CN112682811B - 一种配煤掺烧系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配煤掺烧系统及方法，涉及火力发电技术领域，用于解决混合煤粉燃烧不充分以及制煤过程安全防护不足的问题，配煤掺烧系统包括：制粉系统和燃烧系统；制粉系统用于分别制备贫煤粉和烟煤粉；燃烧系统包括旋流燃烧器；旋流燃烧器包括：搅拌桨和混合腔室；混合腔室开设有第一进料通道和第二进料通道；第一进料通道用于传输第一气流，第一气流用于输送贫煤粉；第二进料通道用于传输第二气流，第二气流用于输送烟煤粉；搅拌桨设置在混合腔室中，第一气流和第二气流带动搅拌桨旋转；搅拌桨用于混合第一气流中的贫煤粉和第二气流中的烟煤粉。本发明提供的技术方案能够使得混合煤粉燃烧充分，并提高制煤过程的安全性。

Description

一种配煤掺烧系统及方法

技术领域

本发明涉及火力发电技术领域，尤其涉及一种配煤掺烧系统及方法。

背景技术

火力发电锅炉一般设计煤种为贫煤，贫煤是煤化程度最高的一种煤炭，挥发性较低，其燃烧性能方面接近于无烟煤，无粘结性，因此不易结焦。但实际上锅炉需要掺烧一部分价格较低的烟煤来降低发电成本。

然而，如果没有控制好烟煤和贫煤的掺烧比例，还会引发水冷壁高温腐蚀、主蒸汽和再热蒸汽超温、锅炉结焦后掉焦砸伤冷灰斗水冷壁等问题。此外，烟煤在存储时容易煤场自燃，且烟煤的爆点低于贫煤，在制备两者的混合煤粉时，容易发生爆炸。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提出一种配煤掺烧系统及方法，以解决混合煤粉燃烧不充分以及制煤过程安全防护不足的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种配煤掺烧系统，包括：制粉系统和燃烧系统；

所述制粉系统用于分别制备贫煤粉和烟煤粉；

所述燃烧系统包括旋流燃烧器；

所述旋流燃烧器包括：搅拌桨和混合腔室；

所述混合腔室开设有第一进料通道和第二进料通道；

所述第一进料通道用于传输第一气流，所述第一气流用于输送所述贫煤粉；所述第二进料通道用于传输第二气流，所述第二气流用于输送所述烟煤粉；

所述搅拌桨设置在所述混合腔室中，所述第一气流和所述第二气流带动所述搅拌桨旋转；

所述搅拌桨用于混合所述第一气流中的贫煤粉和所述第二气流中的烟煤粉。

进一步地，所述制粉系统包括：第一磨粉机和第二磨煤机；

所述第一磨煤机用于生产贫煤粉，所述第二磨煤机用于生产烟煤粉。

进一步地，所述第二磨煤机的出口温度不大于70度，出口煤粉细度R90不小于18，一次风速不低于30m/s。

进一步地，所述制粉系统还包括防爆门；

所述防爆门用于保证所述烟煤粉自燃引发的爆炸。

进一步地，所述制粉系统还包括：保护气系统。

所述保护气系统用于使所述第二磨煤机在保护气的气氛中生产所述烟煤粉。

进一步地，所述制粉系统还包括：可燃气体检测设备；

所述可燃气体检测设备用于检测所述第二磨煤机的工作环境中的可燃气体的浓度；

在所述可燃气体的浓度达到预设值时，所述保护气系统向所述第二磨煤机的工作环境中充入保护气。

进一步地，所述燃烧系统包括：水冷壁；

所述水冷壁上喷涂有金属层。

进一步地，所述系统还包括：堆放系统；

所述堆放系统用于分别堆放所述贫煤粉和所述烟煤粉。

进一步地，所述堆放系统包括：温度检测器和喷淋器；

所述温度检测器用于检测所述贫煤粉和所述烟煤粉的温度；

所述喷淋器用于在所述温度检测器检测到所述贫煤粉和/或所述烟煤粉的温度达到阈值时，向所述贫煤粉和/或所述烟煤粉喷注冷却液体。

进一步地，所述旋流燃烧器包括一个出气口；所述第一气流和所述第二气流均从所述出气口离开所述旋流燃烧器。

进一步地，所述混合腔室底面与所述第一气流和所述第二气流的气流方向平行。

进一步地，所述搅拌桨的桨叶的平面平行于所述混合腔室的底面。

第二方面，本发明实施例提供了一种配煤掺烧方法，基于第一方面所述的系统，包括：

将贫煤和烟煤分开存储；

将所述贫煤输送到第一磨粉机，得到贫煤粉；

将所述烟煤输送到第二磨粉机，得到烟煤粉；

所述贫煤粉在第一气流的作用下通过第一进料通道输送至混合腔室；同时，所述烟煤粉在第二气流的作用下通过第二进料通道输送至所述混合腔室；

在所述第一气流和所述第二气流作用下，所述混合腔室内的搅拌桨旋转；

所述搅拌桨旋转将所述贫煤粉和所述烟煤粉混合均匀；

混合均匀的所述贫煤粉和所述烟煤粉进行燃烧。

本发明技术方案的有益效果：

1.本发明技术方案中，分别制备贫煤粉和烟煤粉，并在燃烧时按照预设比例向燃烧系统中同时输送两种煤粉，以防止混合后两种煤粉之间的组分相互影响，从而降低最终的燃烧效果。此外，通常烟煤的掺入比例小于50％，以降低在制作混合煤粉时发生爆炸的可能。在分开制作煤粉后，可以在燃烧时将烟煤的掺入比例理论上变为任意比例。气流中的煤粉难于混合均匀，因此在混合腔室中设置搅拌桨，借助气流的动能使得搅拌桨转动，以促进两股气流间的物质交换，以提高煤粉混合效果。

2.本发明技术方案中，通过设置防爆门可以最大限度防止烟煤在制粉过程中发生爆炸。

3.本发明技术方案中，通过设置保护气系统，以便于在保护气的存在下制备烟煤的煤粉，从根源上杜绝煤粉发生爆炸。

4.本发明技术方案中，通过设置可燃气体检测设备，以便于在制备烟煤煤粉时，根据环境中的可燃气体浓度选择加入保护气的时机，以节省工艺成本。

5.本发明技术方案中，在水冷壁上镀上一层金属，以防止燃烧后的热量对冷水壁造成的高温腐蚀。

6.本发明技术方案中，通过设置专门用于分别存放贫煤和烟煤的堆放系统，以便于后续分别制备贫煤粉和烟煤粉。

7.本发明技术方案中，通过在堆放系统中设置温度检测器以便于检测煤堆的温度，同时通过设置喷淋器，以便于直接在煤堆温度到达预设值时，向煤堆喷洒冷却液。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例提供的一种制粉系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种堆放系统的结构示意图。

附图标记：1-制粉系统，11-煤磨机，12-服务器，13-传感器，14-可燃气体检测设备，15-保护气系统，16-防爆门，2-堆放系统，21-温度检测器，22-喷淋器，23-煤质检测设备。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明实施例提供了一种配煤掺烧系统，如图1和图2所示，包括：制粉系统1、堆放系统2和燃烧系统，其中燃烧系统并没有在图1和图2中展示。

制粉系统1包括：煤磨机11，服务器12，传感器13，可燃气体检测设备14、保护气系统15和防爆门16。

其中，煤磨机11包括：第一煤磨机和第二煤磨机；

第一磨煤机用于生产贫煤粉，第二磨煤机用于生产烟煤粉。第一磨煤机的工艺参数为常规的制备贫煤粉的工艺参数。第二磨煤机工艺参数为出口温度不大于70度，出口煤粉细度R90不小于18，一次风速不低于30m/s。其中R90不小于18具体为，粒径大于90μm的煤粉颗粒在煤粉中的质量占比不小于18％。使用该颗粒度的煤粉既能保证煤粉能充分的燃烧，以提高能量利用率，又能减少磨煤机的磨损，以节省工艺成本。由于在温度到达70-80度后，煤氧化速率会显著增加，因此出口温度不大于70度，以抑制煤粉氧化的速率，从而减少煤粉因氧化而造成的材料损失。

第一煤磨机和第二煤磨机出口处设置有传感器13，传感器13包括：温度传感器、风量传感器和细度传感器中的一个或多个，用于检测第一煤磨机和第二煤磨机出口处的温度、风速和煤粉颗粒度中的一个或多个。

传感器将采集到的数据传输给服务器12，服务器12会根据采集的数据和预设的优化条件，以向第一煤磨机和第二煤磨机发送指令的方式对第一煤磨机和第二煤磨机出口处的温度、风速和煤粉颗粒度中的一个或多个进行调整。

烟煤中挥发份明显高于贫煤，因此烟煤的煤粉更容易发生爆炸。此外，烟煤的内表面可能存在大量的孔，孔中含有大量的吸附瓦斯。在煤变成煤粉之前，孔中的瓦斯气与空气隔离，氧气不易瓦斯气发生接触。一旦煤变成煤粉，这些孔中的瓦斯气就会释放出来。第一煤磨机和第二煤磨机用于粉碎的部件为金属，该部件在工作时与块状的煤发生摩擦，容易产生静电和热量。加之第一煤磨机和第二煤磨机的工作空间相对封闭，一旦在该空间的瓦斯浓度到达爆点，很容易引发爆炸。为此，在本发明实施例中，设置可燃气体检测设备14、保护气系统15和防爆门16。

其中，可燃气体检测设备14用于检测第二磨煤机的工作环境中的可燃气体的浓度，可燃气体包括：一氧化碳和甲烷。在可燃气体的浓度达到预设值时，保护气系统向第二磨煤机的工作环境中冲入保护气，保护气通常为氮气或氩气。优选地，也可以将第一煤磨机和第二煤磨机的工作空间做成全封闭的，并在向该封闭空间中冲入足量的保护气，以将空气排出该空间，从源头上防止煤粉爆炸。同时，为了控制煤粉爆炸的冲击力，在第一煤磨机和第二煤磨机的工作空间中设置防爆门，优选地设置2-3个防爆门。

如图2所示，堆放系统2用于分别堆放贫煤粉和烟煤粉。堆放系统2包括：温度检测器21、喷淋器22和煤质检测设备23。温度检测器21用于检测贫煤粉和烟煤粉的温度。喷淋器22用于在温度检测器21检测到贫煤粉和/或烟煤粉的温度达到阈值时，向贫煤粉和/或烟煤粉喷注冷却液体。同时，在堆放系统中，设置煤质检测设备，以便于工作人员利用检测设备检测煤的组分含量。

本发明实施例提供的掺烧系统还包括燃烧系统，燃烧系统包括水冷壁，水冷壁上喷涂有金属层，该金属层能在水冷壁上形成致密的氧化层，该氧化层包括锌的氧化物、铬的氧化物、钒的氧化物、锰的氧化物和钨的氧化物中的一种或多种，以防止煤粉燃烧后的热量和腐蚀物对水冷壁进行高温腐蚀。

燃烧系统还包括：旋流燃烧器；

旋流燃烧器的结构为：

结构1：

旋流燃烧器具有两个进料通道，一个进料通道用于进携带贫煤粉的气流，另一个进料通道用于进携带烟煤粉的气流，两股气流并行吹入旋流燃烧器的混合腔室。旋流燃烧器只有一个出气口，以促进两种煤粉的混合。在两股气流前进的方向上悬挂有搅拌桨。当两股气流吹过时，搅拌桨发生旋转，从而形成以搅拌桨为中心的气旋。该气旋可以对混合腔中的煤粉进行混合。同时，气流吹到搅拌桨时，气流动能会减小从而导致气流中的煤粉落在混合腔室，因此搅拌桨与混合腔室底部存在足够的空间，使得气流可以将落在混合腔室底部的煤粉带出混合腔室。优选地，搅拌桨的桨叶可以做成偏平板，工作时桨叶的平面平行于混合腔室底面，以减少桨叶对气流的阻挡，同时减少桨叶上煤粉的积累量。

结构2：

旋流燃烧器具有两个进料通道，包括：A通道和B通道，A通道用于进携带贫煤粉的气流，B通道用于进携带烟煤粉的气流，A通道设置在B通道的上方。燃烧时，A通道和B通道同时开启，烟煤粉和贫煤粉在燃烧室中分层燃烧。A通道在B通道上方，因此A通道距离水冷壁较近。贫煤相比于烟煤其挥发分和灰分较少，因此利用A通过将贫煤粉输送到燃烧炉中可以减少落在水冷壁上的煤灰和腐蚀性的气体对水冷壁的侵蚀。

很多电厂在燃烧时通过掺入低质低价煤种，以降低燃料成本，提高经济效益的考虑。随之而来的问题是，如何确定煤粉的掺烧比例。例如，贫煤价格相对较低时，如果采用掺入较高的烟煤，会增加有害气体的产生量，而处理大量的有害气体反而会增加电厂的成本。因此，如何设定煤粉掺烧比例是确定掺烧方法降低成本效果的关键。

影响掺烧比的因素包括两方面：技术指标和实际因素；

其中，技术指标包括：热值、硫分、挥发分、灰分、水分、自燃指数、一次风速、二次风速和燃烧炉中氧含量。实际因素包括：当前电厂存煤量，当前煤炭价格及价格趋势，电厂的碳排量，污染物排放量和煤炭的配货时间。

在现有技术中，通常会建立一个整体模型，该模型可以涵盖技术指标和实际因素中全部元素，以期从整体上解决煤炭掺烧比的问题。然而，技术指标是燃烧时针对某一掺烧比例提出的技术要求，实际因素是电厂的成本和管理制度的具体体现。两者虽说有关联，但关系极为复杂，很难用简单的线性或非线性关系进行描述。因此，现有技术中各模型通常只适用于几种参数，而并非适用所有参数。

为了降低成本，优化煤粉掺烧比例，在本发明实施例中，在服务器12中还设置第一神经网络模块和第二神经网络模块；

第一神经网络模块以实际因素为输入，以第一掺烧比为输出。需要说明的是，第一掺烧比是根据电厂的实际情况得到煤炭掺烧比例的范围，以在符合电厂制度的前提下节约电厂燃煤成本。

具体地，可将贫煤和烟煤价格指数作为煤炭掺烧比例的考量参数之一。根据当前煤炭价格及价格趋势，确定购买的燃烧煤炭量，是降低成本的最直接的手段。例如，在确定当前贫煤价格下降时，在贫煤价格较低时采购贫煤，适当提高贫煤的掺烧比例。

具体地，可将碳排量和污染物排放量要求作为煤炭掺烧比例的考量参数之一。随着环境保护越来越被人们重视，碳排放和污染物排放量已经成为考核燃煤电厂的重要指标。通常认为1度电对应0.4kg标准煤，同时也减少了0.4kg标准煤排放的污染物，因此碳排量和污染物排放量实际上决定了燃煤电厂发电量的上限。因此在掺烧时，不能仅考虑经济问题，需要考虑掺入的煤对碳排量影响。

具体地，可将煤炭的配货时间，电厂存煤量作为煤炭掺烧比例的考量参数之一。例如，在某一煤炭掺烧比例条件下，当前电厂存煤量可以燃烧3天，如果煤炭的配货时间小于3天，则可以保证燃烧炉在该掺烧比条件下持续工作。

需要掺烧烟煤和贫煤的比例，第一神经网络模块根据当前烟煤库存量、当前贫煤库存量、贫煤和烟煤价格指数、碳排量和污染物排放量要求、煤炭配货周期确定一个掺烧比范围。

具体地，第一神经网络模块可首先确定出贫煤燃烧量范围和烟煤燃烧量范围。贫煤燃烧量范围和烟煤燃烧量范围需要满足以下条件：

1.在该范围内煤炭的花费最低；

2.贫煤燃烧量范围符合当前贫煤库存量，烟煤燃烧量范围符合当前烟煤库存量；

3.贫煤燃烧量和烟煤燃烧量满足碳排量和污染物排放量。

4.贫煤燃烧量和烟煤燃烧量与煤炭配货周期相匹配，即不会出现煤不够烧的情况。

第一神经网络模块可再根据贫煤燃烧量范围和烟煤燃烧量范围，确定掺烧比例的范围。

第一神经网络模块确定的掺烧比例的范围仅仅是以节省成本为前提，没有考虑技术上的可行性，为了进一步考虑技术上的可行性，可设置第二神经网络模块，通过第二神经网络模块，在上述第一神经网络模块确定的掺烧比例的范围中，根据技术指标，确定掺烧比例。

上述技术参数包括：硫分、挥发分、灰分、水分、自燃指数、一次风速、二次风速和燃烧炉中氧含量中的一个或多个。第二神经网络模块以掺烧比例的范围热值，贫煤和烟煤的技术参数为输入，以确定的掺烧比例为输出，进一步确定技术上可行的掺烧比范围。

为了获取上述技术参数，优选地，在服务器12中还设置有数据采集模块和控制模块，并在燃烧系统中设置有灰分传感器，温度传感器，氧含量传感器。

其中，灰分传感器用于采集燃烧系统中的煤炭燃烧残留物的含量，温度传感器用于采集燃烧时燃烧系统内的温度，氧含量传感器用于采集燃烧时燃烧系统中的氧气浓度。如此，采集模块可以从灰分传感器，温度传感器和氧含量传感器获取燃烧系统的灰分含量，温度和氧含量。之后，控制模块根据灰分含量，温度和氧含量，调整风速等参数以保证煤粉充分燃烧。第二神经网络记录本次调整后的风速和其他参数及其对应的掺烧比例，并将上述数据加入到训练样本中，以便于进行增量运算，从而实现不断调整神经网络的计算精度。

综上所述，本发明通过将掺烧比例分成成本限定和技术限定两部分，并分别对每一个部分使用人工智能算法，以降低构造每一部分对应的运算模型的难度，从而保证模型的计算精度，进而解决了现有技术中因为数据复杂而导致的计算精度降低的问题。需要说明的是，本发明实施例的第一神经网络和第二神经网络可以采用BP神经网络，前馈神经网络等神经网络模型。

本发明实施例提供了一种配煤掺烧方法，基于图1和图2中的装置，包括以下步骤：

步骤1.将贫煤和烟煤分开存储。

步骤2.将贫煤输送到第一磨粉机，得到贫煤粉。

步骤3.将烟煤输送到第二磨粉机，得到烟煤粉。

步骤4.贫煤粉在第一气流的作用下通过第一进料通道输送至混合腔室。同时，烟煤粉在第二气流的作用下通过第二进料通道输送至混合腔室。

步骤5.在第一气流和第二气流作用下，混合腔室内的搅拌桨旋转。

步骤6.搅拌桨旋转将贫煤粉和烟煤粉混合均匀。

步骤7.混合均匀的贫煤粉和烟煤粉进行燃烧。

为了说明本发明实施例中的装置，给出下述实施例：

实施例1

在堆放系统设置6个温度检测器21和6个喷淋器22，6个温度检测器21和6个喷淋器22均以煤堆为中心周向排布。其中温度检测器21和喷淋器22，以保证煤堆的每一个区域的温度都处于正常范围内。煤质检测器就设置在煤仓中，以便于工人员随时检验煤堆中煤的质量。

实施例2

煤磨机11的出气口设置有传感器13，传感器通13过有线网络和/或无线网络将出口温度、出口煤粉细度和一次风速传输给服务器12。可燃气体检测设备14设置在煤磨机11所在房间的顶棚，保护气系统15可以设置多个并均匀地分布在房间中，以保证最快的速度使房间充满保护气。该保护气可以为氮气和其他惰性气体。防爆门16设置在煤磨机11的周围，一般设置1-3层，以尽可能的降低爆炸范围。

实施例3

以50m/s的风速按照质量比1∶1分别从两个进料通道将贫煤粉和烟煤粉吹入旋流燃烧器中。进入旋流燃烧器的两股气流并行吹过混合腔室中搅拌桨，以使搅拌桨发生转动，从而对气流中的贫煤粉和烟煤粉进行混合。同时设计两股气流从一个出气口中离开混合腔室，以进一步混合两种煤粉。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种配煤掺烧系统，其特征在于，包括：制粉系统和燃烧系统；

所述制粉系统包括：第一磨煤机、第二磨煤机、服务器和传感器；

所述第一磨煤机用于生产贫煤粉，所述第二磨煤机用于生产烟煤粉；

所述第一磨煤机和第二磨煤机出口处设置有所述传感器，所述传感器包括：温度传感器、风量传感器和细度传感器中的一个或多个，用于检测第一磨煤机和第二磨煤机出口处的温度、风速和煤粉颗粒度中的一个或多个；

所述服务器中设置有第一神经网络模块和第二神经网络模块；

所述第一神经网络模块以实际因素为输入，以第一掺烧比为输出；

所述第二神经网络模块以掺烧比例的范围热值、 贫煤和烟煤的技术参数为输入，以确定的掺烧比例为输出；

所述制粉系统用于分别制备贫煤粉和烟煤粉；

所述燃烧系统包括旋流燃烧器、灰分传感器、温度传感器和氧含量传感器；

所述旋流燃烧器包括：搅拌桨和混合腔室；

所述混合腔室开设有第一进料通道和第二进料通道；

所述第一进料通道用于传输第一气流，所述第一气流用于输送所述贫煤粉；所述第二进料通道用于传输第二气流，所述第二气流用于输送所述烟煤粉；

所述搅拌桨设置在所述混合腔室中，所述第一气流和所述第二气流带动所述搅拌桨旋转；

所述搅拌桨用于混合所述第一气流中的贫煤粉和所述第二气流中的烟煤粉。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述第二磨煤机的出口温度不大于70度，出口煤粉细度R90不小于18，一次风速不低于30m/s。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述制粉系统还包括防爆门；

所述防爆门用于保证所述烟煤粉自燃引发的爆炸。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述制粉系统还包括：保护气系统；

所述保护气系统用于使所述第二磨煤机在保护气的气氛中生产所述烟煤粉。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，

所述制粉系统还包括：可燃气体检测设备；

所述可燃气体检测设备用于检测所述第二磨煤机的工作环境中的可燃气体的浓度；

在所述可燃气体的浓度达到预设值时，所述保护气系统向所述第二磨煤机的工作环境中充入保护气。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述燃烧系统包括：水冷壁；

所述水冷壁上喷涂有金属层。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述系统还包括：堆放系统；

所述堆放系统用于分别堆放所述贫煤粉和所述烟煤粉。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，

所述堆放系统包括：温度检测器和喷淋器；

所述温度检测器用于检测所述贫煤粉和所述烟煤粉的温度；

所述喷淋器用于在所述温度检测器检测到所述贫煤粉和/或所述烟煤粉的温度达到阈值时，向所述贫煤粉和/或所述烟煤粉喷注冷却液体。

9.一种配煤掺烧方法，基于权利要求1至8任一项所述的系统，其特征在于，包括：

将贫煤和烟煤分开存储；

将所述贫煤输送到第一磨粉机，得到贫煤粉；

将所述烟煤输送到第二磨粉机，得到烟煤粉；

所述贫煤粉在第一气流的作用下通过第一进料通道输送至混合腔室；同时，所述烟煤粉在第二气流的作用下通过第二进料通道输送至所述混合腔室；

在所述第一气流和所述第二气流作用下，所述混合腔室内的搅拌桨旋转；

所述搅拌桨旋转将所述贫煤粉和所述烟煤粉混合均匀；

混合均匀的所述贫煤粉和所述烟煤粉进行燃烧。

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