JP2006292264A - 廃棄物の燃焼処理方法及び該システム - Google Patents

Abstract

【課題】 排ガス処理設備にて処理する排ガス量を低減することができ、且つボイラ効率の向上が図れる廃棄物の燃焼処理方法及び該システムを提供する。
【解決手段】 廃棄物を燃焼する一次燃焼域１３と、その上方に形成され二次空気の導入により未燃分を燃焼する二次燃焼域１４とを有する燃焼炉１０と、該燃焼炉の燃焼排ガスから熱回収するボイラ２０と、を備えた廃棄物の燃焼処理システムにおいて、前記ボイラ２０から排出される燃焼排ガスの一部を引き抜き、該引き抜いた再循環排ガスを前記二次燃焼域１４に循環させる排ガス再循環ライン２２を設け、さらに該排ガス再循環ライン上に前記再循環排ガスを集塵する中温集塵装置２６を設け、必要に応じて該中温集塵装置２６より上流側の排ガス再循環ライン２２に消石灰２５を供給する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ストーカ炉や流動床炉等の燃焼炉における廃棄物の燃焼処理方法及び該システムに関し、特に、燃焼排ガスの一部を炉内へ返送する再循環機構を有し、排ガス処理設備における排ガス処理量を低減でき、且つ燃焼排ガスの損失熱量を最小限に抑えてボイラ効率を向上させることができる廃棄物の燃焼処理方法及び該システムに関する。

近年、都市部等において、ごみの排出量が増加する傾向にある。これらの廃棄物の中には、収集された後サイクルされて再生利用されるものもあるが、その多くは燃焼炉で燃焼処分されているのが実状である。また、最近発生する廃棄物は、高カロリー化が進むとともに、その成分も塩化ビニルなどの塩素分を多く含むものが多くなっているため、これらを燃焼処理する燃焼炉では、燃焼の際に窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）、ダイオキシン類等の空気汚染物質が多量に排出され、環境に悪影響を及ぼすようになってきている。

このため、燃焼時に発生する多量の空気汚染物質の排出量を抑制するために、種々の燃焼炉が考慮され、改善が図られている。ＮＯ_ｘを低減する技術としては、一度排出された排ガスを再燃焼させるべく排ガスを再循環させて炉内に還元状態を多く作ることによりＮＯ_ｘの低減を図る技術が採用されてきている。
一般に廃棄物の燃焼処理システムでは、廃棄物は燃焼炉にて燃焼処理され、該燃焼炉から排出される排ガスはボイラにて熱回収された後、減温塔にて冷却され、バグフィルタにより排ガス中の煤塵を集塵した後に大気放出されている。特許文献１（特開２００３−７４８１６号公報）には、このシステムにおいて、バグフィルタを通過した排ガスの一部を分岐させ、再循環排ガスとして燃焼炉の二次空気供給ノズルから炉内に返送する構成が開示されている。このように、排ガス処理設備のバグフィルタ出口の排ガスの一部を分岐して、燃焼炉の二次燃焼域に循環させることにより、燃焼促進、ＮＯｘ抑制、煙突部での排ガス量低減が図れる。

バグフィルタ出口の排ガスの一部を分岐するのは、例えば、ごみ焼却炉の排ガス中には塩酸ガスのような酸性ガスが高濃度で含まれるため、排ガス処理設備で酸性ガスを除去した状態で抜き出したいがためであり、これにより、煙道、ファン、炉への吹込ノズルなどの機械部分の腐食防止が可能となる。しかしながら、この方法では、煙突部の排ガス量は低減できるものの、ボイラ部、減温塔、バグフィルタ等の排ガス処理設備を通過する排ガス量を低減することはできない。
そこで、特許文献２（特開２００３−１６６７０７号公報）では、廃棄物焼却炉の二次燃焼域の高温燃焼部から高温の燃焼排ガスの一部を引き抜き、その一部のガスを高温集塵装置にて除塵した後、二次空気供給口より炉内に循環させる構成が開示されている。
このように、排ガス処理設備を経由することなく、燃焼排ガスを炉内で直接循環させることにより、炉内の燃焼温度を維持しつつ、燃焼効率を向上させることが可能となる。また、引き抜いた燃焼排ガスは二次空気に比べて低酸素濃度であるため、ＮＯ_ｘの低減も期待できる。

特開２００３−７４８１６号公報 特開２００３−１６６７０７号公報

このように、燃焼排ガスの炉内への再循環は、燃焼改善、ＮＯｘ抑制、及び排ガス量低減に有効な方法であるが、上記したように特許文献１に記載される方法では、煙突部の排ガス量は低減できるものの、ボイラ部、減温塔、バグフィルタ等の排ガス処理設備を通過する排ガス量を低減することはできず、また減温塔で冷却された排ガスを循環させる構成であるため、排ガスの損失熱量が大きく、ボイラ効率が低下してしまうという問題があった。
さらに、特許文献２に記載される方法では、排ガス処理設備にて処理すべき排ガス量が低減され、システムの小型化が図れるが、二次燃焼域から抜き出す燃焼排ガスは８００℃〜１１００℃程度の極めて高温の排ガスであり、且つ煤塵濃度が高いため、排ガス再循環路に設けられる高温集塵装置や高温ブロワが高価な装置となり、また、これらの装置が高温雰囲気と煤塵により腐食、磨耗し易いという問題があった。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、排ガス処理設備にて処理する排ガス量を低減することができ、且つボイラ効率の向上が図れる廃棄物の燃焼処理方法及び該システムを提供することを目的とする。

そこで、本発明はかかる課題を解決するために、
燃焼炉の一次燃焼域にて廃棄物を燃焼した後にその上方の二次燃焼域にて二次空気を導入して未燃分を燃焼し、該燃焼炉からの燃焼排ガスをボイラに導入して熱回収する廃棄物の燃焼処理方法において、
前記ボイラから排出された燃焼排ガスの一部を引き抜き、該引き抜いた再循環排ガスを中温集塵手段にて集塵した後に、該再循環排ガスを前記二次燃焼域に導入することを特徴とする。
また、前記中温集塵手段より上流側で前記再循環排ガスに酸性ガス中和剤を供給することが好適である。

本発明によれば、ボイラ出口部の燃焼排ガスを分岐して再循環させることで、後段の排ガス処理設備で処理すべき排ガス量が低減でき、排ガス処理設備の小型化、低コスト化が可能となる。また、排ガス処理設備の減温塔より上流側で燃焼排ガスを引き抜き、循環させるため、排ガスの損失熱量を最小限に抑え、ボイラ効率を向上させることができる。さらに、中温集塵手段を備えているため、再循環排ガスが、酸性ガスや煤塵が取り除かれたクリーンなガスとなり、排ガスを循環させるための送風機やダクト、二次空気供給口のノズル等を腐食させることなく、容易に循環させることが可能となる。尚、前記再循環排ガスに二次空気を混合して炉内に供給するようにしても良い。

また、前記ボイラから排出された燃焼排ガスを減温した後に低温集塵手段にて集塵するようにした燃焼処理方法であって、
前記低温集塵手段にて捕集された集塵灰の一部を、前記中温集塵手段より上流側にて前記再循環排ガスに供給することを特徴とする。
これは、前記低温集塵手段では、酸性ガスを除去することを目的として消石灰等の酸性ガス中和剤が供給されるが、この中和剤の一部は酸性ガスと反応せず、集塵手段にて捕集された集塵灰中に未反応のまま残留する。従って、この未反応の中和剤を含む集塵灰を前記再循環排ガスに噴霧することにより、消石灰等の中和剤を外部より添加する必要がなく、ランニングコストの削減が可能となる。

また、前記再循環排ガスを前記二次空気と混合して炉内へ導入する場合であって、前記混合したガスが所定酸素濃度となるように、記再循環排ガスの流量を制御することを特徴とする。
これにより、前記再循環排ガスの循環流量を適正に維持することができ、燃焼炉にて安定した燃焼を行うことが可能となる。
さらに、前記再循環排ガスの少なくとも一部を、前記ボイラに具備される過熱器の入口側に導入することを特徴とし、さらにまた、前記過熱器の入口温度若しくは該過熱器へ流入する排ガス流量に基づき、前記過熱器入口側に導入する再循環排ガスの流量を制御することを特徴とする。これにより、過熱器に導入される燃焼排ガス温度を最適な温度に容易に制御できるようになる。

また、システムの発明として、廃棄物を燃焼する一次燃焼域と、その上方に形成され二次空気の導入により未燃分を燃焼する二次燃焼域とを有する燃焼炉と、該燃焼炉の燃焼排ガスから熱回収するボイラと、を備えた廃棄物の燃焼処理システムにおいて、
前記ボイラから排出される燃焼排ガスの一部を引き抜き、該引き抜いた再循環排ガスを前記二次燃焼域に循環させる排ガス再循環ラインを設け、該排ガス再循環ライン上に前記再循環排ガスを集塵する中温集塵手段を設けたことを特徴とする。
また、前記排ガス再循環ライン上で前記中温集塵手段より上流側に、前記再循環排ガスに酸性ガス中和剤を供給する中和剤供給手段を設けたことを特徴とする。
また、前記ボイラの下流側に、前記燃焼排ガスを減温する減温塔と、該減温した燃焼排ガスを集塵する低温集塵手段と、を備えた燃焼処理システムであって、
前記低温集塵手段にて捕集された集塵灰の一部を引き抜き、該引き抜いた集塵灰を、前記中温集塵手段より上流側の排ガス再循環ラインに供給する集塵灰供給手段を設けたことを特徴とする。

また、前記再循環排ガスを前記二次空気と混合して炉内へ導入する場合であって、前記再循環排ガスと前記二次空気の混合ガスが所定酸素濃度となるように、前記再循環排ガスの流量を制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
さらに、前記再循環排ガスの少なくとも一部を、前記ボイラに具備される過熱器の入口側に導入する第２の排ガス再循環ラインを設けたことを特徴とする。
さらにまた、前記過熱器の入口温度若しくは該過熱器へ流入する排ガス流量を検出する検出手段と、該検出値に基づき、前記過熱器入口側に導入する再循環排ガスの流量を制御する制御手段とを設けたことを特徴とする。

以上記載のごとく本発明によれば、ボイラ出口部の燃焼排ガスを分岐することで、減温塔、バグフィルタ等の排ガス処理設備及び煙突を通過して外部へ排出される排ガス量が低減でき、排ガス処理設備の小型化、低コスト化が可能となる。さらに、排ガス処理設備の減温塔より上流側で燃焼排ガスを引き抜き、循環させるため、排ガスの損失熱量を最小限に抑え、ボイラ効率を向上させることができる。また、分岐した再循環排ガスに酸性ガス中和剤を供給し性ガスを中和した後、中温集塵手段で集塵することにより、再循環排ガスは酸性ガスやダストが取り除かれたクリーンガスとなり、これによって、循環させるための送風機やダクト、二次空気供給口のノズル等の機器を腐食させることなく、容易に循環させることができる。また、クリーンな再循環排ガスの一部をボイラ部過熱器の上流側に供給することにより、過熱器に流入する排ガス温度を最適な温度に容易に制御できるようになる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１乃至図３は、本発明の実施例１乃至実施例３に係るシステムの概略を示す全体構成図である。

図１に示される本実施例１の廃棄物の燃焼処理システムは、廃棄物を燃焼するストーカ炉１０と、該ストーカ炉１０の炉出口に接続され、ストーカ炉からの燃焼排ガスが導入されるボイラ２０と、該ボイラ２０から排出される燃焼排ガスを処理する減温塔３１、バグフィルタ３２、煙突３３を備えた排ガス処理設備と、から構成される。
前記ストーカ炉１０は、廃棄物が投入される廃棄物投入ホッパ１１と、該ホッパより投入された廃棄物を載置して移送しながら、乾燥、熱分解燃焼、おき燃焼を順次行うストーカ１２と、該ストーカ上に形成される一次燃焼域１３と、該一次燃焼域の上方に形成された二次燃焼域１３と、該二次燃焼域１３に二次空気を導入する二次空気導入口１５と、該二次燃焼域１３からの燃焼排ガスが炉外へ排出される炉出口１６と、ストーカ１２の下流端に位置する灰出しシュート１７と、を備える。

前記ストーカ１２上には、ホッパ１１側より乾燥ゾーン、燃焼ゾーン、おき燃焼ゾーンが形成され、ストーカ１２の下部より供給される一次空気１８により、炉内に供給された廃棄物は、乾燥ゾーンの前半で輻射熱により表面から水蒸気を炉内へ放出し、乾燥ゾーンの後半より燃焼ゾーンの前半にかけて熱分解による還元ガスの放出と吹き抜け燃焼が始まり、燃焼ゾーンの中央では火炎燃焼が行われ、後部ではおき燃焼となる。尚、これらの燃焼状態に併せて前記一次空気１８の酸素負荷率を設定すると良い。
前記二次燃焼域１４では、二次空気導入口１５より二次空気と再循環排ガスの混合ガス、若しくは再循環排ガス、或いは二次空気が導入され、前記一次燃焼域１３からの未燃ガスが攪拌混合されながら完全燃焼される。
尚、本実施例では、一例としてストーカ炉につき説明したが、これに限定されるものではなく、二次空気を導入する二次燃焼域を有する構成の燃焼炉であれば何れでも良い。

前記二次燃焼域１４を通過した燃焼排ガスは、炉出口１６から排出され、前記ボイラ２０に導入される。該ボイラ２０は過熱器２１を備えており、ここで前記燃焼排ガスとの熱交換により過熱蒸気が生成される。前記炉出口１６で約９００〜１０００℃であったガス温度は、ボイラ出口では約１５０〜２５０℃まで下げられる。ボイラで生成した過熱蒸気は、不図示の発電設備等に送給され発電等に有効利用される。尚、前記ボイラ２０は、必要に応じて前記過熱器２１の後段に節炭器（不図示）を備える構成としても良い。
前記ボイラ２０から排出される燃焼排ガスは、減温塔３１、バグフィルタ３２、煙突３３からなる排ガス処理設備に送られる。
前記減温塔３１は、水噴霧などにより前記排ガスを１５０〜２００℃程度まで冷却する装置で、前記バグフィルタ３２は、冷却された排ガス中の煤塵を集塵する装置で、該バグフィルタ３２の上流側で消石灰等の酸性ガス中和剤が噴霧されることにより、煤塵とともにダイオキシン類、酸性ガス成分等も除去され、排ガスの排出基準を満たすクリーンな排ガスとして煙突３３から大気放出される。

また、本実施例における特徴的な構成として、前記ボイラ２０から排出される燃焼排ガスの少なくとも一部を抜き出し、該抜き出したガスを再循環排ガスとして、前記ストーカ炉１０の二次空気導入口１５に循環させる排ガス再循環ライン２２を設けている。該再循環ライン２２上には、中温集塵装置２６と送風機２７が設けられている。
前記中温集塵装置２６には前記再循環排ガスが導入され、該排ガス中の煤塵を集塵する。該中温集塵装置２６は、バグフィルタ、セラミックフィルタ、サイクロン、電気集塵機等のうち排ガスの温度条件に適う装置であれば何れを用いても良いが、好適にはバグフィルタとする。該中温集塵装置２６にて煤塵が除去されたクリーンな再循環排ガスは、前記二次空気導入口１５に導入される。
このように、ボイラ出口部の燃焼排ガスを分岐して再循環させることで、後段の減温塔３１、バグフィルタ３２等の排ガス処理設備で処理すべき排ガス量が低減でき、排ガス処理設備の小型化、低コスト化が可能となる。
また、本実施例において、再循環排ガスを前記一次空気１８とともに一次燃焼域１３に供給するようにしても良い。

また、前記中温集塵装置２６より上流側の排ガス再循環ライン１１上に、消石灰２５等の酸性ガス中和剤を噴霧する手段を設けても良い。この中和剤供給手段は、前記再循環排ガス中に酸性ガスが多く含まれる場合に好適に適用できる。これにより、再循環排ガスは酸性ガスや煤塵が取り除かれたクリーンなガスとなり、排ガスを循環させるための送風機２７やダクト、二次空気供給口１５のノズル等を腐食させることなく、容易に循環させることが可能となる。
さらに、本実施例では、前記排ガス再循環ライン２２の他に、前記中温集塵装置２６を通過したクリーンな再循環排ガスの一部を前記過熱器２１の入口側に導入する第２の排ガス再循環ライン２３を設けるようにしても良い。該第２の排ガス再循環ライン２３を介して再循環排ガスを前記過熱器２１に導入することにより、該過熱器２１に導入される燃焼排ガス温度を最適な温度に容易に制御できるようになる。

図２に本実施例２に係る廃棄物の燃焼処理システムを示す。以下、実施例２及び実施例３において、上記した実施例１と同様の構成についてはその詳細な説明を省略する。
本実施例２に係るシステムは、上記した実施例１の構成に加えて、前記排ガス処理設備に設けられたバグフィルタ３２にて捕集された集塵灰３４の一部を引き抜き、該引き抜いた集塵灰３５を、前記中温集塵装置２６より上流側の前記排ガス再循環ライン２２上に導き、再循環排ガスに噴霧する構成としている。
これは、前記バグフィルタ３２では、酸性ガスを除去することを目的として消石灰等の酸性ガス中和剤を供給するが、この中和剤の一部は酸性ガスと反応せず、バグフィルタ３２にて捕集された集塵灰中に未反応のまま残留する。従って、この未反応の中和剤を含む集塵灰３５を前記再循環排ガスに噴霧することにより、消石灰等の中和剤を外部より添加する必要がなく、ランニングコストの削減が可能となる。尚、前記再循環排ガスは炉内に返送させるものであるため、排ガス処理設備３２のバグフィルタ３２のような高レベルの排ガス処理は求められないため、集塵灰３５を噴霧しても支障はない。

図３に本実施例３に係る廃棄物の燃焼処理システムを示す。本実施例３は、上記した実施例１の構成に加えて、再循環排ガスの制御機構を備えたシステムである。
本実施例３のシステムは、前記排ガス再循環ライン２２上の再循環排ガスの循環流量を制御するダンパ４１と、前記二次空気導入口１５に導入する再循環排ガスの流量を制御するダンパ４２と、前記第２の排ガス再循環ライン２３上の過熱器２１上流側へ導入する再循環排ガスの流量を制御するダンパ４３と、を備えている。
また、前記二次空気導入口１５へガスを送り込むヘッダに、該ヘッダ圧を検出する圧力計４５を設け、該圧力計４５にて検出されたヘッダ圧に基づき、これが所定のヘッダ圧となるように前記ダンパ４２を制御して前記二次空気導入口１５へ導入する再循環排ガス流量を調整する。
さらにまた、前記排ガス再循環ライン２２上に再循環排ガスの圧力を検出する圧力計４４を設け、前記圧力計４４にて検出された圧力に基づき、これが所定の圧力となるように前記ダンパ４１を制御して再循環排ガスの循環流量を制御する。このとき、前記送風機２７の回転数を制御して再循環排ガスの循環流量を制御するようにしても良い。
また、前記再循環排ガスを二次空気と混合して炉内へ導入する場合には、前記ヘッダの酸素濃度が所定濃度となるように、前記ダンパ４２を制御して前記二次空気導入口へ導入する再循環排ガスの流量を調整することが好ましい。
本実施例によれば、再循環排ガスの循環流量を適正に維持することができ、安定した燃焼を行うことが可能となる。

一方、前記第２の排ガス再循環ライン２３により前記過熱器２１の上流側へ再循環排ガスを導入する場合は、過熱器２１直前の排ガス流量を流量計４６にて検出し、該検出した排ガス流量に基づき前記ダンパ４３を制御し、過熱器２１上流側への再循環排ガスの流量を調整する。また、前記過熱器２１直前の排ガス温度を温度検出器４７にて検出し、該検出した排ガス温度に基づきダンパ４３を制御するようにしても良い。
これにより、過熱器２１に流入する排ガス温度、排ガス流量を容易に制御できるようになる。

本発明の実施例１に係るシステムの概略を示す全体構成図である。 本発明の実施例２に係るシステムの概略を示す全体構成図である。 本発明の実施例３に係るシステムの概略を示す全体構成図である。

符号の説明

１０ 燃焼炉
１３ 一次燃焼域
１４ 二次燃焼域
１５ 二次空気供給口
１８ 一次空気
２０ ボイラ
２１ 過熱器
２２ 排ガス再循環ライン
２３ 第２の排ガス再循環ライン
２５ 消石灰
２６ 中温集塵装置
３１ 減温塔
３２ 低温バグフィルタ
３５ 集塵灰
４１、４２、４３ ダンパ

Claims (12)

1. 燃焼炉の一次燃焼域にて廃棄物を燃焼した後にその上方の二次燃焼域にて二次空気を導入して未燃分を燃焼し、該燃焼炉からの燃焼排ガスをボイラに導入して熱回収する廃棄物の燃焼処理方法において、
   前記ボイラから排出された燃焼排ガスの一部を引き抜き、該引き抜いた再循環排ガスを中温集塵手段にて集塵した後に、該再循環排ガスを前記二次燃焼域に導入することを特徴とする廃棄物の燃焼処理方法。
2. 前記中温集塵手段より上流側で前記再循環排ガスに酸性ガス中和剤を供給することを特徴とする請求項１記載の廃棄物の燃焼処理方法。
3. 前記ボイラから排出された燃焼排ガスを減温した後に低温集塵手段にて集塵するようにした請求項１記載の燃焼処理方法であって、
   前記低温集塵手段にて捕集された集塵灰の一部を、前記中温集塵手段より上流側にて前記再循環排ガスに供給することを特徴とする請求項１記載の廃棄物の燃焼処理方法。
4. 前記再循環排ガスを前記二次空気と混合して炉内へ導入する場合であって、前記再循環排ガスと前記二次空気の混合ガスが所定酸素濃度となるように、前記再循環排ガスの流量を制御することを特徴とする請求項１記載の廃棄物の燃焼処理方法。
5. 前記再循環排ガスの少なくとも一部を、前記ボイラに具備される過熱器の入口側に導入することを特徴とする請求項１記載の廃棄物の燃焼処理方法。
6. 前記過熱器の入口温度若しくは該過熱器へ流入する排ガス流量に基づき、前記過熱器入口側に導入する再循環排ガスの流量を制御することを特徴とする請求項５記載の廃棄物の燃焼処理方法。
7. 廃棄物を燃焼する一次燃焼域と、その上方に形成され二次空気の導入により未燃分を燃焼する二次燃焼域とを有する燃焼炉と、該燃焼炉の燃焼排ガスから熱回収するボイラと、を備えた廃棄物の燃焼処理システムにおいて、
   前記ボイラから排出される燃焼排ガスの一部を引き抜き、該引き抜いた再循環排ガスを前記二次燃焼域に循環させる排ガス再循環ラインを設け、該排ガス再循環ライン上に前記再循環排ガスを集塵する中温集塵手段を設けたことを特徴とする廃棄物の燃焼処理システム。
8. 前記排ガス再循環ライン上で前記中温集塵手段より上流側に、前記再循環排ガスに酸性ガス中和剤を供給する中和剤供給手段を設けたことを特徴とする請求項７記載の廃棄物の燃焼処理システム。
9. 前記ボイラの下流側に、前記燃焼排ガスを減温する減温塔と、該減温した燃焼排ガスを集塵する低温集塵手段と、を備えた請求項７記載の燃焼処理システムであって、
   前記低温集塵手段にて捕集された集塵灰の一部を引き抜き、該引き抜いた集塵灰を、前記中温集塵手段より上流側の排ガス再循環ラインに供給する集塵灰供給手段を設けたことを特徴とする請求項７記載の廃棄物の燃焼処理システム。
10. 前記再循環排ガスを前記二次空気と混合して炉内へ導入する場合であって、前記再循環排ガスと前記二次空気の混合ガスが所定酸素濃度となるように、前記再循環排ガスの流量を制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項７記載の廃棄物の燃焼処理システム。
11. 前記再循環排ガスの少なくとも一部を、前記ボイラに具備される過熱器の入口側に導入する第２の排ガス再循環ラインを設けたことを特徴とする請求項７記載の廃棄物の燃焼処理システム。
12. 前記過熱器の入口温度若しくは該過熱器へ流入する排ガス流量を検出する検出手段と、該検出値に基づき、前記過熱器入口側に導入する再循環排ガスの流量を制御する制御手段とを設けたことを特徴とする請求項１１記載の廃棄物の燃焼処理システム。
    

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