DE19542917A1 - Combined turbine generating set - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Verbundanlage zur Stromerzeugung, mit einem einen vorzugsweise kohle- oder ölbefeuertem Dampfer zeuger aufweisenden Dampfturbinenkreislauf, und einem minde stens eine Brennkammer aufweisenden Gasturbinenkreislauf, wobei der Gasturbine eine mit Wasser aus dem Dampfturbinen kreislauf gespeiste Abhitzedampferzeugungsanlage nachgeschal tet ist und wobei der dampfseitige Ausgang der Abhitzedampf erzeugungsanlage und der dampfseitige Ausgang des Dampferzeu gers stromaufwärts der Hochdruckturbine des Dampfturbinen kreislaufs in eine gemeinsame Frischdampfleitung münden, und bei welcher im Dampfturbinenkreislauf nach einer ersten Ent spannungsstufe eine Zwischenüberhitzung des Dampfes vorgese hen ist.The invention relates to a composite system for power generation, with a preferably coal or oil-fired steamer steam turbine cycle, and a mind at least one combustion chamber gas turbine circuit, the gas turbine being one with water from the steam turbine circuit-fed heat recovery steam generator system is tet and wherein the steam-side output of the heat recovery steam generation plant and the steam-side outlet of the steam generator gers upstream of the high pressure turbine of the steam turbine circuit into a common live steam line, and in which in the steam turbine cycle after a first Ent an intermediate overheating of the steam hen is.
Derartige Verbundanlagen sind in Form von Kombianlagen beispielsweise aus der DE-A1-41 17 191 bekannt. Dort wird der Dampf in der Abhitzedampferzeugungsanlage nicht endüberhitzt, so daß er vorgängig seiner Mischung mit dem Dampf aus dem kohlebefeuerten Kessel zunächst in einen gas- oder kohle befeuerten Zusatzkessel geleitet wird. Darin wird er durch Zufuhr von Zusatzwärme auf die Temperatur des im kohlebefeu erten Kessel anfallenden überhitzten Wasserdampfes gebracht. Mit dieser Lösung erfolgt die thermodynamische Verknüpfung der beiden Energieerzeugungskreisläufe ausschließlich über den Dampf-Wasserkreislauf. Bevor die hochgespannten Dampf teilströme in der gleichen Dampfturbine arbeitsleistend ent spannt werden, werden also die Zustände der beiden oft sehr unterschiedlichen Massenströme erst aneinander angepaßt. Dadurch soll der Regelaufwand für die Führung der Dampfströme verkleinert werden können. Auch für die Zwischenüberhitzung wird bei dieser bekannten Anlage der Abdampfstrom aus der Hochdruckturbine wieder aufgeteilt in zwei Teilströme. Ein erster Teil wird wiederum in dem der Abhitzedampferzeugungs anlage nachgeschalteten Zusatzkessel zwischenüberhitzt, der andere Teil in einem im Rauchgasweg des Dampferzeugers inte grierten Zwischenüberhitzer. Bei dieser Unterteilung soll zweckmäßigerweise der im Zusatzkessel aufzuheizende Teil strom megenmässig dem schon im Zusatzkessel zuerst aufgeheiz ten Teilstrom entsprechen. Durch die Unabhängigkeit der bei den Zwischenüberhitzungen soll ein Stillstand beispielsweise des kohlebefeuerten Dampferzeugers ohne negativen Auswirkun gen bleiben.Composite systems of this type are in the form of combined systems known for example from DE-A1-41 17 191. There the Steam in the waste heat steam generation plant does not finally overheat, so that it previously mixed with the steam from the coal-fired boiler first in a gas or coal fired auxiliary boiler is directed. In it he gets through Supplying additional heat to the temperature of the coal-fired first boiler of superheated steam. With this solution, the thermodynamic linkage takes place of the two energy generation cycles exclusively via the steam-water cycle. Before the high-tension steam Partial flows in the same steam turbine performing work the states of the two are often very tense different mass flows only adapted to each other. This is supposed to be the standard effort for the guidance of the steam flows can be reduced. Also for reheating in this known system, the exhaust steam flow from the High-pressure turbine again divided into two partial flows. On the first part is in turn that of waste heat generation system downstream superheated, the other part in an inte in the flue gas path of the steam generator freeze superheater. With this subdivision is supposed to expediently the part to be heated in the auxiliary boiler current is first heated in the auxiliary boiler correspond to the partial flow. Because of the independence of the intermediate overheating is said to come to a standstill, for example of the coal-fired steam generator without negative effects stay.
Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die größtmöglichste Flexibilität in der Fahrweise gestattet bei gleichzeitig sehr hohen Wirkungsgraden.The invention has for its object a system of to create the greatest possible Flexibility in driving style allows a lot at the same time high efficiency.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Zwi schenüberhitzung des Dampfes ausschließlich in Wärmeaus tauschflächen erfolgt, die im Rauchgasweg des Dampferzeugers angeordnet sind und daß die Wärmeaustauschflächen mit einer abschaltbaren Bypassleitung überbrückbar sind.According to the invention this is achieved in that the twos overheating of the steam only in heat outputs Exchange surfaces are carried out in the flue gas path of the steam generator are arranged and that the heat exchange surfaces with a bypass line can be bridged.
Der Vorteil der Erfindung ist unter anderem darin zu sehen, daß sie zum einen für die Nachrüstung von bestehenden kohle- oder ölgefeuerten Dampfkraftanlagen geeignet ist, ohne deren Betrieb zu beeinträchtigen; in der Tat sind die Schnittstel len und somit die Eingriffe zwischen den beiden Anlagetypen relativ gering. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Erfindung bei relativ niedrigen Anlagekosten und bei sehr hohem Wir kungsgrad eine große Mehrleistung erbringt.The advantage of the invention can be seen in that on the one hand for the retrofitting of existing coal or oil-fired steam power plants is suitable without their Affect operation; in fact, the interfaces len and thus the interventions between the two types of system relatively low. Another advantage is that the invention with relatively low investment costs and with a very high us degree of efficiency provides a large additional performance.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt.In the drawing is an embodiment of the invention shown schematically. It's just for understanding elements of the invention shown.
Gemäß der einzigen Figur wird im Gasturbinenkreislauf über eine Leitung 1 angesaugte Frischluft in einem Verdichter 2 auf den Arbeitsdruck verdichtet. Die verdichtete Luft wird in einer beispielsweise mit Erdgas befeuerten Brennkammer 3 stark erhitzt und das so entstandene Brenngas wird in einer Gasturbine 4 arbeitsleistend entspannt. Die dabei gewonnene Energie wird an einen Generator 5 bzw. den Verdichter 2 abge geben. Das noch heiße Abgas der Gasturbine wird über eine Leitung 6 vom Ausgang der Gasturbine einer Abhitzedampferzeu gungsanlage 7 zugeführt und daraus nach Abgabe seiner Wärme über eine Leitung 8 und einen nicht dargestellten Kamin ins Freie geleitet. According to the single figure, fresh air drawn in via a line 1 is compressed in a compressor 2 to the working pressure in the gas turbine cycle. The compressed air is strongly heated in a combustion chamber 3, which is fired with natural gas, for example, and the fuel gas thus produced is expanded in a gas turbine 4 to perform work. The energy obtained is given to a generator 5 or the compressor 2 . The still hot exhaust gas from the gas turbine is fed via a line 6 from the outlet of the gas turbine to a heat recovery system 7 and is passed on to the outside after releasing its heat via a line 8 and a chimney, not shown.
Im Dampfturbinenkreislauf ist eine dreistufige Dampfturbine 9, 10 und 11 auf einer gleichen Welle mit einem Generator 12 angeordnet. Der entspannte Arbeitsdampf kondensiert in einem Kondensator 13. Als Kondensat wird das Arbeitsmittel nunmehr mittels einer Kondensatpumpe 14 über teilweise parallelge schaltete Niederdruckvorwärmer 15, 15′ und 16 in den Speise wasserbehälter 17 gefördert. Hierbei sind die Niederdruckvor wärmer 15, 15′ auf nicht gezeigte Weise entnahmedampfbeheizt. Der Economiser 16 befindet sich im Abgasweg der Abhitze dampferzeugungsanlage 7. Da für den hier zu beschreibenden Fall eine Zulauftemperatur von 60°C für den Economiser 16 bestgeeignet ist, zweigt die entsprechende Entnahmestelle zwischen den beiden Niederdruckvorwärmern 15 und 15′ ab. Es versteht sich, daß diese Wasser-Zulauftemperatur zum Econo miser abhängig ist von der Art des verwendeten Brennstoffes und der tiefstmöglichen Kamin-Eintrittstemperatur.In the steam turbine cycle, a three-stage steam turbine 9 , 10 and 11 is arranged on the same shaft with a generator 12 . The relaxed working steam condenses in a condenser 13 . As the condensate, the working fluid is now conveyed by means of a condensate pump 14 via partially paralleled low-pressure preheaters 15 , 15 'and 16 into the feed water tank 17 . Here, the Niederdruckvor warmer 15 , 15 'in a manner not shown, extraction steam heated. The economizer 16 is located in the exhaust gas path of the waste heat steam generator 7 . Since an inlet temperature of 60 ° C for the economiser 16 is best suited for the case to be described here, the corresponding extraction point branches off between the two low-pressure preheaters 15 and 15 '. It goes without saying that this water inlet temperature to the Econo miser depends on the type of fuel used and the lowest possible chimney inlet temperature.
Das im Speisewasserbehälter 17 gesammelte Wasser wird in einer Speisewasserpumpe 18 auf Anlagendruck gepumpt und dann in zwei Teilströme aufgeteilt.The water collected in the feed water tank 17 is pumped to system pressure in a feed water pump 18 and then divided into two partial flows.
Ein erster Teilstrom gelangt über eine Leitung 19 in minde stens einen entnahmedampfbeheizten Hochdruckvorwärmer 20 und von dort in einen Dampferzeuger 21. Bei diesem kann es sich beispielsweise um den Kessel eines bestehenden Kohlekraftwer kes handeln. Der im Kessel erzeugte endüberhitzte Dampf wird am dampfseitigen Ausgang 50 in Richtung Hochdruckturbine 9 abgegeben.A first partial flow passes via a line 19 into at least one high pressure preheater 20 heated by extraction steam and from there into a steam generator 21 . This can be, for example, the boiler of an existing coal-fired power station. The superheated steam generated in the boiler is discharged at the steam-side outlet 50 in the direction of the high-pressure turbine 9 .
Der verbleibende zweite Teilstrom des auf Druck gebrachten Speisewassers wird über eine Leitung 22 der Abhitzedampfer zeugungsanlage 7 zugeführt. In deren Heizflächen 23, 23′ wird das Speisewasser im Wärmeaustausch mit dem heißen Abgas der Gasturbine 4 verdampft und überhitzt. Am dampfseitigen Aus gang 51 soll der Dampf den gleichen Zustand wie jener des Frischdampfes am Ausgang 50 des Dampferzeugers 21 aufweisen. The remaining second substream of the pressurized feed water is supplied via a line 22 to the heat recovery steam generator 7 . In the heating surfaces 23 , 23 ', the feed water is evaporated and overheated in the heat exchange with the hot exhaust gas of the gas turbine 4 . At the steam-side outlet 51 , the steam should have the same state as that of the live steam at the outlet 50 of the steam generator 21 .
Die beiden überhitzten Dampf-Teilströme münden stromaufwärts der Dampfturbine in eine gemeinsame Frischdampfleitung 52, aus der Hochdruckdampfturbine 9 beaufschlagt wird.The two superheated steam partial flows open upstream of the steam turbine into a common live steam line 52 , from which the high-pressure steam turbine 9 is supplied.
Nach der Teilentspannung im Hochdruckteil der Turbine wird der Dampf vor dem Eintritt in die Mitteldruckturbine 10 zwi schenüberhitzt. Diese Zwischenüberhitzung des Dampfes erfolgt im Beispielsfall ausschließlich in Wärmeaustauschflächen 28, die im Rauchgasweg des Dampferzeugers 21 angeordnet sind.After the partial relaxation in the high-pressure part of the turbine, the steam is between superheated before entering the medium-pressure turbine 10 . This intermediate superheating of the steam takes place in the example only in heat exchange surfaces 28 which are arranged in the flue gas path of the steam generator 21 .
Um eine hohe Anlagenflexibilität zu erhalten, ist der Zwi schenüberhitzer über eine mit einem Absperrorgan 25 versehene Bypassleitung 24 umgehbar. Damit ist die Möglichkeit gegeben, die Anlage nur im Gasturbinenbetrieb zu fahren. Der dann nicht betriebene Zwischenüberhitzer wird bei offenem Absperr organ 25 umfahren. In den Zu- und Ableitungen des Zwischen überhitzers sind hierzu Absperrorgane 26 und 27 angeordnet.In order to obtain a high level of system flexibility, the intermediate superheater can be bypassed via a bypass line 24 provided with a shut-off element 25 . This enables the plant to be operated only in gas turbine mode. The intermediate superheater, which is then not operated, is bypassed when the shut-off organ 25 is open. For this purpose, shut-off devices 26 and 27 are arranged in the supply and discharge lines of the intermediate superheater.
Mit einer derartigen Anlage können drei veschiedene
Betriebsarten gefahren werden:
Beim reinem Gasturbinenbetrieb - worunter in der Folge ein
Betrieb nur mit Gasturbine 1-6, Abhitzedampferzeugungsanlage
7 und Dampfturbine 9-11 ohne Zwischenüberhitzung zu verstehen
ist - sind die Dampfentnahmen zu den Hochdruckvorwärmern 20
und zum Niederdruckvorwärmer 15′ geschlossen, was die Dampf
menge durch die Mitteldruck- und Niederdruckturbinen 10, 11
erhöht. Andererseits wird die Anlage in diesem Fall im Gleit
druckbetrieb gefahren, wodurch die Endnässe der am Austritt
der Niederdruck-Dampfturbine problemlos wird.With such a system, three different operating modes can be operated:
In pure gas turbine operation - which is to be understood as an operation only with gas turbine 1-6 , heat recovery steam generator 7 and steam turbine 9-11 without intermediate superheating - the steam withdrawals to the high pressure preheaters 20 and to the low pressure preheater 15 'are closed, which means the amount of steam through Medium pressure and low pressure turbines 10 , 11 increased. On the other hand, the system is operated in sliding pressure mode in this case, whereby the final wetness at the outlet of the low-pressure steam turbine becomes problem-free.
Beim reinem Kohle- oder Ölbetrieb - worunter in der Folge ein Betrieb nur mit Dampferzeuger 21 und Dampfturbine 9-11 zu verstehen ist - arbeitet die Anlage als klassische Zwischen überhitzungsanlage mit abgesperrter Bypassleitung 24. Es ist die Fahrweise, wie sie üblicherweise aufgrund des günstigen Kohlepreises für Grundlastbetrieb in Frage kommt. Es ist im Prinzip auch die Fahrweise für ein mit leistungserhöhenden Maßnahmen aufzurüstendes bestehendes Kraftwerk. Ohne Beein trächtigung des Betriebes kann die Gasturbine und die Abhit zedampferzeugungsanlage neben der bestehenden Anlage erstellt werden. Danach wird auf den obenerwähnten reinen Gasturbinen betrieb mit der alten Dampfturbine umgestellt und es kann der kohle- oder ölgefeuerte Kessel 21 ersetzt werden.In the case of pure coal or oil operation - which in the following means operation only with steam generator 21 and steam turbine 9-11 - the system works as a classic intermediate overheating system with the bypass line 24 shut off. It is the driving style that is usually considered due to the low coal price for base load operation. In principle, it is also the driving style for an existing power plant to be upgraded with performance-enhancing measures. The gas turbine and the heat recovery system can be built next to the existing system without affecting operation. Thereafter, the old steam turbine is switched to the pure gas turbine operation mentioned above and the coal or oil-fired boiler 21 can be replaced.
Beim Verbundbetrieb der Anlage werden Kohle/Öl und Gas gleichzeitig für die Dampferzeugung verfeuert; sämtliche Anlagenteile sind in Betrieb.Coal / oil and gas are used in the combined operation of the plant fired at the same time for steam generation; all Plant parts are in operation.
Nachstehend werden anhand eines Zahlenbeispiels die verschie denen Fahrweisen erläutert. Die Zahlenangaben gelten für eine Anlage, welche mit einem überkritischen Druck von 300 bar, einer Frischdampftemperatur von 580°C und einer Zwischenüber hitzungstemperatur von 600°C arbeitet.Below are the different using a numerical example to which driving styles are explained. The numbers apply to one System operating at a supercritical pressure of 300 bar, a live steam temperature of 580 ° C and an intermediate transfer heating temperature of 600 ° C works.
Dabei versteht es sich, daß vorzugsweise eine moderne Gasturbine mit einer hohen Austrittstemperatur von ca. 620°C zur Anwendung gelangen sollte, um die Frischdampftemperatur von 580°C im Abhitzekessel zu erreichen. Stehen solche hohen Abgastemperaturen nicht zur Verfügung, so kann das Turbinen abgas über eine Zusatzfeuerung selbstverständlich auf die erforderlich Temperatur erhitzt werden.It goes without saying that preferably a modern one Gas turbine with a high outlet temperature of approx. 620 ° C should be applied to the live steam temperature of 580 ° C in the waste heat boiler. Stand such high Exhaust gas temperatures are not available, so the turbines exhaust gas, of course, via additional firing required temperature to be heated.
In der nachstehenden Tabelle entspricht Modus 1 dem Verbund betrieb, Modus 2 dem reinen Kohle/Ölbetrieb, Modus 3 dem rei nen Gasturbinenbetrieb.In the table below, mode 1 corresponds to the compound operation, mode 2 the pure coal / oil operation, mode 3 the rei NEN gas turbine operation.
Die Zahlen und Verhältnisse der Gasturbinenleistung zur Dampfturbinenleistung bei den verschiedenen Modi sind selbsterläuternd betreffend der Größenordnung der angewende ten Komponenten.The numbers and ratios of gas turbine power to Steam turbine power are in the different modes self-explanatory regarding the magnitude of the applied components.
Unter Gas-Marginaler Wirkungsgrad wird hier verstanden der gasbezogene Leistungsanteil von Gasturbine und Dampfturbine zum Gasverbrauch.Here, gas marginal efficiency is understood to mean the gas-related power share of gas turbine and steam turbine for gas consumption.
Aus der Tabelle ist erkennbar, daß gegenüber dem klassischen Überhitzungsbetrieb nach Modus 2 im Verbundbetrieb nach Modus 1 der Kohleverbrauch im um ca. 16% reduziert wird, und die Mehrleistung in der Dampfturbine demzufolge mit Abhitzedampf aus der Gasturbine erzielt wird. Infolge der hervorragenden Energienutzung in der Abhitzedampferzeugungsanlage kann dadurch der Anlagenwirkungsgrad beträchtlich erhöht werden.The table shows that compared to the classic Overheating operation according to mode 2 in combined operation according to mode 1 the coal consumption is reduced by approx. 16%, and the More power in the steam turbine therefore with waste heat steam is achieved from the gas turbine. As a result of the excellent Energy use in the heat recovery steam generator can this considerably increases the efficiency of the system.
Durch die Parallelschaltung der beiden "schwächsten" Elemente im System bezüglich der Verfügbarkeit, nämlich der Gasturbine und des kohle/ölgefeuerten Dampferzeugers, wird durch den permanent möglichen Einsatz der hochverfügbaren Dampfturbine im Ergebnis eine Anlage erzielt, die in höchstem Masse Ver fügbarkeit und Flexibilität gewährt. Denn der Ausfall eines der beiden Elemente Gasturbine oder kohle/ölgefeuerter Dampf erzeuger führt lediglich zu einem Teilausfall; in der Tat kann die Anlage mit dem jeweils andern Element weiterbetrie ben werden. By connecting the two "weakest" elements in parallel in the system regarding availability, namely the gas turbine and the coal / oil-fired steam generator is replaced by the permanent use of the highly available steam turbine as a result achieved a system that Ver Availability and flexibility granted. Because the failure of one of the two elements gas turbine or coal / oil-fired steam producer only leads to partial failure; as a matter of fact the system can continue to operate with the other element be.
Weiter oben wurde ausgeführt, daß am dampfseitigen Ausgang 51 des Abhitzekessels der Dampf den gleichen Zustand wie jener des Frischdampfes am Ausgang 50 des Dampferzeugers 21 aufweisen soll. In Abweichung hiervon ist es selbstverständ lich auch möglich, daß im Kombibetrieb der in der Abhitze dampferzeugungsanlage 7 erzeugte Dampf einen andern Zustand aufweist als jener im Dampferzeuger 21, so daß es sinnvoll wäre, diesen Dampf an thermodynamisch korrekter Stelle in die Dampfturbine einzuleiten. Dies wäre jedoch mit einem appara tiven und regulativen Mehraufwand verbunden. Denn für den reinen Gasturbinenbetrieb muß der in der Abhitzedampferzeu gungsanlage erzeugte Dampf auf jeden Fall über die Frisch dampfleitung in die Hochdruckturbine eingeleitet werden.It was stated above that the steam at the steam-side outlet 51 of the waste heat boiler should have the same state as that of the live steam at the outlet 50 of the steam generator 21 . In deviation from this, it is of course also possible that in the combined operation of the steam generated in the waste heat steam generator 7 has a different state than that in the steam generator 21 , so that it would make sense to introduce this steam at a thermodynamically correct point in the steam turbine. However, this would involve additional equipment and regulation. Because for pure gas turbine operation, the steam generated in the heat recovery steam generation system must in any case be introduced into the high-pressure turbine via the fresh steam line.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. In Abwei chung zur erwähnten Erdgasfeuerung der Gasturbinenbrennkammer könnte diese selbstverständlich auch mit einem andern Brenn stoff betrieben werden. Dies gilt ebenfalls für den Dampfer zeuger des Wasser/Dampfkreislaufes, welcher statt mit Kohle- oder Ölfeuerung mit beliebiger Feuerung ausgerüstet sein kann.Of course, the invention is not as shown and described embodiment limited. In deviation chung on the above-mentioned natural gas firing of the gas turbine combustion chamber could of course also with a different burner be operated. This also applies to the steamer of the water / steam cycle, which instead of using coal or oil firing can be equipped with any type of firing can.
BezugszeichenlisteReference list
1 Leitung (angesaugte Frischluft)
2 Verdichter
3 Brennkammer
4 Gasturbine
5 Generator
6 Leitung (Abgas)
7 Abhitzedampferzeugungsanlage
8 Leitung (zum Kamin)
9 Hochdruckturbine
10 Mitteldruckturbine
11 Niederdruckturbine
12 Generator
13 Kondensator
14 Kondensatpumpe
15 Niederdruckvorwärmer
16 Niederdruckvorwärmer
17 Speisewasserbehälter
18 Speisewasserpumpe
19 Leitung
20 Hochdruckvorwärmer
21 Dampferzeuger
22 Leitung
23, 23′ Heizflächen
24 Bypassleitung
25 Absperrorgan
26 Absperrorgan
27 Absperrorgan
28 Wärmeaustauschfläche
50 dampfseitiger Ausgang von 21
51 dampfseitiger Ausgang von 7
52 Frischdampfleitung 1 line (fresh air drawn in)
2 compressors
3 combustion chamber
4 gas turbine
5 generator
6 line (exhaust gas)
7 heat recovery steam generator
8 pipe (to the chimney)
9 high pressure turbine
10 medium pressure turbine
11 low pressure turbine
12 generator
13 capacitor
14 condensate pump
15 low pressure preheaters
16 low pressure preheaters
17 feed water tank
18 Feed water pump
19 management
20 high pressure preheaters
21 steam generators
22 line
23 , 23 ′ heating surfaces
24 bypass line
25 shut-off device
26 shut-off device
27 shut-off device
28 heat exchange surface
50 steam side outlet of 21
51 steam side outlet from 7
52 Live steam line
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| CH387094 | 1994-12-21 |
Publications (1)
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ID=4265261
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| DE (1) | DE19542917A1 (en) |
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