JP2020176736A - 発電プラント及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストにて起動することができる給水加熱用ボイラを備えた発電プラントを提供する。【解決手段】ボイラ３へ脱気器５３を経由して供給される給水の少なくとも一部をバイオマスボイラ７に供給可能に接続されたバイオマスボイラ給水配管８０と、バイオマスボイラ給水配管８０に接続されたボイラ起動用給水ポンプ７０と、バイオマスボイラ給水配管８０に設けられたバイオマスボイラ起動用制御弁８０ａと、を備えている。制御部３０は、バイオマスボイラ７の起動時に、ボイラ起動用給水ポンプ７０を起動するとともにバイオマスボイラ起動用制御弁８０ａを開とし、かつ、バイオマスボイラ７の起動完了時にバイオマスボイラ起動用制御弁８０ａを閉とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラ給水を加熱する給水加熱用ボイラを備えた発電プラント及びその運転方法に関するものである。

特許文献１には、ボイラ給水をバイオマスボイラによって加熱することで、タービン効率を向上させるとともに二酸化炭素の発生量を低減できる発電プラントが開示されている。

特許第６２２４８５８号公報

特許文献１に記載された発電プラントは、給水加熱用熱交換器で熱交換して凝縮された凝縮水をバイオマスボイラに返送する給水加熱用ポンプが設けられている。
バイオマスボイラを起動する場合、例えば給水加熱用ポンプを利用して例えば１０ＭＰａまで水を昇圧する必要がある。しかも、熱交換後の凝縮水を返送することを考慮すると２００℃以上の耐熱性を有する必要がある。このように大気圧から約１０ＭＰａまでの高揚程とされ、かつ耐熱性を有するポンプは、設備として費用が嵩むという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、低コストにて起動することができる給水加熱用ボイラを備えた発電プラント及びその運転方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様による発電プラントは、ボイラと、前記ボイラにて生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンによって駆動される発電機と、前記ボイラに供給される給水を加熱する給水加熱用ボイラと、前記給水加熱用ボイラで発生した蒸気と前記ボイラへ供給される前記給水を熱交換する給水加熱用熱交換器と、前記給水加熱用熱交換器と前記給水加熱用ボイラとの間に設けられた給水加熱用ポンプと、前記ボイラへ脱気器を経由して供給される前記給水の少なくとも一部を前記給水加熱用ボイラに供給可能に接続された給水加熱用ボイラ給水配管と、前記給水加熱用ボイラ給水配管に接続された起動用給水ポンプと、前記給水加熱用ボイラ給水配管に設けられた起動用制御弁と、記給水加熱用ボイラの起動時に、前記起動用給水ポンプを起動するとともに前記起動用制御弁を開とし、かつ、前記給水加熱用ボイラの起動完了時に前記起動用制御弁を閉とする制御部と、を備えている。

給水加熱用熱交換器と給水加熱用ボイラとの間に設けられた給水加熱用ポンプとは別に、起動用給水ポンプを設けることとした。ボイラへ脱気器を経由して供給される給水の少なくとも一部に対して、給水加熱用ボイラに供給可能に接続されて起動用給水ポンプで昇圧された給水は、給水加熱用ボイラ給水配管を介して給水加熱用ボイラに供給される。すなわち、給水加熱用ボイラの起動時には、制御部によって起動用制御弁が開とされて、所定圧に昇圧された給水が給水加熱用ボイラに供給される。一方、給水加熱用ボイラの起動が完了すると、起動用制御弁が閉とされて給水加熱用ボイラへの給水が停止される。
このように、バイオマスボイラの起動時に、通常運転時に耐熱性を求められる給水加熱用ポンプを高揚程の仕様とすることなく、起動用給水ポンプによって所定圧まで給水を加圧することができるので、低コストにて起動することができる。

さらに、本発明の一態様による発電プラントでは、前記起動用給水ポンプは、前記ボイラを起動する際に用いられるボイラ起動用給水ポンプとされている。

ボイラを起動する際にボイラ給水を昇圧するためにボイラ起動用給水ポンプが設けられていることが多い。このボイラ起動用給水ポンプは、ボイラ起動後は休止しているので、ボイラ起動用給水ポンプを、給水加熱用ボイラを起動する際に給水を昇圧する起動用給水ポンプとして用いることとした。これにより、既存設備を有効利用して設備費を低減し、低コストにて起動することができる。
既存のボイラ起動用給水ポンプを用いるので、ボイラへ脱気器を経由して供給される安定した水質のボイラの給水を給水加熱用ボイラに導くことができる。これにより、ボイラで用いている安定した水質の給水を給水加熱用ボイラに用いることができる。

さらに、本発明の一態様による発電プラントでは、前記給水加熱用ボイラで生成された蒸気を前記給水加熱用熱交換器へ導く加熱用蒸気供給配管と、前記加熱用蒸気供給配管に接続され、出口側が系外に開口する起動時排出配管と、前記起動時排出配管に設けられた排水弁と、を備え、前記制御部は、前記給水加熱用ボイラの起動時に前記排水弁を第１所定時間にわたって開とする。

加熱用蒸気供給配管に起動時排出配管を接続することによって、起動時に給水加熱用ボイラを通過する給水を系外に排出することができる。制御部は、給水加熱用ボイラの起動時に、排水弁を所定時間にわたって開とすることとした。これにより、給水加熱用ボイラを起動時通過する際に発生する所定の水質基準を満たさない給水を簡易な起動時排出配管を追加することで系外に排出することができるので、低コストにて起動することができる。

さらに、本発明の一態様による発電プラントでは、前記蒸気タービンによって膨張した後の蒸気が導かれる復水器と、前記復水器と前記起動時排出配管とを接続する起動時循環配管と、を備え、前記制御部は、前記第１所定時間を経過した後に、前記起動時排出配管を流れる前記給水の流れを系外への排出から前記復水器へと切り換える。

第１所定時間を経過した後に、起動時循環配管によって起動時排出配管を流れる給水を復水器へ流すことができる。これにより、水質が安定した給水を復水器を介してボイラへと導くことができ、給水を系外に排出することを回避することによって給水の使用量を可及的に抑えることができるので、低コストにて起動することができる。

さらに、本発明の一態様による発電プラントでは、前記蒸気タービンによって膨張した後の蒸気が導かれる復水器と、前記給水加熱用熱交換器を通過した前記給水を前記復水器側へと導く給水返送系統と、を備え、前記制御部は、前記給水加熱用ボイラの起動時に、前記給水返送系統を用いて前記給水を前記復水器側へ供給する。

起動時に給水加熱用熱交換器を通過した給水を給水加熱用ボイラへ循環させずに、復水器側に供給することによって、給水の顕熱をボイラで有効に利用して、ボイラへ給水する給水温度の低下を抑制することができる。
なお、給水返送系統によって導かれた給水は復水器側に供給されれば良く、給水を復水器に直接導く構成を意味するだけでなく、例えば他の機器を介した後に復水器に導かれるようにしても良い。

さらに、本発明の一態様による発電プラントでは、前記蒸気タービンから蒸気を抽気して前記給水を加熱する給水加熱器と、前記給水加熱器にて前記給水を加熱して凝縮したドレン水を前記復水器へ導くドレン水系統と、を備え、前記給水返送系統は、前記ドレン水系統に接続されている。

給水加熱用熱交換器で加熱された給水を給水加熱器のドレン水系統に導くことで、給水加熱器の給水への加熱量を増大させることができる。

さらに、本発明の一態様による発電プラントでは、前記給水加熱用ボイラは、バイオマス燃料を主燃料として用いるバイオマスボイラとされている。

給水加熱用ボイラを、バイオマス燃料を主燃料として用いるバイオマスボイラとすることで、ボイラにてバイオマス燃料を混焼させずに給水加熱用ボイラでバイオマス燃料を専焼させることができる。したがって、ボイラで燃焼させる例えば化石燃料に対するバイオマス燃料の使用比率を高めることができる。また、腐食成分を含む廉価なバイオマス燃料をボイラ本体での燃焼に影響を及ぼすことなく用いることができ、化石燃料使用量を低減し、高効率な発電を行うことができる。

また、本発明の一態様による発電プラントの運転方法は、ボイラと、前記ボイラにて生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記蒸気タービンによって駆動される発電機と、前記ボイラに供給される給水を加熱する給水加熱用ボイラと、前記給水加熱用ボイラで発生した蒸気と前記ボイラへ供給される前記給水を熱交換する給水加熱用熱交換器と、前記給水加熱用熱交換器で前記給水と熱交換して凝縮した凝縮水を前記給水加熱用ボイラに導く給水加熱用ポンプと、前記ボイラへ脱気器を経由して供給される前記給水の少なくとも一部を前記給水加熱用ボイラに供給可能に接続された給水加熱用ボイラ給水配管と、前記給水加熱用ボイラ給水配管に接続された起動用給水ポンプと、前記給水加熱用ボイラ給水配管に設けられた起動用制御弁と、を備えた発電プラントの運転方法であって、前記給水加熱用ボイラの起動時に、前記起動用給水ポンプを起動するとともに前記起動用制御弁を開とし、かつ、前記給水加熱用ボイラの起動完了時に前記起動用制御弁を閉とする。

さらに、本発明の一態様による発電プラントの運転方法では、前記発電プラントは、前記蒸気タービンによって膨張した後の蒸気が導かれる復水器と、前記給水加熱用熱交換器を通過した前記給水を前記復水器側へと導く給水返送系統と、を備え、前記給水加熱用ボイラの起動時に、前記給水返送系統を用いて前記給水を前記復水器側へ供給する。

給水加熱用ポンプとは別に起動用給水ポンプを備えることとしたので、低コストにて給水加熱用ボイラを備えた発電プラントを起動することができる。

本発明の発電プラントの第１実施形態を示した概略構成図である。 バイオマスボイラの起動方法を示したフローチャートである。 バイオマスボイラの起動時においてバイオマスボイラからの給水を系外に排出する状態を示した概略構成図である。 バイオマスボイラの起動時においてバイオマスボイラからの給水を復水器に戻す状態を示した概略構成図である。 バイオマスボイラの起動時において給水返送配管からドレン水系統へ給水を返送する状態を示した概略構成図である。 バイオマスボイラの起動時において起動時排出配管から給水返送配管に切り換えた状態を示した概略構成図である。 バイオマスボイラの起動完了後の状態を示した概略構成図である。 本発明の発電プラントの第２実施形態を示した概略構成図である。

以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１には、第１実施形態に係る発電プラント１が示されている。発電プラント１は、ボイラ３と、蒸気タービン５と、バイオマスボイラ（給水加熱用ボイラ）７とを備えている。

ボイラ３は、ボイラ本体３ａの火炉１０内に石炭や油等の化石燃料を用いて火炎を形成するバーナ１１を備えている。火炉１０を形成する炉壁は伝熱管とフィンによって構成された水冷壁１２とされており、水冷壁１２で加熱された水は蒸気ドラム１５へと導かれる。水冷壁１２の鉛直下方側には水ドラム１４が設けられている。水ドラム１４へは、循環ポンプ２０によって蒸気ドラム１５内の水が導かれるとともに、水冷壁１２へ水を供給するようになっている。なお、本実施形態では、ドラムを有する亜臨界圧ボイラを例としているが、ドラムを有さない超臨界圧ボイラにも適用することができる。

バーナ１１の火炎によって発生する燃焼排ガスは、火炉１０の鉛直上方側へと流れ、過熱器１３へと導かれる。過熱器１３の燃焼排ガス流れ下流側には、再熱器１７とエコノマイザ１８とがこの順番で設けられている。

エコノマイザ１８と蒸気ドラム１５との間には、エコノマイザ１８にて加熱された後の水が流通するエコノマイザ出口配管２２が接続されている。エコノマイザ出口配管２２には、エコノマイザ出口温度センサ２２Ｔと、エコノマイザ出口圧力センサ２２Ｐとが設けられている。これらセンサ２２Ｔ，２２Ｐの計測値は、制御部３０へ送られるようになっている。

エコノマイザ１８には、給水（水）を供給するための給水配管２４が接続されている。給水配管２４を通る給水は、後述するように、バイオマスボイラ７で発生した蒸気によって加熱された後にエコノマイザ１８へと供給される。エコノマイザ１８の入口側の給水配管２４には、温度センサ５８Ｔが設けられている。この温度センサ５８Ｔの計測値は、制御部３０へと送られる。

エコノマイザ１８を通過した燃焼排ガス流れ下流側には、エコノマイザ１８を通過した後の燃焼排ガスの温度を計測する燃焼排ガス温度センサ２５Ｔが設けられている。燃焼排ガス温度センサ２５Ｔの計測値は、制御部３０へと送られる。燃焼排ガス温度センサ２５Ｔを通過した後の燃焼排ガスは、ボイラ本体３ａに接続された排ガスダクトの途中位置に燃焼ガス中のＮＯｘを除去するために設けられた脱硝装置（図示せず）へと導かれる。

脱硝装置は、アンモニアを用いた選択触媒還元脱硝装置とされており、触媒反応温度の関係で上限温度（例えば４００℃〜４２０℃程度）が定められている。したがって、燃焼排ガス温度センサ２５Ｔの温度に基づいて、例えば、脱硝装置の上限温度を超えないように制御部３０によってボイラ３内の熱交換量を調整して燃焼排ガス温度が制御される。脱硝装置を通過した燃焼排ガスは、例えば、燃焼ガス中のＳＯｘを除去するために脱硫装置（図示せず）にてＳＯｘ等を除去された後に、更に下流側では図示しない煤塵処理装置、誘引送風機などが必要に応じて設けられており、排ガスダクトの下流端部の煙突から大気へと排出される。

過熱器１３には、過熱器スプレイ２７が設けられている。過熱器スプレイ２７から水や蒸気を噴射することで過熱器１３内を流れる過熱蒸気を素早く冷却して所定範囲の温度へと制御する。過熱器スプレイ２７で用いる水は、例えばエコノマイザ１８の出口水の一部が用いられる。過熱器スプレイ２７の水噴射量や噴射タイミングは、制御部３０によって制御される。

過熱器１３を出た過熱蒸気は、図１に示すように、主蒸気配管３２を通り蒸気タービン５へと導かれる。蒸気タービン５は、本実施形態では、例えば、高圧タービン３４と中圧タービン３５と低圧タービン３６とを備えている。これらタービン３４，３５，３６にて発生した回転動力によって発電機３７が回転駆動され、発電が行われる。

主蒸気配管３２は、高圧タービン３４の入口に接続されている。高圧タービン３４の排気側には、高圧タービン出口配管３８が接続されている。高圧タービン出口配管３８の下流端は再熱器１７に接続されており、高圧タービン３４で所定の膨張を行ってタービンを回転駆動させる仕事を終えた蒸気が再熱器１７へと導かれるようになっている。

再熱器１７の蒸気出口側と中圧タービン３５との間には、再熱蒸気を中圧タービン３５に供給する再熱蒸気供給配管４０が設けられている。

中圧タービン３５の排気側には、中圧タービン出口配管４２が接続されている。中圧タービン出口配管４２の下流端は低圧タービン３６の入口に接続されており、中圧タービン３５で所定の膨張を行ってタービンを回転駆動させる仕事を終えた蒸気が低圧タービン３６へと導かれるようになっている。

低圧タービン３６の排気側には、低圧タービン出口配管４４が接続されている。低圧タービン出口配管４４の下流端は復水器４６に接続されている。復水器４６では、図示しない冷却水によって蒸気が真空下で冷却され凝縮液化する。復水器４６にて液化した復水は給水となって、復水ポンプ４８によって低圧給水加熱器５０へと導かれる。

本実施形態では、例えば、低圧給水加熱器５０では、低圧タービン３６から導かれた低圧蒸気によって復水からの給水が加熱される。低圧給水加熱器５０にて加熱された給水は、給水ポンプ５１を通り脱気器５３へ導かれる。脱気器５３では、中圧蒸気を用いて給水から気相分（空気、特に酸素）が除去されて、所定の水質が安定して確保される。

脱気器５３にて脱気された給水は、第１中圧給水加熱器５２ａへ導かれて、中圧タービン３５から抽気された中圧蒸気によって加熱される。

脱気器５３と第１中圧給水加熱器５２ａとの間には、ボイラ３の起動時に給水を流通させるボイラ起動用給水配管６９が設けられている。ボイラ起動用給水配管６９には、ボイラ起動用給水ポンプ７０とボイラ起動用開閉弁６９ａが設けられている。ボイラ起動用開閉弁６９ａは、制御部３０によって、ボイラ３の起動時に開とされ、それ以外は閉とされる。ボイラ起動用給水ポンプ７０は、起動時に蒸気源が無くても稼働可能なように電気モータによって駆動され、ボイラ３の起動時に起動され、給水を大気圧から昇圧するために用いられる。昇圧する水圧は、例えば１０ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下の所定圧力である。ボイラ起動用給水ポンプ７０は、従来の発電プラントでは、ボイラ３の起動時にのみ使用され、それ以外は停止している。
但し、本実施形態では、ボイラ３の起動時に加えて、後述するようにバイオマスボイラ７の起動のときにも使用する。そのため、ボイラ起動用給水ポンプ７０とボイラ起動用開閉弁６９ａとの間から分岐して、下流側がバイオマスボイラ７に接続されるバイオマスボイラ給水配管（給水加熱用ボイラ給水配管）８０が設けられている。バイオマスボイラ給水配管８０には、バイオマスボイラ起動用制御弁（起動用制御弁）８０ａが設けられている。バイオマスボイラ起動用制御弁８０ａの開度は、制御部３０によって制御される。
バイオマスボイラ給水配管８０に、補助起動用給水ポンプ８０ｂを設けても良い。補助起動用給水ポンプ８０ｂは、電気モータ駆動とされ、既設のボイラ起動用給水ポンプ７０の揚程が足りない場合に追加設置して用いられる。したがって、起動用給水ポンプ７０の揚程が十分に得られれば、補助起動用給水ポンプ８０ｂは省略することができる。

第１中圧給水加熱器５２ａによって加熱された給水は、第１高圧給水加熱器５４ａ及び第２高圧給水加熱器５４ｂへと導かれる。

第１高圧給水加熱器５４ａに導かれる高圧蒸気は、第１高圧抽気配管５５ａを介して導かれる。第１高圧抽気配管５５ａには、制御部３０によって開度が制御される第１高圧抽気弁５６ａが設けられている。
第２高圧給水加熱器５４ｂに導かれる高圧蒸気は、第２高圧抽気配管５５ｂを介して導かれる。第２高圧抽気配管５５ｂには、制御部３０によって開度が制御される第２高圧抽気弁５６ｂが設けられている。
なお、本実施形態では、一例として第１高圧抽気配管５５ａは、第２高圧抽気配管５５ｂよりも高圧タービン３４の上流側（高圧側）に接続されているので、第１高圧抽気配管５５ａによって導かれる高圧蒸気の圧力は、第２高圧抽気配管５５ｂによって導かれる高圧蒸気の圧力よりも高くされている。

各給水加熱器５０，５２ａ，５２ｂ，５４ａ，５４ｂにて給水を加熱した後の蒸気はドレン水となり、図１にて示すように、ドレン水系統（凝縮水供給系統）５９を介して、順次低圧段の給水加熱器５０，５２ａ，５４ａ，５４ｂへと送られ、最終的には復水器４６にて回収される。

高圧給水加熱器５４ａ，５４ｂにて加熱された後の給水は、給水配管２４を通り、給水加熱用熱交換器６０へと導かれる。給水加熱用熱交換器６０では、バイオマスボイラ７から加熱用伝熱管６１に導かれた蒸気によって給水が加熱されるようになっている。バイオマスボイラ７と給水加熱用熱交換器６０との間には、加熱用伝熱管６１へ蒸気を供給する加熱用蒸気供給配管６２と、加熱用伝熱管６１を通過し熱交換した後に凝縮した凝縮水をバイオマスボイラ７へと返送する返送配管６４と返送ポンプ（給水加熱用ポンプ）６５が設けられている。

加熱用蒸気供給配管６２には、加熱用蒸気の温度を計測する加熱用蒸気温度センサ６２Ｔと、加熱用蒸気の圧力を計測する加熱用蒸気圧力センサ６２Ｐと、加熱用蒸気の流量を計測する加熱用蒸気流量センサ６２Ｆとが設けられている。各センサ６２Ｔ，６２Ｐ，６２Ｆの計測値は、制御部３０へと送られる。

返送配管６４の途中には、返送ポンプ６５が設けられており、返送ポンプ６５によってドレン水がバイオマスボイラ７へと送られ、バイオマスボイラ７と給水加熱用熱交換器６０との間で循環するようになっている。返送ポンプ６５の運転は、電気モータによって駆動され、制御部３０によって制御される。
返送配管６４には、返送ポンプ６５とバイオマスボイラ７との間に、起動時操作弁７３が設けられている。起動時操作弁７３は、開閉弁とされており、制御部３０によって制御される。

給水加熱用熱交換器６０をバイパスするように、給水バイパス配管６７が設けられている。給水バイパス配管６７には、制御部３０によって開閉が制御される給水バイパス弁６８が設けられている。給水バイパス弁６８は、給水加熱用熱交換器６０を利用する場合は全閉とされ、給水加熱用熱交換器６０を利用しない場合は全開とされる。給水バイパス配管６７の上流側の給水配管２４には、給水加熱用熱交換器入口温度を計測する温度センサ５７Ｔが設けられている。この温度センサ５７Ｔの計測値は、制御部３０へと送られる。

加熱用伝熱管６１の下流側と返送ポンプ６５の上流側との間で、給水返送配管（凝縮水供給系統）７１が返送配管６４から分岐している。給水返送配管７１の下流側は、ドレン水系統５９に接続されている。具体的には、給水返送配管７１の下流側は、ドレン水系統５９の上流側、さらに具体的には第１高圧給水加熱器５４ａの出口に接続されている。
給水返送配管７１には、給水返送制御弁７２が設けられている。給水返送制御弁７２の開度は、制御部３０によって制御される。

加熱用蒸気供給配管６２の途中位置には、起動時排出配管７５の上流側が接続されている。起動時排出配管７５の下流側は、系外へ開口している。したがって、起動時排出配管７５を流れた蒸気や加熱水は、系外へ排出できるようになっている。起動時排出配管７５には、上流側から順に、起動時排出用開閉弁７６及び排水弁７７が設けられている。起動時排出用開閉弁７６と排水弁７７は、制御部３０によって制御される。起動時排出用開閉弁７６と排水弁７７との間には、フラッシュタンク７９が設けられている。フラッシュタンク７９によって、気液が分離される。

起動時排出配管７５には、水質センサ７５ａが設けられている。水質センサ７５ａの出力は、制御部３０へと送信される。水質センサ７５ａとしては、例えば、濁度計や鉄濃度計などが用いられる。

フラッシュタンク７９と排水弁７７との間から、起動時循環配管８１が分岐している。起動時循環配管８１の下流側は、復水器４６に接続されている。起動時循環配管８１には、起動時循環制御弁８３が設けられている。起動時循環制御弁８３の開度は、制御部３０によって制御される。

バイオマスボイラ７は、バイオマス燃料を燃焼させて蒸気を発生する。本実施形態におけるバイオマスボイラ７の蒸発量は、例えばボイラ３の３０％以下、好ましくは２０％以下とされている。バイオマスボイラ７の出力は、制御部３０によって制御される。具体的には、バイオマスボイラ７に投入するバイオマス燃料の供給量、燃焼用空気の流量、発生した蒸気の供給量等が制御部３０によって制御される。このように、制御部３０によってバイオマスボイラ７の出力を制御することで、給水加熱用熱交換器６０における給水の加熱量が制御される。

制御部３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

上記構成の発電プラント１は、以下のように動作する。
ボイラ３の過熱器１３にて生成された過熱蒸気は、蒸気タービン５の高圧タービン３４へと導かれ、高圧タービン３４を回転駆動させた後に、再熱器１７へと導かれる。再熱器１７へと導かれた蒸気はボイラ３によって再加熱され、再熱蒸気として中圧タービン３５へと導かれる。再熱蒸気は、中圧タービン３５を回転駆動させた後に、低圧タービン３６へと導かれて低圧タービン３６を回転駆動させる。このように得た回転動力によって発電機３７が回転駆動され、発電が行われる。

低圧タービン３６にて所定の膨張を行ってタービンを回転駆動させる仕事を終えた蒸気は復水器４６にて復水となり、給水として各給水加熱器５０，５２ａ，５４ａ，５４ｂを順次通過することによって加熱される。その後、給水は、給水加熱用熱交換器６０によってさらに加熱され、ボイラ３のエコノマイザ１８に供給される。

＜バイオマスボイラ起動制御＞
次に、図２を用いて、バイオマスボイラ７の起動制御について説明する。なお、以下の制御は、制御部３０によって行われる。

ステップＳ１に示すように、ボイラ３の負荷が定格運転に近い状態でバイオマスボイラ７の起動が行われる。定格運転に近い状態としては、ボイラ３の定格を１００％とした場合、例えば８０％以上１００％以下を意味する。給水バイパス弁６８は開とされており、給水加熱用熱交換器６０には給水が第１高圧給水加熱器５４ａ側からは供給されていない。

そして、ステップＳ２に示すように、ボイラ起動用給水ポンプ７０を起動して、脱気器５３に貯留された給水をバイオマスボイラ７へと供給する。このように、ボイラ起動用給水ポンプ７０は、ボイラ３の起動時だけでなくバイオマスボイラ７の起動時にもバイオマスボイラ起動用給水ポンプとして用いられる。このとき、図３Ａに示すように、バイオマスボイラ起動用制御弁８０ａは、閉から開へと制御される。ボイラ起動用給水ポンプ７０でバイオマスボイラ７に必要な所望の揚程が得られない構成の場合は、補助起動用給水ポンプ８０ｂを設置して同時に起動される。ボイラ起動用給水ポンプ７０によって、給水が徐々に所望圧（例えば１０ＭＰａ〜１５ＭＰａの所定圧力）に向けて昇圧される。

なお、図３Ａ以降では、弁が閉のときは黒塗りで示し、開のときは白抜きで示す。また、配管に流体（蒸気や水）が流れているときは実線で示し、流れていないときは破線で示す。

ボイラ起動用開閉弁６９ａは閉のままとされている。したがって、ボイラ起動用給水ポンプ７０によって第１中圧給水加熱器５２ａに給水は行われない。
バイオマスボイラ７に給水が行われると、バイオマスボイラ７にバイオマス燃料が投入されて昇温昇圧が行われる。バイオマスボイラ７を通過する給水は昇温昇圧が行われながら、起動時排出配管７５を通り、起動時排出用開閉弁７６を介してフラッシュタンク７９へと導かれる。フラッシュタンク７９にて気液分離され、液相であるドレン水が排水弁７７を介して系外へと排出される。
返送配管６４に設けた起動時操作弁７３は閉とされ、返送ポンプ６５は停止されている。給水返送系統７１に設けた給水返送制御弁７２も閉とされている。これにより、給水は起動時排出配管７５から送出されるので、加熱用伝熱管６１には給水が供給されず、給水加熱用熱交換器６０ではボイラ３の給水の加熱は行われない。
このように、ステップＳ２では、脱気器５３から抽出したボイラ３の給水が、ボイラ起動用給水ポンプ７０を用いてバイオマスボイラ７へ供給された後に、系外へ排出されることになる。

起動時排出配管７５から第１所定時間を経過するまで系外へ排水を続けると、水質が改善されて水質センサ７５ａが示す出力が所定値を満たすようになる。これは、起動時にバイオマスボイラ７やバイオマスボイラ７に接続された配管内に残存していた不純物が順次排出され、水質が徐々に向上するためである。そして、第１所定時間は、例えば水質センサ７５ａの出力が所定値を満たすことで判断される。例えば水質センサ７５ａが濁度計や鉄濃度計などであれば所定値以下になることで判断されて、次のステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、図３Ｂに示すように、排水弁７７を開から閉にするとともに、起動時循環制御弁８３を閉から開とする。これにより、起動時排出配管７５に設けられたフラッシュタンク７９から導かれたドレン水が起動時循環配管８１を介して復水器４６へと導かれる。このように、ステップＳ３では、脱気器５３から抽出したボイラ３の給水が、ボイラ起動用給水ポンプ７０を用いてバイオマスボイラ７へ供給された後に、復水器４６へと回収されて循環することになる。ステップＳ３の間も、バイオマスボイラ７へ燃料が投入されて昇温昇圧が継続して行われる。

そして、ステップＳ４に示すように、加熱用蒸気温度センサ６２Ｔによって計測されたバイオマスボイラ７にて加熱された給水温度が第１所定温度に到達したか否かを判断する。第１所定温度は、温度センサ５７Ｔで計測した給水加熱用熱交換器６０に流入する給水温度と同等温度に設定され、例えば２５０℃以上３００℃以下とされる。バイオマスボイラ７からの給水温度が第１所定温度に到達していない場合は、ステップＳ３が継続して行われ、第１所定温度に到達した場合には、ステップＳ５へ進む。

ステップＳ５では、図３Ｃに示すように、給水返送制御弁７２を閉から開とすることによって、バイオマスボイラ７で加熱された給水（加熱水）が加熱用蒸気供給配管６２から給水加熱用熱交換器６０の加熱用伝熱管６１へ供給され、加熱用伝熱管６１を通過した給水（加熱水）を、給水返送配管７１を介してドレン水系統５９へと供給する。給水（加熱水）によって各給水加熱器５４ｂ，５２ａのドレン水系統５９を流れるドレン水を加熱することで、ボイラ３に供給される給水温度の低下を抑制する。なお、ドレン水系統５９の設計容量等の制約によって、給水返送配管７１から加熱水を受け入れるとタービン３４，３５，３６の運転に影響が生じるおそれがある場合には、一時的にボイラ３の出力を下げて給水（加熱水）を受け入れるようにしても良い。

ここで、ステップＳ５では、給水返送制御弁７２の開度を徐々に増大するとともに、起動時循環制御弁８３の開度を徐々に閉とする。これにより、バイオマスボイラ７の加熱に利用された給水（加熱水）の行き先が、復水器４６から給水加熱用熱交換器６０へと徐々に切り換えられる。給水返送制御弁７２及び起動時循環制御弁８３の開度の切換速度は、制御部３０に予め設定した所定値を用いても良いし、温度センサ５７Ｔで計測されたボイラ３の給水温度と加熱用蒸気温度センサ６２Ｔで計測された給水温度を得ながら制御部３０によって制御しても良い。

そして、ステップＳ６にて、温度センサ５８Ｔで計測したボイラ３（エコノマイザ１８）の入口の給水温度が第２所定値に到達したか否かを判断する。第２所定値としては、ボイラ３の仕様に応じて決定されるが、エコノマイザ１８の出口で給水が蒸気化しない温度が選定され、さらに好ましくはエコノマイザ１８出口水温度が飽和温度未満でかつ該飽和温度に近い温度となるよう選定され、例えば２８０℃から３２０℃の適切な値が用いられる。

ボイラ３の入口の給水温度が第２所定値に到達していない場合は、ステップＳ５が継続して行われ、バイオマスボイラ７の昇温昇圧が引き続き行われる。
ボイラ３の入口の給水温度が第２所定値に到達すると、ステップＳ７へと進む。

ステップＳ７では、図３Ｄに示すように、起動時循環制御弁８３を閉とするとともに起動時排出用開閉弁７６を閉とする。これにより、バイオマスボイラ７から導かれた給水が復水器４６へ導かれないようにする。このとき、給水返送制御弁７２は開とされたままである。これにより、バイオマスボイラ７から導かれた給水の行き先は、復水器４６からドレン水系統５９へと切り換えられる。このとき、給水バイパス弁６８が閉とされて、給水加熱用熱交換器６０へ第１高圧給水加熱器５４ａ側から給水が導かれる。

そして、ステップＳ８では、図３Ｅに示すように、バイオマスボイラ起動用制御弁８０ａを徐々に閉とするとともに、給水返送制御弁７２を徐々に閉とする。給水返送制御弁７２が閉になると、ボイラ起動用給水ポンプ７０を停止する。

また、起動時操作弁７３を閉から開とするとともに、返送ポンプ６５を起動する。既にボイラ起動用給水ポンプ７０によって所定圧まで昇圧されているので、返送ポンプ６５を起動することができる。これにより、バイオマスボイラ７で生成した蒸気が給水加熱用熱交換器６０へと送られ、加熱用伝熱管６１で凝縮された凝縮水が返送ポンプ６５によってバイオマスボイラ７へと返送される。これにより、バイオマスボイラ７の循環水系統がボイラ３から独立して運転されるようになる。

そして、ステップＳ９へ進み、バイオマスボイラ７の整定運転を行い、バイオマスボイラ７の運転系統を確立して起動が完了する。

上述のように起動制御が終了すると、バイオマスボイラ７の加熱量と、第１高圧給水加熱器５４ａ，第２高圧給水加熱器５４ｂへ供給する高圧蒸気の抽気量と、過熱器スプレイ２７による主蒸気の温度とを制御して、発電プラント１の負荷に応じた適正なボイラ３とバイオマスボイラ７と蒸気タービン５の運転を行う。
バイオマスボイラ７の加熱量は、加熱用蒸気温度センサ６２Ｔと、加熱用蒸気圧力センサ６２Ｐと、加熱用蒸気流量センサ６２Ｆとから、エコノマイザ出口温度センサ２２Ｔに基づく制御と燃焼排ガス温度センサ２５Ｔに基づく制御の両方を満たすように制御部３０により制御される。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
返送ポンプ６５とは別に、ボイラ起動用給水ポンプ７０をバイオマスボイラ７の起動時に用いることとした。ボイラ３へ脱気器５３を経由して供給される給水の少なくとも一部に対して、バイオマスボイラ７に供給可能に接続されてボイラ起動用給水ポンプ７０で昇圧された給水は、バイオマスボイラ給水配管８０を介してバイオマスボイラ７に供給される。すなわち、バイオマスボイラ７の起動時には、制御部３０によってバイオマスボイラ起動用制御弁８０ａが開とされて、所定圧に昇圧された給水がバイオマスボイラ７に供給される。一方、バイオマスボイラ７の起動が完了すると、バイオマスボイラ起動用制御弁８０ａが閉とされてバイオマスボイラ７への給水が停止される。
このように、バイオマスボイラ７の起動時に、通常運転時に耐熱性を求められる返送ポンプ６５を高揚程の仕様とすることなく、ボイラ起動用給水ポンプ７０によって所定圧まで給水を加圧することができるので、低コストにて起動することができる。

ボイラ３を起動する際にボイラ給水を昇圧するためにボイラ起動用給水ポンプ７０が設けられている。このボイラ起動用給水ポンプ７０は、ボイラ３の起動後は休止しているので、ボイラ起動用給水ポンプ７０を、バイオマスボイラ７を起動する際に給水を昇圧する起動用給水ポンプとして用いることとした。これにより、既存設備を有効利用して設備費を低減して、低コストにて起動することができる。
既存のボイラ起動用給水ポンプ７０を用いるので、ボイラ３へ脱気器５３を経由して供給される安定した水質のボイラ３の給水をバイオマスボイラ７に導くことができる。これにより、ボイラ３で用いている安定した水質の給水をバイオマスボイラ７に用いることができる。

加熱用蒸気供給配管６２に起動時排出配管７５を接続することによって、起動時にバイオマスボイラ７を通過する給水を系外に排出することができる。制御部３０は、バイオマスボイラ７の起動時に、排水弁７７を所定時間にわたって開とすることとした。これにより、バイオマスボイラ７を起動時通過する際に発生する所定の水質基準を満たさない給水を簡易な起動時排出配管を追加することで系外に排出することができるので、低コストにて起動することができる。

第１所定時間を経過した後に、起動時循環配管８１によって起動時排出配管７５を流れる給水を復水器４６へ流すことができる。これにより、水質が安定した給水を復水器４６を介してボイラ３へと導くことができ、給水を系外に排出することを回避することによって給水の使用量を可及的に抑えることができるので、低コストにて起動することができる。

起動時に給水加熱用熱交換器６０を通過した給水を、バイオマスボイラ７へ循環させずに、給水返送配管７１を介してドレン水系統５９に供給することとしたので、給水の顕熱をボイラ３で有効に利用して、ボイラ３へ給水する給水温度の低下を抑制することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図４を用いて説明する。本実施形態は、第１実施形態で用いたボイラ起動用給水ポンプ７０によってバイオマスボイラ７の給水の昇圧を行わない点で相違する。その他の点については、第２実施形態は、第１実施形態と共通するので、同一構成については同一符号を付しその説明を省略する。

図４に示されているように、バイオマスボイラ給水配管（給水加熱用給水配管）８０’にバイオマスボイラ起動用制御弁８０ａとバイオマスボイラ用起動用給水ポンプ８８（以下、単に「起動用給水ポンプ８８」という。）が設けられている。起動用給水ポンプ８８は、電動モータによって駆動され、制御部３０によって制御される。

起動用給水ポンプ８８とバイオマスボイラ起動用制御弁８０ａとの間には、バイオマスボイラ用脱気器９０が設けられている。バイオマスボイラ用脱気器９０の熱源としては、例えば発電プラント１内のユーティリティ蒸気が用いられる。

バイオマスボイラ給水配管８０’の上流側には、図示しない純水供給源が接続されている。純水供給源から供給される純水は、純水供給弁８０ｃによって制御される。純水供給弁８０ｃと起動用給水ポンプ８８との間には、バイオマスボイラ用復水タンク９２が設けられている。バイオマスボイラ用復水タンク９２には、起動時排出配管７５との間に循環用接続配管９４が設けられている。循環用接続配管９４には、循環用制御弁９４ａが設けられている。循環用制御弁９４ａは、制御部３０によって制御される。

バイオマスボイラ用復水タンク９２と純水供給弁８０ｃとの間には、起動時循環配管８１の下流端が接続されている。

本実施形態では、上記構成によって、第１実施形態と同様の起動制御が行われる。
すなわち、図２のステップＳ２に対応するように、バイオマスボイラ７の起動時には、純水供給弁８０ｃ及びバイオマスボイラ起動用制御弁８０ａを開として起動用給水ポンプ８８を起動し、純水をバイオマスボイラ７に供給する。このように、本実施形態では、バイオマスボイラ７への給水の昇圧は、起動用給水ポンプ８８によって行われる。バイオマスボイラ７を通過する給水は、起動時排出配管７５を介して系外へ排出される。このとき、排水弁７７は開とされ、循環用制御弁９４ａは閉とされている。

そして、第１所定時間を経過して水質センサ７５ａによって水質の安定が確認されると、純水供給弁８０ｃを閉とするとともに排水弁７７を閉として、循環用制御弁９４ａが開とされる。これにより、循環用接続配管９４を介した循環系統が形成される。本実施形態は、バイオマスボイラ７で加熱された後の給水を復水器４６へ戻さずに、バイオマスボイラ給水配管８０に戻して循環する点で、図２のステップＳ３と異なる。

バイオマスボイラ７の昇温昇圧が進行し、図２のステップＳ４のようにバイオマスボイラ７にて加熱された給水温度が第１所定温度に到達すると、給水返送制御弁７２を徐々に開くとともに、起動時循環制御弁８３を開き、復水器４６を介して給水を導く。このとき、循環用制御弁９４ａを徐々に閉める。

その後、循環用制御弁９４ａと起動時排出用開閉弁７６を閉として循環経路を給水返送配管７１へと切り換える。これにより、バイオマスボイラ７にて加熱された給水が、給水返送配管７１、ドレン水系統５９、復水器４６、起動時循環配管８１及びバイオマスボイラ給水配管８０’を介して循環する系統となる。

そして、バイオマスボイラ７の昇温に伴い、図２のステップＳ６のようにボイラ３の入口の給水が第２所定値に到達すると、給水返送制御弁７２を閉じて、バイオマスボイラ７を独立運転とする。その後の工程は、第１実施形態と同様である。

このように、第２実施形態によれば、ボイラ起動用給水ポンプ７０とは別に、起動用給水ポンプ８８を設けた。そして、ボイラ３の外部の純水供給源から純水を用いて、バイオマスボイラ７を起動することとした。これにより、ボイラ３とは独立させて起動運転の一部を行うことができる。また第１実施形態と同様に、低コストにて起動することができる。

なお、上述した各実施形態では、給水を加熱する追加的な蒸気発生装置としてバイオマスボイラ７を用いることとしたが、必ずしも燃料にバイオマスを用いなくてもよい。燃料としては例えばゴミや燃焼可能な廃棄物などを用いることができる。
また、給水加熱用熱交換器６０は、給水加熱器５０，５２ａ，５４ａ，５４ｂに対して直列に配置することとしたが、給水加熱器５０，５２ａ，５４ａ，５４ｂの少なくともいずれかに対して並列に配置することとしても良い。
また、給水返送配管７１の下流側は、ドレン水系統５９をバイパスして復水器４６に接続することとしても良い。

１ 発電プラント
３ ボイラ
３ａ ボイラ本体
５ 蒸気タービン
７ バイオマスボイラ（給水加熱用ボイラ）
１０ 火炉
１１ バーナ
１２ 水冷壁
１３ 過熱器
１５ 蒸気ドラム
１７ 再熱器
１８ エコノマイザ
２０ 循環ポンプ
２２ エコノマイザ出口配管
２２Ｔ エコノマイザ出口温度センサ
２２Ｐ エコノマイザ出口圧力センサ
２４ 給水配管
２５Ｔ 燃焼排ガス温度センサ
２７ 過熱器スプレイ
３０ 制御部
３２ 主蒸気配管
３４ 高圧タービン
３５ 中圧タービン
３６ 低圧タービン
３７ 発電機
３８ 高圧タービン出口配管
４０ 再熱蒸気供給配管
４２ 中圧タービン出口配管
４４ 低圧タービン出口配管
４６ 復水器
４８ 復水ポンプ
５０ 低圧給水加熱器
５１ 給水ポンプ
５２ａ 第１中圧給水加熱器
５３ 脱気器
５４ａ 第１高圧給水加熱器
５４ｂ 第２高圧給水加熱器
５５ａ 第１高圧抽気配管
５５ｂ 第２高圧抽気配管
５６ａ 第１高圧抽気弁
５６ｂ 第２高圧抽気弁
５７Ｔ 温度センサ
５８Ｔ 温度センサ
５９ ドレン水系統（凝縮水供給系統）
６０ 給水加熱用熱交換器
６１ 加熱用伝熱管
６２ 加熱用蒸気供給配管
６２Ｔ 加熱用蒸気温度センサ
６２Ｐ 加熱用蒸気圧力センサ
６２Ｆ 加熱用蒸気流量センサ
６４ 返送配管
６５ 返送ポンプ（給水加熱用ポンプ）
６７ 給水バイパス配管
６８ 給水バイパス弁
６９ ボイラ起動用給水配管
６９ａ ボイラ起動用開閉弁
７０ ボイラ起動用給水ポンプ（起動用給水ポンプ）
７１ 給水返送配管（給水返送系統）
７２ 給水返送制御弁
７３ 起動時操作弁
７５ 起動時排出配管
７５ａ 水質センサ
７６ 起動時排出用開閉弁
７７ 排水弁
７９ フラッシュタンク
８０ バイオマスボイラ給水配管（給水加熱用ボイラ給水配管）
８０ａ バイオマスボイラ起動用制御弁（起動用制御弁）
８０ｂ 補助起動用給水ポンプ
８０ｃ 純水供給弁
８１ 起動時循環配管
８３ 起動時循環制御弁
８８ バイオマスボイラ起動用給水ポンプ（起動用給水ポンプ）
９０ バイオマスボイラ用脱気器
９２ バイオマスボイラ用復水タンク
９４ 循環用接続配管
９４ａ 循環用制御弁

Claims (9)

1. ボイラと、
   前記ボイラにて生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
   前記蒸気タービンによって駆動される発電機と、
   前記ボイラに供給される給水を加熱する給水加熱用ボイラと、
   前記給水加熱用ボイラで発生した蒸気と前記ボイラへ供給される前記給水を熱交換する給水加熱用熱交換器と、
   前記給水加熱用熱交換器と前記給水加熱用ボイラとの間に設けられた給水加熱用ポンプと、
   前記ボイラへ脱気器を経由して供給される前記給水の少なくとも一部を前記給水加熱用ボイラに供給可能に接続された給水加熱用ボイラ給水配管と、
   前記給水加熱用ボイラ給水配管に接続された起動用給水ポンプと、
   前記給水加熱用ボイラ給水配管に設けられた起動用制御弁と、
   前記給水加熱用ボイラの起動時に、前記起動用給水ポンプを起動するとともに前記起動用制御弁を開とし、かつ、前記給水加熱用ボイラの起動完了時に前記起動用制御弁を閉とする制御部と、
   を備えている発電プラント。
2. 前記起動用給水ポンプは、前記ボイラを起動する際に用いられるボイラ起動用給水ポンプとされている請求項１に記載の発電プラント。
3. 前記給水加熱用ボイラで生成された蒸気を前記給水加熱用熱交換器へ導く加熱用蒸気供給配管と、
   前記加熱用蒸気供給配管に接続され、出口側が系外に開口する起動時排出配管と、
   前記起動時排出配管に設けられた排水弁と、
   を備え、
   前記制御部は、前記給水加熱用ボイラの起動時に前記排水弁を第１所定時間にわたって開とする請求項１又は２に記載の発電プラント。
4. 前記蒸気タービンによって膨張した後の蒸気が導かれる復水器と、
   前記復水器と前記起動時排出配管とを接続する起動時循環配管と、
   を備え、
   前記制御部は、前記第１所定時間を経過した後に、前記起動時排出配管を流れる前記給水の流れを系外への排出から前記復水器へと切り換える請求項３に記載の発電プラント。
5. 前記蒸気タービンによって膨張した後の蒸気が導かれる復水器と、
   前記給水加熱用熱交換器を通過した前記給水を前記復水器側へと導く給水返送系統と、
   を備え、
   前記制御部は、前記給水加熱用ボイラの起動時に、前記給水返送系統を用いて前記給水を前記復水器側へ供給する請求項１から４のいずれかに記載の発電プラント。
6. 前記蒸気タービンから蒸気を抽気して前記給水を加熱する給水加熱器と、
   前記給水加熱器にて前記給水を加熱して凝縮したドレン水を前記復水器へ導くドレン水系統と、
   を備え、
   前記給水返送系統は、前記ドレン水系統に接続されている請求項５に記載の発電プラント。
7. 前記給水加熱用ボイラは、バイオマス燃料を主燃料として用いるバイオマスボイラとされている請求項１から６のいずれかに記載の発電プラント。
8. ボイラと、
   前記ボイラにて生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
   前記蒸気タービンによって駆動される発電機と、
   前記ボイラに供給される給水を加熱する給水加熱用ボイラと、
   前記給水加熱用ボイラで発生した蒸気と前記ボイラへ供給される前記給水を熱交換する給水加熱用熱交換器と、
   前記給水加熱用熱交換器と前記給水加熱用ボイラとの間に設けられた給水加熱用ポンプと、
   前記ボイラへ脱気器を経由して供給される前記給水の少なくとも一部を前記給水加熱用ボイラに供給可能に接続された給水加熱用ボイラ給水配管と、
   前記給水加熱用ボイラ給水配管に接続された起動用給水ポンプと、
   前記給水加熱用ボイラ給水配管に設けられた起動用制御弁と、
   を備えた発電プラントの運転方法であって、
   前記給水加熱用ボイラの起動時に、前記起動用給水ポンプを起動するとともに前記起動用制御弁を開とし、かつ、前記給水加熱用ボイラの起動完了時に前記起動用制御弁を閉とする発電プラントの運転方法。
9. 前記発電プラントは、前記蒸気タービンによって膨張した後の蒸気が導かれる復水器と、前記給水加熱用熱交換器を通過した前記給水を前記復水器側へと導く給水返送系統と、を備え、
   前記給水加熱用ボイラの起動時に、前記給水返送系統を用いて前記給水を前記復水器側へ供給する請求項８に記載の発電プラントの運転方法。

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