DE102011119145A1 - Method for detecting corrosion attack in steam generator of thermal plant, involves connecting input of control circuit with measurement device for measuring corrosion attack in steam generator corresponding to actual value - Google Patents

Method for detecting corrosion attack in steam generator of thermal plant, involves connecting input of control circuit with measurement device for measuring corrosion attack in steam generator corresponding to actual value Download PDF

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Abstract

The method involves monitoring control deviation using a control circuit so as to determine the manipulated variable. An actuator is actuated based on influence of manipulated variable in dependence of output of control circuit. An input of the control circuit is connected with measurement device for measuring corrosion attack in the steam generator corresponding to the actual value of the control circuit. An independent claim is included for device for detecting corrosion attack in steam generator of thermal plant.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beeinflussung von Korrosionserscheinungen in Dampferzeugern.The present invention relates to a method and a device for influencing corrosion phenomena in steam generators.

Vorteile und Merkmale, die bezüglich der Vorrichtung beschrieben werden, gelten – soweit anwendbar – auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.Advantages and features which are described with regard to the device also apply, as far as applicable, to the method according to the invention and vice versa.

Im Patent DE 103 27 471 B3 2005.04.07 „Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Feuerleistung von Verbrennungsanlagen” wird erwähnt, dass ebendiese Erfindung unter anderem auf eine der Korrosion der Kesselrohre vorbeugenden Betriebsweise abzielt.In the patent DE 103 27 471 B3 2005.04.07 "Method and device for controlling the combustion plant's fire performance" is mentioned that this invention is aimed, inter alia, at a prevention of corrosion of the boiler tubes.

Gemäß der vorliegenden Erfindung soll mittels mindestens einer oder mehrerer zusätzlicher Messgrößen, die als Regelgrößen verwendet werden, und/oder mittels einer oder mehrerer Stellgröße(n), die in die Regelstrecke (siehe 4) eingebracht werden, der Korrosionsangriff auf einen Dampferzeuger positiv beeinflusst werden. Das bedeutet, dass die Korrosion verringert werden soll.According to the present invention, by means of at least one or more additional measured variables, which are used as controlled variables, and / or by means of one or more manipulated variable (s), which in the controlled system (see 4 ), the corrosion attack on a steam generator are positively influenced. This means that the corrosion should be reduced.

Diese Regelgrößen sind dadurch charakterisiert, dass sie mit geringen Totzeiten und vielem anderen kontinuierlich einen Korrosionsangriff quantifizieren und zur Weiterverarbeitung bereitgestellt werden. Die Stellgrößen sind ebenfalls dadurch charakterisiert, dass sie einen Korrosionsangriff quantifizieren und zur Weiterverarbeitung bereitgestellt werden.These controlled variables are characterized by the fact that they are continuously quantified with low dead times and much more, a corrosion attack and provided for further processing. The manipulated variables are also characterized in that they quantify a corrosion attack and are made available for further processing.

Folgende Korrosionsmechanismen, die nachweislich in der Abfall-, Biomasse- und Ersatzbrennstoffverbrennung und insbesondere am Dampferzeuger auftreten, können grundsätzlich unterschieden werden:

  • – Initialkorrosion: Zeitlich begrenzte Oxidschicht-Bildung am „blanken” Stahl. Diese Reaktion tritt immer wieder nach Reinigung der Oberfläche durch zum Beispiel Rußblasen oder Sandstrahlen ein.
  • – Hochtemperatur(HT)-Cl-Korrosion: Korrosion durch Chlor, das bei der Sulfatisierung der Alkalichloride in den Belägen frei wird und Eisen oder Eisenoxide angreift. Dieser Korrosionsmechanismus wird bei Abfallverbrennungsanlagen bei Rauchgastemperaturen > 700°C und bei Rohrwandtemperaturen ab 400°C beobachtet.
  • – Sauerstoffmangelkorrosion: Korrosion durch FeCl2-Bildung in sauerstoffarmer Atmosphäre z. B. unter Belägen wie z. B. Verschmutzungen oder Feuerfestmaterial. Indikator für diese Korrosionsart ist unter anderem das Auftreten von CO. Wichtig: Die Korrosionsgeschwindigkeit steigt mit der Temperatur der Metalloberfläche.
  • – Stillstandskorrosion: Aufgrund ihres hohen Chloridgehaltes sind die gebildeten Ablagerungen hygroskopisch. Infolge Anlagenstillstands erhöhte Luftfeuchtigkeit lässt diese Verbindungen zerfließen und bewirkt damit nasschemische Auflösungserscheinungen.
  • – Elektrochemische Korrosion
  • – Salzschmelzenkorrosion
  • – Taupunktkorrosion
The following corrosion mechanisms, which are demonstrably found in waste, biomass and substitute fuel combustion and in particular at the steam generator, can basically be distinguished:
  • - Initial corrosion: Temporary oxide layer formation on "bare" steel. This reaction occurs again and again after cleaning the surface by, for example, carbon black blasting or sand blasting.
  • - High-temperature (HT) -Cl corrosion: corrosion due to chlorine released during sulfation of alkali chlorides in the linings and attacking iron or iron oxides. This corrosion mechanism is observed in waste incineration plants at flue gas temperatures> 700 ° C and at pipe wall temperatures above 400 ° C.
  • - Oxygen deficiency corrosion: corrosion by FeCl 2 formation in oxygen-poor atmosphere z. B. under coverings such. As soiling or refractory material. One indicator of this type of corrosion is the occurrence of CO. Important: The corrosion rate increases with the temperature of the metal surface.
  • - Standstill corrosion: Due to their high chloride content, the deposits formed are hygroscopic. As a result of plant standstill increased humidity causes these compounds to flow and thus causes wet-chemical dissolution phenomena.
  • - Electrochemical corrosion
  • - molten salt corrosion
  • - dew point corrosion

Alle oben genannten Korrosionsmechanismen, insbesondere jedoch die Hochtemperatur-Chlor-Korrosion und die Sauerstoffmangelkorrosion sollen von der vorliegenden Erfindung positiv beeinflusst werden.All of the above-mentioned corrosion mechanisms, but especially the high temperature chlorine corrosion and the oxygen deficiency corrosion are said to be positively influenced by the present invention.

Die erwähnten Korrosionserscheinungen konzentrieren sich im Allgemeinen auf bestimmte Bereiche des Dampferzeugers und zwar hauptsächlich auf die Strahlungszüge und die Überhitzer sowie Taupunktkorrosion an den Economisern, 1 zeigt beispielhaft die Stellen mit bevorzugten Abzehrungen. Die Stellen, an denen eine hohe Korrosion auftritt sind durch die Punkte in 1 angedeutet.The above-mentioned corrosion phenomena are generally concentrated on certain areas of the steam generator, mainly the radiation trains and the superheaters, and dew point corrosion on the economizers, 1 shows by way of example the places with preferred Abzehrungen. The places where high corrosion occurs are indicated by the dots in 1 indicated.

All diese Stellen eines Dampferzeugers, die von Korrosion betroffen sind, werden von der vorliegenden Erfindung positiv beeinflusst, das heißt die Korrosion wird verringert, auch wenn der hinter den Korrosionserscheinungen an unterschiedlichen Stellen oft ganz verschiedene chemische Bildungsmechanismen stehen, zum Beispiel wird verdampferseitig keine HT-Cl-Korrosion auftreten sondern eher O2-Mangel-Korrosion.All these areas of a steam generator that are affected by corrosion are positively influenced by the present invention, that is, the corrosion is reduced, even if the behind the corrosion phenomena in different places often quite different chemical formation mechanisms are, for example, the evaporator side no HT Cl corrosion occur but rather O 2 deficiency corrosion.

In 2 sind die korrosionsrelevanten Parameter, die bei einem Dampferzeuger gegeben sind, gezeigt. Mit den in 2 angegebenen Parametern (insbesondere den Parametern, bei denen in der Spalte „beeinflussbar im laufenden Betrieb” „Ja” vermerkt ist) können die oben genannten Korrosionserscheinung beeinflusst werden, das heißt es sollen nur die „feuerungsindizierten” Parameter beeinflusst werden, wohingegen die „brennstoffinduzerten” Parameter grundsätzlich nicht oder nur sehr schwer und mit unverhältnismäßig hohem Aufwand beeinflusst werden können.In 2 are the corrosion-relevant parameters that are given in a steam generator shown. With the in 2 specified parameters (in particular the parameters for which the column "influenceable during operation" indicates "Yes") may influence the above-mentioned corrosion phenomenon, that is to say only the "combustion-induced" parameters are to be influenced, whereas the "fuel-induced" Parameters are basically not or very difficult and can be influenced with disproportionate effort.

Die Möglichkeit der Beeinflussung der oben genannten Parameter ist abhängig von der vorliegenden Anlage. Allgemein können die verwendeten Stellgrößen einer Rostfeuerung wie in 3 gezeigt, dargestellt werden.The possibility of influencing the above-mentioned parameters depends on the present system. In general, the manipulated variables used can be a grate firing as in 3 shown.

Vorzugsweise werden alle in 3 angegebenen Stellgrößen in geeigneter Weise bei der Beeinflussung der korrosionsrelevanten Parameter berücksichtigt. Die vorliegende Erfindung umfasst sowohl die Verwendung einzelner oder mehrerer als auch aller Stellgrößen bei der Beeinflussung der korrosionsrelevanten Parameter.Preferably, all in 3 specified variables are taken into account in a suitable manner in influencing the corrosion-relevant parameters. The present invention encompasses both the use of one or more and also All manipulated variables in influencing the corrosion-relevant parameters.

Entweder kann die vorliegende Erfindung als Erweiterung zum bekannten Patent DE 103 27 471 B3 2005.04.07 „Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Feuerleistung von Verbrennungsanlagen” verwendet werden oder als „stand-alone-Lösung” in Kombination mit beliebig vorhandenen Feuerungs- bzw. Feuerungsleistungsregelungen. Auch kann vorliegende Erfindung in Form eines „Vorschlagswesens” in Folge der Identifikation von suboptimalen bzw. korrosionsgefährdenden Betriebszuständen der Anlage ist – als Hilfe oder Anleitung für das Bedienpersonal oder die Betriebsführung – eingesetzt werden.Either the present invention as an extension to the known patent DE 103 27 471 B3 2005.04.07 "Method and device for controlling the combustion system's fire performance" can be used or as a "stand-alone solution" in combination with arbitrary combustion or firing capacity regulations. Also, present invention in the form of a "suggestion system" as a result of the identification of sub-optimal or corrosion-hazardous operating conditions of the system is - as an aid or guidance for the operating personnel or management - are used.

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Beeinflussung der Korrosion in einer thermischen Anlage. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass über einen Regelkreis eine Regelabweichung überwacht wird und in Abhängigkeit der Regelabweichung eine Stellgröße ermittelt wird, wobei als Istwert des Regelkreises ein Messsignal verwendet wird, das proportional zum Korrosionsangriff an zumindest einer Stelle der thermischen Anlage ist.According to a first aspect, the invention relates to a method for influencing the corrosion in a thermal plant. The method is characterized in that a control deviation is monitored via a control loop and a control variable is determined as a function of the control deviation, wherein a measurement signal is used as the actual value of the control loop, which is proportional to the corrosion attack on at least one point of the thermal system.

Vorzugsweise wird die ermittelte Stellgröße bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beeinflusst.Preferably, the determined manipulated variable is influenced in the method according to the invention.

Die Ermittlung der Stellgröße kann erfindungsgemäß mittels einer Gewichtungsmatrix erfolgen. Ein Beispiel einer solchen Gewichtungsmatrix ist in 5 gezeigt.The determination of the manipulated variable can be carried out according to the invention by means of a weighting matrix. An example of such a weighting matrix is in 5 shown.

Der Sollwert des Regelkreises kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einen Festsollwert darstellen.The desired value of the control loop can represent a fixed setpoint in the method according to the invention.

Die Störgröße des Regelkreises wird beispielsweise als Differential aus dem Istwert des Regelkreises gebildet.The disturbance variable of the control loop is formed, for example, as a differential from the actual value of the control loop.

Gemäß einer Ausführungsform wird mindestens ein Stellglied zur Beeinflussung der Stellgröße in Abhängigkeit des Ausgangs des Regelkreises angesteuert.According to one embodiment, at least one actuator for influencing the manipulated variable is controlled as a function of the output of the control loop.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Korrosion in einer thermischen Anlage. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Regler mit einem Regelkreis umfasst, wobei ein Eingang des Regelkreises mit einer Messvorrichtung zur Messung eines Korrosionsangriffes in der thermischen Anlage verbunden ist.According to a further aspect, the invention relates to a device for influencing the corrosion in a thermal plant. The device is characterized in that it comprises a controller with a control circuit, wherein an input of the control circuit is connected to a measuring device for measuring a corrosion attack in the thermal system.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt.The device according to the invention is preferably designed for carrying out the method according to the invention.

Erfindungsgemäß wird ein Regelkreis aufgebaut, der die oben erwähnte Messtechnik zur Messung des Korrosionsangriffs oder eine andere Messtechnik verwendet. Vorzugsweise wird das aktuelle Korrosionssignal X dabei der Regelung als Istwert zugeführt. Der Sollwert W kann über geeignete lineare zeitinvariante Übertragungsfunktionen ebenfalls aus dem Signal X gebildet werden oder als Festsollwert hinterlegt sein.According to the invention, a control loop is constructed which uses the above-mentioned measuring technique for measuring the corrosion attack or another measuring technique. Preferably, the current corrosion signal X is fed to the control as an actual value. The desired value W can also be formed from the signal X via suitable linear time-invariant transfer functions or be stored as a fixed reference value.

4 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Korrosionsregelkreises gemäß der vorliegenden Erfindung. 4 shows a possible embodiment of a corrosion control loop according to the present invention.

Eine Störgröße Z, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine weitere korrosionsrelevante Messgröße ist, wird zusätzlich auf den Regelkreis aufgeschaltet.A disturbance Z, which is characterized in that it is another corrosion-relevant measure, is additionally connected to the control loop.

Der Ausgang des Regelkreises (die Stellgröße yR bzw. yS) wird über eine Gewichtungsmatrix geführt und auf die vorhandenen Stellglieder aufgeschaltet. Diese Stellglieder sind in 3 angegeben.The output of the control loop (the manipulated variable y R or y S ) is passed through a weighting matrix and switched to the existing actuators. These actuators are in 3 specified.

Der verwendete Regelkreis kann sowohl konventioneller Natur sein, also mit Proportional-, Integral- und Differentialanteilen ausgestattet sein, als auch zum Beispiel ein modellprädiktiver oder ein modellbasierter Regler sein. Auch Technologien wie FuzzyLogic oder Künstliche Neuronale Netze können in Betracht gezogen werden. Des Weiteren können – je nach Bedarf – diverse, das heißt mehrere Korrosionsregelkreise für einen Dampferzeuger aufgebaut werden, die jeweils mit unterschiedlichen Regelungstechnologien bestückt sind.The control loop used can be both conventional in nature, so be equipped with proportional, integral and differential components, as well as, for example, a model predictive or a model-based controller. Also technologies like FuzzyLogic or Artificial Neural Networks can be considered. Furthermore - depending on requirements - diverse, that is to say several corrosion control loops for a steam generator can be constructed, each of which is equipped with different control technologies.

In 5 ist eine mögliche Gewichtungsmatrix für einen erfindungsgemäßen Korrosionsregelkreis gezeigt, über die der Ausgang des Regelkreises (die Stellgröße yR bzw. yS) geführt werden kann dementsprechend auf die vorhandenen Stellglieder aufgeschaltet werden kann. Das beziehungsweise die in 5 dargestellte(n) Korrosionsignal(e) werden durch ein Messgerät ermittelt, welches sich dahingehend auszeichnet, dass es den Korrosionsangriff auf die Kesselrohre (beziehungsweise einen damit korrelierenden Wert) on-line quantifizieren, also messen kann; man spricht in diesem Zusammenhang von einer „Korrosionssonde”.In 5 is shown a possible weighting matrix for a corrosion control loop according to the invention, via which the output of the control loop (the manipulated variable y R or y S ) can be performed accordingly can be switched to the existing actuators. The in 5 shown corrosion signal (s) are determined by a meter, which is characterized in that it can quantify the corrosion attack on the boiler tubes (or a correlated value) on-line, so can measure; In this context, one speaks of a "corrosion probe".

Eine mögliche Ausführungsform des erfindungsfindungsgemäßen Verfahrens wird im Folgenden erneut erläutert. Eine Korrosionssonde erzeugt ein zeitvariates Messsignal, welches proportional zum Korrosionsangriff auf die Kesselrohre oder andere Stellen mit hoher Korrosion im Dampferzeuger ist und somit auch proportional zur Abzehrrate der Kesselrohre oder der anderen Stellen. Dieses Messsignal wird dem Regelkreis in 4 als Istwert X aufgeschaltet. Der Sollwert W des Korrosionsregelkreises kann in Form eines Festsollwertes in den Regelkreis eingeschliffen werden, wodurch die Funktionalität eines Begrenzungsreglers realisiert wird. Die Störgröße Z hingegen, kann als Differential aus dem Istwert gebildet werden, wodurch relativ kurzfristige Abweichungen vom Istwert, so genannte „Ausreisser” detektiert werden können, die sich aber unter Umständen noch unter dem Sollwert des Begrenzungsreglers befinden.A possible embodiment of the inventive method is explained again below. A corrosion probe generates a time-varying measurement signal, which is proportional to the corrosion attack on the boiler tubes or other places with high corrosion in the steam generator is and thus proportional to the rate of depreciation of the boiler tubes or other locations. This measuring signal is sent to the control loop in 4 Actual value X is activated. The setpoint W of the corrosion control loop can be ground in the form of a fixed setpoint in the control loop, whereby the functionality of a limiting controller is realized. The disturbance Z, however, can be formed as a differential from the actual value, whereby relatively short-term deviations from the actual value, so-called "outliers" can be detected, which may still be below the setpoint of the limit controller.

Gibt nun einer der Korrosionsregelkreise eine Regelabweichung yR bzw. yS aus, so wird diese Regelabweichung mittels einer Gewichtungsmatrix, beispielsweise der in 5 gezeigten Gewichtungsmatrix verarbeitet. Mittels der Gewichtungsmatrix kann also der Zusammenhang zwischen Messgröße (= Korrosionssignal(e) K1...Kn) und Stellglied definiert werden. In 5 sind die Stellglieder grob zusammengefasst, beispielhaft und unvollständig dargestellt: Brennstoffmassenstrom, Brennstofftransport, Schürgeschwindigkeit, Verbrennungsluft etc. Eine vollständige Auflistung der Stellglieder einer thermischen Verbrennungsanlage, insbesondere einer thermischen Abfallbehandlungsanlage, ist in 3 dargestellt. Alle in 3 dargestellten Stellglieder – die sich von Anlage zu Anlage in ihrer Ausprägung unterscheiden – werden vorzugsweise in die Gewichtungsmatrix miteinbezogen.If one of the corrosion control loops now outputs a control deviation y R or y S , then this control deviation is determined by means of a weighting matrix, for example, the in 5 processed weighting matrix processed. By means of the weighting matrix, it is therefore possible to define the relationship between measured variable (= corrosion signal (s) K 1 ... K n ) and actuator. In 5 the actuators are roughly summarized, exemplary and incomplete shown: fuel mass flow, fuel transport, Schürgeschwindigkeit, combustion air, etc. A complete listing of the actuators of a thermal incinerator, in particular a thermal waste treatment plant, is in 3 shown. Alone 3 illustrated actuators - which differ in their expression from plant to plant - are preferably included in the weighting matrix.

Durch die Flexibilität dieser Gewichtungsmatrix ist sichergestellt, dass das gemessene Korrosionssignal ausschließlich auf die zur Beeinflussung des Korrosionssignals geeigneten Stellglieder wirkt und umgekehrt. Diese Flexibilität der Erfindung ist vorteilhaft, da die Qualität der vorhandenen Stellglieder von Anlage zu Anlage deutlich unterschiedlich ausgeprägt ist.The flexibility of this weighting matrix ensures that the measured corrosion signal acts exclusively on the actuators suitable for influencing the corrosion signal, and vice versa. This flexibility of the invention is advantageous because the quality of the existing actuators from plant to plant is significantly different pronounced.

Ziel der Erfindung ist es schlussendlich, durch eine geeignete Ansteuerung, vorzugsweise aller vorhandenen Stellglieder (siehe 3), die korrosionsrelevanten und feuerungsseitig beeinflussbaren Parameter (siehe 2) in positiver Art und Weise zu beeinflussen und dadurch die Korrosion in einer thermischen Anlage, insbesondere in einem Dampferzeuger zu verringern.The aim of the invention is finally, by a suitable control, preferably all existing actuators (see 3 ), the corrosion-relevant parameters that can be influenced on the firing side (see 2 ) in a positive manner and thereby reduce corrosion in a thermal plant, in particular in a steam generator.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10327471 B3 [0003, 0013] DE 10327471 B3 [0003, 0013]

Claims (7)

Verfahren zur Beeinflussung der Korrosion in einer thermischen Anlage, dadurch gekennzeichnet, dass über einen Regelkreis eine Regelabweichung überwacht wird und in Abhängigkeit der Regelabweichung eine Stellgröße ermittelt wird und die Stellgröße beeinflusst wird, wobei als Istwert des Regelkreises ein Messsignal verwendet wird, das proportional zum Korrosionsangriff an zumindest einer Stelle der thermischen Anlage ist.Method for influencing the corrosion in a thermal plant, characterized in that a control deviation is monitored via a control loop and a manipulated variable is determined as a function of the control deviation and the manipulated variable is influenced, wherein the actual value of the control loop, a measurement signal is used, which is proportional to the corrosion attack at least one location of the thermal plant is. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Stellgröße mittels einer Gewichtungsmatrix erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the determination of the manipulated variable by means of a weighting matrix. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert des Regelkreises einen Festsollwert darstellt.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the setpoint of the control loop represents a fixed setpoint. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Störgröße des Regelkreises als Differential aus dem Istwert des Regelkreises gebildet wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the disturbance variable of the control loop is formed as a differential from the actual value of the control loop. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Stellglied zur Beeinflussung der Stellgröße in Abhängigkeit des Ausgangs des Regelkreises angesteuert wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one actuator for influencing the manipulated variable is controlled in dependence on the output of the control loop. Vorrichtung zur Beeinflussung der Korrosion in einer thermischen Anlage, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Regler mit einem Regelkreis umfasst, wobei ein Eingang des Regelkreises mit einer Messvorrichtung zur Messung eines Korrosionsangriffes in der thermischen Anlage verbunden ist.Device for influencing the corrosion in a thermal plant, characterized in that it comprises a controller with a control loop, wherein an input of the control loop is connected to a measuring device for measuring a corrosion attack in the thermal system. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgelegt ist.Apparatus according to claim 6, characterized in that the device is designed for carrying out the method according to one of claims 1 to 5.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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