CN1248614A - 一种在煤中掺烧添加剂降低粉煤灰含碳量的方法及产品 - Google Patents

一种在煤中掺烧添加剂降低粉煤灰含碳量的方法及产品 Download PDF

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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L10/00—Use of additives to fuels or fires for particular purposes
    • C10L10/02—Use of additives to fuels or fires for particular purposes for reducing smoke development

Abstract

本发明涉及一种在煤中掺烧添加剂降低粉煤灰含碳量的方法及产品,是由页岩矿、生石灰、电石渣、硅灰、富铁物质、含磷物质、电炉磷矿渣按重量比组成“ZLT”添加剂,用它与煤按一定比例掺烧。掺烧过程是在“ZLT”添加剂的作用下,降低了粉煤灰的含碳量,并在一定温度下,“ZLT”添加剂与粉煤灰进行放热反应,用其助燃。该添加剂可与低热值劣质煤掺烧;在煤中掺烧添加剂后产生的降碳改性粉煤灰,可按一定比例与水泥熟料共同粉磨,生产优质水泥。本发明的方法使粉煤灰得到广泛利用,同时,还可为发电厂或热电厂节约发电或供热的能耗。

Description

一种在煤中掺烧添加剂降低粉煤灰含碳量的方法及产品
本发明涉及在燃烧物中或水中加入物质，降低粉煤灰含碳量，从含烟灰的原料或燃烧残余物中得到大掺量粉煤灰混凝上的技术领域。
随着能源工业的发展，我国粉煤灰的排放量已达到1亿吨/年以上，预计到2000年可达到1.5亿吨/年，且增势迅猛，其排放物占用了大量土地。长期以来，为了治理和综合利用煤粉锅炉产生的废灰渣，各国都在探索各种解决途径。近年来，美国、英国、法国和挪威等国都在加强对粉煤灰混凝土的应用，其大掺量粉煤灰混凝土是一种较先进的粉煤灰利用方案，但其缺点是在粉煤灰中存在着大量的残碳(所说的残碳是指由于煤质或炉膛内燃烧状况等各种原因造成部分粉煤灰中的固定碳没有充分燃烧，而离开炉膛残留在灰渣里所造成的，也叫烧失量或含碳量)，粉煤灰中的残碳影响了粉煤灰在水泥制品中的质量和性能，同时，在其表面易形成一层憎水膜，它阻碍了活性物质的水化反应，对粉煤灰的凝聚集结起着离散破坏作用。锅炉燃煤的不完全燃烧，不仅造成大气的污染，而且残碳存留在灰渣中，既造成能源浪费，又影响了粉煤灰的利用。从粉煤灰自身结构，吸水性强，不仅自身无水化活性，而且在浆体固结后留下大量孔隙，降低了制品的强度，特别是降低了抗渗性和抗冻性。因此，粉煤灰是否能得到广泛利用的关键，在于降低其含碳量。
由上所述，要想增大粉煤灰的利用量，首先必须降低粉煤灰中的残碳量。国内外的燃烧专家、学者、设计人员为了实现煤的充分燃烧，做了大量工作。主要是从四个方面着手，如选择适当的过剩空气系数，保证合适的燃烧空气量，适当的炉温保证适宜的燃烧温度；为了风煤混合充分，采取了各种形式的火嘴；煤粉在炉内有一定的停留时间使之充分燃烧等，这些措施促进了锅炉内完全燃烧程度。然而，目前实际情况是：所有锅炉的灰渣都有较高残碳，烧烟煤的灰渣残碳在5～15％的范围；烧无烟煤的灰渣残碳在29～35％的范围。
本发明的主要目的是降低发电厂或热电厂煤粉炉或旋风炉所产生的粉煤灰和灰渣中的含碳量(也叫残碳量或烧失量)，从而达到能全部被利用的目的。
本发明的另一目的是节约发电厂或热电厂单位发电或供热的消耗。
本发明的另一目的是使发电厂或热电厂煤粉炉或旋风炉在保证正常工况进行发电供热的前提下，可燃用低热值的劣质煤，或掺烧低热值的劣质煤，从而使我国低热值的劣质煤得到充分利用，为国家节约能源，减少浪费，缓解能源紧张。
本发明的另一目的是用这种在煤中掺烧“ZLT”添加剂后产生的降碳改性粉煤灰具有很高的水硬活性和有价值的性能，将降碳改性粉煤灰按一定比例与水泥熟料共同粉磨并加缓凝剂可产生优质水泥。
本发明采用以下技术方案：
由页岩矿、生石灰、电石渣、硅灰、富铁物质、含磷物质、电炉磷矿渣按重量比组成“ZLT”添加剂，用此添加剂与煤按一定比例掺烧；
掺烧过程是在“ZLT”添加剂的作用下，降低了粉煤灰的含碳量，并在一定温度下“ZLT”添加剂与粉煤灰进行放热反应，用其助燃；
“ZLT”添加剂可与低热值劣质煤掺烧；
在煤中掺烧“ZLT”添加剂后，产生的降碳改性粉煤灰，由于较高的水硬活性，可按一定比例与水泥熟料共同粉磨，生产优质水泥。
“ZLT”添加剂的组份及重量百分比是：
页岩矿    5～50                  生石灰  20～90
电石渣    10～80                 硅灰    5～20
富铁物质  2～10                  含磷物质1～10
电炉磷矿渣2～5
“ZLT”添加剂与煤的配比范围(％重量)是：
燃煤60～95
“ZLT”添加剂5～40
煤与“ZLT”添加剂的混合物为细粉状，细度为0.08毫米方孔筛。筛余量为2％～30％，将细粉喷入炉膛内掺烧。
煤与“ZLT”添加剂按比例配制的细粉是喷入煤炉中掺烧。
煤与“ZLT”添加剂按比例配制的细粉是喷入旋风炉中掺烧。
煤与“ZLT”添加剂按比例配制的细粉特别是喷入发电厂的煤粉炉或旋风炉中掺烧。
煤与“ZLT”添加剂按比例配制的细粉特别是喷入热电厂的煤粉炉或旋风炉中掺烧。
煤与“ZLT”添加剂混配之前，煤是经过预均化后进入磨头储存仓后，按设定比例进行配料的。
煤与“ZLT”添加剂按比例混合后的细粉是喷入发电厂或热电厂的煤粉炉或旋风炉的炉膛内燃烧。
工艺流程如下：
选料—配比—ZLT添加剂—粉磨—储库—配称—煤均化—配称—输送机—粉磨机—粉煤仓—给粉机—喷燃器—煤粉锅炉—降碳渣—降碳灰—水泥熟料配比—粉磨—水泥。
煤与“ZLT”添加剂配好的混合料由输送机进入煤磨机，该煤磨机可以是球磨机、立式磨或其它任何形式的制粉系统，“ZLT”添加剂组份与煤细粉处于充分混合吸附状态。
喷燃器喷出的煤粉在炉膛内燃烧时，炉膛温度控制在1200～1900℃之间。
从煤粉锅炉和电器除尘收集到的粉煤灰，如果烧无烟煤，含碳量控制在3％以下；如果烧烟煤，控制到2％以下。
从煤粉锅炉排出的降碳渣、降碳灰送水泥厂或水泥粉磨站，与硅酸盐水泥熟料进行混配，可生产低成本高标号优质水泥。
降碳渣或降碳灰与硅酸盐水泥熟料混配的比例为(按重量百分比)：
水泥熟料：                       10～90
降碳改性粉煤灰、渣：             10～90
潜在水硬性材料或火山灰质材料：    0～40
石膏：                1～7
水泥粉磨细度控制在0.08毫米方孔筛，筛余量小于12％
本发明所说潜在水硬性材料是指，粒化高炉矿渣或其它工业炉粒化矿渣，本发明所说的火山灰质材料是指：硅质渣、页岩渣、煤矸石、沸石、火山灰、浮石、凝灰岩等一切有火山灰性质的材料。
表1为掺烧与未掺烧“ZLT”添加剂粉煤灰烧失量实验对照表；
表2为掺烧与未掺烧“ZLT”添加剂煤耗实验对照表；
表3为掺烧与未掺烧“ZLT”添加剂燃烧状况实验对照表。
图1为工艺流程方框图。
如图1所示本发明所产生的改性降碳灰、渣，经过球磨机或其它任何形式的粉磨机粉磨成粉煤灰细粉，粉磨细度要求在0.08毫米方孔筛，筛余量小于30％，将粉磨后的降碳粉煤灰、渣与任何水泥按一定比例混配，可制造优质混凝土。其配比为(按重量百分比)：
水泥：                      20～95
降碳灰、渣细粉              5～80
以下结合实施例对本发明作详细说明：
首先是制备多矿物组合物“ZLT”添加剂，其主要成份为……
以下结合实施例对照本发明作详细说明：首先是制备多矿物组合物“ZLT”添加剂，其主要成分为页岩矿、生石灰、电石渣、硅灰、磷石膏和硅铁渣、富铁物质、电炉磷矿渣，其中页岩矿由玄武岩风化分解后沉积而成，其含SiO2量可以在50～90％；生石灰的CaO含量在60～99％；电石渣为电石厂产生的工业废渣，其CaO含量可以在65～95％；硅灰为铁合金厂排出的废灰，其SiO2含量一般在60～95％。富铁物质是指铁矿、铁矿渣、铁粉、硫铁矿、磷铁矿等一切富含Fe2O3的矿物和工业废渣。其Fe2O3含量可在30～95％；磷石膏是指磷石膏矿或磷渣等一切富含P2O5的矿物或废渣，其P2O5含量可在5～50％；硅铁渣是指富含活性SiO2的硅铁矿工业废渣，其SiO2含量可在40～85％；磷矿渣是用电炉法制取黄磷时，所得到的以硅酸钙为主要成分的熔融物废渣，经淬冷成粒，即为粒化电炉磷渣，简称磷渣。本磷渣特指急冷后的粒状磷渣而不是自然慢冷后的块状磷渣，其P2O5含量在2～15％。
“ZLT”添加剂的配料范围如下(％重量)
页岩矿      5～50
生石灰      20～90
电石渣      10～80
硅灰        5～20
富铁物质    2～10
含磷物质      1～10
电炉磷矿渣    2～5
上述各组分的混合物称为“ZLT”。它与煤的配比范围如下(％重量)：
燃煤             60～95
“ZLT”添加剂    5～40
煤与“ZLT”的混合物磨成细粉，细度要求0.08毫米方孔筛余量为2～30％。将细粉喷入发电厂或热电厂的煤粉炉或旋风炉的炉膛内燃烧，就可达到本发明的目的。
本发明的工艺流程为：将“ZLT”各组份粉碎后进入储库，然后用电子秤、核子秤或其它形式的配料秤按配方比例进行配料，即成为“ZLT”组合料，将“ZLT”粉磨到细度为0.08毫米方孔筛筛余量2～30％送入“ZLT”储库，用运输或输送设备运送到磨头配料仓，然后与经过预均化后进入磨头储存仓的煤按设定比例进行配料，其计量和配料设备可用电子秤、核子秤、机械秤或其他任何形式的配料秤。
将煤与“ZLT”配好的混合料由输送机进入煤磨机，该煤磨机是发电厂用于制煤粉设备，可以是球磨机、立式磨或其它任何形式的制粉系统，其目的在于将“ZLT”与煤磨到要求的细度，并使“ZLT”组分与煤细粉充分混合吸附，以便在燃烧炉膛“ZLT”与煤的灰份能充分反应，达到助燃、降碳和节煤的目的。由于“ZLT”节煤数量较大，一般节煤5～20％，而加入“ZLT”的量一般占煤量的5～40％。又“ZLT”是易磨物料，并且提前经过粉磨，所以利用该发明工艺时，电厂的煤磨机一般不用更换或改造。本发明在煤粉细度上要求：细度为0.08毫米方孔筛作量为2～25％。
将出磨的煤“ZLT”混合料粉送入煤粉仓，再由给粉机送到锅炉里的喷燃器，由喷燃器喷出的燃粉在炉膛内燃烧。炉膛温度要求1200～1900℃之间，在燃烧时，由于加入“ZLT”，是放热反应，因此，炉膛亮度要比不加时亮，说明燃烧更充分。
在炉膛内燃烧反应完全后出来的粉煤灰与烟气一同进入电除尘器。由电除尘器将改性粉煤灰收集下来并由输送机，送入将碳改性粉煤灰蓄存库。该粉煤灰的降碳被降到3％(烧无烟煤灰)以下和1％(烧烟煤灰)以下，从而大大提高了粉煤灰的各种性能，由于该粉煤灰含碳量低，又有很好的活性，成本也低，因此水泥厂和水泥粉磨站都愿意接受这种产品。该降碳活性粉煤灰在使用前应均化。
另外从煤粉锅炉排出的降碳活性渣，也同样有水硬活性。将这种降碳粉煤灰和炉渣送入水泥厂或水泥粉磨站，与硅酸盐水泥熟料进行配比：水泥熟料：10～90、降碳改性粉煤灰10～70、潜在水硬性材料或火山灰质材料0～30％、石膏1～5，可生产出低成本、高标号优质水泥。
本发明由于“ZLT”成分的合理应用，使高钙粉煤灰中的f-CaO降到3％以下。目前国内有许多高钙灰或增钙灰由于f-CaO过高而影响了其被利用，一般在7～15％。
由于燃烧是放热反应，并且高温区域发生了变化，所以使锅炉的热效率也得到了提高。本发明有四个显著的优点，其首先是环境保护特点。由于降低了粉煤灰中的含碳量消除了高钙粉煤灰中的有害物质，如f-CaO，直接把火电厂的废物粉煤灰、渣全部变成高附加值的产品，使粉煤灰能够全部得到利用，既创造经济效益，又创造了环境保护效益，煤粉锅炉排出的粉煤灰、渣不再是废料，不但节省了每年扩建堆灰池的大量费用和占地，节省了输送粉煤灰至堆灰池的动力消耗，更重要的是，彻底根除了这种逐年积累增多的粉煤灰随风、雨水而侵入大气，周围土地而造成的越来越严重的环境污染。第二本发明大大降低了发电厂的发电和供热成本。如一台220吨/时的煤粉锅炉，按节煤10％算，每年可节煤1.9万吨，降低成本304万元/年(按160元/吨煤)
本发明的另一个显著特点是，能使目前发电厂和热电厂的煤粉锅炉燃用低热值的劣质煤，或掺烧低热值的劣质煤，而又不影响正常发电和锅炉出力，并且锅炉结构不需要作任何改动。由于目前煤粉锅炉设计的局限性，对煤质的要求较高，一般要求煤的热值在5000卡/千克以上。一旦燃煤热值偏低，煤粉在锅炉内就容易灭火，而使发电厂和热电厂产生事故，而不正常发电和供热，而资料显示我国煤炭储矿中有20％是4000卡/千克以下的低热值劣质煤不能被利用而被闲置和浪费。我国属能源相对短缺的国家，所以，国家一直鼓励使用这种劣质煤。如，现在正推广循环流化床炉，以使这种资源得到利用。而本发明正好解决了这个问题。本发明“ZLT”掺烧剂中含有助燃物质，使煤粉易燃，可使燃烧的高温带的发生变化。使燃煤喷嘴喷出的黑头火明显缩短，从而使煤粉提前点燃，使煤粉在炉内的燃烧时间加长，使燃烧更充分，又因“ZLT”与煤灰中的成分发生放热反应，在煤灰份中的高岭土分解吸热时，提供了热量，从而使燃烧带特别稳定。燃烧也比不加“ZLT”时更充分。所以不但节约了燃煤，同时也使粉煤灰的含碳量降低，在燃用低热值劣质煤也不灭火。使锅炉正常进行。如在吉林热电厂工业试验时1号炉和2号炉的对比实验。(见表2)
实践证明，使用本发明使用煤粉锅炉的发电厂和热电厂，可燃用热值在2500卡/千克-4000卡/千克的劣质煤，而能够还正常运行发电。
“ZLT”添加剂与煤一同粉磨形成吸附颗粒，喷入炉内进行燃烧，形成硅酸盐活性矿物，并产生放热反应，总的放热量大于总的吸热量，即是一个放热过程，这个放热反应热效应，使得燃煤中加入一定量的“ZLT”添加剂后，不仅不会影响锅炉的燃烧和出力，而且使锅炉燃烧更稳定和更充分，降低了机械和化学不完全燃烧损失，提高了燃煤锅炉的燃烧效率和热效率。
表1
某热电厂煤的品种为黑龙江鸡西烟煤
      组别   1     2     3     4    5     6     平均
   未掺烧“ZLT”粉灰烧失量(重量百分比) 6.6 7.4 6.8 5.2 4.8 8.0 6.47
    掺烧“ZLT”粉灰烧失量(重量百分比) 0.4 2.2 1.2 1.2 1.6 1.0 1.27
某发电厂、煤的品种为玉西烟煤
      组别   1     2     3     4     5     6     平均
    未掺烧“ZLT”粉灰烧失量(重量百分比) 9.3 10.4 7.7 17.4 8.6 11.2 10.73
    掺烧“ZLT”粉灰烧失量(重量百分比) 3.0 1.4 1.4 1.3 2.1 1.1 1.72
某火电厂、煤的品种为山西省西山无烟煤
      组别   1     2     3     4     5     6     平均
    未掺烧“ZLT”粉灰烧失量(重量百分比)  39.9 17.6 21.0 29.6    24.9 15.8 6.47
    掺烧“ZLT”粉灰烧失量(重量百分比) 2.5 0.9 2.1 3.4 3.0 2.8 2.28
表2
 75吨/小时锅炉节煤统计数据表(煤的品种为山西省西山烟煤)
时间 3月 4月 5月 6月 7月 8月 平均
掺烧“ZLT”后实际耗煤量(吨) 5240 4718 5889 5284 5054 5334 5253
同等负荷不掺烧“ZLT”所需耗煤量(吨) 5829 5173 6464 5930 5704 6007 5851
同等负荷节约煤量(百分比) 10.1 8.8 8.9 10.9 11.4 11.2 10.2
 220吨/小时锅炉节煤统计数据表(煤的品种为黑龙江省鸡西烟煤)
    时间 11月 12月 1月 2月 3月 4月 平均
    掺烧“ZLT”后实际耗煤量(吨) 17745 18627 19168 20438 19915 19116 19168
    同等负荷不掺烧“ZLT”所需耗煤量(吨) 20034 21104 21564 22788 22285 21410 21545
    同等负荷节约煤量(百分比) 11.4 11.7 11.1 10.3 10.6 10.7 11.0
 220吨/小时锅炉节煤统计数据表(煤的品种为烟煤)
    时间 5月 6月 7月 9月 10月 12月 平均
掺烧“ZLT”后实际耗煤量(吨) 13646 14838 13698 13116 14725 14497 14087
同等负荷不掺烧“ZLT”所需耗煤量(吨) 15595 16323 15891 14905 16714 16072 15918
同等负荷节约煤量(百分比) 12.5 9.1 13.8 12.0 11.9 9.8 11.5

Claims (16)

1.一种在煤中掺烧添加剂降低粉煤灰含碳量的方法及产品，其特征在于：
由页岩矿、生石灰、电石渣、硅灰、富铁物质、含磷物质、电炉磷矿渣按重量比组成“ZLT”添加剂；
用上述“ZLT”添加剂与煤按一定比例掺烧；
掺烧过程是在“ZLT”添加剂的作用下，降低了粉煤灰的含碳量，并在一定温度下“ZLT”添加剂与粉煤灰进行放热反应，用其助燃；
“ZLT”添加剂可与低热值劣质煤掺烧；
在煤中掺烧“ZLT”添加剂后产生的降碳改性粉煤灰，由于较高的水硬活性，可按一定比例与水泥熟料共同粉磨，生产优质水泥。
2.根据权利要求1所述的在煤中掺烧剂降低粉煤灰含碳量的方法，其特征在于：“ZLT”添加剂的组份及重量百分比是：
页岩矿    5～50               生石灰  20～90
电石渣    10～80              硅灰    5～20
富铁物质  2～10               含磷物质1～10
电炉磷矿渣2～5
3.根据权利的要求1所述的在煤中掺烧添加剂降低粉煤灰含碳量的方法，其特征在于：“ZLT”添加剂与煤的配比范围(％重量)是：
燃煤60～95
“ZLT”添加剂5～40
4.根据权利要求1所述的在煤中掺烧添加剂降低粉煤灰含碳量的方法，其特征在于：
煤与“ZLT”添加剂的混合物为细粉状，细度为0.08毫米，方孔筛。筛余量为2％30％，将细粉喷入炉膛内掺烧。
5.根据权利要求1和4所述的在煤中掺烧添加剂降低粉煤灰含碳量的方法，其特征在于：
煤与“ZLT”添加剂按比例配制的细粉是喷入煤粉炉中掺烧
6.根据权利要求1和4所述的在煤中掺烧添加剂降低粉煤灰含碳量的方法，其特征在于：
煤与“ZLT”添加剂按比例配制的细粉是喷入旋风炉中掺烧。
7.根据权利要求1和4所述的在煤中掺烧添加剂降低粉煤灰含碳量的方法，其特征在于：
煤与“ZLT”添加剂按比例配制的细粉特别是喷入发电厂的煤粉炉或旋风炉中掺烧。
8.根据权利要求1和4所述的在煤中掺烧添加剂降低粉煤灰含碳量的方法，其特征在于：
煤与“ZLT”添加剂按比例配制的细粉特别是喷入热电厂的煤粉炉或旋风炉中掺烧。
9.根据权利要求1所述的在煤中掺烧添加剂降低粉煤灰含碳量的方法，其特征在于：
煤与“ZLT”添加剂混配之前，煤是经过预均化后进入磨头储存仓后，按设定比例进行配料的。
10.根据权利要求1所述的在煤中掺烧添加剂降低粉煤灰含碳量的方法，其特征在于：
煤与“ZLT”添加剂按比例混合后的细粉是喷入发电厂或热电厂的煤粉炉或旋风炉的炉膛内燃烧。
11.根据权利要求1所述的在煤中掺烧添加剂降低粉煤灰含碳量的方法，其特征在于：工艺流程是选料—配比—ZLT添加剂—粉磨—储库—配称—煤均化—配称—输送机—粉磨机—煤粉仓—给粉机—喷燃器—煤粉锅炉—降碳渣—降碳灰—水泥熟料配比—粉磨—水泥。
12.根据权利要求1所述的在煤中掺烧添加剂降低粉煤灰含碳量的方法，其特征在于：煤与“ZLT”添加剂配好的混合料由输送机进入煤磨机，该煤磨机可以是球磨机、立式磨或其它任何形式的制粉系统，“ZLT”添加剂组分与煤细粉处于充分混合吸附状态。
13.根据权利要求1所述的在煤中掺烧添加剂降低粉煤灰含碳量的方法，其特征在于：喷燃器喷出的煤粉在炉膛内燃烧时，炉膛温度控制在1200～1900℃之间。
14.根据权利要求1和11所述的在煤中掺烧添加剂降低粉煤灰含碳量的方法及产品，其特征在于，降碳渣或降碳灰经过粉磨与各种水泥按一定比例混配可制造优质混凝土。降碳灰、渣细粉与水泥的比例为(重量百分比)：
水泥：             20～95
降碳灰、渣细粉：    5～80
降碳灰渣粉磨细度要求在0.08毫米方孔筛，筛余量小于30％。
15.根据权利要求1所述的在煤中掺烧添加剂降低粉煤灰的含碳量的方法及产品，其特征在于：从煤粉锅炉排出的降碳渣、降碳灰送水泥厂或水泥粉磨站，与硅酸盐水泥熟料进行混配，可生产低成本高标号优质水泥。
16.根据权利要求1和11所述的在煤中掺烧添加剂降低粉煤灰含碳量的方法及产品，其特征在于：降碳渣或降碳灰与硅酸盐水泥熟料混配可生产优质水泥其比例为(按重量百分比)：
水泥熟料：                       10～90
降碳改性粉煤灰渣：                10～90
潜在水硬性材料或火山灰质材料：     0～40
石膏：                           1～7
本水泥粉磨细度要求在0.08毫米方孔筛，筛余量小于12％。
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