 ， 我 国目前的大型层燃炉排炉垃圾焚烧厂建设 主要依靠 引进 国外先进 的垃圾焚烧炉排技术。引进国外先进 技术有三大优点 ①引进国外成熟且 国内有成功应 用业绩的技术； ②保持与国外技术同步， 可充分应用 国外多年的经验并吸取其教训； ③性能和技术提供 方共 同保证。无锡华光锅炉股份有限公司比较了多 家外 国公 司的炉排技术后 ， 引进 了 日立 造船 瑞士 收稿 日期 2 0 1 3 -01 -08 第一 作 者 唐 国 勇 1 9 5 6一 ， 无锡华 光 锅炉 股 份 有 限公 司 副总工程师、 高级工 程师 ， 1 9 8 2年锅炉专 业毕业 ， 毕业后 一直 从事 锅 炉 设 计 研 发 工作。 授权 V O N R O L L L型 炉 排 垃 圾 焚 烧 炉 炉 排 技 术 J 。通过消化吸收引进技术设计了 2 0 0～6 0 0 t ／ d 炉排系列 包括 余热 锅炉 ， 其 中 2台 u G - 4 0 0 3 4 ． 3 ／ 4 ． 0 ／ 4 0 0 一W 型 4 0 0 t ／ d往复炉排垃圾焚烧锅 炉已于 2 0 1 1年 1 1月在襄阳恩菲环保能源有限公司 襄 阳生活垃圾焚烧发 电厂成 功投运 ， 并 于 2 0 1 2年 1 1 月进行 了锅炉性能与环保 测试。本文介绍 了该 4 0 0 t ／ d往复炉排垃圾焚烧锅炉的结构布置 、 设计特 点以及应用结果 。 1 锅炉系统简述 4 0 0 t ／ d往 复炉排垃圾焚烧 锅炉由余热锅炉和 往复炉排两部分组成 见 图 1 。垃圾 由抓斗抓 入 垃圾给料斗， 再 由推料装置推入到炉排上燃烧 。垃 圾燃烧后产生的烟气将热量传递给余热锅炉受热面 将给水加热至设计参数 的蒸 汽 并降到排烟温 度 后经净化从烟囱排人大气 ， 在炉排上燃尽的垃圾灰 渣通过排渣机排出。 1 ． 1 锅炉主要参数 额定蒸发量 3 4 ． 3 t ／ h 额定蒸汽压力4 ． 0 MP a g 额定蒸汽温度4 0 0℃ 给水温度 1 3 0℃ 热空气温度 2 2 0℃ 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 研究与开发 4 0 0 t ／ d往复炉排垃圾焚烧锅炉的设计与应用 1 3 过热器 出口汽温。整个锅炉为支撑结构。 2 ． 1 余热锅炉结构 2 ． 1 ． 1 锅筒及锅筒内部装置 锅筒内径为 4 , 1 5 0 0 m m， 壁厚 8 6 0 mm， 总长约 为 1 0 4 6 0 mm； 锅筒两端球形封头均设有人孔 ， 锅筒 通过集 中下降管支撑在支撑梁上 ， 使其可向前 、 向两 侧和向上 自由膨胀 。 锅筒内部装置 中一 次分离装置为水下孔板 ； 二 次分离装置在锅筒顶部 ， 采用波形板分离器和均汽 孔板 。为保证锅炉启 动和低负荷运行时 ， 不使锅炉 排烟温度过低 ， 故在锅筒蒸汽侧布置 了一给水加热 器 ， 提高省煤器的进水温度。 锅筒下部 由集 中下降管供水 ， 下降管人 口处为 了防止产生漩涡而装有安全栅栏。为了保证蒸汽品 质 良好 ， 锅简内部装 有加药管 、 连续排 污管 ， 并装有 紧急放水管 。 2 ． 1 ． 2 炉膛及水冷壁 整个锅炉分 为三个 炉室。其 中炉 室 I即为炉 膛 ， 其断面深 宽为 4 8 3 0 mm 5 8 8 0 mm 按水冷 壁中心线 。炉室 Ⅱ为第二通道 ， 其 断面深 宽为 3 3 6 0 m m 5 8 8 0 m m 按水冷壁 中心线 。炉室 Ⅲ 为第三通道 ， 其断面深 宽为 2 7 3 0 mm 5 8 8 0 mm 按水冷壁 中心线 。炉膛水冷壁 、 第二通道 、 第三 通道 、 后部水平烟道两侧水冷壁均 由膜式鳍片管子 组成 。 水冷壁外设有刚性梁 ， 整个水冷壁组成 刚性 吊 箍式结构 ， 水冷壁本身及其所属 炉墙及 刚性梁等重 量均通过设置在侧壁下部集箱上的支撑脚 自立。它 的热膨胀 以固定 点为中心 ， 向上 方、 下方 、 侧 向呈放 射性膨胀 。 2 ． 1 ． 3 前段蒸发受热面 前段蒸发受热面管束共 6排 ， 每排由 2 0根管子 焊接在上下集箱上 ， 并通过侧壁上部集箱支撑的 吊 杆吊挂 ， 下部 自由。 2 ． 1 ． 4 过热器及汽温调节 过热器由三级 、 二级和一级过热器组成 ， 布置在 水平烟道 内， 两级喷水减温器布置在一二三级过热 器之间。 饱和蒸汽由连接管引入一级过热器进 口集箱 ， 再 进入一级过热器 ， 蒸汽经过 I 级喷水减温器后引入二 级过热器的进口集箱 ， 再进二级过热器 ， 然后经过Ⅱ 级 喷水减温器后进入三级过热器进 口集箱 ， 再进 入三 级过热器 ， 最后进入过热器出 口集箱。一二级过热 器为逆流布置 ，三级过热器为顺流布置。 过热器管束通过侧壁上部 集箱支撑的 吊杆 吊 挂 ， 下部 自由。 蒸汽温度采用喷水减温器调温 ， 按设计燃料额 定负荷下的两级喷水减温调节幅度分别为 2 4 c I 和 4 7 c 。 2 ． 1 ． 5 后段蒸发受热面 后段蒸 发受热 面设置在过热器 的后方 ， 由 N o ． 1 、 N o ． 2 、 N o ． 3的三段组成。向蒸 发受热 面的供水 ， 是从锅筒 经下降管来的连接管 引到侧 水冷壁下集 箱 ， 从那里分配到各蒸发受热面以及侧 面水冷壁管。 由蒸发受热 面加热的饱和水集 中到侧水 冷壁上集 箱 ， 通过蒸汽连接管汇集到锅简。 蒸发受热面每组管屏共 1 6排 ， 各段蒸发器之间 设有 8 8 0 mm的空间 ， 以便维修。 2 ． 1 ． 6 省煤器 省煤器分三组布置 ， 每组 由4 8排管子组成 。两 组省煤器间都 留有 8 8 0 m m检修空 间， 省煤 器为逆 流布置 ， 省煤器两侧也设置了膜式壁结构 ， 但此部分 水冷壁仅作为支撑用， 不参与水循环。 在本省煤器的场合 ， 给水的流向采用从上到下 、 再从下到上的反复循环方式。因此 ， 即使在省煤器 内部发生蒸发， 为了推动管内气泡的流动， 使从上往 下的流速比从下往上 的流速快 。 另外 ， 省煤 器也采用上述 过热器 、 蒸 发器相 同 的、 从侧壁上部集箱用吊杆 吊挂的结构。 2 ． 1 ． 7 蒸汽空气预热器 本锅炉采用蒸汽空气预热器和直接式空气预热 器 ， 每台锅炉配组一次风 、 二次风空气预热器和直接 式空气预热器， 其受热面为螺旋翅片管。蒸汽在管 内流动放热 ， 空气横 向冲刷。蒸 汽空气预热器分二 级， 第一级把空气从 2 O℃加热到 1 4 0℃， 第二级把 上级的空气从 1 4 0℃加热到 2 2 0 o C。一级空气预热 器用低压蒸 汽对 空气进行 加热 ， 加 热蒸 汽压 力 为 0 ． 7 MP a g ， 加热蒸汽温度为 2 0 0℃ ； 二级 空气预 热器用锅炉的饱和蒸汽进行加热 ， 加热蒸 汽压力为 5 ． 2 5 MP a g ，加热蒸汽温度为 2 6 8 o C。当垃圾热 值低或锅炉低负荷时 ， 则启用直接式空气预热器 ， 把 空气温度从 2 2 0 o C加热到 3 0 0 q C。 2 ． 1 ． 8 清灰装置 本锅炉在蒸发受热面、 过热器、 省煤器等对流受 热面的每一排 管束 都设 有机械锤击式振 打清灰装 置 ， 同时 ， 在水平烟道的两侧墙上预留了两排激波吹 灰孔。 2 ． 1 ． 9 炉墙及密封 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 4 工业锅炉 2 0 1 3年第 4期 总第 1 4 0期 炉室和水平烟道均采用敷管式炉墙 ， 炉墙外面 有外护板。受热 面穿墙部 分均设有密封板 和密封 罩。 炉膛部分第一通道四周均铺设 了耐火浇注料。 焚烧炉部分采用膜式水冷壁再打浇注料形成前 后拱 ， 两侧为耐火砖结构。在主燃烧段的周围部分 ， 为了防止高温燃烧而引起耐火砖的损伤 以及防止结 渣 ， 采用空冷墙。该空冷墙采用抑制空气漏人炉 内 的构造。 为了便于焚烧炉的检查和维修 ， 在焚烧炉 的后 壁设置检修门、 监视窗 ， 并在各部设 置温度计 ， 监视 运行状况是否正常。 2 ． 1 ． 1 0通 风 通风分为炉排进风 一次风 及焚烧炉进风 二 次风 两部分。 一 次风一部分是从垃圾仓吸人 ， 另有一部分风 量进入炉排两侧空冷耐火砖墙 ， 利用炉墙的蓄热加 热后 ， 再并入一次风风机 ， 一次风风量为 4 4 6 0 0 m 。 ／ h 态 ， 风温为 2 O℃ ， 分成前二次风 和后二次风进入 焚烧炉。当燃用高热值和设计热值垃圾时， 二次风 可采用 2 0℃冷风入炉。 当燃用垃圾热值为 Q ⋯ 4 1 8 7 k J ／ k g时 ， 一 次风需经过蒸汽空气预热器加热到 2 2 0℃ ， 再通过 直接式空气预热器加热到 3 0 0℃进入炉排 ， 二次风 需进入蒸汽空气预热器加热至 2 2 0℃ ， 再进入焚烧 炉 。 2 ． 1 ． 1 1 点火 辅助 燃烧器 在炉室的侧壁设置 1台辅助燃烧器 ， 在炉室 的 后墙设置了 1台点火燃烧器 。辅助燃烧器和点火燃 烧器均以轻油为燃料 。 当垃圾热值过低、 水分过高、 灰分过多时垃圾焚 烧的稳定和烟气 的燃尽极为困难 ， 为确保达到垃圾 焚烧处理的无害化 、 减量化和稳定化要求 ， 减少消除 对环境的污染 ， 需启动辅助燃烧器。 2 ． 2 余热锅炉设计数据 2 ． 2 ． 1 热力计算汇总 标态 ， 进人蒸汽空气预热器加热至 2 2 0℃。 热力计 算 汇总表 1 0 0 ％ 负荷 ， Q 6 7 0 0 二次风是从锅炉房吸人 ， 风量为 8 7 8 5 m ／ h 标 k J ／ k g 如表 1 。 表 1 热 力计算汇 总表 喷水量 一级喷水量 1 t ／ h ； 二级喷水量 1 ． 7 t ／ h 。 2 ． 2 ． 2 汽水阻力汇总MC R工况 过热器蒸汽阻力 1 ． 2 5 MP a 省煤器水阻力 0 ． 3 MP a 2 ． 2 ． 3 烟空气阻力汇总MC R工况 烟气侧总阻力为5 0 0 P a 锅炉本体 ； 烟气侧总 流量为 7 6 5 6 3 m ／ h 标态 锅炉出口处 。 一 次风风量为 4 4 6 0 0 r f l ／ h 标态 ； 二次 风风 量为 8 7 8 5 m ／ h 标态 ； 进人空冷墙风量为 1 0 8 8 0 m ／ h 标态 。 空气侧阻力 炉排阻力为 1 0 0 0 P a ； 一次风蒸汽 空气预热器阻力为 7 0 0 P a ； 二次风蒸 汽空气预热器 阻力为 7 0 0 P a 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 研究与开发 4 0 0 t ／ d往复炉排垃圾焚烧锅炉的设计与应用 1 5 3 炉排结构简述 炉排及液压系统 、 燃烧 自动控制 系统 A C C 等 均为引进 日立造船技术 。推料器 、 干燥炉排 、 燃烧炉 排和燃尽炉排 的速度根据垃圾热值 、 垃圾处理量及 燃烧工况 由 A C C系统 自动调节。炉排的结构主要 包括料斗、 推料装置 、 炉排 系统和排渣机 ， 其 中炉排 系统包括干燥炉排 、 燃烧炉排 、 燃尽 炉排和剪切 刀 剪切刀设置在燃烧炉排上 ， 在每级炉排之 间的垂 直方 向上有落差。炉排下部布置十二个漏渣斗 ， 漏 渣斗下为落灰管及档板 阀， 与漏渣输送机连接 。 3 ． 1 垃圾在炉排上的焚烧过程 垃圾在炉排上 的焚烧过程如图 2 。垃圾 由垃圾 料斗经推料装置送到炉排 ， 炉排呈向下倾斜状布置 ， 由固定炉排梁和活动炉排梁交替组成 。与垃圾 向下 运动 的方 向相反 ， 活动炉排缓慢向上运动 ， 从而能促 进垃圾的翻滚和搅动 ， 垃圾 能较快地与灼热 的燃烧 物质混合 ， 促进其 干燥 。垃圾燃尽 的炉渣缓慢地向 下移动至炉排 的末端 ， 通过灰渣斗和灰渣溜管排人 出渣机。炉排 的漏渣由漏渣输送机送到出渣机与炉 渣一起排 出。 炉排系统 的设计考虑了有效热辐射和气相流的 有效利用， 实现从高水分到低水分、 低热值到高热值 各类垃圾 的完全燃烧。采用足够 的焚烧炉容积 ， 辐 射热 的利用具备 良好 的干燥垃圾效果 ， 高温烟气和 垃圾具有良好 的混合效果 ， 落差 的设置使得焚烧炉 具有 良好 的燃烧效率。 图2 垃圾焚烧过程示意图 3 ． 2 炉排的结构及特点 炉排尺寸 长 宽 1 4 ． 4 3 m 5 ． 0 8 m， 炉排面 积 7 3 ． 3 m ， 炉排 的机械负荷 2 2 7 k g ／ m h 。炉排 的 运动由液压传动装置驱动 如图3 。 冷 却空气 炉排 图 3 炉排驱动结构 图 干燥炉排 、 燃烧炉排和燃尽炉排三级依次连接 ， 组成 了炉排系统 ， 剪切刀设置在燃烧炉排上， 在每级 之间的垂直方 向上有落差。燃料从一区域落下至下 一 个 区域时 ， 粘连的大块垃圾团被拆散 ， 内部暴露 ， 更多的干燥颗粒着火 ， 并与周 围垃圾混合 。结果垃 圾 中的着火颗粒引起一连 串连锁反应 ， 干燥 和燃烧 过程的速率不断增加 直至进入充分燃烧 过程。另 外 ， 炉排梁往复运动促使垃圾充分混合和搅拌 ， 确保 垃圾完全燃尽 和无害化 。 3 ． 2 ． 1 干燥炉排 垃圾所含水分通常达到 4 0 ％ 一6 0 ％ ， 因此 ， 只 有去除垃圾 中的水分 ， 垃圾才能燃烧 。垃圾 的干燥 过程如下 首先垃圾随着机械往复错列炉排缓慢运 动时 ， 垃圾被破碎 ； 8 5 0 9 5 0 oC的高温烟气 和焚烧 炉 内砖墙的辐射热干燥 垃圾 ； 同时 ， 温度预热至 2 2 0 ～ 3 0 0℃的一次风气流 ， 从 炉排 吹人 焚烧炉进一步 促进垃圾干燥 ； 当垃圾温度超过 2 0 0℃时 ， 垃圾 中挥 发分析 出， 垃圾开始着火 ； 最后着火区域覆盖垃圾整 个表面。燃烧空气量和炉排速度相配合调节可在较 宽范围内较精确地调节干燥过程 。 3 ． 2 ． 2 燃烧炉排 如图 4 在干燥炉排上点燃的垃圾掉落到机械驱动的倾 斜燃烧炉排面上。掉落的冲击拆散 了团状垃圾 ， 增 加 了垃圾与空气 的接触面积 ， 促进燃烧 ； 而没有充分 干燥的垃圾落在燃烧的垃圾上 ， 有助于全部垃圾充 分燃烧 。由于炉排的往复运动 ， 垃圾被破碎或剪切 ， 有利于燃烧 的扩散。燃烧过程中像纸和纸板之类的 易燃物 ， 首先开始燃烧 ， 燃烧空气容易从该燃烧区域 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 工业锅炉 2 0 1 3年第 4期 总第 1 4 0期 吹出， 形成空气短路而阻碍了燃烧空气沿着炉床的 均匀分布 ， 引起垃圾不完全燃烧。本焚烧 系统 中采 用往复错列炉排和剪切刀 ， 可有效地防止这种情况 的发生。设置剪切刀的炉排设备有助于垃圾 的完全 燃烧。 方 向 卸 料 块 图4 燃烧炉排结构图 3 ． 2 ． 3 燃尽炉排 垃圾主要可燃部分在燃烧炉排上燃烧， 然而像 木块 、 固状含水分蔬菜物 尚未完全燃烧。与燃烧炉 排一样 ， 燃尽炉排也利用垃圾 自重破碎未燃尽 的团 状垃圾， 使其在燃尽炉排上得以完全燃烧。 3 ． 2 ． 4 炉排剪切刀 炉排系统突出的特点是与燃烧炉排组合在一起 的炉排剪切刀装置 如图4 。剪切刀装置在焚烧高 水分、 低热值垃圾时尤其有效。剪切刀装置的扇形 刀片安装于液压驱动的横轴上 ， 剪切刀在非运行状 态时， 刀片的顶端与炉排 面平齐。当被驱动螺杆顶 起时 ， 剪切刀切 人或穿人垃圾料层 ， 产生一系列效 果 a ． 压碎 、 剪断 、 脱落和拆碎团块垃圾 ， 改善其与燃 烧空气的接触条件并防止结渣 ； b ． 料层密度分布均 匀； c ．燃烧空气分布均匀 ； d ．封堵燃烧空气短路气 流； e ． 有效地促进燃烧。 3 ． 2 ． 5 固定炉排和活动炉排 炉排由固定梁 F 和活动梁 M 支撑 。为了防 止垃圾与炉墙问接触引起 的摩擦阻碍垃圾流动， 靠 近炉墙的两侧布置活动炉排梁 ， 促进靠炉墙 的垃圾 顺畅运动。固定炉排梁和活动炉排梁交替布置。活 动梁在 固定于横梁的滑板上滑动。活动炉排梁按上 下一定角度由液压驱动 向上和向前运动 ， 然后又 回 到初始位置。依靠炉排面的倾斜， 垃圾在炉排上向 前方移动， 同时被向上推动。因这些运动对垃圾产 生剪切效果 如图 5 ， 团块垃圾产生裂缝 、 破碎使燃 烧空气变得容易穿越。 垃圾的剪切效果 图 5 炉排 的剪切和 自清洁效果 图 4 锅炉性能测试 襄阳恩菲环保能源有限公司襄 阳生活垃圾焚烧 发 电厂 2台 U G 4 0 0 3 4 ． 3 ／ 4 ． O ／ 4 0 0 一w 型 4 0 0 t ／ d 往复炉排垃圾焚烧锅炉于 2 0 1 1年 1 1月成 功投 运 ， 2 0 1 2年 1 1 月由机械工业锅炉及产品质量监督 检测 中心对 2 炉进行了锅炉热工与环保性能测试 。 4 ． 1 测试 时入炉垃圾元素分析 测试时入炉垃圾 的元素分析如表 2 。 表 2 测试 时入炉垃圾 的元素分析 4 ． 2 测试结果数据汇总 1 热工性能测试数据汇总如表 3 。 表 3 热工测试数据汇总 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 研究与开发 4 0 0 t／ d往复炉排垃圾焚烧锅炉的设计与应用 1 7 2 环保性能测试数据汇总如表 4 。 表 4 环保性能测试数 据汇总 5 结语 无锡华光锅炉股份有限公司采用引进技术研发 的 U G 4 0 0 3 4 ． 3 ／ 4 ． 0 ／ 4 0 0 一w 型 4 0 0 t ／ d往复炉 排垃圾焚烧锅炉在襄阳恩菲环保能源有限公司襄阳 生活垃圾焚烧发电厂投运 以来能够连续稳定 、 安全 上接第 1 0页 [ 1 3 ] 俞杨． 两起有机热载体炉喷油火灾事故的分析[ J ] ． 江 苏安全生产 ， 2 0 0 9 1 2 3 73 8 ． [ 1 4 ] 邓广新． 有机热载体锅炉受热面管过热变形分析[ J ] ． 沿海企业 与科技 ， 2 0 0 9 1 0 3 1 3 2 ． [ 1 5 ] 丁宏辉， 聂敬鹏， 宝山． 有机热载体炉的危险因素分析 及对策[ J ] ． 内蒙古民族大学学报 ， 2 0 1 0 9 6 l 一 6 2 ． [ 1 6 ] 宋杰书． 一起有机热载体炉导热油喷出事故分析[ J ] ． 皮革科学与工程 ， 2 0 1 0 2 7 3 7 4 ． [ 1 7 ] 张友健． 液相有机热载体锅炉运行中的常见问题[ J ] ． 中国高新技术企业 ， 2 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