CN110906361A - 一种基于低氮燃烧的优化燃烧控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于低氮燃烧的优化燃烧控制方法及系统，通过分析采集的当前炉膛内氮氧化物排放浓度值与氮氧化物设定值，获取炉膛内温度调节目标；通过判断获取的炉膛内温度分布与温度调节目标之间的温度差值与预设温差阈值的关系，对二次风及分离燃尽风的配风方案进行调整，以及根据采集的烟气中含氧量与含氧量设定值之间的氧量差值与预设氧量阈值的关系进一步根据环境中含氧量的变化对二次风及分离燃尽风的配风方案进行调整，实现了根据环境变化对二次风及分离燃尽风的配风方案的动态调整，解决了传统配风方案调节方式中的时滞性问题，确保了在环境因素变化情况下实现低氮燃烧的优化燃烧，提高了能源利用率。

Description

一种基于低氮燃烧的优化燃烧控制方法及系统

技术领域

本发明涉及能源技术领域，尤其涉及一种基于低氮燃烧的优化燃烧控制方法及系统。

背景技术

术语解释

SOFA:Separated Over-Fire Air，分离燃尽风。

随着国家颁布燃煤电厂的氮氧化物排放标准，同时明确规定低氮燃烧技术应作为燃煤电厂氮氧化物控制的首选技术的政策，国内各大燃煤电厂相继进行基于二次风重新分配的低氮燃烧改造工程。

实验表明，氮氧化物的生成量分别和温度与过量空气系数即含氧量有着重要的关系，随着反应温度的升高，氮氧化物生成速率呈指数规律增加，当温度超过1700K时，温度每增加100K，反应速率增大6～7倍；随着过量空气系数的变小，氮氧化物的转化率显著降低，当过量空气系数小于0.7时，氮氧化物将无法充分燃烧。传统降低氮氧化物的排放量的方式是通过调节风门配风改变炉膛富燃区温度，进而降低氮氧化物的排放量和通过对锅炉燃烧特性单回路控制方法如通过设定负荷-风量(二次风及SOFA风)函数来控制各个风门的开度即通过负荷指令来调节主燃烧区二次风及SOFA风量的方式来调整燃烧进而控制氮氧化物的排放，上述降低氮氧化物排放的方式由于控制对象的滞后性，燃烧反应内部不确定性和外部环境的扰动，造成二次风及SOFA配风方案与锅炉燃烧特性不匹配，最终影响氮氧化物排放量的降低和锅炉燃烧效率提升，显然，上述传统粗放式的降低氮氧化物排放的控制方式，不具备在锅炉煤质、燃烧环境、氮氧化物排放等因素发生变动时实现对低氮燃烧需求的动态控制。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于低氮燃烧的优化燃烧控制方法及系统。

本发明所采用的第一技术方案是：

一种基于低氮燃烧的优化燃烧控制方法，包括以下步骤：

采集当前炉膛内的氮氧化物排放浓度值，结合氮氧化物排放浓度值与氮氧化物浓度设定值获取炉膛内温度调节目标；

获取当前炉膛内的温度分布，结合温度分布与温度调节目标获取二次风和分离燃尽风的配风校正方案；

根据配风校正方案分别调整二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度。

进一步作为优选的实施方式，所述结合氮氧化物排放浓度值与氮氧化物浓度设定值获取炉膛内温度调节目标这一步骤，具体包括以下步骤：

当判断出当前炉膛内的氮氧化物排放浓度值与氮氧化物浓度设定值的浓度差值大于预设的浓度差阈值后，将炉膛内温度调整为对应浓度差值的温度调节目标；

当判断出当前炉膛内的氮氧化物排放浓度值与氮氧化物浓度设定值的浓度差值小于预设的浓度差阈值后，不调整炉膛内温度。

进一步作为优选的实施方式，还包括调整配风校正方案步骤，所述调整配风校正方案包括以下步骤：

采集当前烟气中含氧量值，结合烟气中含氧量值与含氧量设定值调整二次风和分离燃尽风的配风校正方案。

进一步作为优选的实施方式，所述结合温度分布与温度调节目标获取二次风和分离燃尽风的配风校正方案这一步骤，具体包括以下步骤：

当判断出当前炉膛内的温度分布与温度调节目标的温度差值大于预设的温差阈值后，将配风校正方案调整为对应温度差值的第一配风校正方案，所述第一配风校正方案为降低二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度；

当判断出当前炉膛内的温度分布与温度调节目标的温度差值小于预设的温差阈值后，不调整二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度。

进一步作为优选的实施方式，所述结合烟气中含氧量值和含氧量设定值调整二次风和分离燃尽风的配风校正方案这一步骤，具体包括以下步骤：

当判断出当前炉膛内烟气中含氧量值与含氧量设定值的氧量差值大于预设的氧量差阈值后，将配风校正方案调整为对应氧量差值的第二配风校正方案，所述第二配风校正方案为增加二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度；

当判断出当前炉膛内烟气中含氧量值与含氧量设定值的氧量差值小于预设的氧量差阈值后，不调整二次风和分离式燃尽风的配风校正方案。

进一步作为优选的实施方式，所述根据配风校正方案分别调整二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度这一步骤，具体包括以下步骤：

当配风校正方案为第一配风校正方案时，根据第一配风校正方案降低二次风的风量和风门开度及分离式燃尽风的风量和风门开度；

当配风校正方案为第二配风校正方案时，根据第二配风校正方案增加二次风的风量和风门开度及分离式燃尽风的风量和风门开度。

进一步作为优选的实施方式，还包括设定二次风和分离燃尽风的配风方案步骤，所述设定二次风和分离燃尽风的配风方案具体包括以下步骤：

采集煤质参数，根据煤质参数设定二次风及分离燃尽风的配风方案，所述煤质参数包括水分、灰分、挥发分、固定碳及发热量中的至少一种；

根据配风方案控制二次风的风量和风门的开度及分离燃尽风的风量和风门的开度。

本发明所采用的第二技术方案是：

一种基于低氮燃烧的优化燃烧控制系统，包括：

温度调节模块，用于采集当前炉膛内的氮氧化物排放浓度值，结合氮氧化物排放浓度值与氮氧化物浓度设定值获取炉膛内温度调节目标；

配风校正模块，用于获取当前炉膛内的温度分布，结合温度分布与温度调节目标获取二次风和分离燃尽风的配风校正方案；

配风控制模块，用于根据配风校正方案分别调整二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度。

进一步作为优选的实施方式，所述配风校正模块包括：

第一判断单元，用于当判断出当前炉膛内的氮氧化物排放浓度值与氮氧化物浓度设定值的浓度差值大于预设的浓度差阈值后，将炉膛内温度调整为对应浓度差值的温度调节目标；

第二判断单元，用于当判断出当前炉膛内的温度分布与温度调节目标的温度差值大于预设的温差阈值后，将配风校正方案调整为对应温度差值的第一配风校正方案，所述第一配风校正方案为降低二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度；

第三判断单元，用于当判断出当前炉膛内烟气中含氧量值与含氧量设定值的氧量差值大于预设的氧量差阈值后，将配风校正方案调整为对应氧量差值的第二配风校正方案，所述第二配风校正方案为增加二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度。

进一步作为优选的实施方式，所述配风控制模块包括：

采集单元，用于采集煤质参数，根据煤质参数设定二次风及分离燃尽风的配风方案，所述煤质参数包括水分、灰分、挥发分、固定碳及发热量中的至少一种；

配风单元，用于根据配风方案控制二次风的风量和风门的开度及分离燃尽风的风量和风门的开度。

本发明的有益效果是：本发明通过分析实时采集炉膛内的氮氧化物排放浓度值与氮氧化物浓度设定值，获取炉膛内温度调节目标，并将获取的炉膛内温度调节目标与当前炉膛内温度分布进行分析根据环境因素动态的设定二次风和分离燃尽风的配风校正方案，此外将实时采集烟气中含氧量值与含氧量设定值进行分析进一步根据环境变化对配风校正方案进行调整，最后根据配风校正方案对二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度进行调整，实现了二次风及分离燃尽风配风方案的动态调整，解决了传统配风方案调节方式中的时滞性问题，确保了在环境因素变化情况下实现低氮燃烧的优化燃烧，减少了氮氧化物的排放，提高了能源利用率。

附图说明

图1是本发明基于低氮燃烧的优化燃烧控制方法步骤流程图；

图2是本发明基于低氮燃烧的优化燃烧控制系统结构框图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例提供了一种基于低氮燃烧的优化燃烧控制方法，包括以下步骤：

S1、采集当前炉膛内的氮氧化物排放浓度值，结合氮氧化物排放浓度值与氮氧化物浓度设定值获取炉膛内温度调节目标；

S2、获取当前炉膛内的温度分布，结合温度分布与温度调节目标获取二次风和分离燃尽风的配风校正方案；

S3、根据配风校正方案分别调整二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度。

本实施例中，系统根据实时采集的炉膛内的氮氧化物排放浓度值与预存氮氧化物浓度设定值，获取炉膛内温度调节目标，其中，炉膛内的氮氧化物排放浓度值指采集的燃烧区域燃烧产生的单位体积内的氮氧化物质量，氮氧化物的设定值是指按照国家规定的燃煤电厂大气污染物排放标准中氮氧化物排放标准设定的一系列氮氧化物的单位体积内的质量，燃烧过程中产生的氮氧化物生成量与温度呈正相关关系，通过分析比较氮氧化物排放浓度值和系列氮氧化物浓度设定值确定当前炉膛内的温度值大小，进而确定当前炉膛内的温度调节目标，根据温度分布和温度调节目标获取二次风和分离燃尽风的配风校正；此外氮氧化物的生成量与过量空气系数即空气中含氧量呈正相关关系，系统根据获取实时测量炉膛内烟气中含氧量值与含氧量设定值确定煤的燃烧充分状况，进而对二次风和分离燃尽风的配风校正方案进行调整；最后系统根据配风校正方案，控制二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度进而实现配风方案的动态调整，解决了传统配风方案调节方式中的时滞性问题，确保了在环境因素变化情况下实现低氮燃烧的优化燃烧，提高能源利用率，实现低氮排放，所述风门开度是指风门开口的大小，所述环境因素是指燃烧环境的变化如烟气中的含氧量变化、氮氧化物排放浓度变化、炉膛内的温度变化等，所述炉膛内温度调节目标是指促进当前氮氧化物排放浓度降低的温度值。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤S1具体包括以下步骤：

S10、当判断出当前炉膛内的氮氧化物排放浓度值与氮氧化物浓度设定值的浓度差值大于预设的浓度差阈值后，将炉膛内温度调整为对应浓度差值的温度调节目标；

S11、当判断出当前炉膛内的氮氧化物排放浓度值与氮氧化物浓度设定值的浓度差值小于预设的浓度差阈值后，不调整炉膛内温度。

本实施例中，所述预设的浓度阈值是指按照国家规定的燃煤电厂大气污染物排放标准中在氮氧化物排放标准值上下浮动单位体积内氮氧化物的质量，根据炉膛内实时氮氧化物排放浓度值与氮氧化物设定值的浓度差值是否大于预设的浓度阈值，判断是否调整炉膛内温度调节目标，当炉膛内实时氮氧化物排放浓度与氮氧化物浓度设定值的浓度差值大于预设的浓度阈值，则调整为对应所述浓度差值的温度调节目标，否则，不调整炉膛内的温度。

进一步作为优选的实施方式，还包括调整配风校正方案步骤，所述调整配风校正方案包括以下步骤：

采集当前烟气中含氧量值，结合烟气中含氧量值与含氧量设定值调整二次风和分离燃尽风的配风校正方案。

本实施例中，基于氮氧化物转化率空气中含氧量的正相关关系，具体地当空气中含氧量较低时，氮氧化物将不能充分燃烧，随着根据燃烧过程的进行，炉膛内的含氧量将发生动态的变化，需要根据含氧量值的变化实时的调整炉膛内的含氧量，当炉膛内空气中含氧量与设定的含氧量设定值的氧量差值大于预设的含氧量阈值时，氮氧化物将不能充分燃烧，因此需要根据环境因素的变化对配风校正方案进行调整，以实现低氮燃烧的优化燃烧。

进一步作为优选的实施方式，所述结合温度分布与温度调节目标获取二次风和分离燃尽风的配风校正方案这一步骤，具体包括以下步骤：

S20、当判断出当前炉膛内的温度分布与温度调节目标的温度差值大于预设的温差阈值后，将配风校正方案调整为对应温度差值的第一配风校正方案，所述第一配风校正方案为降低二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度；

S21、当判断出当前炉膛内的温度分布与温度调节目标的温度差值小于预设的温差阈值后，不调整二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度。

本实施例中，系统通过判断当前炉膛内温度分布和温度调节目标的温度差值是否大于预设的温差阈值来确定是否对二次风和分离燃尽风进行调整，当前炉膛内温度分布和温度调节目标的温度差值大于预设的温差阈值后，基于氮氧化物的生成量与温度的正相关关系，设定对应所述温度差值第一配风校正方案，所述第一配风校正方案为降低二次风及分离燃尽风的风量及风门开度，通过减少空气中含氧量即降低过量空气系数以降低氮氧化物产生。

进一步作为优选的实施方式，所述结合烟气中含氧量值和含氧量设定值调整二次风和分离燃尽风的配风校正方案这一步骤，具体包括以下步骤：

S22、当判断出当前炉膛内烟气中含氧量值与含氧量设定值的氧量差值大于预设的氧量差阈值后，将配风校正方案调整为对应氧量差值的第二配风校正方案，所述第二配风校正方案为增加二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度；

S23、当判断出当前炉膛内烟气中含氧量值与含氧量设定值的氧量差值小于预设的氧量差阈值后，不调整二次风和分离式燃尽风的配风校正方案。

本实施例中，随着燃烧环境中含氧量的变化，系统通过判断当前炉膛内烟气中氧量值与含氧量设定值的氧量差值是否大于预设的氧量差阈值，判断是否对二次风和分离燃尽风进行调整，当炉膛内烟气中含氧量与含氧量设定值的氧量差值大于预设的氧量差阈值后，说明当前含氧量值过低不能使炉膛内燃料充分燃烧，系统确定对应所述氧量差值的第二配方校正方案，其中，所述第二配风校正方案为增加二次风及分离燃尽风的风量及风门开度，促使炉膛内燃烧充分燃烧，以降低氮氧化物产生。

进一步作为优选的实施方式，所述根据配风校正方案分别调整二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度这一步骤，具体包括以下步骤：

S30、当配风校正方案为第一配风校正方案时，根据第一配风校正方案降低二次风的风量和风门开度及分离式燃尽风的风量和风门开度；

S31、当配风校正方案为第二配风校正方案时，根据第二配风校正方案增加二次风的风量和风门开度及分离式燃尽风的风量和风门开度。

本实施例中，系统根据接收炉膛内的温度调节目标与实时测量的炉膛内温度分布的温度差值大于预设温差阈值信号后，判断出配风校正方案为第一配风校正方案，根据第一配风校正方案对二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度进行降低调整；系统根据接收烟气中含氧量值与含氧量设定值的氧量差值大于预设的氧量差值信号后，判断出配风校正方案为第一配风校正方案，根据第二配风校正方案对二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度进行增加调整。

进一步作为优选的实施方式，还包括设定二次风和分离燃尽风的配风方案步骤，所述设定二次风和分离燃尽风的配风方案具体包括以下步骤：

采集煤质参数，根据煤质参数设定二次风及分离燃尽风的配风方案，所述煤质参数包括水分、灰分、挥发分、固定碳及发热量中的至少一种；

根据配风方案控制二次风的风量和风门的开度及分离燃尽风的风量和风门的开度。

本实施例中，系统获取包括水分、灰分、挥发分、固定碳及发热量在内的煤质参数，根据煤质参数得出当前燃烧的煤质状况，系统根据当前燃烧的煤质状况，确定相应的二次风及分离燃尽风的配风方案，根据配风方案控制二次风和分离燃尽风的风量及风门的开度。

如图2所示，本实施例还提供了一种基于低氮燃烧的优化燃烧控制系统，包括：

温度调节模块1，用于采集当前炉膛内的氮氧化物排放浓度值，结合氮氧化物排放浓度值与氮氧化物浓度设定值获取炉膛内温度调节目标；

配风校正模块2，用于获取当前炉膛内的温度分布，结合温度分布与温度调节目标获取二次风和分离燃尽风的配风校正方案；

配风控制模块3，用于根据配风校正方案分别调整二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度。

进一步作为优选的实施方式，所述配风校正模块包括：

第一判断单元201，用于当判断出当前炉膛内的氮氧化物排放浓度值与氮氧化物浓度设定值的浓度差值大于预设的浓度差阈值后，将炉膛内温度调整为对应浓度差值的温度调节目标；

第二判断单元202，用于当判断出当前炉膛内的温度分布与温度调节目标的温度差值大于预设的温差阈值后，将配风校正方案调整为对应温度差值的第一配风校正方案，所述第一配风校正方案为降低二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度；

第三判断单元203，用于当判断出当前炉膛内烟气中含氧量值与含氧量设定值的氧量差值大于预设的氧量差阈值后，将配风校正方案调整为对应氧量差值的第二配风校正方案，所述第二配风校正方案为增加二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度。

进一步作为优选的实施方式，所述配风控制模块包括：

采集单元，用于采集煤质参数，根据煤质参数设定二次风及分离燃尽风的配风方案，所述煤质参数包括水分、灰分、挥发分、固定碳及发热量中的至少一种；

配风单元，用于根据配风方案控制二次风的风量和风门的开度及分离燃尽风的风量和风门的开度。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种基于低氮燃烧的优化燃烧控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集当前炉膛内的氮氧化物排放浓度值，结合氮氧化物排放浓度值与氮氧化物浓度设定值获取炉膛内温度调节目标；

获取当前炉膛内的温度分布，结合温度分布与温度调节目标获取二次风和分离燃尽风的配风校正方案；

根据配风校正方案分别调整二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度。

2.根据权利要求1所述的一种基于低氮燃烧的优化燃烧控制方法，其特征在于，所述结合氮氧化物排放浓度值与氮氧化物浓度设定值获取炉膛内温度调节目标这一步骤，具体包括以下步骤：

当判断出当前炉膛内的氮氧化物排放浓度值与氮氧化物浓度设定值的浓度差值大于预设的浓度差阈值后，将炉膛内温度调整为对应浓度差值的温度调节目标；

当判断出当前炉膛内的氮氧化物排放浓度值与氮氧化物浓度设定值的浓度差值小于预设的浓度差阈值后，不调整炉膛内温度。

3.根据权利要求1所述的一种基于低氮燃烧的优化燃烧控制方法，其特征在于，还包括调整配风校正方案步骤，所述调整配风校正方案包括以下步骤：

采集当前烟气中含氧量值，结合烟气中含氧量值与含氧量设定值调整二次风和分离燃尽风的配风校正方案。

4.根据权利要求3所述的一种基于低氮燃烧的优化燃烧控制方法，其特征在于，所述结合温度分布与温度调节目标获取二次风和分离燃尽风的配风校正方案这一步骤，具体包括以下步骤：

当判断出当前炉膛内的温度分布与温度调节目标的温度差值大于预设的温差阈值后，将配风校正方案调整为对应温度差值的第一配风校正方案，所述第一配风校正方案为降低二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度；

当判断出当前炉膛内的温度分布与温度调节目标的温度差值小于预设的温差阈值后，不调整二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度。

5.根据权利要求4所述的一种基于低氮燃烧的优化燃烧控制方法，其特征在于，所述结合烟气中含氧量值与含氧量设定值调整二次风和分离燃尽风的配风校正方案这一步骤，具体包括以下步骤：

当判断出当前炉膛内烟气中含氧量值与含氧量设定值的氧量差值大于预设的氧量差阈值后，将配风校正方案调整为对应氧量差值的第二配风校正方案，所述第二配风校正方案为增加二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度；

当判断出当前炉膛内烟气中含氧量值与含氧量设定值的氧量差值小于预设的氧量差阈值后，不调整二次风和分离式燃尽风的配风校正方案。

6.根据权利要求5所述的一种基于低氮燃烧的优化燃烧控制方法，其特征在于，所述根据配风校正方案分别调整二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度这一步骤，具体包括以下步骤：

当配风校正方案为第一配风校正方案时，根据第一配风校正方案降低二次风的风量和风门开度及分离式燃尽风的风量和风门开度；

当配风校正方案为第二配风校正方案时，根据第二配风校正方案增加二次风的风量和风门开度及分离式燃尽风的风量和风门开度。

7.根据权利要求1所述的一种基于低氮燃烧的优化燃烧控制方法，其特征在于，还包括设定二次风和分离燃尽风的配风方案步骤，所述设定二次风和分离燃尽风的配风方案具体包括以下步骤：

采集煤质参数，根据煤质参数设定二次风及分离燃尽风的配风方案，所述煤质参数包括水分、灰分、挥发分、固定碳及发热量中的至少一种；

根据配风方案控制二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度。

8.一种基于低氮燃烧的优化燃烧控制系统，其特征在于，包括：

温度调节模块，用于采集当前炉膛内的氮氧化物排放浓度值，结合氮氧化物排放浓度值与氮氧化物浓度设定值获取炉膛内温度调节目标；

配风校正模块，用于获取当前炉膛内的温度分布，结合温度分布与温度调节目标获取二次风和分离燃尽风的配风校正方案；

配风控制模块，用于根据配风校正方案分别调整二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度。

9.根据权利要求8所述的一种基于低氮燃烧的优化燃烧控制系统，其特征在于，所述配风校正模块包括：

第一判断单元，用于当判断出当前炉膛内的氮氧化物排放浓度值与氮氧化物浓度设定值的浓度差值大于预设的浓度差阈值后，将炉膛内温度调整为对应浓度差值的温度调节目标；

第二判断单元，用于当判断出当前炉膛内的温度分布与温度调节目标的温度差值大于预设的温差阈值后，将配风校正方案调整为对应温度差值的第一配风校正方案，所述第一配风校正方案为降低二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度；

第三判断单元，用于当判断出当前炉膛内烟气中含氧量值与含氧量设定值的氧量差值大于预设的氧量差阈值后，将配风校正方案调整为对应氧量差值的第二配风校正方案，所述第二配风校正方案为增加二次风的风量和风门开度及分离燃尽风的风量和风门开度。

10.根据权利要求8所述的一种基于低氮燃烧的优化燃烧控制系统，其特征在于，所述配风控制模块包括：

采集单元，用于采集煤质参数，根据煤质参数设定二次风及分离燃尽风的配风方案，所述煤质参数包括水分、灰分、挥发分、固定碳及发热量中的至少一种；

配风单元，用于根据配风方案控制二次风的风量和风门的开度及分离燃尽风的风量和风门的开度。

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