CN114754343A - 一种兼顾锅炉稳燃性能的宽负荷脱硝系统及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种兼顾锅炉稳燃性能的宽负荷脱硝系统及调节方法，包括高压加热器，高压加热器的进水口与锅炉给水相连，出水口与省煤器的进水口相连，省煤器的出水口与锅炉的进水口相连，锅炉的主蒸汽出口与汽轮机的进汽口相连，汽轮机的抽汽口与高压加热器的进汽口相连，锅炉的烟气经省煤器进入脱硝系统；汽轮机并联设有宽负荷脱硝调节机组，宽负荷脱硝调节机组与锅炉的主蒸汽出口和汽轮机的抽汽口相连，宽负荷脱硝调节机组的排汽口经管道与高压加热器的进汽口相连，宽负荷脱硝调节机组两进汽侧和排汽口设有隔离阀。本发明可用于低负荷工况脱硝系统的安全投运，同时增强了火力发电机组在低负荷工况下的稳燃能力，适用于电厂深度调峰技术领域。

Description

一种兼顾锅炉稳燃性能的宽负荷脱硝系统及调节方法

技术领域

本发明属于电厂深度调峰技术领域，具体的说，涉及一种兼顾锅炉稳燃性能的宽负荷脱硝系统及调节方法。

背景技术

基于我国“十四五”规划提出的碳达峰、碳中和的“3060双碳目标”，风电、光伏等清洁能源将会得到快速的发展，但由于风电、光伏能源具有随机性、波动性、间歇性等特点，其大规模的并网势必对传统电网造成巨大的冲击，对电网的调节能力会提出更高的要求，而目前作为电力供应主力军的常规燃煤火电机组，具备快速负荷响应及深度调峰的能力已成为不可避免的发展趋势。火力发电机组在深度调峰时，由于汽轮机一般可在20％-30％额定负荷下稳定运行，因此最低负荷往往取决于锅炉的性能，其中低负荷稳燃以及脱硝系统的正常投运则是其中重要的影响因素。

对于宽负荷脱硝，其最大问题在于火力发电机组低负荷深度调峰(40％额定负荷以下)运行时，省煤器出口烟气温度下游脱硝系统催化剂所需温度无法满足，造成SCR无法正常投运，影响锅炉NOx达标排放。目前解决低负荷烟气温度偏低的技术主要包括增设省煤器给水旁路、省煤器热水再循环、烟气旁路、分级省煤器技术等，其中省煤器给水旁路技术的调温幅度有限，对SCR入口烟气温度欠温较大的机组不适用；烟气旁路改造技术改造时占地面积大，对尾部烟道紧凑布置的机组不适用，同时由于烟气挡板的卡涩及严密性差的问题，使锅炉在常规运行工况下效率下降，经济性较差；省煤器热水再循环属于给水提温的技术路线，系统简单，通过增加锅炉水循环泵可动态调节SCR入口烟气温度，但存在投资相对较高、循环泵的后续维护量大等问题；分级省煤器技术一般适用于新建机组，在锅炉出厂前进行设计制造，而对于现役机组采用此技术进行改造的话，一是现场改造量大、造价高、占地面积大、现场不易实施，另外一个缺点是改造后在高负荷工况下，SCR入口烟气温度易超温，导致催化剂板结失效。

上述几种宽负荷脱硝改造技术，虽一定程度上改善了低负荷工况条件下脱硝入口烟气温度，但对于锅炉低负荷稳燃以及燃烧效率上并无益处，基于此方面的原因，我们提供了一种兼顾锅炉稳燃性能的宽负荷脱硝系统及调节方法。

发明内容

本发明提供一种兼顾锅炉稳燃性能的宽负荷脱硝系统，用于解决上述技术问题，以实现低负荷工况脱硝系统的安全投运，梯级利用蒸汽能量，保证脱硝系统正常投运的同时，增强火力发电机组在低负荷工况下的稳燃能力。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种兼顾锅炉稳燃性能的宽负荷脱硝系统，包括高压加热器、省煤器、锅炉和汽轮机，所述高压加热器的进水口经管道与锅炉给水相连，出水口经管道与省煤器的进水口相连，省煤器的出水口经管道与锅炉的进水口相连，锅炉的主蒸汽出口经管道与汽轮机的进汽口相连，汽轮机的抽汽口经管道与高压加热器的进汽口相连，且两者之间的管道设有汽轮机抽汽隔离阀，锅炉的烟气经省煤器进入脱硝系统；

还包括与汽轮机并联设置的宽负荷脱硝调节机组，宽负荷脱硝调节机组的两进汽侧经管道分别与锅炉的主蒸汽出口和汽轮机的抽汽口相连，宽负荷脱硝调节机组的排汽口经管道与高压加热器的进汽口相连，且宽负荷脱硝调节机组的两进汽侧和排汽口均设有隔离阀。

所述宽负荷脱硝调节机组包括蒸汽混配装置，蒸汽混配装置的高压侧经管道与锅炉的主蒸汽出口相连，蒸汽混配装置的低压侧经管道与汽轮机的抽汽口相连接，蒸汽混配装置的排汽口经管道与高压加热器的进汽口相连。

所述宽负荷脱硝调节机组还包括设于蒸汽混配装置与高压加热器之间的暖风器，蒸汽混配装置的排汽口经管道与暖风器的进汽口相连，暖风器的排汽口经管道与高压加热器的进汽口相连。

进一步的，所述暖风器经管道与空气预热器相连，空气预热器的热二次风出口经管道与暖风器的进风口相连，暖风器的排风口经管道与锅炉的进风口相连。

进一步的，所述蒸汽混配装置的高压侧与锅炉的主蒸汽出口之间的管道设有蒸汽混配装置驱动蒸汽隔离阀和蒸汽混配装置驱动蒸汽调节阀。

进一步的，所述蒸汽混配装置的低压侧与汽轮机的抽汽口之间的管道设有蒸汽混配装置低压侧入口蒸汽隔离阀。

进一步的，所述蒸汽混配装置的排汽口与高压加热器之间的管道设有蒸汽混配装置出口蒸汽隔离阀。

进一步的，所述暖风器的进风口设有热二次风旁路挡板。

进一步的，所述空气预热器的原热二次风管路设有热二次风挡板。

本发明还公开了一种兼顾锅炉稳燃性能的宽负荷脱硝系统的调节方法，包括如下两种工况：

工况二：当火力发电机组中高负荷运行时，锅炉给水经管道依次进入高压加热器和省煤器进行初步加热后进入锅炉，在锅炉内高温作用下变成水蒸汽，从锅炉的主蒸汽出口出来的蒸汽经管道进入汽轮机，从汽轮机的抽汽口出来的蒸汽经管道进入高压加热器为锅炉给水加热，烟气经过省煤器后进入SCR入口进行脱硝，SCR入口烟气温度足够高，能够保证脱硝系统正常运行；

工况一：当火力发电机组低负荷运行时(40％额定负荷以下)，通过切换隔离阀，使宽负荷脱硝调节机组投入运行，通过宽负荷脱硝调节机组对锅炉给水加热升温，以提高SCR入口烟气温度，在保证脱硝系统正常运行的同时，增强机组在低负荷工况下的稳燃能力。

本发明由于采用了上述的结构，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：系统包括高压加热器、省煤器、锅炉和汽轮机，以及与汽轮机并联设置的宽负荷脱硝调节机组，通过设置与汽轮机并联的宽负荷脱硝调节机组，一方面，可以在低负荷情况下，打开隔离阀，使宽负荷脱硝调节机组开启，与高压加热器、省煤器、锅炉和汽轮机共同投入运行，通过宽负荷脱硝调节机组提高该工况下的给水温度，使脱硝系统入口烟气温度提高，保证脱硝系统正常运行；另一方面，在高负荷情况下，关闭隔离阀，使宽负荷脱硝调节机组处于关闭，仅通过高压加热器、省煤器、锅炉和汽轮机投入运行，保证脱硝系统正常运行。实现了宽负荷工况脱硝系统的安全投运，运行调节灵活，保证脱硝系统正常投运的同时，增强了机组在低负荷工况下的稳燃能力。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1为本发明实施例的系统结构示意图。

标注部件：101-锅炉，102-汽轮机，103-高压加热器，104-蒸汽混配装置，105-暖风器，106-省煤器，201-蒸汽混配装置驱动蒸汽隔离阀，202-蒸汽混配装置驱动蒸汽调节阀，203-热二次风挡板，204-热二次风旁路挡板，205-蒸汽混配装置低压侧入口蒸汽隔离阀，206-蒸汽混配装置出口蒸汽隔离阀，207-汽轮机抽汽隔离阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开了，如图1所示，一种兼顾锅炉稳燃性能的宽负荷脱硝系统，包括高压加热器103、省煤器106、锅炉101和汽轮机102，所述高压加热器103的进水口经管道与锅炉给水相连，出水口经管道与省煤器106的进水口相连，省煤器106的出水口经管道与锅炉101的进水口相连，锅炉101的主蒸汽出口经管道与汽轮机102的进汽口相连，汽轮机102的抽汽口经管道与高压加热器103的进汽口相连，且两者之间的管道设有汽轮机抽汽隔离阀207，锅炉101的烟气经省煤器106进入脱硝系统；

还包括与汽轮机102并联设置的宽负荷脱硝调节机组，宽负荷脱硝调节机组的两进汽侧经管道分别与锅炉101的主蒸汽出口和汽轮机102的抽汽口相连，宽负荷脱硝调节机组的排汽口经管道与高压加热器103的进汽口相连，且宽负荷脱硝调节机组的两进汽侧和排汽口均设有隔离阀。

在高负荷工况下，锅炉给水经管道依次进入高压加热器103和省煤器106进行初步加热后进入锅炉101，在锅炉101内高温作用下变成水蒸汽，从锅炉101的主蒸汽出口出来的主蒸汽经管道进入汽轮机102，从汽轮机102的抽汽口出来的蒸汽经管道进入高压加热器103为锅炉给水加热，烟气经过省煤器106后进入SCR入口进行脱硝，SCR入口烟气温度足够高，能够保证脱硝系统正常运行。在低负荷工况下，SCR入口烟气温度较低，不能够保证脱硝系统正常运行，此时通过切换隔离阀，使宽负荷脱硝调节机组投入运行，通过宽负荷脱硝调节机组对锅炉给水加热升温，以提高SCR入口烟气温度，在保证脱硝系统正常运行的同时，增强机组在低负荷工况下的稳燃能力。

作为本发明一个优选的实施例，所述宽负荷脱硝调节机组包括蒸汽混配装置104，蒸汽混配装置104的高压侧经管道与锅炉101的主蒸汽出口相连，蒸汽混配装置104的低压侧经管道与汽轮机102的抽汽口相连接，蒸汽混配装置104的排汽口经管道与高压加热器103的进汽口相连。所述蒸汽混配装置104的高压侧与锅炉101的主蒸汽出口之间的管道设有蒸汽混配装置驱动蒸汽隔离阀201和蒸汽混配装置驱动蒸汽调节阀202。所述蒸汽混配装置104的低压侧与汽轮机102的抽汽口之间的管道设有蒸汽混配装置低压侧入口蒸汽隔离阀205。所述蒸汽混配装置104的排汽口与高压加热器103之间的管道设有蒸汽混配装置出口蒸汽隔离阀206。通过设置上述隔离阀，可以根据火力发电机组的工况使蒸汽混配装置104关闭和开启，实现系统宽负荷脱硝的灵活运行。

作为本发明一个优选的实施例，所述宽负荷脱硝调节机组还包括设于蒸汽混配装置104与高压加热器103之间的暖风器105，蒸汽混配装置104的排汽口经管道与暖风器105的进汽口相连，暖风器105的排汽口经管道与高压加热器103的进汽口相连。

进一步的，所述暖风器105经管道与空气预热器相连，空气预热器的热二次风出口经管道与暖风器105的进风口相连，暖风器105的排风口经管道与锅炉101的进风口相连。

进一步的，所述暖风器105的进风口设有热二次风旁路挡板204。所述空气预热器的原热二次风管路新增加热二次风挡板203。通过调节热二次风挡板203和热二次风旁路挡板204的开度，可以调节暖风器105的换热量，从而可以实现灵活调节宽负荷脱硝调节机组排出蒸汽温度，以及进入锅炉101热二次风的温度，进而实现灵活调整经过高压加热器103内的锅炉给水温度和SCR入口烟气温度，以及提高锅炉101的稳燃性。

所述锅炉101的主蒸汽出口分为两路，一路经管道与汽轮机102相连接，用于进入汽轮机102做功发电，另一路经管道与宽负荷脱硝调节机组一入口连接，用于抽吸汽轮机102的抽汽，汽轮机102的抽汽分为两路，一路经管道与高压加热器103相连接，用于直接加热锅炉给水，另一路经管路与宽负荷脱硝调节机组的另一入口相连，在低负荷工况下，与锅炉101的主蒸汽经蒸汽混配装置104混合后首先进入暖风器105，经热二次风换热后的蒸汽再进入高压加热器103，加热锅炉给水。

所述系统锅炉101出口蒸汽一路经管道与汽轮机102相连接，蒸汽进入汽轮机102做功发电，一路经管道与蒸汽混配装置104高压侧相连接，用以抽吸汽轮机组抽汽。汽轮机102抽汽一路经管道与高压加热器103相连接，直接加热锅炉给水，一路经管道与蒸汽混配装置104低压侧相连接，在低负荷工况下，与锅炉101出口蒸汽经蒸汽混配装置104混合后首先进入暖风器105，与热二次风换热后的蒸汽再进入高压加热器103，加热锅炉给水；空气预热器出口的热二次风一路经管道直接进入锅炉101燃烧，一路经暖风器105换热后再进入锅炉101燃烧；锅炉给水依次经过高压加热器103、省煤器106进行换热后再经管道进入锅炉101蒸发。

该系统尤其适用于现役火电机组宽负荷脱硝改造项目，在低负荷工况条件下，锅炉101出口蒸汽通过蒸汽混配装置104引射汽轮机组抽汽，混配后的蒸汽存在较高的过热度，所以增加暖风器105进行初步换热，换热后的蒸汽再进入高压加热器103进一步的加热锅炉给水；该系统的投入，一方面提高了进入省煤器106的给水温度，减少了省煤器106的换热量，使SCR入口烟温有所升高，保证了低负荷工况下脱硝系统的正常投运；另一方面由于暖风器105的初步换热，提高了进入锅炉101的热二次风温度，梯级的利用了蒸汽的热量，实现多级换热，从而改善了低负荷工况下锅炉101的稳燃能力，使低负荷工况条件下锅炉101的稳燃性能得到明显提升。而在中高负荷工况下，蒸汽混配装置104和暖风器105退出运行，汽轮机102抽汽直接进入高压加热器103加热锅炉给水，热二次风直接进入锅炉101燃烧，对机组经济性不会产生不良影响。本专利技术通过增加蒸汽混配装置104及暖风器105，在实现锅炉101宽负荷脱硝运行的同时，也提高了低负荷工况下锅炉101的稳燃性能。

本发明还公开了一种兼顾锅炉101稳燃性能的宽负荷脱硝系统的调节方法，具体如下：

工况二：当火力发电机组中高负荷运行时，锅炉给水经管道依次进入高压加热器103和省煤器106进行初步加热后进入锅炉101，在锅炉101内高温作用下变成水蒸汽，从锅炉101的主蒸汽出口出来的蒸汽经管道进入汽轮机102，从汽轮机102的抽汽口出来的蒸汽经管道进入高压加热器103为锅炉给水加热，烟气经过省煤器106后进入SCR入口进行脱硝，SCR入口烟气温度足够高，能够保证脱硝系统正常运行；

工况一：当火力发电机组低负荷运行时(40％额定负荷以下)，通过切换隔离阀，使宽负荷脱硝调节机组投入运行，通过宽负荷脱硝调节机组对锅炉给水加热升温，以提高SCR入口烟气温度，在保证脱硝系统正常运行的同时，增强机组在低负荷工况下的稳燃能力。

具体的，其调节方法如下：

定义SCR入口烟气温度T_y，脱硝系统设计最低运行烟气温度为T_y,min，安全裕量ΔT_y，蒸汽混配装置104出口蒸汽压力P_d，对应饱和蒸汽温度为T_d，高压加热器103换热上端差ΔT_d，；

1)当机组负荷下降过程中，即火力发电机组低负荷运行时(40％额定负荷以下)，脱硝系统SCR入口烟气温度T_y＜T_y,min时，宽负荷脱硝系统投入运行，打开蒸汽混配装置驱动蒸汽隔离阀201、蒸汽混配装置低压侧入口蒸汽隔离阀205、蒸汽混配装置出口蒸汽隔离阀206，关闭汽轮机抽汽隔离阀207，缓慢调整蒸汽混配装置驱动蒸汽调节阀202、热二次风旁路挡板204开度，通过调大蒸汽混配装置驱动蒸汽调节阀202的开度，可以增加蒸汽混配装置104的排汽量，提高进入高压加热器103的进汽压力，从而提高锅炉给水温度T_s，减少省煤器106的换热量，提高SCR入口烟气温度，调节过程中确保T_y,min≤T_y≤T_y,min+ΔT_y；同时控制热二次风旁路挡板204开度，调节进入暖风器105的热二次风量，调节过程中保证暖风器105出口蒸汽温度T_s≥T_d+|ΔT_d|；

2)当机组负荷升高过程中，即火力发电机组中高负荷运行时，SCR入口烟气温度满足T_y＞T_y,min+ΔT_y时，打开汽轮机抽汽隔离阀207、全开热二次风挡板203，关闭蒸汽混配装置驱动蒸汽隔离阀201、蒸汽混配装置驱动蒸汽调节阀202、蒸汽混配装置低压侧入口蒸汽隔离阀205、蒸汽混配装置出口蒸汽隔离阀206、热二次风旁路挡板204，宽负荷脱硝系统退出运行，热二次风、汽轮机组抽汽按原系统管路分别进入锅炉101及高压加热器103。

作为本发明一个实施例：某电厂660MW超临界燃煤火力发电机组，30％额定负荷工况下，SCR入口烟气温度295℃，脱硝系统投入最低运行烟气温度为310℃，严重影响机组的深度调峰能力，通过本技术方案改造后，相关数据如下：

由上表可知，蒸汽混配装置104的动力蒸汽(高压侧)采用的是锅炉101低过出口蒸汽，蒸汽混配装置104(低压侧)引射汽轮机102高压缸一段抽汽，混合后的蒸汽进入暖风器105经热二次风换热后再进入高压加热器103加热锅炉给水，使用该系统后，SCR入口烟气温度可提高15.7℃以上，满足脱硝系统正常运行要求，热二次风温度较改造前可提高15.9℃，使低负荷工况下的稳燃能力有了良好的改善，有利于煤粉燃烧，能提高该工况下的锅炉101燃烧效率，另外，由于动力蒸汽抽取的低过蒸汽，使低负荷工况下的主汽温度得到升高，汽轮机102的高压缸工作效率也得到明显改善。其中，“低过”为本领域专业术语，全称为低温过热器，是锅炉的一部分换热面。“低过”在锅炉内部，“主汽”可比照图中锅炉出口蒸汽(也称为主蒸汽)，空气预热器在脱硝系统后面，也为电厂的重要辅机。

综上所述，系统通过设置与汽轮机102并联的宽负荷脱硝调节机组，一方面，可以在低负荷情况下，打开隔离阀，使宽负荷脱硝调节机组开启，与高压加热器103、省煤器106、锅炉101和汽轮机102共同投入运行，通过宽负荷脱硝调节机组提高该工况下的给水温度，使脱硝系统入口烟气温度提高，保证脱硝系统正常运行；另一方面，在高负荷情况下，关闭隔离阀，使宽负荷脱硝调节机组处于关闭，仅通过高压加热器103、省煤器106、锅炉101和汽轮机102投入运行，保证脱硝系统正常运行。实现了宽负荷工况脱硝系统的安全投运，运行调节灵活，保证脱硝系统正常投运的同时，增强了机组在低负荷工况下的稳燃能力。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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，均应包含在本发明权利要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种兼顾锅炉稳燃性能的宽负荷脱硝系统，包括高压加热器、省煤器、锅炉和汽轮机，其特征在于：所述高压加热器的进水口经管道与锅炉给水相连，出水口经管道与省煤器的进水口相连，省煤器的出水口经管道与锅炉的进水口相连，锅炉的主蒸汽出口经管道与汽轮机的进汽口相连，汽轮机的抽汽口经管道与高压加热器的进汽口相连，且两者之间的管道设有汽轮机抽汽隔离阀，锅炉的烟气经省煤器进入脱硝系统；

还包括与汽轮机并联设置的宽负荷脱硝调节机组，宽负荷脱硝调节机组的两进汽侧经管道分别与锅炉的主蒸汽出口和汽轮机的抽汽口相连，宽负荷脱硝调节机组的排汽口经管道与高压加热器的进汽口相连，且宽负荷脱硝调节机组的两进汽侧和排汽口均设有隔离阀。

所述宽负荷脱硝调节机组包括蒸汽混配装置，蒸汽混配装置的高压侧经管道与锅炉的主蒸汽出口相连，蒸汽混配装置的低压侧经管道与汽轮机的抽汽口相连接，蒸汽混配装置的排汽口经管道与高压加热器的进汽口相连。

所述宽负荷脱硝调节机组还包括设于蒸汽混配装置与高压加热器之间的暖风器，蒸汽混配装置的排汽口经管道与暖风器的进汽口相连，暖风器的排汽口经管道与高压加热器的进汽口相连。

2.根据权利要求1所述的一种兼顾锅炉稳燃性能的宽负荷脱硝系统，其特征在于：所述暖风器经管道与空气预热器相连，空气预热器的热二次风出口经管道与暖风器的进风口相连，暖风器的排风口经管道与锅炉的进风口相连。

3.根据权利要求2所述的一种兼顾锅炉稳燃性能的宽负荷脱硝系统，其特征在于：所述蒸汽混配装置的高压侧与锅炉的主蒸汽出口之间的管道设有蒸汽混配装置驱动蒸汽隔离阀和蒸汽混配装置驱动蒸汽调节阀。

4.根据权利要求1所述的一种兼顾锅炉稳燃性能的宽负荷脱硝系统，其特征在于：所述蒸汽混配装置的低压侧与汽轮机的抽汽口之间的管道设有蒸汽混配装置低压侧入口蒸汽隔离阀。

5.根据权利要求1所述的一种兼顾锅炉稳燃性能的宽负荷脱硝系统，其特征在于：所述蒸汽混配装置的排汽口与高压加热器之间的管道设有蒸汽混配装置出口蒸汽隔离阀。

6.根据权利要求2所述的一种兼顾锅炉稳燃性能的宽负荷脱硝系统，其特征在于：所述暖风器的进风口设有热二次风旁路挡板。

7.根据权利要求2所述的一种兼顾锅炉稳燃性能的宽负荷脱硝系统，其特征在于：所述空气预热器的原热二次风管路设有热二次风挡板。

8.一种用于权利要求1-7任一项的兼顾锅炉稳燃性能的宽负荷脱硝系统的调节方法，其特征正在于，包括如下两种工况：

工况二：当火力发电机组中高负荷运行时，锅炉给水经管道依次进入高压加热器和省煤器进行初步加热后进入锅炉，在锅炉内高温作用下变成水蒸汽，从锅炉的主蒸汽口出来的蒸汽经管道进入汽轮机，从汽轮机的抽汽口出来的蒸汽经管道进入高压加热器为锅炉给水加热，烟气经过省煤器后进入SCR入口进行脱硝，SCR入口烟气温度足够高，能够保证脱销系统正常运行；

工况一：当火力发电机组低负荷运行时(40％额定负荷以下)，通过切换隔离阀，使宽负荷脱硝调节机组投入运行，通过宽负荷脱硝调节机组对锅炉给水加热升温，以提高SCR入口烟气温度，在保证脱硝系统正常运行的同时，增强机组在低负荷工况下的稳燃能力。

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