DE3225838A1 - Process for heat recovery from dust-laden gas - Google Patents
Process for heat recovery from dust-laden gasInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmerückgewinnung aus staubbeladenem Abgas mittels eines Gas/ ,- Gas-Wärmetausches.The invention relates to a method for heat recovery from dust-laden exhaust gas by means of a gas / gas heat exchanger.
In neuerer Zeit ergab sich ein Bedarf nach der Rückgewinnung von Wärme aus Abgas zwecks Nutzung der im Abgas enthaltenen Wärmeenergie. Die Wärmeenergie wird ,Q üblicherweise mittels einer Vorwärmer- und Wärmetauschereinrichtung mit festen bzw. massiven Wärmeübertragungsflächen auf Kessel-Speiseluft und/oder -wasser übertragen. Ein Beispiel für eine solche Anlage ist in Fig. 1 dargestellt.More recently, there has been a need to recover heat from exhaust gas for the purpose of utilizing the im Thermal energy contained in exhaust gas. The heat energy will , Q usually by means of a preheater and heat exchanger device transferred with solid or massive heat transfer surfaces to the boiler feed air and / or water. An example of such a system is shown in FIG.
Gemäß Fig. 1 wird Abgas 10 von einem Kessel 1 nacheinander über einen Vorwärmer 2 für den Wärmetausch mit Speisewasser 8, einen Wärmetauscher 3 mit einer festen Wärmeübertragungsfläche, einen Staubsammler .4 und ein Absauggebläse (induced fan) 5 zu einer Esse oder einem Wäscher 6 geleitet. Die Speiseluft 9 zum Kessel 1 wird über ein Unterwindgebläse 7 und den Wärmetauscher 3 in den Kessel 1 eingeleitet.According to Fig. 1, exhaust gas 10 from a boiler 1 is successively via a preheater 2 for the heat exchange Feed water 8, a heat exchanger 3 with a fixed heat transfer surface, a dust collector .4 and a Suction fan (induced fan) 5 directed to an forge or washer 6. The feed air 9 to the boiler 1 is Introduced into the boiler 1 via an under-wind fan 7 and the heat exchanger 3.
In manchen Fällen enthält das Abgas Staub in hoher Konzentration von z.B. mehr als 5 g/Nm . Ein solches Abgas fällt bei einem Sodagewinnungskessel, einem Müllverbrennungskessel oder einem anderen Kessel an, in welchem ein Brennstoff niedrigen Wärmewerts verbrannt wird- In hoher Konzentration vorliegender Staub blockiert bzw. verstopft dabei sehr schnell die Abgasdurchgänge im Wärmetauscher. Solches staubbeladenes Abgas wird daher nur durch den Vorwärmer 2 geleitet, so daß die Speiseluft mittels eines dampfDeheizten Luftvorwärmers vorgewärmt werden muß. Der Wärmeverlust bei einer solchen Verbrennungsvorrichtung ist daher sehrIn some cases the exhaust gas contains high concentrations of dust, e.g. more than 5 g / Nm. One such Exhaust gas occurs in a soda recovery boiler, a waste incineration boiler or another boiler, in which a fuel of low calorific value is burned - dust present in high concentration blocks or clogs the exhaust gas passages in the heat exchanger very quickly. Such dusty Exhaust gas is therefore only passed through the preheater 2, so that the feed air is heated by means of a steam Air preheater must be preheated. The heat loss in such a combustion device is therefore very
hoch, und da die Hauptaufgabe von Kesseln zur Verbrennung von Brennstoffen niedrigen Wärmewerts in der wirtschaftlichen Gewinnung der Wärmeenergie solcher Brennstoffe besteht, ist das Ergebnis äußerst unzufriedenstellend. Aus diesem Grund ist eine Einrichtung zur wirksamen bzw. wirtschaftlichen Rückgewinnung der Wärmeenergie aus solchen staubbeladenen Gasen wünschenswert.high, and there the main task of boilers for combustion of fuels of low calorific value consists in the economic recovery of the thermal energy of such fuels, the result is extremely unsatisfactory. For this reason, a facility for effective resp. economic recovery of thermal energy from such dust-laden gases is desirable.
Ein bisheriger regenerativer Drehwärmetauscher ist in der JP-PS 700 210 beschrieben. Da bei diesem Wärmetauscher jedoch die Wärmeübertragungselemente als Filter wirken und durch Staub verstopft werden können, kann ein staubbeladenes Gas nicht durch diesen Wärmetauscher geleitet werden.A previous regenerative rotary heat exchanger is described in JP-PS 700 210. As with this heat exchanger however, the heat transfer elements act as filters and can become clogged with dust a dust-laden gas cannot be passed through this heat exchanger.
Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Ausschaltung der geschilderten Mangel des Stands der Technik durch Schaffung eines verbesserten Verfahrens zur Wärmerückgewinnung aus staubbeladenem Abgas mittels eines regenerativen Drehwärmetauschers, bei dem die Wärmeübertragungselemente durch den Abgasstrom fluidisiert werden.The object of the invention is thus in particular to eliminate the described deficiencies of the prior art by creating an improved method for recovering heat from dust-laden exhaust gas by means of a regenerative rotary heat exchanger in which the heat transfer elements are fluidized by the exhaust gas flow will.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Wärmerückgewinnung aus staubbeladenem Gas erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein regenerativer Drehwärmetauscher vorgesehen w^rd, der sphärische bzw. kugelförmige Wärmeübertragungselemente enthält, daß das staubbeladene Gas unter Bildung eines Fließbetts bzw. einer Wirbelschicht aus den Wärmeübertragungselementen durch den Wärmetauscher geleitet wird und daß durch den Wärmetauscher ein Strömungsmittel zur Rückgewinnung der WärmeThis object is achieved according to the invention in a method for heat recovery from dust-laden gas solved that a regenerative rotary heat exchanger w ^ rd provided, the spherical or spherical heat transfer elements contains that the dust-laden gas with the formation of a fluidized bed or a fluidized bed from the heat transfer elements is passed through the heat exchanger and that through the heat exchanger a fluid to recover the heat
von den Wärmeübertragungselementen geleitet wird. 35is conducted by the heat transfer elements. 35
Der sich beim Hindurchleiten des staubbeladenen Gases durch den Wärmetauscher auf den Oberflächen der sphärischen bzw. kugelförmigen Wärmeübertragungselemente ab-When the dust-laden gas is passed through the heat exchanger on the surfaces of the spherical or spherical heat transfer elements
-5-1 -5-1
setzende Staub wird vorzugsweise durch Reibungsberührung zwischen diesen kugelförmigen Elementen abgelöst.Settling dust is preferably removed by frictional contact between these spherical elements.
Beim bisherigen bzw. üblichen regenerativen Drehwärmetauscher kann staubbeladenes Gas nicht durch den Wärmetauscher geleitet werden, weil dessen Wärmeübertragungselemente als Filter wirken. Erfindungsgemäß werden dagegen sphärische, vorzugsweise aus Keramik bestehende Kugeln als Wärmetauscherelemente verwendet. Diese Kugeln bilden ein Fließbett bzw. eine Wirbelschicht, so daß sich Staub nicht im Wärmetauscher absetzen kann und mithin eine überlegene Wärmeübertragungsleistung, erzielt wird, auch wenn die Staubkonzentration des Gases mehr als 5 g/Nm beträgt. Infolgedessen kann praktisch das gesamte, von einer Brennstoff niedrigen Heizwerts verbrennenden Vorrichtung stammende Abgas wirksam für die Wärmerückgewinnung behandelt werden.With the previous or usual regenerative rotary heat exchanger dust-laden gas cannot pass through the heat exchanger because its heat transfer elements act as filters. Be according to the invention on the other hand, spherical balls, preferably made of ceramic, are used as heat exchanger elements. These bullets form a fluidized bed or a fluidized bed, so that dust cannot settle in the heat exchanger and therefore a superior heat transfer performance, is achieved even when the dust concentration of the gas is more than 5 g / Nm. As a result, practically all of the Exhaust gas from a low calorific fuel burning device is effective for the Heat recovery are treated.
Vorzugsweise beträgt der mittlere Durchmesser der kugelförmigen Wärmeübertragungselemente mehr als 5 mm, so daß die Luft im Gegenstrom geführt und ein annehmbarer Druckabfall erreicht werden kann.Preferably, the mean diameter of the spherical heat transfer elements is more than 5 mm, see above that the air can be guided in countercurrent and an acceptable pressure drop can be achieved.
Vorzugsweise beträgt das scheinbare spezifische Gewicht der kugelförmigen Wärmeübertragungselemente weniger als 1500 kg/m , so daß zur Gewährleistung einer hervorragenden Wärmeübertragung eine Wirbelschicht bzw. ein Fließbett mit einer annehmbaren Gasströmungsmenge erzielt werden kann.Preferably the apparent specific gravity of the spherical heat transfer elements is less than 1500 kg / m, so that a fluidized bed or a fluidized bed to ensure excellent heat transfer can be achieved with an acceptable gas flow rate.
Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näherThe following is a preferred embodiment the invention with reference to the accompanying drawings
erläutert. Es zeigen:
35explained. Show it:
35
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bisherigen Abgas-Wärmerückgewinnungsanlage,Fig. 1 is a schematic representation of a previous one Exhaust gas heat recovery system,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Wärmerückgewinnungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,2 shows a schematic representation of a heat recovery system to carry out the method according to the invention,
Fig. 3 eine Schnittansicht des Regenerativwärmetauschers bei der Anlage nach Fig. 2 und3 is a sectional view of the regenerative heat exchanger in the system according to Fig. 2 and
Fig. 4 eine Aufsicht auf den Wärmetauscher nach Fig.FIG. 4 is a plan view of the heat exchanger according to FIG.
Fig. 1 ist eingangs bereits erläutert worden. In den Figuren sind einander entsprechendi gleichen Bezugsziffern bezeichnet.Fig. 1 has already been explained at the beginning. Corresponding to one another in the figures the same reference numerals.
Figuren sind einander entsprechende Teile mit jeweilsFigures are corresponding parts with each
Fig. 2 veranschaulicht eine Anlage für die Wärmerückgewinnung aus staubbeladenem Abgas zur DurchführungFig. 2 illustrates a system for heat recovery from dust-laden exhaust gas for implementation
des erfindungsgemäßen Verfahrens.of the method according to the invention.
Gemäß Fig. 2 strömt das staubbeladene Abgas IO von einem Kessel 1 o.dgl. über einen Vorwärmer (Ekonomiser) 2 für den Wärmeaustausch mit Speisewasser 8 zum Einlaß eines erfindungsgemäß verwendeten regenerativen Drehwärmetauschers 11, in welchem ein Wärmeaustausch mit Speiseoder Einlaßluft 9, die dem Wärmetauscher durch ein Unterwindgebläse 7 zugeführt wird, stattfindet. DerAccording to FIG. 2, the dust-laden exhaust gas IO flows from a Boiler 1 or the like. via a preheater (economizer) 2 for heat exchange with feed water 8 to the inlet of a according to the invention used regenerative rotary heat exchanger 11, in which a heat exchange with feed or Inlet air 9 supplied to the heat exchanger by an under wind blower 7 takes place. Of the
Wärmetauscher 11 wird später noch näher erläutert werden. 30Heat exchanger 11 will be explained in more detail later. 30th
Das staubbeladene Gas 10 vom Wärmetauscher 11 strömt über einen herkömmlichen Staubsammler oder -abscheider 4 und ein Absauggebläse 5 zu einer Esse oder einem Wäscher 6.The dust-laden gas 10 from the heat exchanger 11 flows over a conventional dust collector or separator 4 and a suction fan 5 to a forge or a washer 6.
Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen den erfindungsgemäß verwendeten regenerativen Drehwärmetauscher (rotary regenerative heat exchanger) 11 im einzelnen. Der Wärme-3 and 4 illustrate the invention used regenerative rotary heat exchanger (rotary regenerative heat exchanger) 11 in detail. The heat
tauscher 11 ist für den Durchsatz eines Abgases mit einer hohen Staubkonzentration von mehr als 5 g/Nm ausgelegt, und er umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 12 mit einem Abgaseinlaß 13 und einem Gasauslaß 14 sowie einem Lufteinlaß 15 und einem Luftauslaß 16. Dabei strömen das Abgas 10 in Aufwärtsrichtung und die Luft 9 in Abwar tsr ichtung.exchanger 11 is designed for the throughput of an exhaust gas with a high dust concentration of more than 5 g / Nm, and it comprises a cylindrical housing 12 having an exhaust gas inlet 13 and a gas outlet 14 and one Air inlet 15 and an air outlet 16. The exhaust gas 10 flow in the upward direction and the air 9 in Waiting direction.
Im Gehäuse 12 ist eine Antriebs-Welle 17 drehbar gelagert, an welcher ein Drehkörper 18 befestigt ist, der seinerseits eine an der Welle 17 befestigte zentrale Nabe 19, mehrere radiale Trennwände 20 zur Festlegung von segmentf örmigen Wärmeaustauschkarririern 21 und eine die einzelnen Kammern 2O abschließende äußere Umfangswand 22, die aus getrennten Wandteilen gebildet sein kann, aufweist. Ober- und Unterseitenflächen sind durch obere bzw. untere perforierte Wände 23 bzw. 24 verschlossen. Längs der Zwischenräume zwischen, Innenflächen des Gehäuses und Außenflächen des Drehkörpers angeordnete, nicht dargestellte Dichtungselemente dienen zur Verhinderung eines Gas- und Luftaustritts. Ein am Gehäuse 12 gehalterter Motor 25 ist antriebsmäßig mit der Welle 17 verbunden, um den Drehkörper 18 mit einer vorbestimmten Drehzahl anzutreiben.A drive shaft 17 is rotatably mounted in the housing 12, to which a rotating body 18 is attached, which in turn is attached to a central shaft 17 Hub 19, a plurality of radial partitions 20 to define segment-shaped heat exchange bodies 21 and one the individual chambers 20 closing outer peripheral wall 22, which are formed from separate wall parts can, has. Top and bottom surfaces are defined by top and bottom perforated walls 23 and 24, respectively locked. Along the spaces between, inner surfaces of the housing and outer surfaces of the rotating body, not shown sealing elements serve to prevent gas and air from escaping. A motor 25 supported on the housing 12 is drivingly connected to the shaft 17 around the rotating body 18 to drive at a predetermined speed.
In den einzelnen Wärmeaustausch-Kammern 21 sind Wärmeübertra'gungselemente 26 angeordnet.In the individual heat exchange chambers 21 there are heat transfer elements 26 arranged.
Erfindungsgemäß sind diese Wärmeübertragungselemente sphärische Keramikkugeln mit einem Durchmesser von mehr als 5 mm, die unter dem J*jjfwärtsgasstrom ein Fließbett bzw. eine Wirbelschicht bilden. Der sich aus dem Gas auf den Oberflächen der Kugeln absetzende Staub wird durch die Reibungsberührung zwischen den Kugeln von deren Oberflächen abgelöst. Die Kugeln besitzen einAccording to the invention, these heat transfer elements are spherical ceramic balls with a diameter of more than 5 mm, which is below the jjjjfwärtsgasstrom a Form a fluidized bed or a fluidized bed. The dust that settles from the gas on the surfaces of the spheres is detached from their surfaces by the frictional contact between the balls. The balls own a
-δι -δι
scheinbares spezifisches Gewicht von weniger als 1500 kg/m .apparent specific gravity of less than 1500 kg / m.
Die Keramikkugeln 26 können aus Mullit, Aluminiumoxid oder Porzellan bestehen. Solche Keramikkugeln sind wärme- und verschleißbeständig und stabil gegen chemischen Angriff durch im Abgas enthaltene korrodierende Stoffe.The ceramic balls 26 can be made from mullite, aluminum oxide or porcelain. Such ceramic balls are heat and wear resistant and stable against chemical attack by corrosive substances contained in the exhaust gas.
In den Wärmeaustausch-Kammern 21 bildet sich gemäß Fig. 3 an der Luftströmungsseite keine Wirbelschicht. Der Druck an der Luftströmungsseite nimmt mit zunehmendem Durchmesser der Kugeln 26 exponentiell ab. Um mithin den Druckabfall auf eine mäßige Größe von z.B. 200 mm Hg (Wassersäule) ( 2660 Pa) zu begrenzen, wird der Kugeldurchmesser mit mehr als 5 mm gewählt.According to FIG. 3, no fluidized bed forms in the heat exchange chambers 21 on the air flow side. The pressure on the air flow side increases with increasing Diameter of the balls 26 exponentially. In order to reduce the pressure drop to a moderate size of e.g. 200 mm Hg (water column) (2660 Pa), the ball diameter is chosen to be more than 5 mm.
Die Wärmerückgewinnungsanlage gemäß Fig. 2 mit dem regenerativen Drehwärmetauscher 11 arbeitet wie folgt:The heat recovery system according to FIG. 2 with the regenerative rotary heat exchanger 11 works as follows:
Der Kessel 1 kann ein solcher sein, der Brennstoff eines niedrigen Heizwerts verbrennt, wobei das Abgas dieses
Kessels 1 mit Staub in einer hohen Konzentration von z.B. mehr als 5 g/Nm beladen is
korrodierendes Na0SO4 enthalten.The boiler 1 can be one which burns fuel with a low calorific value, the exhaust gas of this boiler 1 being loaded with dust in a high concentration of, for example, more than 5 g / Nm
Contains corrosive Na0SO 4 .
z.B. mehr als 5 g/Nm beladen ist. Der Staub kann auche.g. more than 5 g / Nm is loaded. The dust can too
Das Abgas 10 strömt durch den Vorwärmer 2 und über den unterseitigen Gaseinlaß 13 in den Wärmetauscher 11. Die "0 GasStrömungs- oder -durchsatzmenge im Wärmetauscher 11 ist so gewählt, daß in jeder Wärmeaustausch-Kammer 21 eine Wirbelschicht aus den Wärmeübertragungs-Kugeln 26 gebildet wird.The exhaust gas 10 flows through the preheater 2 and over the Bottom gas inlet 13 in the heat exchanger 11. The "0 gas flow or throughput rate in the heat exchanger 11 is chosen so that in each heat exchange chamber 21 a fluidized bed of the heat transfer spheres 26 is formed.
Das staubbeladene Gas durchströmt die Kammern 21 und überträgt dabei seine Wärme auf die in einem fluidisierten Zustand befindlichen bzw. in einer WirbelschichtThe dust-laden gas flows through the chambers 21 and transfers its heat to the fluidized gas State or in a fluidized bed
vorliegenden Wärmeübertragungs-Kugeln 26. Der im Gas enthaltene Staub setzt sich auf den Oberflächen der Kugeln 26 ab, doch da die Kugeln 26 in gegenseitige Berührung gelangen, wird durch die dabei erzeugte Reibung der Staub von den Kugeln abgestreift, um dann wieder in das strömende Gas überzugehen. Das staubbeladene Gas überträgt dabei seine Wärme effektiv auf die Kugeln, während sich der Staub nicht (dauerhaft) auf den Kugeloberflächen ablagert. Die Wärmeübertragungsleistung zwischen Gas und Kugeln wird demzufolge nicht wesentlich eingeschränkt.present heat transfer spheres 26. The dust contained in the gas settles on the surfaces of the Balls 26 from, but since the balls 26 come into mutual contact, is generated by the Friction stripped the dust from the balls, only to pass back into the flowing gas. The dust-laden Gas effectively transfers its heat to the balls, while the dust does not (permanently) deposited on the spherical surfaces. The heat transfer performance consequently, there is no significant restriction between gas and spheres.
An der anderen Seite des Wärmetauschers strömt die Kesselspeiseluft 9 über den Lufteinlaß 15 abwärts in die nunmehr (bei der Drehung des Wärmetauschers) in Ausrichtung auf die Luftströmungsstrecke gebrachten Wärmeaustausch-Kammern 21 hinein. Nach dem Erwärmen durch die Wärmeübertragungs-Kugeln 26 in den Kammern strömt die Luft über den Luftauslaß 16 zum Kessel 1.On the other side of the heat exchanger, the boiler feed air 9 flows downwards via the air inlet 15 in the now (when rotating the heat exchanger) brought into alignment with the air flow path Heat exchange chambers 21 into it. After being heated by the heat transfer balls 26 in the chambers the air flows through the air outlet 16 to the boiler 1.
Die folgende Tabelle verdeutlicht ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Veranschaulichung der mittels des Regenerativwärmetauschers erreichten wirksamen Wärmerückgewinnung.The following table clarifies an embodiment of the method according to the invention for illustration the effective heat recovery achieved by means of the regenerative heat exchanger.
Wärmeübertragungselemente: 6,4 mm Durchmesser, schein- - bares spezifisches Gewicht:Heat transfer elements: 6.4 mm diameter, apparent specific weight:
14OO kg/m3.14OO kg / m 3 .
Staubbeladenes Gas: Stacbkonzentration 8,10 g/Nm ;Dust-laden gas: stick concentration 8.10 g / Nm;
Einlaßtemperatur 285°C;Inlet temperature 285 ° C;
Auslaßtemperatür 173°C.Outlet temperature 173 ° C.
-ΙΟΙ -ΙΟΙ
Speiseluft: Einlaßtemperatur 41°C;Feed air: inlet temperature 41 ° C;
Auslaßtemperatur 190 C.Outlet temperature 190 C.
Druckabfall: Gasseite 167 mm Hg (Wasser-Pressure drop: gas side 167 mm Hg (water
säule) (2221 Pa)column) (2221 Pa)
Luftseite 157 mm Hg (2088 Pa).Air side 157 mm Hg (2088 Pa).
Der Wärmetauscher wird alle 8 Stunden mittels Druckluft von etwa 10 bar gereinigt; nach mehr als lOOO-stündigem Wärmerückgewinnungsbetrieb werden ähnliche Ergebnisse wie in obiger Tabelle ermittelt. Hierdurch wird belegt, daß das erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungsverfahren praktisch durchführbar ist.The heat exchanger is cleaned every 8 hours using compressed air at around 10 bar; after more than 100 hours Heat recovery operation gives results similar to those in the table above. This proves that that the heat recovery process according to the invention is practicable.
Es ist darauf hinzuweisen, daß die Erfindung für die Wärmerückgewinnung aus staubbeladenem Abgas von einer beliebigen Wärmequelle anwendbar ist.It should be noted that the invention for heat recovery from dust-laden exhaust gas from a any heat source is applicable.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19823225838 DE3225838A1 (en) | 1982-07-09 | 1982-07-09 | Process for heat recovery from dust-laden gas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19823225838 DE3225838A1 (en) | 1982-07-09 | 1982-07-09 | Process for heat recovery from dust-laden gas |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3225838A1 true DE3225838A1 (en) | 1984-01-12 |
Family
ID=6168113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19823225838 Ceased DE3225838A1 (en) | 1982-07-09 | 1982-07-09 | Process for heat recovery from dust-laden gas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3225838A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6200534B1 (en) | 1996-08-30 | 2001-03-13 | Fortum Oil And Gas Oy | Apparatus for chemical and physical processes |
| DE102004018570A1 (en) * | 2004-04-16 | 2005-11-10 | Polysius Ag | Heat exchanger for granular material especially cement production has heat exchanger spheres preheated before contact heating of the material and separation |
| EP2348272A3 (en) * | 2010-01-22 | 2015-08-26 | Technische Universität Darmstadt | Regenerative heat exchanger and method for transferring heat between two solids |
-
1982
- 1982-07-09 DE DE19823225838 patent/DE3225838A1/en not_active Ceased
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