JP6730661B2 - Method for producing finely divided biomass, apparatus for producing finely divided biomass, and boiler apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、微粉化バイオマスの製造方法、及び微粉化バイオマスの製造装置、並びにボイラ装置に関する。 The present invention relates to a method for producing pulverized biomass, an apparatus for producing pulverized biomass, and a boiler device.
特許文献1には、木質系バイオマスを複数のミルで段階的に粉砕して微粉化し、微粉炭炊きボイラに燃料として供給するバイオマス粉砕装置及びバイオマス・石炭混焼システムが開示されている。
また、特許文献2には、有機性廃棄物を容器内に収容し、高温・高圧の水蒸気によって廃棄物を加熱(蒸煮)した後、容器内圧力を瞬間的に開放し、水の断熱膨張のエネルギによって固体成分を粉砕(爆砕)する水蒸気爆砕(蒸煮爆砕)方式の廃棄物処理装置が開示されている。
Further, in Patent Document 2, organic waste is stored in a container, and after the waste is heated (steamed) by high-temperature and high-pressure steam, the pressure inside the container is momentarily released to adiabatically expand water. There is disclosed a steam explosion (steam explosion) type waste treatment device that pulverizes (exploses) a solid component by energy.
特許文献1に記載の装置及びシステムのように、固形物原料であるバイオマスを例えばハンマーミル、ローラミル、カッターミルといった機械式の粉砕機(ミル)で粉砕し、例えば微粉炭炊きボイラに燃料として供給することがある。このためには、バイオマスの平均粒度を0.5−1.0mm程度まで微粉化しなければならない。
Like the apparatus and system described in
しかしながら、一般に、ミルでバイオマスを大量粉砕した場合、その最小サイズは2.0mm程度にしかならず、バイオマスをさらに微粉化するためには、特許文献1のように複数のミルで段階的に粉砕する等の措置が必要であり、ミルを作動させるための電力等のエネルギ消費量が増大するという問題がある。
However, in general, when a large amount of biomass is pulverized by a mill, the minimum size is only about 2.0 mm, and in order to further pulverize the biomass, it is pulverized stepwise by a plurality of mills as in
特に、原料となるバイオマスが水分を多量に含む(例えば50wt%)、いわゆる湿潤バイオマスである場合、従来はバイオマスの水分が10wt%以下程度になるまで乾燥した乾燥バイオマスを粉砕してバイオマス燃料を生成している。この場合には、バイオマスを乾燥するという前処理が必要となるため、乾燥機を作動させるための電力等のエネルギ消費量が増大するとともに、乾燥機という前処理設備を要する。 In particular, when the raw material biomass is a so-called wet biomass that contains a large amount of water (for example, 50 wt %), conventionally, dried dry biomass is pulverized to a biomass water content of about 10 wt% or less to generate a biomass fuel. doing. In this case, since the pretreatment of drying the biomass is required, the amount of energy consumption such as electric power for operating the dryer is increased and the pretreatment facility called the dryer is required.
そこで、特許文献2に記載の廃棄物処理装置のように、バイオマスの粉砕に要するエネルギ消費量を低減するために、ボイラで大量に発生する水蒸気を有効に活用し、バイオマスを水蒸気爆砕により粉砕することが考えられる。
しかしながら、この水蒸気爆砕では、水蒸気をバイオマスと混合することにより蒸煮するため、水蒸気爆砕後に大量の凝縮水が発生する。この凝縮水は、不純物を含むため、ボイラでの水蒸気生成のための用水として再利用できず、中和処理や分離処理等を行った後に装置の系外に排出設備を経て排出しなければならない。したがって、特許文献2の装置では、水蒸気爆砕後の後処理設備を別途要し、設備コスト、及び当該設備を稼働するためのエネルギ消費量が増大するという問題がある。
Therefore, as in the waste treatment device described in Patent Document 2, in order to reduce the energy consumption required for pulverizing biomass, the steam generated in large quantities in the boiler is effectively utilized and the biomass is crushed by steam explosion. It is possible.
However, in this steam explosion, since steam is mixed with biomass and steamed, a large amount of condensed water is generated after steam explosion. Since this condensed water contains impurities, it cannot be reused as water for steam generation in the boiler, and must be discharged to the outside of the system through a discharge facility after performing neutralization treatment, separation treatment, etc. .. Therefore, the device of Patent Document 2 has a problem that a post-treatment facility after steam explosion is separately required, and facility cost and energy consumption for operating the facility are increased.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、バイオマスを少ないエネルギで微粉砕して燃料としての微粉化バイオマスを形成することができる微粉化バイオマスの製造方法、及び微粉化バイオマスの製造装置、並びに、当該微粉化バイオマスを用いることによりボイラの運転コスト低減、設備コスト低減、及び燃焼効率向上を実現することができるボイラ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is a method for producing pulverized biomass capable of forming pulverized biomass as a fuel by pulverizing the biomass with less energy. The present invention provides a manufacturing apparatus for pulverized biomass, and a boiler apparatus that can reduce the operating cost of a boiler, reduce facility cost, and improve combustion efficiency by using the pulverized biomass.
上記目的を達成するため、本発明の微粉化バイオマスの製造方法は、バイオマスを密閉して加熱し、バイオマスの含有水分でバイオマスを水蒸気爆砕して微粉化バイオマスを生成する爆砕工程と、微粉化バイオマスの含水量を調整する水分調整工程とを含む。
また、本発明の微粉化バイオマスの製造装置は、バイオマスを密閉して加熱し、バイオマスの含有水分でバイオマスを水蒸気爆砕して微粉化バイオマスを生成する爆砕機を備え、爆砕機は、バイオマスを密閉して収容する容器と、容器を加熱することによりバイオマスを間接的に加熱する加熱源と、微粉化バイオマスの含水量を調整する水分調整手段とを具備する。
In order to achieve the above-mentioned object, the method for producing pulverized biomass of the present invention includes a crushing step in which biomass is hermetically sealed and heated, and steam-exploded to generate pulverized biomass with moisture contained in the biomass, and pulverized biomass. And a water content adjusting step of adjusting the water content of .
Further, the apparatus for producing pulverized biomass of the present invention is equipped with a crusher that hermetically seals and heats the biomass, and steam-blasts the biomass with the water content of the biomass to generate pulverized biomass. And a container, a heating source that indirectly heats the biomass by heating the container, and a water content adjusting unit that adjusts the water content of the pulverized biomass .
また、本発明のボイラ装置は、バイオマスを密閉して加熱し、バイオマスの含有水分でバイオマスを水蒸気爆砕して微粉化バイオマスを生成する爆砕機と、微粉化バイオマスを燃焼して水蒸気を発生するボイラと、ボイラで発生する水蒸気により回転される蒸気タービンとを備え、爆砕機は、バイオマスを密閉して収容する容器と、容器の外周に設けられたジャケットとを具備し、ボイラで発生する水蒸気、又は蒸気タービンを回転させた後の水蒸気が流れる流路と、流路から分岐してジャケットに接続され、ジャケットに流路の水蒸気を供給する供給路と、ジャケットに接続されて流路に合流し、ジャケットを流れた水蒸気を流路に戻す返戻路とをさらに備える。 Further, the boiler apparatus of the present invention is a boiler that hermetically heats and heats biomass, and explodes the steam with the moisture content of the biomass to generate finely divided biomass, and a boiler that combusts the finely divided biomass to generate water vapor. And a steam turbine rotated by the steam generated in the boiler , the blast machine has a container for hermetically storing the biomass, and a jacket provided on the outer periphery of the container, the steam generated in the boiler, Alternatively, a flow path through which steam flows after rotating the steam turbine, a supply path branched from the flow path and connected to a jacket, and a supply path for supplying steam of the flow path to the jacket and a flow path connected to the jacket and joined to the flow path And a return path for returning the steam that has flowed through the jacket to the flow path .
本発明の微粉化バイオマスの製造方法、及び微粉化バイオマスの製造装置、並びにボイラ蔵置によれば、バイオマスを少ないエネルギで微粉砕して燃料としての微粉化バイオマスを形成することができ、この微粉化バイオマスを用いることによりボイラの運転コスト低減及び燃焼効率向上を実現することができる。 According to the method for producing pulverized biomass, the apparatus for producing pulverized biomass, and the boiler storage of the present invention, the pulverized biomass can be pulverized with a small amount of energy to form pulverized biomass as a fuel. By using the biomass, it is possible to reduce the operating cost of the boiler and improve the combustion efficiency.
以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
図1に示すように、本実施形態のボイラ装置1は、石炭焚きボイラ2を備え、火力発電所等に設置される。石炭焚きボイラ2は、例えば微粉炭炊きボイラ(PCボイラ:Pulverized Coal boiler)であって、火炉2a、後部伝熱部である過熱器2b、再熱器2c、及び節炭部2dを具備している。節炭部2dから煙突Pに至るまでの排ガス処理煙道3には、脱硝部4、エアヒータ5、集塵装置6、誘引ファン7、熱交換器8、脱硫部9及び押込みファン10が順次配置されている。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the
エアヒータ5は、押込みファン11により導入される外部空気を脱硝部4から排出される排ガスの熱で暖め、石炭焚きボイラ2のバーナー部2eに燃焼用空気として送り込む。熱交換器8は、誘引ファン7により導かれて集塵装置6を通過した後の排ガスと、押込みファン10により導入されて脱硫部9を通過した後の排ガスとを熱交換する。熱交換器8を経た排ガスは煙突Pから排出される。
The
石炭焚きボイラ2には、石炭Cを機械式のミル(粉砕機)20により粉砕処理した微粉炭燃料が供給される。この微粉炭燃料は、押込みファン11により導入される燃焼用空気とともにバーナー部2eを経て石炭焚きボイラ2の火炉2aに投入されて燃焼される。
The coal-fired boiler 2 is supplied with pulverized coal fuel obtained by pulverizing coal C by a mechanical mill (pulverizer) 20. This pulverized coal fuel is introduced into the
ボイラ装置1の石炭焚きボイラ2で微粉炭燃料が燃焼することで生じる蒸気は、過熱器2bから配管21を通って高圧タービン(蒸気タービン)22に送られ、高圧タービン22を回転させる。高圧タービン22の仕事に供された蒸気は、配管(流路)23を通って再熱器2cに戻されて再度加熱される。そして、再度加熱された蒸気は、配管24を通って中・低圧タービン(蒸気タービン)25に送られ、この中・低圧タービン25の仕事に供された後、配管26及び復水器27を経て石炭焚きボイラ2に戻される。
Steam generated by combustion of pulverized coal fuel in the coal-fired boiler 2 of the
また、ボイラ装置1は、バイオマスBを水蒸気爆砕により微粉化してバイオマス燃料としての微粉化バイオマスを製造する爆砕機30を備えている。バイオマスBは、例えば木質バイオマスからなる固形燃料である。爆砕機30は、ジャケット30b付きの蒸煮容器(容器)30aを備えている。ジャケット30bは蒸煮容器30aの外周に設けられ、ジャケット30bには配管23から分岐する分岐配管(供給路)28が接続されている。ジャケット30bには、高圧タービン22を回転させた後に石炭焚きボイラ2の再熱器2cに戻る200−300℃の蒸気(再熱蒸気)の一部が分岐配管28を経て導入される。
Further, the
また、ジャケット30bには、配管23における分岐配管28の分岐点の下流側にて配管23に合流する合流配管(返戻路)29が接続されている。ジャケット30bを流れて蒸煮容器30aひいては蒸煮容器30a内のバイオマスBの加熱に供した蒸気は合流配管29を経て配管23に戻されて再利用される。
以下、本実施形態に係るボイラ装置1の爆砕機30で行われる水蒸気爆砕について説明する。
Further, a merging pipe (return path) 29 that joins the
Hereinafter, steam explosion performed by the
先ず、爆砕機30の蒸煮容器30aにバイオマスBを投入した後、蒸煮容器30aを密閉する。バイオマスBは例えば含水率が30−60wt%程度の湿潤バイオマスである。
次に、微粉炭燃料及びバイオマス燃料の燃焼によって石炭焚きボイラ2で生成された上記再熱蒸気の一部が爆砕機30のジャケット30bに分岐配管28を経て導入される。すなわち、当該蒸気はジャケット30bだけに蒸煮容器30aの加熱源として供給されるものであり、蒸煮容器30a内には供給されない。
First, after the biomass B is put into the
Next, a part of the reheated steam generated in the coal-fired boiler 2 by burning the pulverized coal fuel and the biomass fuel is introduced into the
次に、ジャケット30bを流れる蒸気からの熱が蒸煮容器30a内に徐々に伝達され、蒸煮容器30a内に密閉状態で保持されたバイオマスBの含有水分が徐々に蒸発する。これにより蒸煮容器30a内に蒸気が発生し、このバイオマスBの含有水分に基づく蒸気のみがバイオマスBの水蒸気爆砕に利用される。
蒸煮容器30a内における水蒸気爆砕の条件は、蒸煮容器30aの容積、形状等によって異なるが、蒸煮温度は例えば200−250℃程度、保持時間(密閉時間)は例えば10−30分程度、蒸煮圧力(密閉圧力)は1.6−4.0MPa程度である。
Next, the heat from the steam flowing through the
The conditions of steam explosion in the
次に、ジャケット30bを流れる蒸気によって蒸煮容器30aを介してバイオマスBが間接的に密閉状態で加熱され、バイオマスBは蒸煮容器30aにてバイオマスBの含有水分のみによって蒸煮される。
次に、上記保持時間の経過後、蒸煮容器30aに設けられた図示しないバルブを開弁することにより、蒸煮容器30a内の圧力を瞬時に開放し、蒸煮容器30a内の急速減圧を行うと、水蒸気爆砕によって微粉化されたバイオマス燃料(例えば平均粒度0.5−1.0mm程度)が生成される。
Next, the biomass B is indirectly heated by the steam flowing through the
Next, after the holding time has elapsed, by opening a valve (not shown) provided in the
生成されたバイオマス燃料は、押込みファン11により導入される燃焼用空気とともにバーナー部2eを経て石炭焚きボイラ2の火炉2aに投入され、ミル20により粉砕処理された微粉炭燃料とともに燃焼される。
以上のように本実施形態では、爆砕機30にてバイオマスBを密閉して加熱し、バイオマスBの含有水分でバイオマスBを水蒸気爆砕して微粉化バイオマスを生成することができる。したがって、バイオマスBの乾燥等の前処理が不要となるため、乾燥機等の前処理設備を要さず、当該前処理に要するエネルギ消費を削減することができる。
The produced biomass fuel is introduced into the
As described above, in the present embodiment, the biomass B can be hermetically sealed and heated by the
また、蒸気を蒸煮容器30a内に供給しないことにより、バイオマスBを蒸煮容器30aに投入した後は蒸煮容器30aを密閉した状態で水蒸気爆砕を行うことができる。したがって、水蒸気爆砕で発生するのはバイオマスBの含有水分に基づく少量の凝縮水だけであるため、この凝縮水は微粉化バイオマスとともにそのまま火炉2aに投入しても、ボイラ2における燃焼効率にそれほど影響しない。
In addition, by not supplying steam into the steaming
また、ジャケット30bに導入される蒸気はバイオマスBと接触しないため、ジャケット30bに導入された蒸気は配管23に戻されて石炭焚きボイラ2の再熱蒸気としてそのまま再利用することができる。したがって、水蒸気爆砕により発生する凝縮水の中和処理、分離処理、排水処理等の後処理が不要となるため、後処理設備を要さず、当該後処理に要するエネルギ消費を削減することができる。このように、本実施形態では、従来の水蒸気爆砕に比して、大幅に少ないエネルギでバイオマスBを微粉化することができるとともに、ボイラ装置1におけるエネルギ消費及び設備コストを全体として大幅に削減し、ボイラ装置1の運転コストを低減することができる。
Further, since the steam introduced into the
図2に示すように、本発明の変形例に係るボイラ装置1Aは、油炊き又はガス炊きボイラ2Aと、貯蔵タンク32とを備え、その他の構成は先の実施形態で説明したボイラ装置1と同じである。貯蔵タンク32には、配管33を介して石油や重油等の液体燃料、又は天然ガス等の気体燃料が輸送されて貯蔵されている。
As shown in FIG. 2, a
貯蔵タンク32に貯蔵された液体燃料又は気体燃料、及び蒸煮容器30aで生成された微粉化バイオマスは、押込みファン11により導入される燃焼用空気とともにバーナー部2eを経てボイラ2Aの火炉2aに投入されて燃焼される。この場合であっても、爆砕機30によって少ないエネルギでバイオマスBを微粉化することができる。さらに、ボイラ装置1Aでは、ミル20を要しないため、ミル20の消費電力を削減することができ、ボイラ装置1Aにおけるエネルギ消費及び設備コストをより一層低減することができる。
The liquid fuel or gas fuel stored in the
図3に示すように、本発明の別の変形例に係るボイラ装置1Bは、爆砕機30で生成された微粉化バイオマスの水分を調整する乾燥機(水分調整手段)34を備え、その他の構成は先の変形例で説明したボイラ装置1Aと同じである。乾燥機34には、油炊き又はガス炊きボイラ2Bで生じた蒸気の一部が分岐配管28を経て導入される。
As shown in FIG. 3, a
ここで、蒸煮容器30aに投入するバイオマスBが例えば90wt%程度の含水率を有する褐炭バイオマス等である場合を想定する。この場合には、先の実施形態で説明した30−60wt%程度の含水率のバイオマスBを使用する場合に比して、バイオマスBの含有水分に基づいて蒸煮容器30aに発生する凝縮水が多くなる。この凝縮水を微粉化バイオマスとともにそのまま火炉2aに投入すると、ボイラ2Bにおける燃焼効率に少なからず影響を与える。
Here, it is assumed that the biomass B charged into the steaming
そこで、蒸煮容器30aで生成した微粉化バイオマスを乾燥機34にて乾燥した後に火炉2aに投入することにより、高含水率の微粉化バイオマスをそのまま火炉2aに投入する場合に比して、ボイラ2Bにおける燃焼効率を向上させることができる。しかも、乾燥機34における微粉化バイオマスの加熱源は、油炊き又はガス炊きボイラ2Bで生じた蒸気を利用したものであるから、ボイラ装置1Bにおけるエネルギ消費及び設備コストをも低減可能である。
Therefore, the pulverized biomass generated in the steaming
以上で本発明の実施形態及び変形例についての説明を終えるが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、図1に示した実施形態のボイラ装置1に、図3の変形例で示した乾燥機34を設けるようにしても良い。この場合には、含水量の比較的多い湿潤バイオマスをバイオマス原料とする場合であっても、蒸煮容器30aで生じる凝縮水によるボイラ2の燃焼効率低下を抑制可能である。
The description of the embodiment and the modified example of the present invention is finished above, but the present invention is not limited to these and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the
また、蒸煮容器30aで生成した微粉化バイオマスを図示しないミルでさらに微細に粉砕してから火炉2aに投入して燃焼しても良い。この場合、水蒸気爆砕後のバイオマスは熱処理により脆化して粉砕し易い状態となっているため、ミルにてさらに粉砕を行うことで、より多くの微粉化バイオマスを得ることができる。
また、図示しない分級機を設けることにより、微粉化バイオマスが所定の閾値を超えないサイズに微細化されるまで爆砕機30に戻し、繰り返し破砕してから火炉2aに投入するようにしても良い。
Further, the pulverized biomass generated in the steaming
Further, by providing a classifier (not shown), the pulverized biomass may be returned to the blasting
また、上記実施形態及び変形例では、各ボイラ装置1,1A,1Bが備える爆砕機30で水蒸気爆砕を行うことでバイオマスBの含水量のみで微粉化バイオマスを生成する場合について説明した。この場合には、各ボイラ2,2A,2Bで生じている高温の蒸気のうちの再熱蒸気(高圧タービン22を回転させた後に再熱器2cに戻る蒸気)の一部を蒸煮容器30aや乾燥機34の加熱源として利用している。これにより、新たな電力消費を要さずに、少ないエネルギでバイオマスBを微粉化することができる。しかし、これに限らず、上記加熱源として、中・低圧タービン25の仕事に供された後の蒸気を利用しても良いし、各ボイラ2,2A,2Bで発生する水蒸気を直接利用しても良いし、各ボイラ2,2A,2Bで発生する排ガスを蒸気で追い焚きして利用しても良い。
Moreover, in the said embodiment and modification, the case where pulverized biomass was produced|generated only by the water content of the biomass B by steam-blasting with the blasting
また、各ボイラ装置1,1A,1B以外の他の装置や設備に、爆砕機30の態様をなす微粉化バイオマス製造装置を設け、蒸気以外の加熱源を利用して蒸煮容器30aを加熱して微粉化バイオマスを生成しても良い。
また、本発明で微粉化可能なバイオマスは、水分を含む潤湿バイオマスであれば良く、木質系に限らず草木系を含む未利用バイオマスであっても良いし、廃棄物系バイオマスであっても良い。
In addition, a pulverized biomass production apparatus in the form of the blasting
Further, the biomass capable of being pulverized in the present invention may be any moistened biomass containing water, and may be not only wood-based biomass but also unused biomass including plant-based biomass or waste-based biomass. good.
1,1A,1B ボイラ装置
2 石炭焚きボイラ(ボイラ)
2A,2B 油炊き又はガス炊きボイラ(ボイラ)
21,23,24,26 配管(流路)
22 高圧タービン(蒸気タービン)
25 中・低圧タービン(蒸気タービン)
28 分岐配管(供給路)
29 合流配管(返戻路)
30 爆砕機
30a 蒸煮容器(容器)
30b ジャケット
34 乾燥機(水分調整手段)
B バイオマス
1,1A,1B Boiler device 2 Coal-fired boiler (boiler)
2A, 2B Oil-fired or gas-fired boiler (boiler)
21,23,24,26 Piping (flow path)
22 High-pressure turbine (steam turbine)
25 Middle/low pressure turbine (steam turbine)
28 Branch piping (supply path)
29 Combined piping (return path)
30
B biomass
Claims (9)
前記微粉化バイオマスの含水量を調整する水分調整工程と
を含む、微粉化バイオマスの製造方法。 An explosion process in which the biomass is hermetically sealed and heated, and the biomass is steam-explosed with the water content of the biomass to generate a finely divided biomass ,
And a water content adjusting step of adjusting the water content of the pulverized biomass.
前記爆砕機は、
前記バイオマスを密閉して収容する容器と、
前記容器を加熱することにより前記バイオマスを間接的に加熱する加熱源と、
前記微粉化バイオマスの含水量を調整する水分調整手段と
を具備する、微粉化バイオマスの製造装置。 The biomass is hermetically sealed, heated, and equipped with a crusher that steam-blasts the biomass with the moisture content of the biomass to generate pulverized biomass.
The blaster is
A container for hermetically containing the biomass,
A heating source for indirectly heating the biomass by heating the container ,
An apparatus for producing finely divided biomass, comprising: a water content adjusting means for adjusting the water content of the finely divided biomass.
前記微粉化バイオマスを燃焼して水蒸気を発生するボイラと、
前記ボイラで発生する水蒸気により回転される蒸気タービンと
を備え、
前記爆砕機は、
前記バイオマスを密閉して収容する容器と、
前記容器の外周に設けられたジャケットと
を具備し、
前記ボイラで発生する水蒸気、又は前記蒸気タービンを回転させた後の水蒸気が流れる流路と、
前記流路から分岐して前記ジャケットに接続され、前記ジャケットに前記流路の水蒸気を供給する供給路と、
前記ジャケットに接続されて前記流路に合流し、前記ジャケットを流れた水蒸気を前記流路に戻す返戻路と
をさらに備える、ボイラ装置。 A crusher that closes and heats the biomass and steam-blasts the biomass with the water content of the biomass to generate pulverized biomass,
A boiler that burns the pulverized biomass to generate steam,
A steam turbine rotated by steam generated in the boiler ,
The blaster is
A container for hermetically containing the biomass,
A jacket provided on the outer periphery of the container
Equipped with,
Steam generated in the boiler, or a flow path of steam after rotating the steam turbine,
A supply path branched from the flow path and connected to the jacket, and supplying water vapor of the flow path to the jacket,
A return path that is connected to the jacket and merges with the flow path, and returns the steam that has flowed through the jacket to the flow path.
A boiler device further comprising:
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