CN112160805A - 与燃煤发电机组热源耦合的液态压缩空气储能系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于液态压缩空气储能系统，为解决现有液态压缩空气储能系中，对空气在压缩储能及发电过程的压缩放热，以及膨胀吸热处理的两种主要方案，或存在初投资大、变工况性能差，或存在燃料消耗高和污染物排放大的问题，提供一种与燃煤发电机组热源耦合的压缩空气储能系统及方法，包括依次连通的空气压缩机、空气冷却器、制冷膨胀机、气液分离器、液化空气存储装置、液体升压泵和多个空气加热器；其中，多个所述空气加热器的加热温度依次升高；多个所述空气加热器的加热介质由最靠近空气膨胀机的空气加热器至距离空气膨胀机最远的空气加热器依次连通，其中，靠近空气膨胀机的空气加热器的加热介质为燃煤发电机组中锅炉的给水。
Description
【技术领域】
本发明属于液态压缩空气储能系统，尤其是一种与燃煤发电机组热源耦合的液态压缩空气储能系统及方法。
【背景技术】
截止2019年底，光伏、风电累计装机容量分别达到2.05、2.1亿千瓦，占总装机容量(20.1亿千瓦)的10.2％和10.4％；年总发电量分别达到2243、4057亿千瓦时，占年总发电量(73253亿千瓦)的3％和5.5％，发电量占比明显小于装机容量占比，表明新能源电力仍存在较大的废弃情况。新能源电力未来将大幅快速发展，因此，要求火电机组在当前基础上进一步挖掘调峰潜力。
具备波动性及间歇性特点的可再生能源电能大规模并网，对电网削峰填谷、安全稳定运行水平提出了更高要求。建设大规模储能装置，提升电力系统运行灵活性及安全性，是解决新能源高比例消纳问题的有效途径。
目前，储能技术主要有抽水蓄能、压缩空气储能和电化学储能。抽水蓄能技术成熟，效率较高，但存在地理位置限制等问题，难以大规模推广；电化学储能技术响应快、体积小、建设周期短，但存在整体寿命短、工业污染大等缺点；液态压缩空气储能技术具有寿命长、环境污染小、运行维护费用低等特点，具备规模化推广应用潜力。
然而，目前公开报道的液态压缩空气储能系统，对空气在压缩储能及发电过程的压缩放热、膨胀吸热处理方案主要有两种：1)设置储热系统，将空气压缩过程的释放热存储，在膨胀释能发电环节用于膨胀机前升温；2)压缩热外排，膨胀吸热用燃料补燃方式予以供给。其中，储热方案存在初投资大、变工况性能差等缺点；补热方案存在燃料消耗、污染物排放等问题。
【发明内容】
本发明的目的在于解决现有液态压缩空气储能系中，对空气在压缩储能及发电过程的压缩放热、膨胀吸热处理的两种主要方案，或存在初投资大、变工况性能差，或存在燃料消耗高和污染物排放大的问题，提供一种与燃煤发电机组热源耦合的液态压缩空气储能系统及方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种与燃煤发电机组热源耦合的液态压缩空气储能系统，包括依次连通的空气压缩机、空气冷却器、制冷膨胀机、气液分离器、液化空气存储装置、液体升压泵和多个空气加热器；其中，多个所述空气加热器的加热温度依次升高；
空气经空气压缩机加压后，由空气冷却器降温，再进入制冷膨胀机进一步膨胀降温，之后在气液分离器中完成气液分离，液体部分进入液化空气存储装置，经液体升压泵升压后，依次经多个空气加热器加热后进入空气膨胀机做功发电；
多个所述空气加热器的加热介质由最靠近空气膨胀机的空气加热器至距离空气膨胀机最远的空气加热器依次连通，其中，靠近空气膨胀机的空气加热器的加热介质为燃煤发电机组中锅炉的给水。
本发明进一步的改进在于：
燃煤发电机组中锅炉出口新蒸汽经汽轮机高压缸做功后返回锅炉中的再热器，再依次进入汽轮机中压缸和汽轮机低压缸做功，驱动发电机发电。
燃煤发电机组中由汽轮机低压缸至锅炉之间还依次连通有凝汽器、凝结水泵、8号低压加热器、7号低压加热器、6号低压加热器、5号低压加热器、给水泵组和高压加热器组；
所述汽轮机低压缸排汽进入凝汽器冷凝，依次流经凝结水泵、8号低压加热器、7号低压加热器、6号低压加热器、5号低压加热器、给水泵组和高压加热器组后进入锅炉吸热；
距离空气膨胀机最远的空气加热器的加热介质换热后回水至凝结水泵出口。
所述凝结水泵的出口与空气冷却器之间设置有凝结水支路，凝结水泵的部分凝结水经凝结水支路进入空气冷却器，换热后引出至8号低压加热器出口或7号低压加热器出口或6号低压加热器出口。
所述空气加热器包括由液体升压泵至空气膨胀机依次设置的一级空气加热器、二级空气加热器、三级空气加热器和四级空气加热器；
所述四级空气加热器的加热介质为燃煤发电机组中锅炉的给水；
所述一级空气加热器的加热介质换热后回水至凝结水泵出口。
一种液态压缩空气储能方法，包括以下步骤：
空气经空气压缩机加压后，由空气冷却器降温，之后进入制冷膨胀机进一步膨胀降温，在气液分离器中完成气液分离，液体部分进入液化空气存储装置，经液体升压泵升压后，依次经一级空气加热器、二级空气加热器、三级空气加热器和四级空气加热器加热后进入空气膨胀机做功发电；
所述汽轮机低压缸排汽进入凝汽器冷凝，依次流经凝结水泵、8号低压加热器、7号低压加热器、6号低压加热器、5号低压加热器、给水泵组和高压加热器组后进入锅炉吸热；
将高压加热器组出口处锅炉的部分给水送至所述四级空气加热器作为其加热介质；在四级空气加热器换热后，依次在三级空气加热器、二级空气加热器和一级空气加热器中换热后回水至凝结水泵出口；
引出所述凝结水泵出口的部分凝结水至空气冷却器，吸收空气压缩机出口高温空气的热量后，回水至8号低压加热器出口或7号低压加热器出口或6号低压加热器出口。
上述方法的进一步改进在于：
所述回水至8号低压加热器出口或7号低压加热器出口或6号低压加热器出口具体为：
设8号低压加热器出口、7号低压加热器出口、6号低压加热器出口水温分别为to8、to7、to6，空气冷却器出口水温为t；
若t＜to8，或者to8＜t＜to7且t＜(to7+to8)/2，回水至8号低压加热器出口；
若to8＜t＜to7且t＞(to7+to8)/2，或者to7＜t＜to6且t＜(to6+to7)/2，回水至7号低压加热器出口；
若to7＜t＜to6且t＞(to6+to7)/2，或者t＞to6，回水至6号低压加热器出口。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出的一种与燃煤发电机组热源高效耦合的液态压缩空气储能系统，充分利用燃煤发电机组汽水热力循环这个巨大的热载体，设置气水换热器及相应管道，将空气压缩储能过程的放热用于加热低加凝结水进而排挤汽轮机低压缸6段、7段和8段抽汽，提高汽轮机低压缸做功能力或者降低机组发电煤耗；用高温给水以逆流梯级加热方式提高进入膨胀发电机的空气温度。相比于现有的液态压缩空气储能系统，本发明取消了储热系统或者补燃系统，将液态压缩空气储能系统与燃煤发电机组高效耦合，降低了系统投资，提升了整体效能。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明与燃煤发电机组热源耦合的液态压缩空气储能系统实施例的示意图。
其中：1-锅炉；2-汽轮机高压缸；3-汽轮机中压缸；4-汽轮机低压缸；5-发电机；6-凝汽器；7-凝结水泵；8-8号低压加热器；9-7号低压加热器；10-6号低压加热器；11-5号低压加热器；12-给水泵组；13-高压加热器组；14-空气压缩机；15-空气冷却器；16-制冷膨胀机；17-气液分离器；18-液化空气存储装置；19-液体升压泵；20-一级空气加热器；21-二级空气加热器；22-三级空气加热器；23-四级空气加热器；24-空气膨胀机。
【具体实施方式】
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明提出一种与燃煤发电机组热源耦合的液态压缩空气储能系统及方法，其中，液态压缩空气储能环节中空气压缩产生的热量和释能发电环节中所需的加热热源，均与燃煤发电机组热力循环过程品质接近的热源进行高效耦合。与现有液化压缩空气储能系统相比，取消了储热系统或者燃料补热环节，替代以气水换热器，空气在压缩储能及发电过程的压缩放热以及膨胀吸热均与燃煤发电机组品质相近的热源进行热量交换，可有效提升整体效能，并降低整体工程投资造价。
与燃煤发电机组热源耦合的液态压缩空气储能系统包括依次连通的空气压缩机14、空气冷却器15、制冷膨胀机16、气液分离器17、液化空气存储装置18、液体升压泵19和多个空气加热器；燃煤发电机组中由汽轮机低压缸4至锅炉1之间还依次连通有凝汽器6、凝结水泵7、8号低压加热器8、7号低压加热器9、6号低压加热器10、5号低压加热器11、给水泵组12和高压加热器组13。其中，空气加热器包括由液体升压泵19至空气膨胀机24依次设置的一级空气加热器20、二级空气加热器21、三级空气加热器22和四级空气加热器23。
锅炉1出口新蒸汽经过汽轮机高压缸2做功后返回锅炉1再热器，二次提温后，再进入汽轮机中压缸3和汽轮机低压缸4，做功驱动发电机5发电，汽轮机低压缸4排汽进入凝汽器6冷凝，依次流经凝结水泵7、8号低压加热器8、7号低压加热器9、6号低压加热器10和5号低压加热器11，再经过给水泵组12和高压加热器组13后进入锅炉1吸热，完成燃煤发电机组汽水热力系统循环。
空气经压缩机14加压后，在空气冷却器15中放热后再进入制冷膨胀机16实现深度降温，在气液分离器17中实现空气的液态和气态分离，液态进入液化空气存储装置18，为空气的液化压缩储能过程。
储能系统的发电释能过程中，液化空气存储装置18出口的液态空气经液体升压泵19加压，再经共四级空气加热器梯级升温后进入空气膨胀机24做功，排气排入大气环境。
空气压缩储能流程中，设置作为气水换热器的空气冷却器15，引凝结水泵7出口的部分凝结水至空气冷却器15，吸收空气压缩机14出口的高温空气热量后，出口分为三路，视燃煤发电机组及压缩机变工况运行时空气冷却器15出口水温，以及8号低压加热器8、7号低压加热器9和6号低压加热器10出口水温的大小关系确定回水点。具体选择方式如下：
设8号低压加热器8、7号低压加热器9、6号低压加热器10的出口水温分别为to8、to7、to6，空气冷却器15出口水温为t。
若t＜to8，回水点为8号低压加热器8出口；
若to8＜t＜to7且t＜(to7+to8)/2，回水点为8号低压加热器8出口；
若to8＜t＜to7且t＞(to7+to8)/2，回水点为7号低压加热器9出口；
若to7＜t＜to6且t＜(to6+to7)/2，回水点为7号低压加热器9出口；
若to7＜t＜to6且t＞(to6+to7)/2，回水点为6号低压加热器10出口；
若t＞to6，回水点为6号低压加热器10出口。
另外，空气膨胀发电释能流程中，设置作为气水换热器共四级空气加热器，水和空气以逆流方式进行表面式换热以提高换热效果。引部分锅炉1给水至四级空气加热器23水侧入口，与空气换热后再进入三级空气加热器22，与空气换热后再进入二级空气加热器21，最终经一级空气加热器20后的低温水回至燃煤发电机组凝结水泵7出口。液体升压泵19出口的低温空气依次流经一级空气加热器20、二级空气加热器21、三级空气加热器22和四级空气加热器23梯级升温后，再进入空气膨胀机24做功发电。
本发明提出的一种与燃煤发电机组热源高效耦合的液态压缩空气储能系统及方法，液态压缩空气储能环节中空气压缩产生的热量和释能发电环节中所需的加热热源，均与燃煤发电机组热力循环过程品质接近的热源进行高效耦合。与现有液化压缩空气储能系统相比，取消了储热系统或者燃料补热环节，替代以气水换热器，空气在压缩储能及发电过程的压缩放热以及膨胀吸热均与燃煤发电机组品质相近的热源进行热量交换，可有效提升整体效能。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (7)
1.一种与燃煤发电机组热源耦合的液态压缩空气储能系统，其特征在于，包括依次连通的空气压缩机(14)、空气冷却器(15)、制冷膨胀机(16)、气液分离器(17)、液化空气存储装置(18)、液体升压泵(19)和多个空气加热器；其中，多个所述空气加热器的加热温度依次升高；
空气经空气压缩机(14)加压后，由空气冷却器(15)降温，再进入制冷膨胀机(16)进一步膨胀降温，之后在气液分离器(17)中完成气液分离，液体部分进入液化空气存储装置(18)，经液体升压泵(19)升压后，依次经多个空气加热器加热后进入空气膨胀机(24)做功发电；
多个所述空气加热器的加热介质由最靠近空气膨胀机(24)的空气加热器至距离空气膨胀机(24)最远的空气加热器依次连通，其中，靠近空气膨胀机(24)的空气加热器的加热介质为燃煤发电机组中锅炉(1)的给水。
2.根据权利要求1所述的与燃煤发电机组热源耦合的液态压缩空气储能系统，其特征在于，燃煤发电机组中锅炉(1)出口新蒸汽经汽轮机高压缸(2)做功后返回锅炉(1)中的再热器，再依次进入汽轮机中压缸(3)和汽轮机低压缸(4)做功，驱动发电机(5)发电。
3.根据权利要求2所述的与燃煤发电机组热源耦合的液态压缩空气储能系统，其特征在于，燃煤发电机组中由汽轮机低压缸(4)至锅炉(1)之间还依次连通有凝汽器(6)、凝结水泵(7)、8号低压加热器(8)、7号低压加热器(9)、6号低压加热器(10)、5号低压加热器(11)、给水泵组(12)和高压加热器组(13)；
所述汽轮机低压缸(4)排汽进入凝汽器(6)冷凝，依次流经凝结水泵(7)、8号低压加热器(8)、7号低压加热器(9)、6号低压加热器(10)、5号低压加热器(11)、给水泵组(12)和高压加热器组(13)后进入锅炉(1)吸热；
距离空气膨胀机(24)最远的空气加热器的加热介质换热后回水至凝结水泵(7)出口。
4.根据权利要求3所述的与燃煤发电机组热源耦合的液态压缩空气储能系统，其特征在于，所述凝结水泵(7)的出口与空气冷却器(15)之间设置有凝结水支路，凝结水泵(7)的部分凝结水经凝结水支路进入空气冷却器，换热后引出至8号低压加热器(8)出口或7号低压加热器(9)出口或6号低压加热器(10)出口。
5.根据权利要求4所述的与燃煤发电机组热源耦合的液态压缩空气储能系统，其特征在于，所述空气加热器包括由液体升压泵(19)至空气膨胀机(24)依次设置的一级空气加热器(20)、二级空气加热器(21)、三级空气加热器(22)和四级空气加热器(23)；
所述四级空气加热器(23)的加热介质为燃煤发电机组中锅炉(1)的给水；
所述一级空气加热器(20)的加热介质换热后回水至凝结水泵(7)出口。
6.一种采用权利要求1-5任一项所述系统的与燃煤发电机组热源耦合的液态压缩空气储能方法，其特征在于，包括以下步骤：
空气经空气压缩机(14)加压后，由空气冷却器(15)降温，之后进入制冷膨胀机(16)进一步膨胀降温，在气液分离器(17)中完成气液分离，液体部分进入液化空气存储装置(18)，经液体升压泵(19)升压后，依次经一级空气加热器(20)、二级空气加热器(21)、三级空气加热器(22)和四级空气加热器(23)加热后进入空气膨胀机(24)做功发电；
所述汽轮机低压缸(4)排汽进入凝汽器(6)冷凝，依次流经凝结水泵(7)、8号低压加热器(8)、7号低压加热器(9)、6号低压加热器(10)、5号低压加热器(11)、给水泵组(12)和高压加热器组(13)后进入锅炉(1)吸热；
将高压加热器组(13)出口处锅炉(1)的部分给水送至所述四级空气加热器(23)作为其加热介质；在四级空气加热器(23)换热后，依次在三级空气加热器(22)、二级空气加热器(21)和一级空气加热器(20)中换热后回水至凝结水泵(7)出口；
引出所述凝结水泵(7)出口的部分凝结水至空气冷却器(15)，吸收空气压缩机(14)出口高温空气的热量后，回水至8号低压加热器(8)出口或7号低压加热器(9)出口或6号低压加热器(10)出口。
7.根据权利要求6所述的与燃煤发电机组热源耦合的液态压缩空气储能方法，其特征在于，所述回水至8号低压加热器(8)出口或7号低压加热器(9)出口或6号低压加热器(10)出口具体为：
设8号低压加热器(8)出口、7号低压加热器(9)出口、6号低压加热器(10)出口水温分别为to8、to7、to6，空气冷却器(15)出口水温为t；
若t＜to8，或者to8＜t＜to7且t＜(to7+to8)/2，回水至8号低压加热器(8)出口；
若to8＜t＜to7且t＞(to7+to8)/2，或者to7＜t＜to6且t＜(to6+to7)/2，回水至7号低压加热器(9)出口；
若to7＜t＜to6且t＞(to6+to7)/2，或者t＞to6，回水至6号低压加热器(10)出口。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113032992A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-06-25 | 西安热工研究院有限公司 | 一种与煤电耦合的高压空气储能系统最优冷源的确定方法 |
| CN114934825A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-08-23 | 西安热工研究院有限公司 | 一种与煤电机组耦合的二氧化碳储能系统及方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110100010A1 (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-05 | Freund Sebastian W | Adiabatic compressed air energy storage system with liquid thermal energy storage |
| CN102518480A (zh) * | 2011-12-14 | 2012-06-27 | 华北电力大学 | 一种压缩空气蓄能与燃煤锅炉集成的发电系统 |
| WO2016131920A1 (de) * | 2015-02-20 | 2016-08-25 | Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe Gmbh | Dampfkraftwerk und verfahren zu dessen betrieb |
| CN207018038U (zh) * | 2017-02-11 | 2018-02-16 | 祝长宇 | 一种液态空气储能与燃煤发电联合能源系统 |
| CN111022139A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-04-17 | 中国大唐集团科学技术研究院有限公司火力发电技术研究院 | 一种燃煤发电机组耦合液化空气储能发电系统 |
| CN111121390A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-05-08 | 中国大唐集团科学技术研究院有限公司火力发电技术研究院 | 一种耦合燃煤发电机组汽水系统的液化空气储能发电系统 |
| CN111173719A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-19 | 东南大学 | 一种带有预热蒸发器的液化空气储能系统 |
| CN111305919A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-06-19 | 西安西热节能技术有限公司 | 一种发电厂空气储能灵活性调峰系统及方法 |
-
2020
- 2020-09-29 CN CN202011057430.9A patent/CN112160805A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110100010A1 (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-05 | Freund Sebastian W | Adiabatic compressed air energy storage system with liquid thermal energy storage |
| CN102518480A (zh) * | 2011-12-14 | 2012-06-27 | 华北电力大学 | 一种压缩空气蓄能与燃煤锅炉集成的发电系统 |
| WO2016131920A1 (de) * | 2015-02-20 | 2016-08-25 | Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe Gmbh | Dampfkraftwerk und verfahren zu dessen betrieb |
| CN207018038U (zh) * | 2017-02-11 | 2018-02-16 | 祝长宇 | 一种液态空气储能与燃煤发电联合能源系统 |
| CN111022139A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-04-17 | 中国大唐集团科学技术研究院有限公司火力发电技术研究院 | 一种燃煤发电机组耦合液化空气储能发电系统 |
| CN111121390A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-05-08 | 中国大唐集团科学技术研究院有限公司火力发电技术研究院 | 一种耦合燃煤发电机组汽水系统的液化空气储能发电系统 |
| CN111173719A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-19 | 东南大学 | 一种带有预热蒸发器的液化空气储能系统 |
| CN111305919A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-06-19 | 西安西热节能技术有限公司 | 一种发电厂空气储能灵活性调峰系统及方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113032992A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-06-25 | 西安热工研究院有限公司 | 一种与煤电耦合的高压空气储能系统最优冷源的确定方法 |
| CN113032992B (zh) * | 2021-03-22 | 2023-03-28 | 西安热工研究院有限公司 | 一种与煤电耦合的高压空气储能系统最优冷源的确定方法 |
| CN114934825A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-08-23 | 西安热工研究院有限公司 | 一种与煤电机组耦合的二氧化碳储能系统及方法 |
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