DE102008038351A1 - Power station, has heat exchanger to which heat is delivered from fluid medium flowing from motor to feed pump at certain temperature, where heat exchanger returns heat to fluid medium flowing from feed pump to boiler - Google Patents

Power station, has heat exchanger to which heat is delivered from fluid medium flowing from motor to feed pump at certain temperature, where heat exchanger returns heat to fluid medium flowing from feed pump to boiler Download PDF

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Abstract

The power station has a boiler (2) for evaporating fluid medium i.e. water. A steam-powered assembly i.e. motor (3), is connected downstream the boiler. A feed pump (1) conveys the fluid medium to the boiler. A heat exchanger (4) is provided in a heat pump arrangement (6), where the fluid medium flowing from the motor to the feed pump delivers heat to the heat exchanger and flows into the feed pump at a temperature of about 50 degree Celsius. The heat exchanger returns the heat to the fluid medium flowing from the feed pump to the boiler. An independent claim is also included for a method for operating a power station.

Description

Die Erfindung betrifft den Betrieb eines Kraftwerks.The The invention relates to the operation of a power plant.

Aus der Praxis ist es bekannt, ein flüssiges Medium – üblicherweise Wasser – in einem Kessel zu erhitzen, den Wasserdampf zum Antrieb eines elektrischen Generators zu verwenden, den entspannten Dampf anschließend herunterzukühlen und das heruntergekühlte Wasser anschließend mittels einer so genannten Speisepumpe wieder zum Kessel zu fördern, in dem es erneut erhitzt und verdampft wird. Der Generator ist dabei mittels einer Dampfturbine angetrieben. Statt ausschließlich elektrische Energie mittels eines Generators zu erzeugen kann es vorgesehen sein, die Dampfturbine als Antrieb einer Maschine zu verwenden oder ein anderes Aggregat als eine Dampfturbine von dem Dampf antreiben zu lassen, beispielsweise einen Dampfmotor. Nachfolgend wird daher verallgemeinernd von einem Motor gesprochen, was stellvertretend für die verschiedenartigen vom Dampf angetriebenen Aggregate steht.Out In practice, it is known a liquid medium - usually Water - to heat in a kettle, the steam to Drive an electric generator to use the relaxed steam then cool down and the cooled down Water then by means of a so-called feed pump again to promote the boiler, where it reheated and evaporated. The generator is driven by a steam turbine. Instead of using only electrical energy by means of a Generators can be provided, the steam turbine to use as a drive of a machine or another unit as a steam turbine driven by the steam, for example a steam engine. The following is therefore generalized by a Engine spoken, which is representative of the diverse powered by steam units.

Für den Betrieb der Speisepumpe sind vorgegebene Temperaturen des Wassers einzuhalten. Beispielsweise ist es aus der Praxis bekannt, dass das Wasser eine Temperatur von etwa 40 bis 50° Celsius nicht überschreiten soll, wenn es in die Speisepumpe eintritt.For The operation of the feed pump are predetermined temperatures of the water observed. For example, it is known from practice that the Water should not exceed a temperature of about 40 to 50 ° Celsius should when it enters the feed pump.

Um den entspannten Dampf einerseits herunterzukühlen und andererseits das kühle Wasser, bevor es in den Kessel eintritt, vorzuwärmen, also um den Wärmeinhalt des zunächst erzeugten Dampfes stromabwärts vom Motor möglichst beizubehalten und Energieverluste zu vermeiden, ist es bekannt, den ent spannten Dampf durch einen Wärmetauscher zu führen, so dass innerhalb dieses Wärmetauschers der entspannte Dampf Wärmeenergie an das vergleichsweise kühle Wasser abgeben kann, bevor dieses in den Kessel gelangt.Around to cool down the relaxed steam on the one hand and on the other hand preheat the cool water before it enters the boiler, So the heat content of the first generated Maintain steam downstream from the engine as much as possible and To avoid energy losses, it is known the ent spannen steam through a heat exchanger, so that inside This heat exchanger of the relaxed steam heat energy can give off to the comparatively cool water before this gets into the boiler.

Dennoch ist es aus der Praxis bekannt, dass die Kühlwirkung allein durch den Wärmetauscher nicht ausreicht, um den entspannten Dampf auf die pumpentaugliche Temperatur herunterzukühlen. Aus diesem Grunde verfügen die Kraftwerke über große Kühltürme, in denen durch Verdunstung der überschüssige Wärmeinhalt dem zur Speisepumpe strömenden Wasser entzogen wird.Yet It is known from practice that the cooling effect alone through the heat exchanger is insufficient to the relaxed To cool the steam down to the pump-suitable temperature. For this reason, the power plants have over large cooling towers, where by evaporation the excess heat content to the Feed pump is withdrawn from flowing water.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Kraftwerk dahingehend zu verbessern, dass das Medium innerhalb des Kraftwerks mit möglichst geringen thermischen Verlusten geführt werden kann. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein dementsprechendes Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks anzugeben.Of the Invention is based on the object, a generic Power station to improve so that the medium within the Power plant with the lowest possible thermal losses can be performed. Furthermore, the invention is the Task is based, a corresponding method of operation of a power plant.

Diese Aufgabe wird durch ein Kraftwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Verfahrensschritten gemäß Anspruch 4 gelöst.These Task is by a power plant with the features of the claim 1 and by a method with the method steps according to claim 4 solved.

Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, dass aus dem Motor zur Speisepumpe zurückströmende Medium mittels einer Wärmepumpe abzukühlen. Auf diese Weise kann die Temperatur des Mediums so weit abgesenkt werden, dass eine zusätzliche, Verlust behaftete Verdunstungskühlung erheblich reduziert werden kann oder sogar vollständig überflüssig wird. Weiterhin kann in an sich bekannter Weise durch Reihenschaltung zweier Wärmetauscher im Rahmen dieser Wärmepumpe eine Erhöhung der von der Wärmepumpe erzielbaren Temperatur des in der Wärmepumpe verwendeten Wärmeträgers ermöglicht werden, wie dies beispielsweise aus der DE 10 2006 054 046 B3 bekannt ist. Es können also Temperaturen von ca. 80°C im Rahmen der Vorwärmung erzielt werden.In other words, the invention proposes that the medium flowing back from the motor to the feed pump be cooled by means of a heat pump. In this way, the temperature of the medium can be lowered so that additional, lossy evaporative cooling can be significantly reduced or even completely unnecessary. Furthermore, an increase in the recoverable from the heat pump temperature of the heat carrier used in the heat pump can be made possible in a conventional manner by series connection of two heat exchangers in the context of this heat pump, as for example from the DE 10 2006 054 046 B3 is known. So it can be achieved by preheating temperatures of about 80 ° C.

Während es an sich bekannt ist, Wärmepumpen zum Betrieb von Heizungen zu verwenden, wird vorschlagsgemäß die Wärmepumpe im Rahmen eines Kraftwerks verwendet.While It is known, heat pumps for the operation of heaters It is proposed to use the heat pump used in the context of a power plant.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der rein schematischen Darstellung nachfolgend näher erläutert, wobei die nachfolgend erwähnten technischen Rahmenbedingungen, beispielsweise Temperatur- und Druckwerte, keinesfalls einen beschränkenden, sondern vielmehr lediglich einen beispielhaft illustrativen Charakter haben.The The present invention will be described with reference to the purely schematic representation explained in more detail below, the following mentioned technical conditions, for example Temperature and pressure values, never a limiting, but rather merely an exemplary illustrative character to have.

In der Zeichnung sind einige, für den vorliegenden Vorschlag relevante, Komponenten eines Kraftwerks rein beispielhaft und in Form eines Blockschaltbildes dargestellt. Am unteren Bildrand ist eine Speisepumpe mit 1 angedeutet. Diese pumpt ein flüssiges Medium zu einem Kessel 2, wo das Medium erhitzt wird. Beispielsweise kann insbesondere Wasser als ein solches Medium verwendet werden, wobei den rein beispielhaften Temperatur- und Druckangaben die Verwendung von Wasser als Medium zugrunde liegt. Der im Kessel 2 erzeugte Wasserdampf dient zum Antrieb eines Motors 3, der als Turbine bzw. Dampfmotor ausgestaltet sein kann und beispielsweise einen Generator zur Erzeugung elektrischen Stroms antreiben kann. Der entspannte Dampf gelangt aus dem Motor 3 wieder zurück zur Speisepumpe 1.In the drawing, some, relevant to the present proposal, components of a power plant are shown purely by way of example and in the form of a block diagram. At the bottom of the picture is a feed pump 1 indicated. This pumps a liquid medium to a boiler 2 where the medium is heated. For example, in particular water can be used as such a medium, wherein the purely exemplary temperature and pressure information is based on the use of water as a medium. The one in the kettle 2 generated water vapor is used to drive an engine 3 , which may be configured as a turbine or steam engine and, for example, can drive a generator for generating electrical power. The relaxed steam gets out of the engine 3 back to the feed pump 1 ,

Das Medium wird zwischen der Speisepumpe 1 und dem Kessel 2 als „kaltes” Medium bezeichnet, welches in diesem Abschnitt seines Kreislaufs zunehmens erwärmt wird, während das Medium zwischen dem Kessel 2 und der Speisepumpe 1 als „heißes” Medium bezeichnet wird, welches in diesem Abschnitt seines Kreislaufs zunehmens abgekühlt wird.The medium is between the feed pump 1 and the kettle 2 referred to as "cold" medium, which is increasingly heated in this section of its cycle, while the medium between the boiler 2 and the feed pump 1 is called "hot" medium, which is increasingly cooled in this section of its cycle.

Die Speisepumpe 1 arbeitet vorzugsweise mit Wasser einer Temperatur von nicht mehr als 40 oder 50° Celsius. Dieses Wasser verlässt unter einem Druck von etwa 25 bar die Speisepumpe 1. Im Kessel wird das Wasser zu Wasserdampf mit einem Druck von 25 bar und einer Temperatur von 250° Celsius erhitzt. Der entspannte Wasserdampf hinter dem Motor 3 weist eine Temperatur von 110° Celsius und einen Druck von 0,5 bar auf.The feed pump 1 preferably works with water at a temperature of not more than 40 or 50 ° Celsius. This water leaves the feed pump under a pressure of about 25 bar 1 , In the boiler, the water is heated to steam at a pressure of 25 bar and a temperature of 250 ° Celsius. The relaxed steam behind the engine 3 has a temperature of 110 ° Celsius and a pressure of 0.5 bar.

Um die Temperatur des Mediums stromabwärts vom Motor 3 auf die für die Speisepumpe 1 erforderliche Temperatur abzusenken, ist zunächst ein Wärmetauscher 4 vorgesehen, der einerseits dem vom Motor 3 zurückströmenden Medium Wärme entzieht und andererseits das in den Kessel 2 einströmende Medium von 110°C auf eine Temperatur von etwa 95°C bringt. Während das „kalte” Medium, zum Kessel 2 fließend, sich also erwärmt hat, weist das „heiße”, aus dem Motor 3 und durch den Wärmetauscher 4 geströmte Medium stromabwärts vom Wärmetauscher 4 daher immer noch eine für die Speisepumpe 1 unzulässig hohe Temperatur auf, nämlich etwa 95°C.To the temperature of the medium downstream of the engine 3 on the for the feed pump 1 lowering the required temperature is initially a heat exchanger 4 provided on the one hand by the engine 3 backflowing medium withdraws heat and on the other hand that in the boiler 2 inflowing medium from 110 ° C to a temperature of about 95 ° C brings. While the "cold" medium, to the kettle 2 fluent, so has warmed, the "hot", from the engine 3 and through the heat exchanger 4 streamed medium downstream of the heat exchanger 4 therefore still one for the feed pump 1 Inadmissibly high temperature, namely about 95 ° C.

Vorschlagsgemäß ist eine Wärmepumpenanordnung 6 vorgesehen, um den Wärmetransport vom „heißen” zum „kalten” Medium unter Umgehung der Speisepumpe 1 zu ermöglichen. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel ist die Wärmepumpenanordnung 6 zusätzlich zu dem Wärmetauscher 4 vorgesehen. Die Wärmepumpenanordnung 6 entspricht im wesentlichen der aus der DE 10 2006 054 046 B3 bekannten Anlage mit zwei in Reihe hintereinandergeschalteten Wärmetauschern und zwei Warmwasserkreisläufen.According to the proposal is a heat pump assembly 6 provided to the heat transfer from the "hot" to the "cold" medium, bypassing the feed pump 1 to enable. In the example shown in the drawing, the heat pump assembly 6 in addition to the heat exchanger 4 intended. The heat pump arrangement 6 essentially corresponds to that from the DE 10 2006 054 046 B3 known plant with two series-connected heat exchangers and two hot water circuits.

In Strömungsrichtung zwischen dem Wärmetauscher 4 und der Speisepumpe 1 ist ein Kondensator 5 vorgesehen, welcher dem Erdboden bei der Anlage nach DE 10 2006 054 046 B3 entspricht. Ähnlich wie sich nach der DE 10 2006 054 046 B3 die Wendeln von Erdwärmekollektoren in das Erdreich erstrecken, wird das Wärmeträgermedium vorschlagsgemäß durch Leitungsabschnitte geführt, die eine Übertragung der Wärme von dem „heißen” Medium des Kraftwerks auf das Wärmeträgermedium der Wärmepumpenanordnung 6 ermöglichen. Beispielsweise kann als Kondensator 5 ein Behälter vorgesehen sein, in dem das zur Speisepumpe 1 zurückströmende „heiße” Medium vorliegt, und in welchen Rohrleitungen, Plattenwärmetauscher oder dergleichen ragen, die von dem Wärmeträgermedium durchströmt sind.In the flow direction between the heat exchanger 4 and the feed pump 1 is a capacitor 5 provided, which the soil at the plant after DE 10 2006 054 046 B3 equivalent. Similar to the after DE 10 2006 054 046 B3 extend the helices of geothermal collectors in the soil, the heat transfer medium is guided by proposal according to line sections, which transfer heat from the "hot" medium of the power plant on the heat transfer medium of the heat pump assembly 6 enable. For example, as a capacitor 5 a container may be provided in which the to the feed pump 1 back flowing "hot" medium is present, and in which pipes, plate heat exchanger or the like protrude, which are flowed through by the heat transfer medium.

Die Wärmepumpenanordnung 6 umfasst weiterhin einen so genannten Vorwärmen 7, welcher dem Warmwasserspeicher der Anlage nach DE 10 2006 054 046 B3 entspricht. Der Vorwärmer 7 kann als Behälter ausgestaltet sein, in welchem sich die beiden Wärmetauscher der Wärmepumpenanordnung 6 befinden oder an den sie zumindest angeschlossen sind. Während der Kondensator 5 dazu dient, das „heiße” Medium auf die gewünschte Eintrittstemperatur der Speisepumpe 1 herunterzukühlen, wird das aus der Speisepumpe 1 austretende „kalte” Medium mittels des Vorwärmers 7 auf eine Temperatur von etwa 80° Celsius vorgewähnt, so dass es anschließend mittels des Wärmetauschers 4 beispielsweise auf eine Temperatur von etwa 95° Celsius weiter erwärmt werden kann, bevor es in den Kessel 2 eintritt.The heat pump arrangement 6 also includes a so-called preheating 7 , which follows the hot water tank of the plant DE 10 2006 054 046 B3 equivalent. The preheater 7 can be configured as a container in which the two heat exchangers of the heat pump assembly 6 or at least they are connected to. While the capacitor 5 this serves to bring the "hot" medium to the desired inlet temperature of the feed pump 1 It cools down from the feed pump 1 exiting "cold" medium by means of the preheater 7 Predicted to a temperature of about 80 ° Celsius, so that it subsequently by means of the heat exchanger 4 For example, it can be further heated to a temperature of about 95 ° Celsius before it enters the boiler 2 entry.

Während die Wärmepumpenanordnung 6 nach DE 10 2006 054 046 B3 zur Verwendung in einer Heizungsanlage vorgesehen ist, werden der dort vorgesehene Warmwasserspeicher und der dort vorgesehene Erdboden bei einem vorschlagsgemäßen Kraftwerk durch den Vorwärmer 7 und den Kondensator 5 ersetzt, durch welche jeweils vergleichsweise große Mengen an Medium pro Zeiteinheit strömen. Um eine ausreichend intensive Wärmeübertragung zur Wärmepumpenanordnung 6 zu ermöglichen, können der Vorwärmer 7 und der Kondensator 5 vorteilhaft vergleichsweise groß dimensioniert sein, um auf diese Weise eine ausreichend lange Verweilzeit des Mediums in dem je weiligen Behälter und damit die gewünscht intensive Wärmeübertragung zwischen dem Medium und dem Wärmeträgermedium zu ermöglichen.While the heat pump assembly 6 to DE 10 2006 054 046 B3 is intended for use in a heating system, there provided hot water tank and the ground provided there in a proposed power plant by the preheater 7 and the capacitor 5 replaced, through which each flow comparatively large amounts of medium per unit time. To a sufficiently intense heat transfer to the heat pump assembly 6 to allow the preheater 7 and the capacitor 5 advantageously comparatively large dimensions to allow in this way a sufficiently long residence time of the medium in the respective container and thus the desired intensive heat transfer between the medium and the heat transfer medium.

Dementsprechend kann ein vorschlagsgemäß ausgestaltetes Kraftwerk insbesondere vorteilhaft als vergleichsweise kleines Kraftwerk ausgeführt sein, mit einem dementsprechend geringen Fluidstrom des Mediums. Beispielsweise kann ein vorschlagsgemäß ausgestaltetes Kraftwerk dazu dienen, einzelne Gebäude oder Anwesen mit elektrischer Energie zu versorgen oder sie nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung mit elektrischer und Heiz-Energie zu versorgen.Accordingly may be a proposed designed power plant be particularly advantageously designed as a comparatively small power plant, with a correspondingly low fluid flow of the medium. For example may be a proposed designed power plant serve individual buildings or estates with electric Supplying energy or using the principle of combined heat and power with electrical and heating energy.

Falls die Temperatur des „heißen” Mediums stromabwärts vom Kondensator 5 immer noch unzulässig hoch sein sollte, kann dem Medium zusätzlich Wärme entzogen werden, indem dieses teilweise verdunstet und der entsprechende Anteil durch kühles Frischwasser ersetzt wird. Eine dementsprechende Verdunstungsleitung ist mit 8 angedeutet: Durch diese Verdunstungsleitung wird Wasser stromabwärts vom Wärmetauscher 4 zu einem Verdunstungskühler geführt. Bei einem vorschlagsgemäß optimierten Betrieb des Kraftwerks kann der Anteil des über die Verdunstungsleitung abgeführten Mediums stark reduziert und möglichst bis auf Null reduziert werden, so dass ein ökologisch und ökonomisch besonders vorteilhafter Betrieb des Kraftwerks ermöglicht wird.If the temperature of the "hot" medium downstream of the condenser 5 should still be inadmissible high, the medium can be additionally deprived of heat by this partially evaporated and the corresponding proportion is replaced by cool fresh water. A corresponding evaporation line is with 8th indicated: Through this evaporation line, water is downstream of the heat exchanger 4 led to an evaporative cooler. In a proposed optimized operation of the power plant, the proportion of discharged via the evaporation line medium can be greatly reduced and possibly reduced to zero, so that an ecologically and economically particularly advantageous operation of the power plant is possible.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (5)

Kraftwerk, mit einem Kessel zur Verdampfung eines flüssigen Mediums, und mit einem dem Kessel nachgeschalteten, allgemein als Motor bezeichneten, dampfgetriebenen Aggregat, wie einer Turbine, einem Dampfmotor oder einem Generator zur Erzeugung elektrischer Energie, und mit einem Wärmetauscher zur Übertragung von Wärmeenergie aus dem den Motor verlassenden Medium auf das zum Kessel strömende Medium, und mit einer Speisepumpe, welche das flüssige Medium durch den Wärmetauscher und zum Kessel fördert, dadurch gekennzeichnet, dass eine von einem Wärmeträger durchströmte Wärmepumpenanordnung (6) vorgesehen ist, wobei das von dem Motor (3) zur Speisepumpe (1) strömende Medium Wärme an den Wärmeträger abgibt und mit einer Temperatur von höchstens 50°C in die Speisepumpe (1) einströmt, und wobei zwischen Speisepumpe (1) und Kessel (2) der Wärmeträger Wärme an das Medium zurückgibt.Power plant, with a boiler for the evaporation of a liquid medium, and with a boiler downstream, commonly referred to as a motor, steam-driven unit, such as a turbine, a steam engine or a generator for generating electrical energy, and with a heat exchanger for the transmission of heat energy from the the medium leaving the engine to the medium flowing to the boiler, and with a feed pump which conveys the liquid medium through the heat exchanger and to the boiler, characterized in that a heat pump arrangement through which a heat transfer medium flows ( 6 ) is provided, which of the engine ( 3 ) to the feed pump ( 1 ) emits heat to the heat carrier and at a temperature of at most 50 ° C in the feed pump ( 1 ), and wherein between feed pump ( 1 ) and boiler ( 2 ) the heat transfer medium returns heat to the medium. Kraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpenanordnung (6) zwei in Reihe hintereinander geschaltete Wärmetauscher aufweist.Power plant according to claim 1, characterized in that the heat pump arrangement ( 6 ) has two series-connected in series heat exchanger. Kraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Wärmetauscher (4) vorgesehen ist, der einerseits von dem Medium durchströmt ist, welches von dem Motor (3) zu der Wärmepumpenanordnung (6) strömt, und der andererseits von dem Medium durchströmt ist, welches von der Wärmepumpenanordnung (6) zu dem Kessel (2) strömt.Power plant according to claim 1 or 2, characterized in that an additional heat exchanger ( 4 ) is provided, which on the one hand flows through the medium, which of the engine ( 3 ) to the heat pump assembly ( 6 ) flows through, and on the other hand flows through the medium, which of the heat pump assembly ( 6 ) to the boiler ( 2 ) flows. Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks, wobei ein Flüssiges Medium mittel einer Speisepumpe zu einem Kessel gefördert wird, in dem Kessel erhitzt wird und als Dampf einen Motor antreibt, und wobei das aus dem Motor gelangende Medium auf eine für den Betrieb der Speisepumpe erforderlichen Temperatur abgekühlt und stromabwärts von der Speisepumpe vor Eintritt in den Kessel vorgewärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium mittels einer Wärmepumpenanordnung (6) vor der Speisepumpe (1) abgekühlt und hinter der Speisepumpe (1) vorgewärmt wird.A method of operating a power plant, wherein a liquid medium is conveyed by means of a feed pump to a boiler, is heated in the boiler and drives a motor as steam, and wherein the motor out of the medium cooled medium to a temperature required for the operation of the feed pump and upstream of the feed pump is preheated before entering the boiler, characterized in that the medium by means of a heat pump assembly ( 6 ) in front of the feed pump ( 1 ) and behind the feed pump ( 1 ) is preheated. Verwendung einer Wärmepumpenanordnung (6) zum Betreiben eines einen Motor (3) antreibenden Kraftwerks, nämlich um ein zum Betrieb des Motors (3) verwendetes Medium stromabwärts von dem Motor (3) abzukühlen, bevor es eine Speisepumpe (1) erreicht, und um das von der Speisepumpe (1) geförderte flüssige Medium stromaufwärts vor einem Kessel (2) vorzuwärmen, in welchem es auf die für den Antrieb des Motors (3) erforderliche Temperatur erhitzt wird.Use of a heat pump arrangement ( 6 ) for operating a motor ( 3 ) driving power plant, namely a to the operation of the engine ( 3 ) used medium downstream of the engine ( 3 ) before it starts a feed pump ( 1 ), and that of the feed pump ( 1 ) conveyed liquid medium upstream of a boiler ( 2 ), in which it is adapted to the drive of the engine ( 3 ) required temperature is heated.
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