DD289058A5 - METHOD AND APPARATUS FOR FEEDING WATER PREPARATION FOR GASIFICATION REACTORS WITH A BOTTOM WATER SCREEN - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vorwaermung von Speisewasser in Vergasungsreaktoren fuer staubfoermige feste Brennstoffe zur Erzeugung CO- und H2-reicher Gase fuer chemische Synthesen, fuer Reduktionsprozesse in der Metallurgie und fuer energetische Zwecke. Das Ziel der Erfindung besteht darin, Betriebsverhalten und Wirtschaftlichkeit des Vergasungsreaktors mit Siedewasserkuehlschirm zu verbessern. Daraus leitet sich die Aufgabe ab, einen Anteil der fuehlbaren Waerme des Rohgases auf Speisewaesser zu uebertragen. Erfindungsgemaesz wird ein Anteil der fuehlbaren Waerme des Rohgases an eine Vorwaermerheizflaeche uebertragen, die mindestens einen Teil der Wandung des Gasaustrittskanals bildet und ueber einen Pufferbehaelter mit Speisewasser beaufschlagt wird. Fig. 1{Speisewasservorwaermung; Vergasungsreaktor Siedewasserkuehlschirm; Vorwaermerheizflaeche; Pufferbehaelter; Saugleitung; Umwaelzpumpe; Durchfluszmeszeinrichtung; Temperaturregler; Drosselscheibe; Fuellstandsregelung; Verdampfersystem}The invention relates to a method and apparatus for preheating feedwater in gasification reactors for Staubfoermige solid fuels for producing CO and H2-rich gases for chemical synthesis, for reduction processes in metallurgy and for energy purposes. The object of the invention is to improve the performance and economy of the gasification reactor gasification reactor. From this, the task is derived to transfer a proportion of the heat from the raw gas to feed water. According to the invention, a portion of the heatable heat of the raw gas is transferred to a preheater heating surface, which forms at least part of the wall of the gas outlet channel and is supplied with feed water via a buffer container. Fig. 1 {feed water preheating; Gasification reactor boiling water canopy; Vorwaermerheizflaeche; Pufferbehaelter; suction line; circulation pump; Durchfluszmeszeinrichtung; Temperature control; Orifice plate; Fuellstandsregelung; Evaporator system}
Description
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vorwärmung von Speisewasser in Vergasungsreaktoren für staubförmige feste Brennstoffe, deren Reaktionsraum durch einen mit siedendem Wasser beaufschlagten Kühlschirm begrenzt wird. Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Erzeugung CO- und H2-reicher Gase für chemische Synthesen, für Reduktionsprozesse in der Metallurgie und für energetische Zwecke.The invention relates to a method and a device for preheating feedwater in gasification reactors for dust-like solid fuels, the reaction space is limited by an acted upon boiling water cooling screen. The field of application of the invention is the production of CO and H 2 -rich gases for chemical syntheses, for reduction processes in metallurgy and for energy purposes.
Für die Vergasung von staubförmigen festen Brennstoffen sind gegenwärtig Verfahren nach dam Prinzip der Partialoxydation von Bedeutung, die unter hohem Druck arbeiten, die eine hohe Raum-Zeit-Ausbeute aufweisen und mit einem hohen Kohlenstoffumsetzungsgrad bei Temperaturen oberhalb des jeweiligen Ascheschmelzpunktes arbeiten. Die Reaktion läuft in Form einer Flamme innerhalb eines freien Reaktionsraumes ab, der durch einen Kühlschirm aus metallischen Rohren begrenzt wird, die mit einem Kühlmedium beaufschlagt werden. Nach DD-WP 237318 ist bekannt, den Kühlschirm des Vergasungsreaktors als Siedewassersystem auszuführen.For the gasification of dust-like solid fuels, processes according to the principle of partial oxidation, which operate under high pressure, have a high space-time yield and operate with a high degree of carbon conversion at temperatures above the particular ash melting point, are of importance at present. The reaction proceeds in the form of a flame within a free reaction space delimited by a cooling screen of metallic tubes which are exposed to a cooling medium. According to DD-WP 237318 is known to perform the cooling screen of the gasification reactor as a boiling water system.
Systeme dieser Art haben den Vorteil, die aus dem Reaktionsraum abgeführte Wärme in Form von Dampf höheren Druckes zurückzugewinnen.Systems of this type have the advantage of recovering the heat dissipated from the reaction space in the form of higher pressure steam.
Für ein solches Verdampfersystem ist es notwendig, das nachzuspeisende Speisewasser mit einem niedrigen Temperaturniveau auf ein höheres Niveau zu bringen. In den bisher bekannten Fällen erfolgt eine Speisewassertemperaturerhöhung entweder durch eine Fremdvorwärmung mittels Wärmeübertrager oder durch eine apparativ aufwendige prozeßeigene Abhitzeverwertung, wobei die Leistung der Vorwärmeeinrichtung 1er jeweiligen Leistung des Siedewasserkühlschirmes angepaßt werden muß.For such an evaporator system, it is necessary to raise the feed water to be fed with a low temperature level to a higher level. In the hitherto known cases, a feedwater temperature increase takes place either by a foreign preheating by means of heat exchangers or by an apparatus consuming waste heat recovery, whereby the power of the preheating device must be adapted to the respective power of the boiling water cooling screen.
DE-OS 2933716 zeigt beispielsweise die Anwendung des Speisewass jrvorwärmers als Berührungsheizfläche in einem der weiteren Kühlung des Rohgases dienenden Gefäß, wobei das Temr jraturniveau des Rohgases mit na. 5000C schon relativ niedrig ist. Es zeigt sich, daß das Regelverhalten des Speisewasser ,'orwärmers und des Siedewassersystems des V^.gasungsreaktors stark auseinandergehen und daß es insbesondre im Anfahrbetrieb und bei schwankender Leistung desDE-OS 2933716 shows, for example, the application of the feedwater jrvorwärmers as Berührungsheizfläche in one of the further cooling of the raw gas serving vessel, the Temr is jraturniveau of the raw gas with na. 500 0 C is already relatively low. It turns out that the control behavior of the feedwater, orwärmers and the boiling water system of V ^ .gasungsreaktors divide strongly and that it is especially in the start-up operation and with fluctuating performance of
Vergasungsreaktors sehr kompliziert ist, einerseits die gerade für das Siedewassersystem benötigte, vorgewärmte Speisewassermenge bereitzustellen, andererseits die geforderte Temperaturabsenkung des Rohgases bei Passieien des Vorwärmers zu gewährleisten und gleichzeitig thermische Überlastungen der Vorwärmerheizflächen auszuschließen.Gasification reactor is very complicated, on the one hand provide the just needed for the boiling water system, preheated feedwater quantity, on the other hand to ensure the required temperature reduction of the raw gas at Passieien the preheater and at the same time exclude thermal overloads of Vorwärmerheizflächen.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, Betriebsverhalten und Wirtschaftlichkeit des Vergasungsreaktors mit Siedewasserkühlechirm zu verbessern.The object of the invention is to improve the performance and economy of the gasification reactor with Siedewasserkühlechirm.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren i'nd eine Vorrichtung zur Speisewasservorwärmung für Vergasungsreaktoren mit einem Siedewasserkühlschirm mit einem Regelverhalten zu schaffen, daß dem Regelverhalten des Siedewassersystems weitgehend angepaßt ist und die raschen Anfahr- und Lastwechselbetriebe des Reaktors ohne thermische Überlastung und ohne aufwendige Regelsysteme für die Speisewasserversorgung und den Siedewasserkühlschirm ermöglicht.The invention has for its object to provide a method i'nd a device for feedwater preheating for gasification reactors with a boiling water cooling screen with a control behavior that the control behavior of the boiling water system is largely adapted and the rapid start-up and Lastwechselbetriebe the reactor without thermal overload and no costly Control systems for the feedwater supply and the boiling water cooling screen allows.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem Vergasungsreaktor, in dem in einem freien von einem Siedewasserkühlschirm begrenzten Reaktionsraum durch Umsatz eines fließfähigen Brennstoffes, wie z. B. Kohlenstaub mit Oxydationsmittel, ein heißes Rohgas erzeugt wird, welches über einen Gasaustrittskanal aus dem Reaktionsraum abgeführt wird, ein Anteil der fühlbaren Wärme des Rohgases an eine Vorwärmerheizfläche übertragen wird, welche mindestens einen Teil der Wandungen des Gasaustrittskanals bildet und über einen Pufferbehälter mit Speisewasser beaufschlagt wird. Die Strömungsgeschwindigkeit des Speisewassers wird beim Durchgang durch die Rohre der Vorwärmerheizfläche oberhalb einer Mindestgeschwindigkeit von 1,5m/s gehalten, während die Temperatur des Speisewassers bei Austritt aus der Vorwärmerheizfläche einen Grenzwert nicht überschreitet, der unterhalb der Siedetemperatur des Speisewassers bei dem an dieser Stelle herrschenden Druck festgelegt ist. Um das zu erreichen, wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der Mengenstroi.i des vorgewärmten Speisewassers in voller Höhe einem zu dem Siedewasserkühlschirm gehörenden Verdampfersystem zugeführt, solange die Austrittstemperatur des Speisewassers unterhalb des genannten Grenzwertes bleibt. Dabei erfolgt die Regelung der der Vorwärmerheizfläche zugeführten Speisewassermenge in Abhängigkeit vom Wasserstand im Vordampfersystem, das neben dem Siedewasserkühlschirm beispielsweise aus einer Trommel, einer Falleitung mit zugehöriger Zwangsumlaufpumpe und einer Reihe von Steigleitungen zwischen Siedewasserkühlschirm und Trommel sowie zugehörigen Armaturen und Anschlüssen besteht.According to the invention the object is achieved in that in a gasification reactor, in which in a free limited by a boiling water cooling screen reaction space by sales of a flowable fuel such. As coal dust with oxidant, a hot raw gas is generated, which is discharged via a gas outlet channel from the reaction space, a proportion of the sensible heat of the raw gas is transferred to a Vorwärmerheizfläche, which forms at least part of the walls of the gas outlet channel and a buffer tank with feed water is charged. The feed water flow rate is maintained above a minimum velocity of 1.5 m / s as it passes through the preheater heater tubes while the temperature of the feedwater exiting the preheater heater surface does not exceed a boiling point of the feedwater at that location Pressure is set. In order to achieve this, according to the method of the invention the Mengenstroi.i of the preheated feedwater is fed in full to one belonging to the boiling water cooling screen evaporator system, as long as the outlet temperature of the feedwater remains below said limit. In this case, the regulation of the Vorwärmerheizfläche supplied feedwater amount depending on the water level in Vordampferersystem, which consists in addition to the Siedewasserkühlschirm example of a drum, a downfall with associated forced circulation pump and a series of risers between boiling water cooling screen and drum and associated fittings and connections.
Wenn die Austrittstemperatur des Speisewassers den genannten Grenzwert erreicht, wird entsprechend der Erfindung ein zusätzlicher Teilstrom des vorgewärmten Speisewassers abgezweigt und in den Pufferbehälter zurückgeführt. Die Menge des Teilstromes wird in Abhängigkeit von der Temperatur des vorgewärmten Speisewassers so geregelt, daß der Grenzwert für die genannte Speisewassertemperatur nicht überschritten wird.When the outlet temperature of the feedwater reaches the stated limit value, an additional partial flow of the preheated feedwater is branched off according to the invention and returned to the buffer tank. The amount of the partial flow is controlled in dependence on the temperature of the preheated feedwater so that the limit for said feedwater temperature is not exceeded.
Bei der Durchführung des Verfahrens zeigt sich, daß die Rückführung des vorgewärmten Speisewassers nur auf Ausnahmezustände, z.B. Anfahren der Anlage, beschränkt ist. Erfahrungsgemäß wird die Wandung des Reaktionsraumes sowohl im Reaktor als auch im Gasausströmkanal annähernd mit den gleichen Wärmestromdichten beaufschlagt. Erfindungsgemäß wird diese Erkenntnis ausgenutzt für den Gleichlauf von Speisewasservorwärmung über dem Gasaustrittskanal angeordnete Vorwärmerheizfläche und der Zuspeisung von erwärmtem Speisewasser in das Verdampfersystem, um das durch die Verdampfung entstandene Speisewasserdefizit auszugleichen. Aus sicherheitstechnischen Erwägungen heraus ist es dabei vorteilhaft, wenn der Speisewasserdruck höher ist als der Druck des Rohgases im Gasaustrittskanal.In carrying out the process, it can be seen that the recirculation of the preheated feedwater is limited to emergency conditions, e.g. Starting the plant is limited. Experience has shown that the wall of the reaction space is subjected to approximately the same heat flux densities both in the reactor and in the gas outlet channel. According to the invention, this finding is exploited for the synchronization of feedwater preheating over the gas outlet channel arranged preheater and the feeding of heated feed water in the evaporator system to compensate for the resulting from the evaporation feed water deficit. For safety reasons, it is advantageous if the feedwater pressure is higher than the pressure of the raw gas in the gas outlet channel.
Erfindungsgemäß besteht eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aus einer Vorwärmerheizfläche im Wandbereich des Gasaustrittskanals, die über eine entsprechende Zulaufleitung mit einer im Zulauf installierten Durchflußmengenüberwachung, einem Pufferbehälter und einem Anschluß mit einer Quelle für Speisewasser verknüpft ist und über eine Ablaufleitung einschließlich Regelventil mit dem Verdampfersystem verbunden ist, dabei wire' durch das Regelventil mittels einer Füllstandsregeleinrichtung der Wasserstand in dem Verdampfersystem eingestellt. Von der Ablauf leitung zweigt eine Rückführleitung für Speisewasser mit einem zweiten Regelventil und einer nachgeschalteten Drosselscheibe ab, mit einer Einbindung in den Pufferbehälter, wobei das zweite Regelventil durch einen in der Ablaufleitung befindlichen Temperaturregler angesteuert wird.According to the invention, an apparatus for carrying out the method of a Vorwärmerheizfläche in the wall region of the gas outlet channel, which is linked via a corresponding supply line with a flow meter installed in the inlet, a buffer tank and a connection to a source of feed water and connected via a drain line including control valve to the evaporator system is, thereby wire 'set by the control valve by means of a level control device, the water level in the evaporator system. From the drain line branches a return line for feed water with a second control valve and a downstream throttle plate, with an involvement in the buffer tank, wherein the second control valve is controlled by a located in the drain line temperature controller.
Bei der Ausführung der Erfindung wird die Vorwärmerheizfläche durch eine spiralförmig eingängig gewickelte Rohrkonstruktion gebildet, die auf ihrer dem Rohgasweg zugewandten Seite bestiftet und mit einer feuerfesten Stampfmasse versehen ist. Die Auslegung bzw. Dimensionierung der Vorwärmerheizfläche muß erfindungsgemäß so vorgenommen werden, daß das Verhältnis von Vorwärmerheizflächo zu Siedewasserkühlschirm annähernd dem Verhältnis von gewünschter Temperaturerhöhung des Speisewassers im Vorwärmer zur Verdampfungsenthalpie bei dem jeweiligen Systemdruck im Siedewasserkühlschirm entspricht.In the embodiment of the invention, the Vorwärmerheizfläche is formed by a spirally catchy wound tube construction, which is bestipet on its side facing the Rohgasweg and provided with a refractory ramming mass. The design and dimensioning of Vorwärmerheizfläche must be made according to the invention so that the ratio of Vorwärmerheizflächo to boiling water cooling screen approximately the ratio of desired temperature increase of the feedwater in the preheater to enthalpy of vaporization at the respective system pressure in the boiling water cooling screen.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung soll anhand der Figur 1 beschrieben werden. Die Figur i zeigt den Vergasungsreaktor einer Staubdruckvergasungsanlage, dessen Reaktionsraum 1 mit einem Siedewasserkühlschirm 2 gebildet wird, der als Verdampfersystem im Zwangumlauf arbeitet. Dem Verdampfersystem, bestehend aus Siedewasserkühlschirm 2,The invention will be described with reference to FIG 1. FIG. 1 shows the gasification reactor of a dust-gasification plant, the reaction space 1 of which is formed by a boiling-water cooling screen 2 which operates as an evaporator system in forced circulation. The evaporator system, consisting of boiling water cooling screen 2,
Verbindungsleitung 3, Trommel 4, Saugleitung 5 und Umwälzpumpe 6 sowie der Zuführungsleitung 7 zum Sledewasserkühlschlrm 2 wird ständig vorgewärmtes Speisswasser zugeführt. Das bei der Vergasung erzeugte CO- und H2-relche heiße Rohgas verläßt bei Temperaturen von 1300 bis 16000C durch den Gasaustrittskanal 8 zusammen mit flüssiger Schlacke den Reaktionsraum 1.Connecting line 3, drum 4, suction line 5 and circulating pump 6 and the supply line 7 to Sledewasserkühlschlrm 2 is constantly fed preheated feed water. The generated during the gasification CO and H 2 -relche hot raw gas leaves at temperatures of 1300 to 1600 0 C through the gas outlet channel 8 together with liquid slag the reaction space. 1
Im unteren Abschnitt des Gasaustrittskanals 8 ist dessen Wandung als eine Vorwärmerheizfläche 9 zur Vorwärmung von Speisewasser ausgeführt. Sie ist als spiralförmig eingängig gewickelte Rohrkonstruktion ausgebildet, die auf der dem Rohgasstrom zugewandten Seite bestiftet und mit einer keramischen Schutzschicht versehen ist. Die Vorwärmorheizfläche 9 dient als Speisewasservorwärmer für das angekoppelte Verdampfersystem des Reaktors und wird über Anschluß 21, Pufferbehälter 18, Leitung 10 und Speisewasserpumpe 11 mit aufbereitetem Speisewasser versorgt. Die Speisewasserzufuhr wird über die Durchflußmeßeinrichtung 12 überwacht. Das in der Vorwärmerheizfläche 9 durch die anteilmäßige Nutzung der fühlbaren Wärme des austretenden Rohgases aufgewärmte Speisewasser verläßt über die Ablaufleitung 13, die an die Trommel 4 angeschlossen ist, die Vorwärmerheizfläche 9. In der Ablaufleitung 13 ist ein Regelventil 20 eingebunden, das von einer Füllstandsregeleinrichtung 19 der Trommel 4 des Verdampfungssystems angesteuert wird. Von der Ablaufleitung 13 zweigt eine Rückführleitung 15 ab, die mit dem Pufferbehälter 18 verbunden ist. In der Rückführleitung 15 ist ein zweites Regelventil 16sowie eine Drosselscheibe 17 eingebunden. Das zweite Regelventil 16 wird von einem Temperaturregler 14 in der Ablaufleitung 13 so angesteuert, daß bei Erreichen des vorgegebenen Grenzwertes der Temperatur des erwärmten Speisewassers in der Ablaufleitung 13 das Regelventil 16 öffnet.In the lower portion of the gas outlet channel 8 whose wall is designed as a Vorwärmerheizfläche 9 for preheating feedwater. It is designed as a spirally catchy wound pipe construction, which is pinned on the side facing the raw gas stream and provided with a ceramic protective layer. The Vorwärmorheizfläche 9 serves as feedwater for the coupled evaporator system of the reactor and is supplied via port 21, buffer tank 18, line 10 and feedwater pump 11 with treated feed water. The feedwater supply is monitored via the flowmeter 12. The heated in the Vorwärmerheizfläche 9 by the proportionate use of the sensible heat of the exiting raw gas feed water leaves via the drain line 13 which is connected to the drum 4, the Vorwärmerheizfläche 9. In the drain line 13, a control valve 20 is incorporated, by a level control device 19th the drum 4 of the evaporation system is driven. From the drain line 13 branches off a return line 15, which is connected to the buffer tank 18. In the return line 15, a second control valve 16 and a throttle plate 17 is integrated. The second control valve 16 is controlled by a temperature controller 14 in the drain line 13 so that upon reaching the predetermined limit of the temperature of the heated feed water in the drain line 13, the control valve 16 opens.
In diesem Fall fließt ein zusätzlicher Teilstrom des erwärmten Speisewassers in den Pufferbehälter 18 zurück, wobei der Öffnungsgrad des Regelventils 16 sich so einstellt, daß dieser vorgegebene Temperaturgrenzwert nicht überschritten wird. Das Reaktorkühlsystem wird vor dem Anfahren des Reaktors mit kaltem Speisewasser gefüllt. Nach dem Zünden des Hilfsbrenners, mit dem die Reaktoranlage auf Druck und Temperatur gebracht wird, erfolgt gleichzeitig die Aufheizung des Inhaltswassers bis auf eine Wassertemperatur, die unterhalb der Siedetemperatur bei dem im System herrschenden Druck liegt. Während der Aufheizphase durch den Hilfsbrenner ist bis zu diesem Zeitpunkt eine Speisewassernachspeisung in die Trommel nicht erforderlich. Bei Erreichen des Grenzwertes der Speisewasseraustrittstemperatur nach der Vorwärmerheizfläche 9, der zu 15 K unterhalb der Siedetemperatur des Speisewasser bei dem an dieser Stelle herrschenden Druckes festgelegt ist, strömt eine Mindestspeisewassermenge durch die Vorwärmerheizfläche 9, die über die Rückführleitung 15 in den Pufferbehälter 18 zurückgeführt wird. Die Durchflußmenge wird dabei in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur des Speisewasser nach dem Vorwärmer geregelt. Bei Erreichen des für die Reaktoranlage vorgeschriebenen Betriebsdruckes wird der Arbeitsbrenner gezündet.In this case, an additional partial flow of the heated feed water flows back into the buffer tank 18, wherein the degree of opening of the control valve 16 is adjusted so that this predetermined temperature limit is not exceeded. The reactor cooling system is filled with cold feed water before starting the reactor. After the ignition of the auxiliary burner, with which the reactor plant is brought to pressure and temperature, at the same time the heating of the water content is up to a water temperature which is below the boiling temperature at the pressure prevailing in the system. During the heating-up phase by the auxiliary burner, a feed-water feed into the drum is not required until this time. Upon reaching the limit value of the feed water outlet temperature after the Vorwärmerheizfläche 9, which is set to 15 K below the boiling temperature of the feed water at the pressure prevailing at this point, flows a minimum feed water through the Vorwärmerheizfläche 9, which is returned via the return line 15 into the buffer tank 18. The flow rate is regulated depending on the outlet temperature of the feed water after the preheater. Upon reaching the prescribed for the reactor plant operating pressure of the working burner is ignited.
Mit einsetzender Dampferzeugung im Arbeitsmittelsystem öffnet das Regelventil 20, und bei Überschreitung des festgelegten Grenzwertes für die Speisewasseraustrittstemperatur nach der Vorwärmerheizfläche 9 wird über den Temperaturregler 14 das in der Rückführleitung 15 angeordnete zweite Regelventil 16 wieder geschlossen. Das durch die Verdampfung entstandene Speisewasserdefizit wird ständig über die Füllstandsregelung 19 mittels Regelventil 20 ersetzt. Je nach Arbeitsbrennerleistung und Wärmeangebot im Reaktionsraum sowie im Gasaustrittskanal stellt sich eine dementsprechende stabile Dampferzeugung ein.With the onset of steam generation in the working fluid system, the control valve 20 opens, and when exceeding the specified limit for the feed water outlet temperature after the Vorwärmerheizfläche 9, the arranged in the return line 15 second control valve 16 is closed again via the temperature controller 14. The resulting from the evaporation feed water deficit is constantly replaced by the level control 19 by means of control valve 20. Depending on the working burner power and heat supply in the reaction chamber and in the gas outlet channel, a corresponding stable steam generation is established.
Claims (2)
Priority Applications (1)
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DD33204589A DD289058A5 (en) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | METHOD AND APPARATUS FOR FEEDING WATER PREPARATION FOR GASIFICATION REACTORS WITH A BOTTOM WATER SCREEN |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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DD289058A5 true DD289058A5 (en) | 1991-04-18 |
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Family Applications (1)
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