DE2202913A1

DE2202913A1 - Brenner fuer fluessige oder gasfoermige Brennstoffe

Info

Publication number: DE2202913A1
Application number: DE19722202913
Authority: DE
Inventors: Marcel Pillard
Original assignee: GEN CHAUFFAGE IND PIL ENTERPRI
Current assignee: GEN CHAUFFAGE IND PIL ENTERPRI
Priority date: 1971-01-22
Filing date: 1972-01-21
Publication date: 1972-08-03
Also published as: DE2202913B2; ES399120A1; US3775039A; CA936084A; FR2122820A5; GB1356067A; SU578019A3; BE777895A; DE2202913C3

Description

Ba 2013

Entreprise Generale de Chauffage Industriel PILLARD Freres et Cie

Marseille

Brenner für flüssige oder gasförmige Brennstoffe

Die Erfindung befaßt sich mit einem Brenner für flüssige oder gasförmige Brennstoffe.

Es sind bereits Brenner für flüssige Brennstoffe bekannt, mit denen große Industriekessel und -öfen ausgerüstet sind und die im allgemeinen eine zentrale Zuführleitung für unter Druck stehenden Brennstoff enthalten, der über ein Einspritzrohr herangeführt ist, dessen auf der Feuerraumseite gelegenes Ende durch eine Düse zum Zerstäuben abgeschlossen ist, die von der Brennernase hervorgerufen wird. Diese Düse spritzt die flüssigen Brennstofftröpfchen in divergierenden Richtungen aus, deren Umhüllung etwa einen Drehkegel um die Brennerachse bildet.

Im Falle von gasförmigen Brennstoffen ist es nahezu dasselbe; es ändert sich nur die Art, in der der Brennstoff ausgestoßen wird, um Strahlen zu bilden, die sich mit der Verbrennungsluft vermischen.

Die Verbrennungsluft wird in einer zylindrischen Leitung von größerem Durchmesser zugeführt, die koaxial zum Einspritzrohr liegt.

Die Verbrennungsluft kann in zwei Teile aufgeteilt werden, und zwar in Primär1uft. die in einer mittleren«Leitung zuge-

CP Xv>

führt wird, und in Sekundärluft, die in einer äußeren Leitung zugeführt bzw. verteilt wird. Die Sekundärluft kann gegebenenfalls (oder auch nicht) mit einer Rotationsbewegung um die Brennerachse bewegt werden, wozu Flügel in der Sekundärluftleitung angeordnet sind. Um die Brennernase herum besteht die Tendenz, daß sich Luftwirbel bilden, die mit einer großen Rotationsgeschwindigkeit bewegt werden; diese Luftwirbel befinden sich zwischen dem Projektionskonus des Brennstoffes und den zentralen Verbrennungsluftschichten. Die aufgrund dieser Geschwindigkeit hervorgerufene Zentrifugalkraft neigt dazu, die flüssigen Brennstofftröpfchen seitlich auszustoßen oder gegen einen Äußeren Bereich des gasförmigen Brenn-

\wobei Tröpfchen/ ^B

stoffes zu treiben,\ die /die Verbrennungsluftschichten durchqueren, ohne vollkommen zu verbrennen. Das Resultat ist eine schlechte Verbrennung, die den Ursprung für Rauch und Ruß darstellt.

Bei den der Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen wurde festgestellt, daß die erwähntenWirbel unter der Bedingung nützlich sein können, daß sie entflammt werden. Die Untersuchungen haben gezeigt, daß das Festlegen der Flamme bei der Brennernase sowie die Qualität der Verbrennung und der Entzündung deutlich besser sind, wenn man um die Brennnernase herum einen wulstartigen Wirbel erzeugt, der sich bis in einen Bereich hinter der Brennernase erstreckt und durch eine Mischung aus Brennstoff und Verbrennungsluft gebildet ist, die aus zwei Strömen entnommen ist, welche den Wirbel umgeben, und wenn man diesen Wirbel in Verbrennungsluft bewegt, um ihn entflammt zu halten, ohne daß die Bewegung der Verbrennungsluft zu intensiv ist und ohne zu riskieren, daß dieser Wirbel durch Wegblasen aufgehoben wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Brenner zu schaffen, um dessen Nase herum ein entflammter Wirbel erzeugt ist.

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Die Erfindung geht aus von einem Brenner für flüssige oder gasförmige Brennstoffe, der drei koaxiale, zylindrische Leitungen enthält, mit einer zentralen, einen kleinen Durch messer aufweisenden ersten Leitung für die Zuführung des Brennstoffes, die in einer die Nase des Brenners bildenden Düse endet, mit einer einen etwas größeren Durchmesser auf weisenden, mittleren zweiten Leitung für die Zuführung der Primärverbrennungsluft, die in einer Konusdüse endet und mit einer einen großen Durchmesser aufweisenden, äußeren dritten Leitung, die für die Zuführung von Sekundärverbrennungsluft bestimmt ist, die in dem Ringraum zwischen der zweiten und der dritten Leitung strömt, wobei der Brenner außerdem Flügel enthält, die den größten Teil des erwähnten Ringraumes einnehmen und gegenüber der Brennernase zurückgesetzt sind.

Bei einem derartigen Brenner besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß auf der Abströmseite der Flügel eine mit Löchern versehene Abschirmung auf dem Umfang der mittleren Leitung derart angeordnet ist, daß im Schütze dieser um die Brennernase angebrachten Abschirmung ein entflammter Wir bel gebildet ist, der sich zum Teil bis auf die Zuströmseite der Brennernase erstreckt.

Aufgrund der Bildung dieses Wirbels ergibt sich eine verbesserte Verbrennung, wodurch der maximale Luftüberschuß verringert werden kann, was die Rauchbildung herabsetzt und die Risiken der Schwefelsäurebildung aufgrund der Brennstoffe reduziert, die gewöhnlich Schwefel enthalten.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Flügel auf dem Umfang einer Nabe befestigt, die die mittlere Lei tung umgibt, wobei die Nabe einen äußeren Durchmesser auf weist, der etwa dem halben Durchmesser derjäußeren Leitung entspricht und von Kanälen mit geringem Durchmesser durchbohrt ist, die die Nabe vollkommen durchqueren, so daß die Nabe die Funktion der Abschirmung übernimmt, auf deren Ab- strömseite sich der entflammte Wirbel bildet.

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Diese Kanäle können dabei parallel zur Achse liegen und nach vorne konvergieren. In diesem Falle übt die Nabe die Funktion der Abschirmung aus.

Der Durchmesser der Löcher oder Kanäle, die den Wirbel in Verbrennungsluft bewegen, muß klein und mit Genauigkeit bestimmt sein, damit der Unterdruck hinter der Abschirmung nicht zerstört wird.

Die Flügel besitzen vorzugsweise eine gekrümmte Form; ihre Zuströmkanten liegen parallel zur Achse und ihre Abströmkanten, die mit der Achse einen Winkeljbilden, nehmen vom Zentrum bis zum Umfang ab, wo sie eine parallele Lage zur Achse einnehmen.

Aufgrund dieser Anordnung weisen die Verbrennungsluftschicht en, die sich in der Nähe des Zentrums befinden, eine erhöhte tangentiale Geschwindigkeit auf, was Turbulenzen nach sich zieht und die Bildung des Wirbels erleichtert.

Zwischen den Flügeln können weiterhin zylindrische Leitelemente angeordnet sein, die koaxial zum Brenner liegen. Diese Leitelemente bzw. Deflektoren teilen die Sekundärverbrennungsluft in gesonderte Schichten auf, was ein Zusammenwirken zwischen den Schichten Verringert, das Störungen im Sekundärluft strom herbeiführt, die das Risiko einer Zerstörung des entflammten Wirbels mit sich bringen.

Bei einer besonderen AusfUhrungsform der Erfindung sind die Flügel an der Innenwand der äußeren Leitung und ist die die Abschirmung bildende, mit Löchern versehene Scheibe auf der mittleren Leitung befestigt, und zwar in derselben, etwa rechtwinklig zur Achse liegenden Ebene. Die äußere Leitung und die innere Leitung sind dabei gegeneinander derart be-

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weglich, daß die Relativlage der Flügel und der Abschirmung tastender Weise - auf einfache Art verändert werden kann, damit durch Versuche die Stellung ermittelt wird, die den umfangreichsten und stabilsten Wirbel ergibt.

In Kombination mit der perforierten Abschirmung, in deren Schutz sich der Wirbel bildet, verwendet man vorzugsweiseauf der Zuströmseite der Flügel angeordnete (Luft-) Leitelemente, die in Längsrichtung profiliert sind, damit die Luft auf der Zuströmseite der Flügel gelenkt und die Strömung beruhigt wird, indem parasitenartige Turbulenzen vermieden werden.

In manchen Fällen, wo der Brenner einen gleitbeweglichen Regulierschieber an der Lufteintrittsseite enthält, der sich an der Seitenwand der äußeren Leitung befindet, um die Fläche dieser öffnung und die Verbrennungsluftmenge einzustellen, ist ein im Innern der äußeren Leitung angeordnetes Leitelement fest mit dem Regulierschieber verbunden, auf den es Rechtwinklig um die ganze öffnung herum zuläuft.

Der erfindungsgemäße Brenner unterscheidet sich von den bekannten Turbulenzvorrichtungen beispielsweise durch

- die Leitscheiben, die mit einer zentralen öffnung versehen sind,

- die konischen Flammenleitelemente und

- die Flammengehäuse.

Diesen bekannten Ausführungen liegt eine andere Aufgabe zugrunde. Sie erzeugen um die Flamme herum oder im Innern der Flamme eine Turbulenzzone; aber mit keiner von ihnen kann ein entflammter Wirbel erreicht werden, der sich im Bereich

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hinter der Brennernase befindet. Die angewandten Mittel sind ebenso unterschiedlich; keine dieser Vorrichtungen enthält hinter der Brennernase eine Abschirmung» in deren Schutz sich eine Unterdruckzone bildet.

Es gibt Vorrichtungen, die in der Zuführleitung für die Verbrennungsluft eine Rosette mit Flügeln enthalten, die auf einer Nabe befestigt sind. Diese Nabe erfüllt jedoch ausschließlich eine mechanische Aufgabe, die Halterung der Flügel. Ihre Dimensionen sind unzureichend, um eine Abschirmung zu bilden, und sie enthält keine Kanäle, die vollkommen durch sie hindurchgehen .

Im folgenden sind anhand der Zeichnung mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1;

Figuren 3 und 4 Längsschnitte durch weitere erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform, die eine Zuführung von gasförmigem Brennstoff enthält;

Fig. 6 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen

Brenner, der auf der Zuströmseite der Rosette Leitelemente für die Verbrennungsluft aufweist.

Fig. 1 veranschaulicht bei 1 eine Leitung zum Verteilen des Brennstoffes, die in einer Düse 2 endet. Die Leitung 1

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ist entlang der Achse x-x¹ eines Rohres 3 angeordnet, das in einer Konusdüse *♦ endet. Auf dem äußeren Umfang des Rohres 3 ist gegenüber der Düse zurückgesetzt eine große, zylindrische und ebene Nabe 5 angeordnet, die auf ihrem Umfang radiale Lamellen bzw. Flügel 6 trägt, die eine Rosette bilden, deren Achse mit der Achse x-x' übereinstimmt. Diese Einheit ist im Innern einer zylindrischen Luftverteilleitung 7 plaziert, die an ihrem vorderen Ende erweitert ist oder nicht. Die Flügel 6 nehmen einen großen Teil des Raumes ein, der sich zwischen der Nabe 5 und der Leitung 7 ergibt.

Der Brennstoff wird in divergierenden Richtungen ausgespritzt, deren Umhüllung durch eine Art Drehkegel 8 gebildet wird. Die Verbrennungsluft erreicht die Leitung 7 «it einer längsgerichteten Geschwindigkeit (entlang der Pfeile A). Die Flügel 6 sind auf der Achse x-x' derart geneigt, daß die Verbrennungsluft auf der Abströmseite der Flügel mit einer Geschwindigkeit bewegt wird, die eine quergerichtete, konstante oder variable Komponente aufweist, entsprechend dem Radius. Die Luftschichten auf der Abströmseite der Rosette bilden konzentrische Hyperboloide.

Im Schütze der Nabe wird auf diese Weise eine Unterdruckzone gebildet, die eine Abschirmung darstellt. In dieser Zone bildet sich ein Wirbel 10 mit einer Umwälzung um die Achse x-x·. Durch diesen Wirbel werden gegen den Strom Brennstoff teilchen oder unvollkommen verbrannte Gase mitgerissen. Die Verbrennung erfolgt in dem Wirbel, der aufgrund der Luft entflammt wird, die am Umfang oder durch Injektion quer zur Nabe mitgerissen wird.

Fig. 2 stellt einen Querschnitt der Vorrichtung in Fig. dar. Die Flügel dieser Vorrichtung weisen eine Eintrittsfläche auf, deren Tangentenebene etwa parallel zur Achse x-x· liegt, während die Abströmkante zur Achse x-x¹ geneigt ist. Die Neigung der Abströmkante nimmt\om Zentrum zum Umfang hin

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derart ab, daß die Rotation der Luftschichten in der Nähe des Zentrums stärker ist als die der Schichten, die sich am Umfang befinden.

In der Abwandlung können die Flügel eben bzw. gerade oder in einem Abschnitt gebogen und mit abnehmender Breite (vom Zentrum bis zum Umfang) ausgeführt sein, damit - wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel - die zentralen Luftschichten eine größere Drehgeschwindigkeit aufweisen, die die Bildung des zentralen Flammenwirbels und des wulstartigen Wirbels begünstigt.

Um den in der Verbrennungsluft entflammten Wirbel zu unterstützen, können parallel zur Achse x-x¹ oder in ein oder zwei Richtungen geneigt zu dieser Achse kleine Löcher quer durch die Nabe 5 gebohrt sein.

Die Wirbelzone ist besonders begünstigt, um dort Einrichtungen zum Entzünden der Flamme anzuordnen, wie z. B. mit einer Zündflamme versehene oder elektrische Funkenerzeugungselektroden.

In Fig. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, wobei entsprechende Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Diese Vorrichtung unterscheidet sich von der vorhergehenden dadurch, daß sie zwischen den Flügeln 6 der Rosette kreisförmige Leitelemente 11a, 11b enthält, wodurch die Luft geführt wird und die Verbrennungsluftschichten in mehrere einzelne Hyperboloide getrennt werden.

Fig. 4 veranschaulicht einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel.

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Elemente, die denen der vorhergehenden Figuren entsprechen, sind wiederum mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Die veranschaulichte Vorrichtungsanordnung enthält einen Regulierschieber für die Zuführung von Verbrennungsluft, die entlang der Pfeile 12 quer durch eine Umfangsöffnung in die zylindrische Leitung 7 eintritt.

Man kann die Verbrennungsluftmenge regeln, indem man die Größe der öffnung mittels eines gleitbeweglichen Regulierschiebers 13 einstellt, was miteis eines Bedienungsschlüssels bzw. Bedienungshebels 1Ί erfolgt.

Bei dieser AusfUhrungsform sind die Flügel 6, die die Rosette bilden, durch Zwischenschaltung von radialen Zentrierungsflügeln 16 an der Leitung 7 befestigt und unabhängig von der Nabe 5 angeordnet, die auf der Leitung 3 befestigt ist. Durch diese Anordnung kann die Relativlage der Brennernase in Bezug auf die Rosette verändert werden, damit die Stellung mit der besten Verbrennung gesucht werden kann.

Fig. 5 stellt ein Ausführungsbeispiel mit einem Brenner dar, der ein gemeinsamer Brenner für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff oder ein vollkommener Gasbrenner sein kann. Die Anordnung der Rosette und der Nabe bleiben so wie in der vorhergehenden Figur. Die Verbrennungsluftleitung 7 enthält eine Doppelwand 7a, 7b, wobei der Zwischenraum als Verteilleitung von Brenngas dient, das durch die öffnungen 17 eingeführt wird. Letztere sind mit oder ohne verlängerte Konusdüsen versehen, die.vor der Rosette 6 plaziert sind, und zwar entweder senkrecht zur Wand, geneigt nach vorne hin oder geneigt nach hinten, damit ein Teil der Gasstrahlen den wulstartigen Wirbel 10 unterstützt, damit er wie bei den vorhergehenden Ausführungsfällen entflammt bleibt.

In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, wobei wiederum bekannte Elemente

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mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Die Verbrennungsluft tritt entlang der Pfeile 12 radial in die Leitung 7 ein. Durch den gleitbeweglichen Regulierschieber 13 kann die Luftmenge eingestellt werden. In Längsrichtung profilierte Leitelemente leiten die Verbrennungsluft von der radialen Richtung bis zur Flügelrosette 6 derart, daß die Luftströmung laminar bleibt. Diese Leitelemente sind durch eine um die Achse x-x¹ herum angeordnete Rotationsfläche 18, die an der hinteren Wand der Vorrichtung befestigt ist, sowie durch eine weitere Rotationsfläche 19 zusammengesetzt, die um die Achse x-x¹ angeordnet sowie am gleitbeweglichen Schieber befestigt ist.

Gegebenenfalls enthält das Ableitelement außerdem einen an der Zuströmseite der Nabe 5 befindlichen Drehkonus 20, der die Luftstrahlen zu den Flügeln der Rosette hinleitet.

Die Längsprofile der Flächen 18 und 19 sind selbstverständlich so ausgebildet, daß die Bildung aller Wirbel unterdrückt wird, die entlang der Wände auftreten können.

Die Kombination von Leitelementen 18, 19 und eventuell 20 mit einer Rosette 6 und einer Nabe 5, die eine Abschirmung bildet und gegenüber der Brennernase deutlich zurückgesetzt angeordnet ist, führt zur Bildung eines sehr regelmäßigen entflammten Wirbels 10 und zu einer sehr stabilen Flamme.

Außer den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind im Rahmen der Erfindung selbstverständlich noch andere Ausführungsformen möglich.

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Claims

Patentansprüche

1.j Brenner für flüssige oder gasförmige Brennstoffe, der drei koaxiale, zylindrische Leitungen enthält, mit einer zentralen, einen kleinen Durchmesser aufweisenden ersten Leitung für die Zuführung des Brennstoffes, die in einer die Nase des Brenners bildenden Düse endet, mit einer einen etwas größeren Durchmesser aufweisenden, mittleren zweiten Leitung für die Zuführung der Primärverbrennungsluft, die in einer Konusdüse endet und mit einer einen großen Durchmesser aufweisenden, äußeren dritten Leitung, die für die Zuführung von Sekundärverbrennungsluft bestimmt ist, die in dem Ringraum zwischen der zweiten und der dritten Leitung strömt, wobei der Brenner außerdem Flügel enthält, die den größten Teil des erwähnten Rin/graumes einnehmen und gegenüber der Brennernase zurückgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Abströmseite der Flügel (6) eine mit Löchern versehene Abschirmung (5) auf dem Umfang der mittleren Leitung (3) derart angeordnet ist, daß im Schütze dieser um die Brennernase (2) angebrachten Abschirmung ein entflammter Wirbel (10) gebildet ist, der sich zum Teil bis auf die Zuströmseite der Brennernase erstreckt.

Brenner nach Anspruch 1, bei dem die Flügel auf einer Nabe angeordnet sind, die die mittlere Leitung umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (5) einen äußeren Durchmesser aufweist, der etwa dem halben Durchmesser der äußeren Leitung (7) entspricht und von Kanälen (15) mit geringem Durchmesser durchbohrt ist, die die Nabe vollkommen durchqueren, so daß die Nabe die Funktion der Abschirmung übernimmt, auf deren Abströmseite sich der entflammte Wirbel (10) bildet.

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3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (15) zur Achse geneigt sind und nach vorne hin konvergieren.

4. Brenner nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (15) parallel zur Achse liegen.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 2 bis H₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel Krümmungen darstellen, wobei ihre Zuströmkante parallel zur Achse liegt und ihr Abströmende mit der Brennerachse einen Winkel bildet, der von der Nabe (5) bis zum Umfang der Flügel hin abnimmt, wo die Abströmseite parallel zur Achse liegt.

6. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Flügeln (6) zylindrische und koaxial liegende (Luft-) Leitelemente (11a, lib) angeordnet sind.

7. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel an der Innenwand der äußeren Leitung (7) befestigt und unabhängig von der Abschirmung (5) angeordnet sind, die auf dem Umfang der mittleren Leitung (3) befestigt ist, und daß die mittlere und die äußere Leitung (3 bzw. 7) in Längsrichtung gegeneinander derart beweglich sind, daß die Relativlage der Abschirmung (5) und der Flügel (6) modifizierbar ist.

8. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem gleitbeweglichen, zylindrischen Luftregulierschieber, der um die äußere Leitung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein in Längsrichtung profiliertes (Luft-) Leitelement (19) im Innern der äußeren Leitung und stromabwärts von der Lufteintrittsöffnung befindet, wobei das (Luft-) Leitelement fest mit dem gleitbeweglichen Regulierschieber (13) verbunden ist.

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9. Brenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das (Luft-) Leitelement (19) ein derartiges Profil aufweist, daß sich sein Zuströmende rechtwinklig an den Luftregulierschieber (13) um dessen Ende herum anschließt, das die Lufteintrittsöffnung begrenzt, und daß sein Abströmende parallel zur inneren Wand (7) liegt, gegenüber der es gleitbeweglich ist.

10. Brenner nach einem der Ansprüche 7> 8 und 9> dadurch gekennzeichnet, daß sich außer dem im Innern des Ringraumes und in dessen hinterem Bereich ein zweites, festes Leitelement (18) befindet, dessen Profil nahezu parallel zu dem des beweglichen Leitelementes (19) liegt, und daß ein festes, konisches drittes Leitelement (20) auf der Zuströmseite der Nabe (5) angeordnet ist, dessen Durchmesser am Zuströmende ^t was größer als der äußere Durchmesser des mittleren Rohres (3) und dessen Durchmesser am Abströmende etwa gleich dem äußeren Durchmesser der Nabe (5) ist.

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