JP2005249283A - 廃棄物焼却炉 - Google Patents

Abstract

【課題】従来から行われている何れの腐食防止方法をも採用せずに、排ガス循環流路のダクトが腐食されることなく、燃焼炉へ排ガスを供給することができる廃棄物焼却炉を提供する。
【解決手段】排ガスを燃焼室１１内や二次燃焼室１２内へ吹き込む排ガス循環流路を備えた廃棄物焼却炉において、排ガス循環流路３０への排ガス導入箇所の近傍に加熱空気供給配管３２が接続され、排ガス循環開始前に、排ガス循環流路３０に加熱空気を導入して排ガス循環流路３０の壁面を加熱することが可能に構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、都市ごみ等の廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉に関する。

都市ごみ等の廃棄物を焼却処理する焼却炉として、火格子式廃棄物焼却炉が広く用いられている。その代表的なものの概略図を図３に示す。図３において、１０は焼却炉で、廃棄物を装入して燃焼させる主燃焼室１１と、主燃焼室１１で発生した排ガス中の未燃焼分を燃焼させる二次燃焼室１２からなる。主燃焼室１１には、乾燥火格子１３ａ、燃焼火格子１３ｂ、及び後燃焼火格子１３ｃに区分された火格子が設けられている。１６は焼却灰を排出する主灰シュート、２０は廃熱ボイラである。

このような廃棄物焼却炉においては、焼却処理する廃棄物が種々雑多なものの混合物であり、性状が一定でないため、燃焼状態が不安定になる。又、廃棄物の投入が定量的に行われにくく、一般に間欠的に行われることによっても、燃焼状態が不安定になる。このため、燃焼状態が一定になるように維持することが困難である。この結果、燃焼室内の温度分布やガス成分濃度の分布が大きく変動し、局所的な低温領域や高温領域ができる。そして、低温領域では、ダイオキシン類やＣＯが生成しやすくなると言う問題が発生する。

このような課題を解決する方法の一つとして、特許文献１には、主燃焼室の火格子下から酸素富化空気を供給し、火格子下以外の箇所から焼却炉の排ガス又は排ガスと空気の混合気体を供給する方法が示されている。この方法は、排ガス等を吹き込むことにより、火炎を安定化させ、炉内温度を平均化させることを目的としたものである。

又、焼却炉からの排ガスの一部を炉内へ再循環する排ガスの再循環システムが、排ガス排出量の低減、ＮＯｘ排出量の低減、排ガスの顕熱を利用した熱回収の高効率化等を目的として行われている（特許文献２）。この排ガスの再循環システムにおいては、主燃焼室や二次燃焼室へ排ガスを吹き込んで、混合、攪拌を促す効果により、低空気比燃焼運転が行われる。
特開２００２−１３７１５号公報 特開２００３−３２２３２１号公報

しかし、特許文献１、２に記載されている焼却炉においては、主燃焼室への排ガスの供給を開始したり、停止したりする際に、排ガス循環流路のダクトが腐食されると言う問題が発生する。すなわち、都市ごみなどの廃棄物を焼却した際には、塩化水素、硫黄酸化物などの酸性ガスが発生し、排ガスが酸性ガスの酸露点温度（硫黄酸化物の酸露点温度：１６０℃程度）よりも低下すると、酸性ガスが結露して金属の腐食が進行する状態になる。このため、主燃焼室への排ガスの循環を開始する際には、常温のダクト内へ排ガスを導入するので、そのダクトの壁面近傍における排ガスの温度は酸性ガスの酸露点温度以下になり、ダクトが腐食される。一方、主燃焼室への排ガスの循環を停止した際には、ダクト内にとどまっている排ガスの温度が低下して酸性ガスの酸露点温度以下になり、ダクトの腐食が進行する。又、排ガスに常温の空気を混合して炉内へ吹き込む場合には、排ガスと空気の混合ガスの温度は酸性ガスの酸露点温度以下になり、ダクトが腐食される。

ところで、排ガスによる露点腐食を防止するために、従来、次のような方法が行われている。その方法は、露点腐食が発生しやすい箇所を蒸気又は電熱により加熱する方法、耐酸性塗料で塗装する方法、ステンレス鋼などの高級耐蝕鋼で製作する方法である。

しかし、廃棄物焼却炉の排ガス循環流路の腐食を防ぐために、上記の方法を採用することは困難である。まず、加熱する方法を採用すると、廃棄物焼却炉における排ガス循環流路は大型の装置であるので、そのダクト類などを蒸気や電熱で加熱するためには、大容量の蒸気加熱設備や電気設備が必要であって、設備費や運転費がかさむことになる。又、塗装する方法は、塗膜の耐熱温度はそれほど高くはないので、高温の排ガスを循環する排ガス循環流路には適用できない。又、高級耐蝕鋼で製作する方法は、廃棄物焼却炉における排ガス循環流路は大型の装置であるので、多額の費用を要し、設備費が大幅に上昇する。従って、本発明においては、上記従来の何れの腐食防止方法も採用せず、別途の方法で対処する。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、上記従来の何れの腐食防止方法をも採用せずに、排ガス循環流路のダクトが腐食されることなく、燃焼炉へ排ガスを供給することができる廃棄物焼却炉を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明に係る廃棄物焼却炉は、排ガスを燃焼室内へ吹き込む排ガス循環流路を備えた廃棄物焼却炉において、前記排ガス循環流路への排ガス導入箇所の近傍に加熱空気供給配管が接続され、排ガス循環開始前に、前記排ガス循環流路に加熱空気を導入して前記排ガス循環流路の壁面を加熱することが可能に構成されたことを特徴としている。

請求項２に記載の発明に係る廃棄物焼却炉は、排ガスを燃焼室内へ吹き込む排ガス循環流路を備えた廃棄物焼却炉において、前記排ガス循環流路への排ガス導入箇所の近傍に空気供給配管が接続され、排ガス循環停止時に、前記排ガス循環流路に空気を導入して前記排ガス循環流路内の残留ガスの置換を行うことが可能に構成されたことを特徴としている。

請求項３に記載の発明に係る廃棄物焼却炉は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、廃棄物焼却炉が廃熱ボイラを有し、排ガス循環流路への排ガス導入箇所が、廃熱ボイラ、廃熱ボイラと排ガス減温手段との間、及び除塵装置と煙突の何れかであることを特徴としている。

本発明においては、排ガス循環開始前には、排ガス循環流路に加熱空気を導入してその壁面を加熱することができ、排ガス循環停止時には、空気を導入して排ガス循環流路内のガス置換を行うことができるので、酸性ガスにより排ガス循環流路が腐食されることなく、燃焼室へ排ガスを供給することができる。

図１は本発明の廃棄物焼却炉に係る実施の形態の一例を示す図である。この実施形態は、廃棄物焼却炉が火格子式焼却炉であって、その焼却炉内へ高温の排ガスを吹き込む排ガス循環流路を備えた場合を示す。図１において、１０は焼却炉で、都市ごみなどの廃棄物を装入して燃焼させる主燃焼室１１と主燃焼室１１で発生した排ガス中の未燃焼分を燃焼させる二次燃焼室１２からなる。２０は廃熱ボイラである。

主燃焼室１１には、その底部に乾燥火格子１３ａ、燃焼火格子１３ｂ、後燃焼火格子１３ｃに区分された火格子が設けられており、乾燥火格子１３ａ側の端部には廃棄物１００を一時貯留しながら炉内へ装入するホッパ１４が設けられている。１５は火格子に燃焼用一次空気を吹き込むための風箱、１６は後燃焼火格子１３ｃから排出される焼却灰を排出するシュートである。

廃熱ボイラ２０には、排ガスが流れる上流側から順に、過熱器２１、蒸発器２２、エコノマイザ２３が設けられている。なお、エコノマイザ２３は廃熱ボイラ２０の後に配置される場合もあるが、この実施形態では廃熱ボイラ２０内に配置されている場合を示す。

上記の構成による廃棄物焼却炉において、ホッパ１４に投入された廃棄物１００は、順次乾燥火格子１３ａに送られ、下から吹き込まれる空気と炉内の輻射熱により乾燥されると共に昇温されて着火する。燃焼を開始した廃棄物１００は、燃焼火格子１３ｂに送られ、下から吹き込まれる燃焼空気により熱分解されて可燃性ガスが発生し、一部は燃焼する。そして、更に後燃焼火格子１３ｃで、廃棄物中の未燃分が完全に燃焼する。そして、燃焼後に残った灰は、焼却灰シュート１６より外部に取り出される。

主燃焼室１１内で発生した排ガスは二次燃焼室１２へ流入し、その中に含まれている未燃焼の可燃性ガス成分が完全に燃焼する。二次燃焼室１２から排出された排ガスは、廃熱ボイラ２０へ送られて熱回収された後、水を噴霧して２００℃以下まで急冷する排ガス減温手段である減温塔６１、除塵装置６３、排風機６５、煙突６６を通って放散される。図中、６２は酸性ガス除去剤吹き込み装置である。

そして、この実施形態においては、廃熱ボイラ２０から、例えば４００℃以上の高温排ガスの一部を抜き出し、その高温排ガスを焼却炉１０内へ吹き込むための流路が設けられている。すなわち、高温排ガスを焼却炉１０へ吹き込むための高温排ガス流路３０が設けられている。

高温排ガスを焼却炉１０へ吹き込む流路３０においては、廃熱ボイラ２０の排ガスが過熱器２１を通過した箇所に高温排ガスを導出するためのダクト３０ａが接続されており、その経路には、導出した高温排ガスを除塵する高温除塵装置３１が配置されている。

なお、上記高温除塵装置３１は廃熱ボイラ２０から導出される高温排ガスの上限温度に耐えられるものであって、セラミックフィルタ、セラミック繊維や金属繊維の濾布を用いたバグフィルタ、充填層フィルタ、サイクロンなどが使用される。

高温除塵装置３１の出口側のダクト３０ｂには、廃熱ボイラ２０から排出して除塵装置６３で除塵された排ガスが流れる煙道から分岐された、例えば１５０〜２００℃程度の中温排ガスのダクト５０が接続されている。中温排ガスのダクト５０は、大気放散される中温排ガス（ガス温度：１５０〜２００℃程度、酸素濃度：４〜８％程度）の一部を、廃熱ボイラ２０から導出した高温排ガスに混合し、高温排ガスの温度を適度の範囲に下げる調整をすることが可能にするために設けられており、必要に応じて、使用される。又、高温排ガスのダクト３０ｂには、空気供給配管３４が接続されており、高温排ガス中の酸素濃度を適度の範囲まで高める調整をすることが可能になっている。

上記の調整により、廃熱ボイラ２０から導出した高温排ガスは、温度が２００℃〜４００℃程度、酸素濃度が８〜１６％程度になるように調整される。以下、温度と酸素濃度を調整した高温排ガスを高温ガスという。

高温ガスが流れるダクト３０ｂの経路には、高温ガスブロア３５が配置されており、このブロア３５によって廃熱ボイラ２０内の高温排ガスが導出され、高温ガスが主燃焼室１１や二次燃焼室１２へ吹き込まれるようになっている。

ブロア３５の吐出側のダクト３０ｃの先端部は主燃焼室１１のガス吹き込み口３７に接続されており、高温ガスが主燃焼室１１内へ吹き込まれるようになっている。

ダクト３０ｃからは二次燃焼室１２へ高温ガスを吹き込むための流路であるダクト４０が分岐されており、そのダクト４０には二次燃焼用加熱空気を供給するための空気配管４１が接続されている。ダクト４０の先端部は二次燃焼室のガス吹き込み口４３に接続されており、二次燃焼用空気が高温ガスと一緒に二次燃焼室１２内へ吹き込まれるようになっている。

上記のようにして高温ガスを主燃焼室１１内へ吹き込むと、下向きに吹き込まれる高温ガスの流れと、廃棄物から熱分解して発生する可燃性ガスの上向流とが対向して廃棄物層直上によどみ領域が形成され、可燃性ガスの流れが緩やかになり、酸素と十分に混合されるので、安定した燃焼が行われる。このため、焼却炉全体に吹き込む空気の量を減少させ、低空気比燃焼を行っても、燃焼が安定して行われるため、ＣＯ，ＮＯｘ、ダイオキシン類等の有害物質の発生が抑制され、又、ススの生成も抑制される。

又、焼却炉１０内へ吹き込む排ガスを導出する箇所が廃熱ボイラ２０と排ガス減温手段である減温塔６１の間の煙道に設けてもよい。

この場合には、焼却炉１０内へ吹き込む排ガスは廃熱ボイラ２０で熱回収された後の排ガスであり、廃熱ボイラ２０内を流通中の排ガスよりも温度が低いが、その温度が高温ガスを焼却炉に吹き込む条件に適していれば、そのまま焼却炉１０へ吹き込むことができる利点を有している。

上記のようにして、廃熱ボイラ２０から導出された高温排ガスが高温排ガス流路３０を経てガス吹き込み口３７から主燃焼室１１へ吹き込まれるが、二次燃焼室１２にもダクト４０に接続されたガス吹き込み口４３が設けられており、二次燃焼用空気が混合された高温ガスが吹き込まれる。

ガス吹き込み口４３から吹き込む二次燃焼用空気が混合された高温ガスは、二次燃焼用空気の供給とガス攪拌を目的とするものであるので、ガス吹き込み口４３は、二次燃焼室１２内に旋回流が生じる方向に向けて１又は複数設置することが好ましい。二次燃焼用空気が混合された高温ガスを旋回吹き込みすることにより、二次燃焼室１２内のガス温度及び酸素濃度の分布が平均化されて、局所的高温領域の発生が抑制され、さらなる低ＮＯｘ化を図ることが可能となる。さらに、可燃性ガスと酸素との混合が促進されるため燃焼の安定性が向上し、完全燃焼が達成できるため低ＣＯ化を図ることも可能となる。

ところで、上記のように構成された廃棄物焼却炉において、焼却炉への排ガスの供給を開始したり、停止したりする際に、排ガス循環流路である高温排ガス流路３０と二次燃焼室１２への排ガス流路のダクト４０が腐食されると言う問題が発生する。この腐食は、前述のように、排ガスの供給開始時や停止時には、ダクト内の排ガスの温度が低下し、酸性ガスの酸露点温度（硫黄酸化物の酸露点温度：１６０℃程度）よりも低い温度になることにより、酸性ガスが結露して引き起こされるものである。特に、有害ガス除去処理がされていない排ガスを流通させるダクトにおいては、腐食の度合いが激しくなる。

このため、本発明においては、次のようなダクトの腐食対策が講じられている。廃熱ボイラ２０から高温排ガスを導出する箇所の近傍のダクト３０ａには、加熱空気供給配管３２が接続されている。３３はダクト３０ａの温度を測定する温度計である。

加熱空気供給配管３２へ供給する加熱空気としては、蒸気式空気予熱器（ＳＡＨ）、排ガスとの熱交換により加熱する排ガス空気予熱器（ＧＡＨ）で加熱された加熱空気を使用する。

又、高温排ガス流路３０のダクト、二次燃焼室１２への排ガス流路のダクト４０には、それぞれダクトの温度を測定する温度計３６、温度計４２が設けられている。

このようなダクト腐食防止対策が講じられている廃棄物焼却炉において、焼却炉１０内への排ガスの吹き込み、及び排ガスの吹き込み停止に際しては、次の操作を行う。

焼却炉１０への排ガス吹き込みを行う場合には、排ガスを導通する前に、排ガスダクト３０ａに接続されている加熱空気供給配管３２の弁を開にして高温排ガス流路３０と二次燃焼室１２への排ガス流路のダクト４０内へ加熱空気を流入させる。これにより、廃熱ボイラ２０から高温排ガスを導出する箇所から主燃焼室１１と二次燃焼室１２に到る排ガス流路３０のダクトと二次燃焼室１２への排ガス流路のダクト４０が酸性ガスの酸露点温度以上に予熱される。ダクトの温度を示す温度計３３、温度計３６、温度計４２の指示値が酸性ガスの酸露点温度以上になった段階で、加熱空気供給配管３２の弁を閉じて加熱空気の流入を停止した後、廃熱ボイラ２０から高温排ガスを導出する排ガスダクト３０ａの弁を開にし、主燃焼室への排ガス吹き込みを開始する。

さらに、 焼却炉１０への排ガス吹き込みを行う際に、中温排ガスを混合して排ガス温度の調整を行うときには、排ガスダクト３０ｂに接続されている中温排ガスダクト５０にも加熱空気を流通させ、酸露点温度以上に予熱しておく。このため、除塵装置６３で除塵された排ガスが流れる煙道から分岐され、高温除塵装置３１の出口側のダクト３０ｂに接続された中温排ガスダクト５０には、加熱空気供給配管５１が接続されている。

そして、排ガスダクト３０ａの弁を閉にし、焼却炉１０への排ガス吹き込みを停止した場合には、排ガスダクト３０ａに接続されている加熱空気配管３２の弁を開にし、常温の空気を排ガス流路３０内へ流入させる。これにより、排ガス流路３０では、酸性ガスを含む排ガスが排出されて空気と置換されるので、酸性ガスによる腐食は起らなくなる。この際には、加熱空気ではなく、常温の空気を用いればよい。さらに、中温排ガスを混合して吹き込んでいたときには、中温排ガスダクト５０も空気により置換させる操作を行う。

又、加熱空気配管３２を用いて常温の空気を排ガス流路３０内へ流入させる代わりに、排ガス流路３０内へ空気を供給する空気配管を設けてもよい。

図２は本発明の廃棄物焼却炉に係る実施の形態の他の例を示す図である。この実施形態は、廃棄物焼却炉が火格子式焼却炉であって、主燃焼室内と二次燃焼室内へ除塵装置と煙突の間から排ガスを吹き込む排ガス循環流路を備えた場合を示す。図２において、図１と同じ構成に係る部分については、同一の符号を付し説明を省略する。図中、５０ａは除塵装置６３から排出された排ガスが流れる煙道から分岐された中温排ガスのダクト、６４は酸性ガスなどの有害ガスを除去する排ガス処理装置である。

この実施の形態においては、除塵装置６３と煙突６６の間の煙道から、詳しくは除塵装置６３と排ガス処理装置６４の間の煙道から、主燃焼室１１と二次燃焼室１２に到る中温排ガスの流路５０が設けられている。すなわち、除塵装置６３で除塵された排ガスが流れる煙道から分岐された中温排ガスダクト５０ａがダクト５０ｂとダクト５０ｃの２系統に分岐されており、この２本のダクト５０ｂ、ダクト５０ｃはそれぞれ二次燃焼室１２、主燃焼室１１に接続されている。図中、５２は中温排ガスを二次燃焼用空気と共に二次燃焼室１２内へ吹き込むための二次燃焼室用排ガスブロア、５５は中温排ガスを主燃焼室１１内へ吹き込むための主燃焼室用排ガスブロアである。又、５３は二次燃焼室の排ガス吹き込み口、５６は主燃焼室の排ガス吹き込み口、４１は二次燃焼用加熱空気配管である。そして、５１は中温排ガスの流路５０内へ加熱空気を吹き込むダクト腐食防止用の加熱空気配管である。ダクト５０ｂ、ダクト５０ｃにはそれぞれダクトの温度を測定する温度計５４、温度計５７が設けられている。なお、主燃焼室のガス吹き込み口５６は主燃焼室内の中位高さ部に配置されている。

上記の構成による廃棄物焼却炉においては、除塵装置６３と排ガス処理装置６４の間の煙道から導出された中温排ガスが、ダクト５０ｂ及びダクト５０ｃにより、二次燃焼室１２及び主燃焼室１１内へ吹き込まれる。この際、二次燃焼室及び主燃焼室内へ吹き込まれる排ガスは、二次燃焼室と主燃焼室の何れにおいても、可燃性ガスの混合攪拌が促進される。このため、何れの吹き込み先においても、燃焼の安定性が向上し、排ガスの低ＣＯ化を達成することができる。

なお、主燃焼室１１内への排ガス供給は主燃焼室内の中位高さ部に位置させたガス吹き込み口５６から吹き込まれるので、廃棄物の燃焼によって発生した可燃性ガスの攪拌が十分に行われる。

上記の構成による廃棄物焼却炉において、燃焼炉１０内への排ガスの吹き込み、及び排ガスの吹き込み停止に際しては、次の操作を行う。

二次燃焼室１２及び主燃焼室１１への排ガスの吹き込みを行う場合には、事前に、中温排ガスダクト５０ａに接続されている加熱空気供給配管５１の弁を開にして中温排ガス流路５０内へ加熱空気を流入させる。これにより、除塵装置６３と排ガス処理装置６４の間の煙道から二次燃焼室１２及び主燃焼室１１に到る排ガスの流路が酸性ガスの酸露点温度以上に予熱される。ダクトの温度を示す温度計５４及び温度計５７の指示値が酸性ガスの酸露点温度以上になった段階で、加熱空気供給配管５１の弁を閉じて加熱空気の流入を停止した後、中温排ガスダクト５０ａの弁を開にし、二次燃焼室１２及び主燃焼室１１への排ガスの吹き込みを開始する。

又、中温排ガスダクト５０ａの弁を閉にし、二次燃焼室１２及び主燃焼室１１への排ガス吹き込みを停止した場合には、加熱空気供給配管５１の弁を開にし、常温の空気を排ガスダクト５０内へ流入させる。これにより、排ガスダクト５０内では、酸性ガスを含む排ガスが排出されて空気と置換されるので、酸性ガスによる腐食は起らなくなる。この際には、加熱空気でなく、常温の空気を用いればよい。

又、加熱空気配管５１を用いて空気を排ガス流路５０内へ常温の空気を流入させる代わりに、排ガス流路５０内へ空気を供給する空気配管を設けてもよい。

なお、図２は、除塵装置６３の後に排ガス処理装置６４を設けた廃棄物焼却炉において、二次燃焼室１２及び主燃焼室１１へ吹き込む排ガスの導出箇所が除塵装置６３の後で、排ガス処理装置６４や排風機６５よりも前である場合を示しているが、排ガスの導出箇所は上記に限定されるものではなく、排風機６５と煙突６６の間であってもよい。

本発明の廃棄物焼却炉に係る実施の形態の一例を示す図である。 本発明の廃棄物焼却炉に係る実施の形態の他の例を示す図である。 従来技術の火格子式廃棄物焼却炉に係る一例を示す概略図である。

符号の説明

１０ 焼却炉
１１ 主燃焼室
１２ 二次燃焼室
１３ａ 乾燥火格子
１３ｂ 燃焼火格子
１３ｃ 後燃焼火格子
２０ 廃熱ボイラ
２１ 過熱器
２２ 蒸発器
２３ エコノマイザ
３０ 高温排ガスを燃焼室へ吹き込むための排ガス流路
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ 高温排ガスのダクト
３１ 高温除塵装置
３２ 加熱空気供給配管
３３，３６，４２，５４，５７ 温度計
３４ 空気供給配管
３７ 主燃焼室のガス吹き込み口
４０ 二次燃焼室への排ガス流路のダクト
４１ 二次燃焼用空気供給配管
４３ 二次燃焼室のガス吹き込み口
５０ 中温排ガスの流路
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ 中温排ガスのダクト
５１ 加熱空気供給配管
５２ 二次燃焼室用排ガスブロア
５３ 二次燃焼室の排ガス吹き込み口
５５ 主燃焼室用排ガスブロア
５６ 主燃焼室の排ガス吹き込み口
６３ 除塵装置
６５ 排風機
６６ 煙突

Claims (3)

1. 排ガスを燃焼室内へ吹き込む排ガス循環流路を備えた廃棄物焼却炉において、前記排ガス循環流路への排ガス導入箇所の近傍に加熱空気供給配管が接続され、排ガス循環開始前に、前記排ガス循環流路に加熱空気を導入して前記排ガス循環流路の壁面を加熱することが可能に構成されたことを特徴とする廃棄物焼却炉。
2. 排ガスを燃焼室内へ吹き込む排ガス循環流路を備えた廃棄物焼却炉において、前記排ガス循環流路への排ガス導入箇所の近傍に空気供給配管が接続され、排ガス循環停止時に、前記排ガス循環流路に空気を導入して前記排ガス循環流路内の残留ガスの置換を行うことが可能に構成されたことを特徴とする廃棄物焼却炉。
3. 廃棄物焼却炉が廃熱ボイラを有し、排ガス循環流路への排ガス導入箇所が、廃熱ボイラ、廃熱ボイラと排ガス減温手段との間、及び除塵装置と煙突の間の何れかであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の廃棄物焼却炉。

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