CN107207344B - 用无机原料生产烧结材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用有机原料(11)生产烧结材料的方法，在包含以下部件的装置中执行所述方法：旋风预热器(1)、旋转炉(2)、篦冷机(3)，并且其中，在旋风预热器(1)中预热原材料(11)，在旋转炉(2)中煅烧并烧结预热材料，通过在篦冷机(3)中吹冷却空气(4，40)冷却煅烧材料，产生热空气。根据本发明，从上游到下游，把热空气分为三部分，根据材料在篦冷机中的前进方向，所述三部分热空气处于递减的温度，分别包括至少在旋转炉和/或装置的可能存在的预分解炉的所述燃烧区中用作助燃空气的第一空气部分(5)、用于产生能量的大于所需燃烧空气的中间第二空气部分(6)气以及处于较低温度的第三空气部分(7)，把第三空气部分(7)的至少一部分(71)引向装置的所述燃烧区，以便与所述第一空气部分(5)一起用作助燃空气。

Description

用无机原料生产烧结材料的方法

技术领域

本发明涉及用矿物原料生产烧结材料的方法，在包括旋风预热器、旋转炉和篦冷机的装置中执行所述方法。本发明的领域是制造水泥熟料的方法和装置的领域。

背景技术

制造水泥熟料最常用的是所谓的干燥过程燃烧法，其中，在旋转炉中煅烧然后烧结事先粉碎的原材料。为了减少操作所需的能量，在旋转炉上游和下游添加交换器，分别称为熟料预热器和冷却器，分别在材料上游回收离开炉膛的烟气中包含的热量以及在气体下游回收烧结材料中包含的热量。就此而论，离开炉膛的产品的温度大于1000℃，与此同时，未被用于燃烧操作的从所述交换器退出的热气、空气或烟气的气流当前温度通常仅低于350℃。但是，它们仍包含一些热量，所述热量相当于燃烧装置中以燃料的形式引入的能量的20％至30％。

来自预热器的热气通常在燃烧操作的范围以外用于原材料的干燥，所述原材料用于熟料制造。但是，除非在材料湿度非常大的情况下，否则只需要一部分。把来自于熟料冷却器的热空气部分地用作装置中的助燃空气；通常，这仅相当于大约所产生的热空气体积的一半。因此通常仍有形成可用能量来源的热气流。尤其是，来自于熟料冷却器的热空气流通常不被利用。

在很多工厂已知并实践了为了发电的目的而回收损失的热量。最常用的方法在于把热气引向由管子构成的交换器，水在所述管中循环，热量将其转变为蒸汽，由此使发电机的涡轮机运动。每股气流可有一个交换器，或者在处理气流之前在单个交换器中，可将各气流结合在一起。鉴于气体处于中等温度，所以把能量转化为电力的总产出较低，而且，为了提高性能，有时采用除水以外的其它液体，例如戊烷。尽管如此，产出仍低于20％，这明显低于普通热电厂发电的产出。

在熟料冷却器的情况下，篦冷机的操作原理导致按照冷却器中材料位移的方向从上游到下游在递减的温度下产生空气流。就此而论，首先以一股或多股气流回收的热空气，通常被称为二次空气和三次空气，该热空气所处的温度范围通常是750℃至1200℃，并且通常在旋转炉的燃烧器和/或装置的分解炉的水平在装置中将其用作助燃空气，与此同时，大于助燃空气需求量的未使用空气的平均温度大约低于250℃。该温度水平不利于良好的转换输出。

为了增加转换输出，通常已知并实践的是把未使用的空气分为两股气流，即温度高于300℃的中间流以及被弃用的废气。例如，在文件[Tatsuo Ino-水泥厂废热回收发电-VdZ研讨会，杜塞尔多夫，2009年9月]中对此进行了说明。

这需要在被弃用的可用热量与使之能够提高转换产出的稳定空气的温度增益之间达到折衷。弃用一部分可用热量是该方法的一个明显弊端。

在文件WO2009/156614A1的图1中显示了这种现有技术，显示了制造水泥熟料的装置，该装置包括旋风预热器、旋转炉和熟料冷却器。在这种装置中，在旋风预热器中预热原材料，在与旋风预热器相连的分解炉中对其进行预煅烧，在旋转炉中煅烧预热材料，在冷却器中冷却煅烧材料。通过在热熟料上吹气在冷却器中冷却离开炉膛的熟料。把通过冷却器产生的热空气分为多股气流，即，在炉膛中用作助燃空气的所谓二次空气、在分解炉中用作助燃空气的所谓三次空气以及大于装置的助燃空气需求量的空气。根据图8，在交换器中仅把标为9的该过量空气流的最热部分用于发电的目的，温度较低的另一部分空气分别往下游引导和弃用。

发明内容

本发明的目的是通过提出用矿物原料生产烧结材料的方法来克服前述弊端，在包括旋风预热器、旋转炉和篦冷机的装置中通过吹气来执行所述方法，所述装置把一部分热空气用作装置中的助燃空气，并且把大于助燃空气需求量的另一部分热空气用于产生能量，尤其是电力，并且有利的是，与上文所述的现有技术比，产出更多。

本发明的另一个目的是至少根据本发明的一个实施例提出一种方法，该方法能够只把中等温度的气体排放到大气中，尤其是所述气体低于65℃，例如，低于或等于环境温度。

在以下说明中，其它目的和优点将显而易见，以下的描述仅出于信息性目的，而没有限制性的目的。

本发明还涉及到用矿物原料生产烧结材料的方法，所述方法在包括以下部件的装置中执行：

-旋风预热器，

-旋转炉，

-篦冷机，

在所述方法中，在旋风预热器中预热原材料，可在与旋风预热器相连的分解炉中对其进行预煅烧，在旋转炉中煅烧并烧结预热材料，然后在篦冷机中通过吹冷却空气冷却煅烧材料，

而且，其中，由篦冷机产生的热空气分为三部分，所述三部分热空气处于递减的温度，按照篦冷机中材料前进的方向，从上游到下游分别包括：至少在旋转炉和/或装置的可能的分解炉的所述燃烧区中用作助燃空气的第一空气部分、中间第二空气部分以及处于较低温度的第三空气部分。

根据本发明，把至少一部分的第三空气部分引向旋转炉和/或分解炉的所述至少一个燃烧区，以便与所述第一空气部分一起用作助燃空气，使大于助燃空气需求量的所述第二空气部分稳定，以便产生能量，尤其是产生电力。

就此而论，本发明在于不仅按照惯例把温度较高的第一空气部分用作助燃空气，而且根据本发明把温度较低的至少一部分第三空气部分用作助燃空气，从而增加中间第二空气部分的温度和热含量，所述一部分第三空气部分根据上文所述的现有技术只是过量废气流。

因为装置的助燃空气需求量是确定的，并且与上文所述的现有技术相比，所以，用作助燃空气的处于较低温度的第三空气部分的那部分流量减少得与第一空气部分为了代替助燃空气需求量所需的空气流量同样多。像这样代替的非常热的空气的该流量使之能够有利地供给中间第二空气部分，并由此能够增加其温度及其热含量。在说明书的其余部分会对该原理更详细地描述和展示。

本发明使之能够就此在交换器中利用第二空气部分，所述交换器比如为与涡轮机相连的水/蒸汽锅炉，或者使之能够转化成电能的任何其它装置。

根据一个实施例，调整所述第三空气部分的所述部分空气的流量，以便把所述中间第二空气部分的温度保持在预定值(例如，450℃)不变，尽管方法中存在波动，尤其是在冷却器入口处与熟料的流量、粒度测定和温度的瞬时变化相关的波动。为此目的，用作助燃空气的第三空气部分的所述部分的流量增加，从而增加第二空气部分的温度或者抵消其下降趋势。用作助燃空气的第三空气部分的所述部分的流量减少，以便引起相反的效果，也就是说，第二空气部分温度下降。

根据一个实施例，所述装置包括与旋风预热器相连的所述分解炉，而且，其中，第一空气部分包括在旋转炉用作助燃空气的二次空气以及三次空气，分别传送到所述分解炉。

根据一个实施例，用作助燃空气的所述第三空气部分的所述部分与三次空气混合，不与二次空气混合。

根据一个实施例，被所述交换器冷却的空气在所述篦冷机处用作冷却空气。这种设置使其能够抑制冷却器的任何废气流，尤其是在把第三空气部分全部用作助燃空气的情况下，更是如此。根据另一个选择性方案，其中，只将一部分的第三空气部分用作助燃空气，与第一空气部分助燃空气混合，其余部分分别从所述部分输送，通过把第三空气部分的这其余部分在所述篦冷机处用作冷却空气，仍可以抑制任何废气流向冷却器。

根据一个实施例，为了把热量转化为电力的目的，把来自旋风预热器的烟气引向交换器。

根据一个实施例，分别处理第二空气部分和旋风预热器的烟气的诸交换器配合用来产生电力。例如，其中一个交换器可以是蒸汽发生器的交换器，另一个交换器是蒸汽过热器的交换器。

该方法在制造水泥熟料方面有特殊用途。

附图说明

阅读附有附图的以下说明，将可以更好地理解本发明，在附图中：

-图1概略地显示了诸如水泥材料那样材料的燃烧和烧结装置，

-图2是详细视图，显示了由图1的装置的篦冷机产生的比如现有技术已知的各个热空气气流，

-图3是详细视图，显示了由图1的装置的篦冷机产生的根据本发明的各个热空气气流，

-图4是图表，在y轴上显示了按照热空气在冷却器中的位置的热空气气流的局部温度，

-图5概略地显示了按照本发明根据一个实施例的诸如水泥材料那样材料的燃烧和烧结装置。

具体实施方式

我们将首先开始对装置进行说明，在装置中，对矿物原材料11进行处理，依次在旋风预热器1中预热，可能在与预热器相连的分解炉中预煅烧，然后在旋转炉2中煅烧和烧结。在篦冷机3中冷却从旋转炉2中退出的热材料32，所述热材料以冷却的烧结材料31的形式从所述篦冷机3中退出。通过在冷却器3的格栅下鼓吹空气4来冷却热材料32，所述空气接触热材料产生热空气，按照材料在冷却器中移动的方向从上游到下游，所述热空气的局部温度降低。

已知从冷却器提取在冷却器中从上游到下游温度递减的各个热空气气流，分别为用于代替装置的助燃空气需求量的第一空气部分5'、中间第二空气部分6'以及第三空气部分7'。

第一空气部分因此可包括所谓的二次空气51'和三次空气52'，所述二次空气51'通往旋转炉2'的一个或多个燃烧器，在此将其用作燃料的燃烧剂，所述三次空气52'处于较低温度，分别通往分解炉(未示出)的一个或多个燃烧器，在此将其用作燃料的燃烧剂。

图2显示了篦冷机3'，在该篦冷机下鼓吹空气4'，空气穿过热材料32'的料床产生很多热空气流，所述热空气流组合在一起成为二次空气51'、三次空气52'，成为中间第二空气部分6，以及成为废气的第三空气部分7，其分布取决于在每个出口处施加的吸力。显示了引向三次空气52'的空气流61'的一个实例，与此同时，把相邻空气流62'引向中间第二空气部分6'。

如图2所示，根据申请人已知的现有技术，二次空气51'和三次空气52'代替旋转炉2和分解炉的燃烧器的助燃空气需求量。第二空气部分6'和第三空气部分7'相当于大于装置燃烧需求量的空气流量。根据该现有技术，已知在一个或多个交换器中使该过量空气稳定，其目的是发电。为了增加转换输出，通常的做法是，在交换器中仅使用中间第二空气部分6'，通常其温度大于或等于300℃，并将第三空气部分7'排放到大气中，所述第三空气部分温度过低，不使所包含的热量稳定化。

图3显示了根据本发明的方法的选择性方案。在篦冷机中通过吹空气4冷却退出炉膛的热材料32。与材料接触的空气被加热，产生热空气，按照冷却器3中材料前进的方向从上游到下游把所述热空气分成三股气流，即，分别为第一空气部分5、中间第二空气部分6和第三空气部分7。

最热的第一空气部分5在装置中用作助燃空气，尤其是在旋转炉3和/或分解炉的一个或多个燃烧器中用作助燃空气。第一空气部分5可分为在旋转炉的一个或多个燃烧器中用作助燃空气的二次空气51以及在分解炉的一个或多个燃烧器中用作助燃空气的三次空气52。另一方面，与图2的现有技术相反，第一空气部分5并非单独代替装置的助燃空气的需求量。为此目的，根据本发明，有必要添加第三空气部分7的全部或一部分空气。就此而论，根据图3的实施例，通过第一空气部分5以及第三空气部分7的一部分71来满足装置的助燃空气需求量。

因为装置的助燃空气需求量是确定的，并且与上文所述以及图2所示的现有技术相比，所以，用作助燃空气的处于较低温度的第三空气部分7的部分71流量减少得与第一空气部分5为了代替助燃空气需求量所需的空气流量同样多。像这样代替的非常热的空气的该流量使之能够有利地供给中间第二空气部分6，并由此能够增加其温度及其热含量。在图3中详细展示了这一点：因此观察到，空气流61脱离三次空气52，在图2所示的普通操作中，将所述空气流61引向所述三次空气(参见根据现有技术的图2所示的气流61')。该空气流61现在供给中间第二空气部分6。根据该实施例，仅把第三空气部分的一部分71引向第一空气部分5，尤其是三次空气52，而将其它部分排空。

可以调整第三空气部分7的所述部分空气71的流量，以改变空气流61的流量，并因此抵消第二空气部分6的热含量的波动，所述波动是冷却器3入口处熟料的流量、粒度测定或温度的瞬时变化的结果。

就此而论，通过调整用作助燃空气的所述第三空气部分7的所述部分71的流量，可以把第二空气部分6的温度保持在预定值不变。由于调整至少一个调整件91，92的位置，便可以实现如此流量调整，比如所述调整件为位于运送第三空气部分的部分71和72的至少一个导管上的皮瓣。例如，比如皮瓣这样的第一个调整件91可设置在运送用作助燃空气的那部分71空气的导管上，第二个调整件92可设置在其余部分空气72的导管上。在调整过程中，用作助燃空气的第三空气部分7的所述部分71空气的流量增加，从而增加第二空气部分6的温度或抵消其下降趋势，尤其是在第二空气部分的温度低于预定值时，更是如此。用作助燃空气的第三空气部分7的部分71空气的流量减少，以便引起相反的效果，也就是说，第二空气部分6温度下降，尤其是，在第二空气部分的温度大于预定值的情况下，更是如此。

预定值调整设定点可以在300℃至500℃之间选择，尤其是在350℃至480℃之间。可以通过自动装置实现该调整，自动装置至少包括作为输入以第二空气部分6的温度为目标的温度传感器的信号并且作为输出在所述至少一个调整件91，92处的至少一个执行器的至少一个控制信号。

图4的图表显示了根据在入口与出口之间的冷却器格栅上的位置冷却器中材料温度的变化。朝向入口，温度可接近1450℃，而在出口，温度可接近100℃。通过X坐标510*、520'、600*、700*分隔空气流，定义所述X坐标，以便产生根据图2的现有技术的气流51'、52'、6'和7'，通过X坐标510*、520、600*、700*分隔空气流，以便产生根据图3的本发明的实施例的气流51、52、6和7。区分空气流61，根据本发明，所述空气流加入中间第二空气部分6。其平均温度大于根据图2的现有技术的第二空气部分6'的全部或部分气流的温度。最后，根据本发明方法的中间第二空气部分6的平均温度和热含量大于根据图2所示的现有技术的中间第二空气部分6'的温度和热含量。

按照本发明根据一个实施例，图5的装置包括旋风预热器1、旋转炉2和篦冷机3。在旋风预热器1中预热矿物原材料11，在将其在旋转炉2中煅烧和烧结之前，在预热器1底部可能存在的分解炉中对其进行预煅烧。在篦冷机3中冷却热材料32，在此所述材料以冷却的烧结材料的形式退出。在冷却器的格栅下鼓吹空气4，所述空气接触热材料产生热空气，所述热空气的温度在冷却器3中从上游到下游降低。按照材料在冷却器中移动的方向从上游到下游把热空气分为三部分，使所述三部分热空气处于递减的温度，分别包括至少在(旋转炉和/或装置的可能存在的分解炉的)所述燃烧区中用作助燃空气的第一空气部分5、中间第二空气部分6以及处于较低温度的第三空气部分7。

第一空气部分5可包括二次空气51和三次空气52，所述二次空气51在旋转炉2用作助燃空气，所述三次空气52在分解炉用作助燃空气。第三空气部分7的一部分71与三次空气52混合，以便在分解炉用作助燃空气。根据这个实施例，第三空气部分7的另一部分72以及第二空气部分6大于装置的助燃空气需求量。

把平均温度大于部分空气72的第二空气部分6运送到交换器8，其目的是把热量转化为电能。该交换器8可以是水/蒸汽锅炉的交换器，使其与耦合到交流发电机的涡轮机配合，或者可以是本领域技术人员已知能够把热量转化为电能的任何其它装置。热传递之后，可以把被交换器8冷却的空气引向篦冷机3，以便用作冷却空气40。可以把大于助燃空气需求量的第三空气部分的另一部分72引向冷却器3，以便也用作冷却空气40，但是不与交换器8配合。根据这个实施例，冷却器3并不导致将热空气排放到大气中。

根据一个实施例，旋转炉的烟气给预热器1的各个旋风分离器供料，并且通过接触以及与矿物原材料11进行热交换，已经在预热器中局部冷却了。根据一个实施例，把来自旋风预热器1的烟气12引向交换器81，其目的是把热量转化为电力。分别处理第二空气部分6和旋风预热器的烟气12的交换器8和81可以配合产生电力。其中一个交换器，例如，交换器81，可以是蒸汽发生器的一部分，另一个交换器，例如，交换器8，可以是蒸汽过热器的一部分，或者根据这些气流的温度反过来。

示例1

考虑到产生每公斤熟料消耗2955kJ可燃能源的水泥厂燃烧装置，其冷却器对于每公斤待冷却的熟料接收1.837Nm³空气。产生0.909Nm³助燃空气，分别为1160℃的0.335Nm³的二次空气以830℃的0.574Nm³的三次空气。未使用的空气的体积为0.928Nm³，温度为223℃。

为了回收未使用的热量并利用水/蒸汽锅炉将其转化为电能，把未使用的空气分为两股气流，即260℃的0.664Nm³的中间流以及130℃的0.264Nm³的弃用的废气流，增加温度使所述中间流能够始终更佳的转换输出。就此而论，对于生产3000t/d的熟料的装置而言，可以产生0.77MW，这相当于17.1％的产出。

根据本发明，把废气流(即第三空气部分)引向三次空气，把代替的三次空气与中间流(即第二空气部分)混合。助燃空气温度的下降引起热耗增加，所述热耗达到每公斤熟料3285kJ。考虑到助燃空气需求量的相应增加，于是有411℃的0.878Nm³的中间流。对于已经提及的3000t/d的装置而言，可以产生2.73MW，这相当于22.4％的产出以及能量乘以3.5。增加的可燃能量的边际产出是18.5％，这在以低价格消耗供选择的燃料的水泥厂中经济上是令人关注的。

示例2

对于示例1中所述的相同装置而言，利用有机朗肯循环产生电能。把未使用的空气分为两股气流，即250℃的0.729Nm³的中间流以及123℃的0.199Nm³的被弃用的废气流。就此而论，对于生产3000t/d的熟料的装置而言，可以产生0.52MW，这相当于15.2％的产出。

根据本发明的一个实施例，把一部分废气流(即第三空气部分)引向三次空气，被代替的三次空气与中间流(即第二空气部分)混合：把0.115Nm³重新定向，而0.084Nm³则弃用。助燃空气温度下降引起热耗上升，所述热耗达到每公斤熟料3104kJ。考虑到助燃空气需求量的相应增加，于是有350℃的0.818Nm³的中间流。对于已经提及的3000t/d的装置而言，可以产生1.46MW，这相当于19.6％的产出以及能量乘以2.8。增加的可燃能量的边际产出是23.5％，这在以低价格消耗供选择的燃料的水泥厂中经济上是令人关注的。

本发明适用于生产烧结材料的矿物材料的任何燃烧装置，通过在篦冷机中吹气冷却所述烧结材料，并且把一部分由此产生的烧结材料的热空气在燃烧装置中用作助燃空气。

当然，在不脱离以下权利要求所定义的本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以考虑本发明的其它实施例。

术语

本发明：

1.旋风预热器，

2.旋转炉，

3.篦冷机，

4.冷却空气，

5.第一空气部分(热空气)，

6.第二空气部分(热空气)，

7.第三空气部分(热空气)，

8，81.交换器，

11.矿物原材料，

12.来自预热器的烟气，

31.冷却的烧结材料，

32.热材料，

40.冷却空气

51.二次空气，

52.三次空气，

61，62.空气流(第二空气部分6)，

71.用作助燃空气的第三空气部分7的部分空气，

72.用作冷却空气的第三空气部分7的部分空气，

91.流量调整件(在输送部分空气71的导管上)，

92.流量调整件(在输送部分空气72的导管上)，

现有技术(图2)：

3'.篦冷机，

4'.冷却空气，

5'.第一空气部分

6'.第二空气部分，

7'.第三空气部分，

31'.冷却的烧结材料，

32'.热材料，

51'.二次空气，

52'.三次空气，

61'，62'.(分别为三次空气52'和第二空气部分6'的)空气流。

Claims (12)

1.用矿物原料(11)生产烧结材料的方法，在包含以下部件的装置中执行所述方法：

-旋风预热器(1)，

-旋转炉(2)和/或与旋风预热器(1)相关联的分解炉，

-篦冷机(3)，

在该方法中，在旋风预热器(1)中矿物原料(11)，在旋转炉(2)和/或分解炉的燃烧区中煅烧并在旋转炉(2)的燃烧区中烧结预热材料，通过在篦冷机(3)中吹冷却空气(4，40)冷却煅烧材料，

而且，其中，根据篦冷机中材料前进的方向，从上游到下游，把热空气分为三部分，所述三部分热空气处于递减的温度，分别包括至少在旋转炉和/或装置的分解炉的燃烧区中用作助燃空气的第一空气部分(5)、中间第二空气部分(6)气以及处于较低温度的第三空气部分(7)，

其特征在于：

把第三空气部分(7)的至少一部分(71)被引向旋转炉和/或分解炉的至少一个燃烧区，以便与所述第一空气部分(5)一起用作助燃空气，使大于助燃空气需求量的第二空气部分(6)用于产生电能，所述第二空气部分(6)的热量被转化为电能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过一个或多个调整件(91，92)调整用作助燃空气的所述第三空气部分(7)的所述部分(71)的流量，从而把所述第二空气部分(6)的温度保持在预定值，通过增加用作助燃空气的第三空气部分的所述部分(71)的流量，以便增加第二空气部分(6)的温度，并且通过减少用作助燃空气的第三空气部分的部分(71)的流量，以便引起相反的效果，也就是第二空气部分(6)温度下降。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，预定值在350℃至480℃之间选择。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述装置包括与旋风预热器(1)相关联的所述分解炉，而且，其中，第一空气部分(5)包括二次空气(51)、三次空气(52)，所述二次空气(51)在旋转炉(2)用作助燃空气，并且所述三次空气(52)被单独传送到所述分解炉中作为助燃空气。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，用作助燃空气的所述第三空气部分(7)的所述部分(71)与三次空气(52)混合，而不与二次空气(51)混合。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，把所述第二空气部分(6)引向交换器(8)，其目的是把热量转化为电能。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，被所述交换器(8)冷却的空气在所述篦冷机(3)用作冷却空气(40)。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，仅把第三空气部分(7)的一部分(71)与第一空气部分(5)的助燃空气混合，同时所述第三空气部分(7)的另一部分被单独从所述部分(71)输出。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，第三空气部分(7)的所述其余部分(72)在所述篦冷机(3)用作冷却空气(40)。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，把来自旋风预热器(1)的烟气(12)引向交换器(81)，其目的是把热量转化为电力。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，交换器(8)和(81)分别处理第二空气部分(6)以及旋风预热器的烟气(12)并且配合产生电力。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述烧结材料是水泥熟料。

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