CN107202356A - 一种火电机组余热梯级利用供热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种火电机组余热梯级利用供热系统，包括汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、热网回水管和热网供水管，热网回水管连通换热单元，换热单元连通表面式换热器二，表面式换热器二连通表面式换热器三，表面式换热器三连通热网供水管；汽轮机中压缸连通表面式换热器三，汽轮机中压缸连通抽汽单元，抽汽单元连通表面式换热器二，抽汽单元连通汽轮机低压缸的回热抽汽管道，汽轮机低压缸的排汽口通过设置有阀门一的管路连通换热单元的进汽口，换热单元、表面式换热器二和表面式换热器三的冷凝水出口均通过冷凝水管路连通有凝结水泵。可依靠换热器的传热作用对热网回水进行梯级加热。
Description
技术领域
本发明涉及火电机组余热供热系统技术领域，具体来说，涉及一种火电机组余热梯级利用供热系统。
背景技术
随着我国经济的发展，整个社会对能源消耗的需求逐渐加大，由此引发的能源短缺与排放污染的问题也日益加重。为实现全面协调可持续发展，火力发电行业节能减排任务重大，要全面落实“节约、清洁、安全”的能源战略方针，加快火力发电升级与改造，打造高效清洁可持续发展的火电产业“升级版”。为响应“积极发展热电联产”和“实施综合节能改造”的行动计划，可对现有热电联产机组进行供热改造，提高机组供热能力和运行经济性。
由于我国北方地区的地理、气候特点，空冷火电机组占据大量份额，根据空冷机组汽轮机末级叶片能够适应机组较高的运行背压的特点，对汽轮机乏汽及中低压缸抽汽的热量进行利用，非空冷机组也可用改造低压缸提高运行背压的方式进行余热利用。根据热力学第二定律的能量梯级利用原理，空冷供热机组的汽轮机乏汽及低压缸抽汽的能量品质与采暖用户所需热量的品质相当、温度对口，适当提高汽轮机运行背压。利用热量传递的正过程，即温差传热过程，回收利用空冷机组的汽轮机排汽的热量对热网回水进行一次加热，并利用具有较高能级的低压缸抽汽的热量对热网回水进行第二次加热，是按照能量供应能级匹配及梯级利用原理对机组余热梯级利用的最佳途径。
因此，研制出一种可提高机组供热能力及机组运行经济性的余热梯级利用供热系统，成为火电行业解决节能减排问题的重要途径。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种火电机组余热梯级利用供热系统，可对热网回水进行梯级加热，有效增加了可加热的热网回水水量，大幅提高机组供热能力。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种火电机组余热梯级利用供热系统，包括汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、热网回水管和热网供水管，所述热网回水管通过设置有阀门三的管路连通换热单元的进水口，所述换热单元的出水口通过设置有阀门六的管路连通表面式换热器二的进水口，所述表面式换热器二的出水口通过设置有阀门五的管路连通表面式换热器三的进水口，所述表面式换热器三的出水口通过设置有阀门四的管路连通所述热网供水管；所述汽轮机中压缸通过依次设置调节阀一、阀门二和调节阀三的管路连通所述表面式换热器三的进汽口，所述汽轮机中压缸通过依次设置调节阀一和阀门二的管路连通抽汽单元的控制端，所述抽汽单元的排汽口连通所述表面式换热器二的进汽口，所述抽汽单元的抽汽口连通所述汽轮机低压缸的回热抽汽管道，所述汽轮机低压缸的排汽口通过设置有阀门一的管路连通所述换热单元的进汽口，所述换热单元、表面式换热器二和表面式换热器三的冷凝水出口均通过冷凝水管路连通有凝结水泵。
进一步地，所述换热单元包括表面式凝汽器，所述表面式凝汽器的进水口通过设置所述阀门三的管路连通所述热网回水管，所述表面式凝汽器的出水口通过设置所述阀门六的管路连通所述表面式换热器二的进水口，所述表面式凝汽器的进汽口通过设置所述阀门一的管路连通所述汽轮机低压缸的排汽口，所述表面式凝汽器的冷凝水出口通过所述冷凝水管路连通所述凝结水泵。
进一步地，所述换热单元包括喷射式凝汽器，所述喷射式凝汽器的进汽口通过设置所述阀门一的管路连通所述汽轮机低压缸的排汽口，所述喷射式凝汽器的冷凝水出口通过所述冷凝水管路连通所述凝结水泵，所述喷射式凝汽器的冷凝水出口还通过设置有喷射水泵的管路连通表面式换热器四的热水进口，所述表面式换热器四的热水出口连通位于所述喷射式凝汽器内的喷嘴，所述表面式换热器四的进水口通过设置所述阀门三的管路连通所述热网回水管，所述表面式换热器四的出水口通过设置所述阀门六的管路连通所述表面式换热器二的进水口。
进一步地，所述抽汽单元包括射汽抽汽器，所述射汽抽汽器的控制端通过依次设置调节阀二、阀门二和调节阀一的管路连通所述汽轮机中压缸，所述射汽抽汽器的排汽口连通所述表面式换热器二的进汽口，所述射汽抽汽器的抽汽口连通所述汽轮机低压缸的回热抽汽管道。
进一步地，所述抽汽单元包括射水抽汽器，所述射水抽汽器的控制端通过依次设置射水泵和阀门八的管路连通所述冷凝水管路，所述射水抽汽器的排汽口连通所述表面式换热器二的进汽口，所述射水抽汽器的抽汽口连通所述汽轮机低压缸的回热抽汽管道。
进一步地，所述汽轮机中压缸通过依次设置调节阀一和阀门七的管路连通表面式换热器一的进汽口，所述表面式换热器一的进水口通过设置有阀门九的管路连通所述热网回水管，所述表面式换热器一的出水口连通所述热网供水管，所述表面式换热器一的冷凝水出口通过所述冷凝水管路连通所述凝结水泵。
进一步地，所述表面式换热器一的冷凝水出口连通所述表面式换热器三的冷凝水进口，所述表面式换热器三的冷凝水出口连通所述表面式换热器二的冷凝水进口，所述表面式换热器二的冷凝水出口通过所述冷凝水管路连通所述凝结水泵。
进一步地，所述汽轮机低压缸的排汽口通过设置有空冷岛冷却单元的管路连通所述凝结水泵。
进一步地，还包括汽轮机高压缸。
进一步地，所述汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和汽轮机低压缸均连接发电机。
本发明的有益效果：设计合理，依次利用汽轮机低压缸排汽余热、低压缸抽汽及部分中压缸排汽的热量，依靠换热器的传热作用对热网回水进行梯级加热，有效增加了可加热的热网回水水量，大幅提高机组供热能力，扩大了供热面积，可观地提高机组运行经济性，在满足机组安全运行的前提下，切实做到热量的梯级充分利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的火电机组余热梯级利用供热系统的原理示意图。
图中：
1、汽轮机高压缸；2、汽轮机中压缸；3、汽轮机低压缸；4、发电机；5、调节阀一；6、表面式换热器一；7、阀门一；8、表面式凝汽器；9、阀门二；10、调节阀二；11、射汽抽汽器；12、表面式换热器二；13、调节阀三；14、表面式换热器三；15、阀门三；16、空冷岛冷却单元；17、凝结水泵；18、喷射式凝汽器；19、表面式换热器四；20、射水泵；21、射水抽汽器；22阀门四；23阀门五；24、阀门六；25、阀门七；26、阀门八；27、阀门九；28、喷射水泵；29、热网回水管；30、热网供水管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，根据本发明实施例所述的一种火电机组余热梯级利用供热系统，包括汽轮机中压缸2、汽轮机低压缸3、热网回水管29和热网供水管30，其特征在于，所述热网回水管29通过设置有阀门三15的管路连通换热单元的进水口，所述换热单元的出水口通过设置有阀门六24的管路连通表面式换热器二12的进水口，所述表面式换热器二12的出水口通过设置有阀门五23的管路连通表面式换热器三14的进水口，所述表面式换热器三14的出水口通过设置有阀门四22的管路连通所述热网供水管30；所述汽轮机中压缸2通过依次设置调节阀一5、阀门二9和调节阀三13的管路连通所述表面式换热器三14的进汽口，所述汽轮机中压缸2通过依次设置调节阀一5和阀门二9的管路连通抽汽单元的控制端，所述抽汽单元的排汽口连通所述表面式换热器二12的进汽口，所述抽汽单元的抽汽口连通所述汽轮机低压缸3的回热抽汽管道，所述汽轮机低压缸3的排汽口通过设置有阀门一7的管路连通所述换热单元的进汽口，所述换热单元、表面式换热器二12和表面式换热器三14的冷凝水出口均通过冷凝水管路连通有凝结水泵17。
在本发明的一个具体实施例中，所述换热单元包括表面式凝汽器8，所述表面式凝汽器8的进水口通过设置所述阀门三15的管路连通所述热网回水管29，所述表面式凝汽器8的出水口通过设置所述阀门六24的管路连通所述表面式换热器二12的进水口，所述表面式凝汽器8的进汽口通过设置所述阀门一7的管路连通所述汽轮机低压缸3的排汽口，所述表面式凝汽器8的冷凝水出口通过所述冷凝水管路连通所述凝结水泵17。
在本发明的一个具体实施例中，所述换热单元包括喷射式凝汽器18，所述喷射式凝汽器18的进汽口通过设置所述阀门一7的管路连通所述汽轮机低压缸3的排汽口，所述喷射式凝汽器18的冷凝水出口通过所述冷凝水管路连通所述凝结水泵17，所述喷射式凝汽器18的冷凝水出口还通过设置有喷射水泵28的管路连通表面式换热器四19的热水进口，所述表面式换热器四19的热水出口连通位于所述喷射式凝汽器18内的喷嘴，所述表面式换热器四19的进水口通过设置所述阀门三15的管路连通所述热网回水管29，所述表面式换热器四19的出水口通过设置所述阀门六24的管路连通所述表面式换热器二12的进水口。
在本发明的一个具体实施例中，所述抽汽单元包括射汽抽汽器11，所述射汽抽汽器11的控制端通过依次设置调节阀二10、阀门二9和调节阀一5的管路连通所述汽轮机中压缸2，所述射汽抽汽器11的排汽口连通所述表面式换热器二12的进汽口，所述射汽抽汽器11的抽汽口连通所述汽轮机低压缸3的回热抽汽管道。
在本发明的一个具体实施例中，所述抽汽单元包括射水抽汽器21，所述射水抽汽器21的控制端通过依次设置射水泵20和阀门八26的管路连通所述冷凝水管路，所述射水抽汽器21的排汽口连通所述表面式换热器二12的进汽口，所述射水抽汽器21的抽汽口连通所述汽轮机低压缸3的回热抽汽管道。
在本发明的一个具体实施例中，所述汽轮机中压缸2通过依次设置调节阀一5和阀门七25的管路连通表面式换热器一6的进汽口，所述表面式换热器一6的进水口通过设置有阀门九27的管路连通所述热网回水管29，所述表面式换热器一6的出水口连通所述热网供水管30，所述表面式换热器一6的冷凝水出口通过所述冷凝水管路连通所述凝结水泵17。
在本发明的一个具体实施例中，所述表面式换热器一6的冷凝水出口连通所述表面式换热器三14的冷凝水进口，所述表面式换热器三14的冷凝水出口连通所述表面式换热器二12的冷凝水进口，所述表面式换热器二12的冷凝水出口通过所述冷凝水管路连通所述凝结水泵17。
在本发明的一个具体实施例中，所述汽轮机低压缸3的排汽口通过设置有空冷岛冷却单元16的管路连通所述凝结水泵17。
在本发明的一个具体实施例中，还包括汽轮机高压缸1。
在本发明的一个具体实施例中，所述汽轮机高压缸1、汽轮机中压缸2和汽轮机低压缸3均连接发电机4。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
表面式换热器一6的壳程设置进汽口和冷凝水出口，表面式换热器二12和表面式换热器三14的壳程设置进汽口、冷凝水进口和冷凝水出口，用于通过高温蒸汽使之放热后凝结成水，表面式换热器一6、表面式换热器二12和表面式换热器三14的管程前端设置进水口，管程后端设置出水口，用于通入待加热的水使之与壳程中的高温蒸汽实现换热。
本发明实施例的火电机组余热梯级利用供热系统，包括表面式凝汽器8，表面式凝汽器8顶部进汽口通过阀门一7连接汽轮机低压缸3的排汽管道，底部冷凝水出口连接凝结水泵17，表面式凝汽器8的管程前端进水口通过阀门三15连接热网回水管29，表面式凝汽器8的管程后端出水口依次通过阀门六24、表面式换热器二12管程、阀门五23、表面式换热器三14管程、阀门四22连接热网供水管30，射汽抽汽器11混合室的抽汽口连通汽轮机低压缸3的回热抽汽管道，射汽抽汽器11的前端控制端依次通过调节阀二10、阀门二9和调节阀一5连通汽轮机中压缸2的排汽管道，射汽抽汽器11后端排汽口连接表面式换热器二12的壳程，表面式换热器三14的壳程前端依次通过调节阀三13、阀门二9和调节阀一5连通汽轮机中压缸2的排汽管道，表面式换热器三14的壳程底部通过管路连通表面式换热器二12的壳程顶部，并通过表面式换热器二12壳程底部的冷凝水管路连接到凝结水泵17。表面式凝汽器8可由喷射式凝汽器18连接喷射水泵28和表面式换热器四19代替，替换后喷射式凝汽器18前端进汽口通过阀门一7连接汽轮机低压缸3的排汽口，后端冷凝水出口通过喷射水泵28连接表面式换热器四19的热流体管道，热流体管道上设有热水进口和热水出口。射汽抽汽器11及调节阀二10可由射水抽汽器21前端控制端连接射水泵20代替，替换后射水抽汽器21前端控制端依次通过射水泵20、阀门八26连接表面式换热器二12的疏水管路（即位于表面式换热器二12底部的冷凝水管路），射水抽汽器21后端排汽口连接表面式换热器二12壳程。
表面式换热器二12壳程前端进汽口连接射汽抽汽器11，表面式换热器二12壳程后端冷凝水出口连接到凝结水泵17。表面式换热器三14壳程前端进汽口依次通过调节阀三13、阀门二9和调节阀一5连通汽轮机中压缸2排汽管道，表面式换热器三14壳程底部冷凝水出口通过表面式换热器二12壳程连接到凝结水泵17。
射汽抽汽器11前端控制端依次通过调节阀二10、阀门二9和调节阀一5与汽轮机中压缸2的排汽管道连通，射汽抽汽器11后端排汽口与表面式换热器二12壳程连接。射汽抽汽器11及调节阀二10可由射水抽汽器21前端连接射水泵20代替。射水抽汽器21前端控制端依次通过射水泵20、调节阀二10、阀门二9和调节阀一5与汽轮机中压缸2排汽管道连通，射水抽汽器21后端排汽口与表面式换热器二12壳程连接。
表面式凝汽器8可由喷射式凝汽器18连接表面式换热器四19代替。喷射式凝汽器18前端进汽口通过阀门一7连接汽轮机低压缸3的排汽口，后端冷凝水出口通过喷射水泵28连接表面式换热器四19的热流体管道。表面式换热器四19管程前端进水口通过阀门三15连接热网回水管29，后端出水口依次通过阀门六24、表面式换热器二12管程、阀门五23、表面式换热器三14管程、阀门四22连接热网供水管30。
具体使用时：汽轮机低压缸3的排汽口排出蒸汽，蒸汽通过阀门一7后进入表面式凝汽器8凝结，热网回水通过热网回水管29和阀门三15进入到表面式凝汽器8内与凝结水进行热交换完成第一级加热，被加热后的热网回水通过阀门六24进入到表面式换热器二12的管程中。汽轮机中压缸2中的部分高温蒸汽，依次通过调节阀一5、阀门二9、调节阀二10，进入到射汽抽汽器11中，从而抽取汽轮机低压缸3中的部分蒸汽，抽取的部分蒸汽进入到表面式换热器二12的壳程中，与经过第一级加热的热网回水进行热交换，完成第二级加热，汽轮机低压缸3中剩余的蒸汽则通过排汽口进入空冷岛冷却单元16进行冷却。完成第二级加热的热网回水通过阀门五进入到表面式换热器三14的管程中，汽轮机中压缸2的部分高温蒸汽通过调节阀一5、阀门二9、调节阀三13进入到表面式换热器三14的壳程中与完成第二级加热的热网回水进行热交换，最后完成三级加热的热网回水通过阀门四22去到热网供水管30中进行供热。表面式凝汽器8中完成热交换的冷凝水进入到底部的凝结水泵17中，表面式换热器二12、表面式换热器三14中完成热交换的凝结水经由疏水管路同样进入到底部凝结水泵17中。
表面式凝汽器8可由喷射式凝汽器18连接喷射水泵28及表面式换热器19替代，汽轮机低压缸3通过排汽口排出的蒸汽经过阀门一7进入喷射式凝汽器18中凝结成水经由喷射水泵28进入表面式换热器19，与通过阀门三15进入到表面式换热器19中的热网回水进行热交换，完成一级加热。
射汽抽汽器11及前端调节阀二10可由射水抽汽器21及射水泵20替代，从表面式换热器二12底部的疏水管路中抽取部分凝结水，经由阀门八26进入射水泵20中，从而抽取汽轮机低压缸3中的部分蒸汽，将所抽得的蒸汽排入表面式换热器二12中与完成一级加热的热网回水进行热交换。
在原机组供热系统中，汽轮机中压缸2的部分蒸汽通过调节阀一5、阀门七25进入到表面式换热器一6中，与热网回水进行热交换，最后被加热的热网回水去热网供水管30中供热，完成热交换的凝结水经由表面式换热器三14的壳程、表面式换热器二12的壳程和疏水管路进入到底部凝结水泵17中，本发明所述的火电机组余热梯级利用供热系统可与原机组供热系统并联使用，增大供热面积。
综上，借助于本发明的上述技术方案，设计合理，依次利用汽轮机低压缸排汽余热、低压缸抽汽及部分中压缸排汽的热量，依靠换热器的传热作用对热网回水进行梯级加热，有效增加了可加热的热网回水水量，大幅提高机组供热能力，扩大了供热面积，可观地提高机组运行经济性，在满足机组安全运行的前提下，切实做到热量的梯级充分利用。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种火电机组余热梯级利用供热系统，包括汽轮机中压缸（2）、汽轮机低压缸（3）、热网回水管（29）和热网供水管（30），其特征在于，所述热网回水管（29）通过设置有阀门三（15）的管路连通换热单元的进水口，所述换热单元的出水口通过设置有阀门六（24）的管路连通表面式换热器二（12）的进水口，所述表面式换热器二（12）的出水口通过设置有阀门五（23）的管路连通表面式换热器三（14）的进水口，所述表面式换热器三（14）的出水口通过设置有阀门四（22）的管路连通所述热网供水管（30）；所述汽轮机中压缸（2）通过依次设置调节阀一（5）、阀门二（9）和调节阀三（13）的管路连通所述表面式换热器三（14）的进汽口，所述汽轮机中压缸（2）通过依次设置调节阀一（5）和阀门二（9）的管路连通抽汽单元的控制端，所述抽汽单元的排汽口连通所述表面式换热器二（12）的进汽口，所述抽汽单元的抽汽口连通所述汽轮机低压缸（3）的回热抽汽管道，所述汽轮机低压缸（3）的排汽口通过设置有阀门一（7）的管路连通所述换热单元的进汽口，所述换热单元、表面式换热器二（12）和表面式换热器三（14）的冷凝水出口均通过冷凝水管路连通有凝结水泵（17）。
2.根据权利要求1所述的火电机组余热梯级利用供热系统，其特征在于，所述换热单元包括表面式凝汽器（8），所述表面式凝汽器（8）的进水口通过设置所述阀门三（15）的管路连通所述热网回水管（29），所述表面式凝汽器（8）的出水口通过设置所述阀门六（24）的管路连通所述表面式换热器二（12）的进水口，所述表面式凝汽器（8）的进汽口通过设置所述阀门一（7）的管路连通所述汽轮机低压缸（3）的排汽口，所述表面式凝汽器（8）的冷凝水出口通过所述冷凝水管路连通所述凝结水泵（17）。
3.根据权利要求1所述的火电机组余热梯级利用供热系统，其特征在于，所述换热单元包括喷射式凝汽器（18），所述喷射式凝汽器（18）的进汽口通过设置所述阀门一（7）的管路连通所述汽轮机低压缸（3）的排汽口，所述喷射式凝汽器（18）的冷凝水出口通过所述冷凝水管路连通所述凝结水泵（17），所述喷射式凝汽器（18）的冷凝水出口还通过设置有喷射水泵（28）的管路连通表面式换热器四（19）的热水进口，所述表面式换热器四（19）的热水出口连通位于所述喷射式凝汽器（18）内的喷嘴，所述表面式换热器四（19）的进水口通过设置所述阀门三（15）的管路连通所述热网回水管（29），所述表面式换热器四（19）的出水口通过设置所述阀门六（24）的管路连通所述表面式换热器二（12）的进水口。
4.根据权利要求1所述的火电机组余热梯级利用供热系统，其特征在于，所述抽汽单元包括射汽抽汽器（11），所述射汽抽汽器（11）的控制端通过依次设置调节阀二（10）、阀门二（9）和调节阀一（5）的管路连通所述汽轮机中压缸（2），所述射汽抽汽器（11）的排汽口连通所述表面式换热器二（12）的进汽口，所述射汽抽汽器（11）的抽汽口连通所述汽轮机低压缸（3）的回热抽汽管道。
5.根据权利要求1所述的火电机组余热梯级利用供热系统，其特征在于，所述抽汽单元包括射水抽汽器（21），所述射水抽汽器（21）的控制端通过依次设置射水泵（20）和阀门八（26）的管路连通所述冷凝水管路，所述射水抽汽器（21）的排汽口连通所述表面式换热器二（12）的进汽口，所述射水抽汽器（21）的抽汽口连通所述汽轮机低压缸（3）的回热抽汽管道。
6.根据权利要求1所述的火电机组余热梯级利用供热系统，其特征在于，所述汽轮机中压缸（2）通过依次设置调节阀一（5）和阀门七（25）的管路连通表面式换热器一（6）的进汽口，所述表面式换热器一（6）的进水口通过设置有阀门九（27）的管路连通所述热网回水管（29），所述表面式换热器一（6）的出水口连通所述热网供水管（30），所述表面式换热器一（6）的冷凝水出口通过所述冷凝水管路连通所述凝结水泵（17）。
7.根据权利要求6所述的火电机组余热梯级利用供热系统，其特征在于，所述表面式换热器一（6）的冷凝水出口连通所述表面式换热器三（14）的冷凝水进口，所述表面式换热器三（14）的冷凝水出口连通所述表面式换热器二（12）的冷凝水进口，所述表面式换热器二（12）的冷凝水出口通过所述冷凝水管路连通所述凝结水泵（17）。
8.根据权利要求1所述的火电机组余热梯级利用供热系统，其特征在于，所述汽轮机低压缸（3）的排汽口通过设置有空冷岛冷却单元（16）的管路连通所述凝结水泵（17）。
9.根据权利要求1所述的火电机组余热梯级利用供热系统，其特征在于，还包括汽轮机高压缸（1）。
10.根据权利要求1所述的火电机组余热梯级利用供热系统，其特征在于，所述汽轮机高压缸（1）、汽轮机中压缸（2）和汽轮机低压缸（3）均连接发电机（4）。
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