KR101969302B1 - Waste heat recovery system and method for protecting low temperature corrosion of a recuperator - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배가스 관로 내에 설치되어 고온의 배가스로부터 폐열을 회수하는 열교환기; 상기 열 교환기로 연소용 공기를 공급하는 제 1 공급 관로; 상기 열 교환기에서 가열된 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 2 공급 관로; 및 상기 제 1 공급 관로에서 분기되며 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 3 공급관로;를 포함하는 폐열 회수 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 기존의 부식성 성분을 함유한 연료의 연소로 발생하는 배가스 중 부식성 성분의 응축에 의한 저온 부식 발생 가능성을 차단하여 열 교환기의 파공, 부식으로 인한 열 교환기 성능 저하 방지와 수명 저하로 인한 잦은 설비 교체를 방지할 수 있다.The present invention relates to a heat exchanger which is installed in a flue gas duct and recovers waste heat from a high temperature flue gas; A first supply conduit for supplying combustion air to the heat exchanger; A second supply conduit for supplying the combustion air heated in the heat exchanger to the combustion device; And a third supply pipe branched from the first supply pipe and supplying combustion air to the combustion device. According to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of low-temperature corrosion due to condensation of corrosive components in exhaust gas generated by combustion of a fuel containing an existing corrosive component, thereby preventing deterioration of performance of the heat exchanger due to pitting and corrosion of the heat exchanger, It is possible to prevent frequent facility change.

Description

폐열 회수 장치 및 폐열 회수용 열 교환기의 저온 부식 방지 방법{WASTE HEAT RECOVERY SYSTEM AND METHOD FOR PROTECTING LOW TEMPERATURE CORROSION OF A RECUPERATOR}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a waste heat recovery apparatus and a waste heat recovery heat exchanger,

본 발명은 폐열 회수 장치 및 폐열 회수용 열 교환기의 저온 부식 방지 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a waste heat recovery apparatus and a method for preventing low temperature corrosion of a waste heat recovery heat exchanger.

가열로에서 소재를 가열하는 경우, 연료를 연소시키는 버너를 통해 발생된 배가스는 가열로 내에서 소재를 가열한 이후 가열로 밖으로 방출되는데, 방출되는 배가스의 열량은 가열로의 손실 열량 중에서 가장 큰 비율을 차지하고 있다.When the material is heated in the furnace, the exhaust gas generated through the burner for burning the fuel is heated to the outside of the furnace after heating the material in the furnace. The amount of heat of the exhaust gas discharged is the largest Respectively.

배가스의 손실 열량은 가열소재에 의한 열량에 이어 2번째로 많은 비율을 차지하고 있으며, 이러한 측면에서 배가스 열량의 감소화 혹은 배가스 열량 중 일부를 회수하게 된다면 전체적인 열효율 향상을 얻을 수 있게 된다. The heat loss of the flue gas is the second largest after the amount of heat generated by the heating material. In this respect, if the exhaust gas heat is reduced or a part of the exhaust gas heat is recovered, the overall thermal efficiency can be improved.

이러한 측면에서 산업용 보일러 또는 연료의 연소나 폐기물의 소각에 사용되는 설비에는 대기 중으로 방출되는 배가스에 포함된 폐열을 회수하여 온수나 난방의 공급 또는 그 이외의 다른 용도로 재사용토록 함으로써, 에너지의 절감과 그 효율적인 소비를 도모할 수 있도록 하는 여러 가지 형태의 폐열 회수 장치가 설치되어 사용되고 있다.In this respect, the equipment used for combustion of industrial boilers or fuels or incineration of wastes is to recover the waste heat contained in the exhaust gas discharged to the atmosphere and to reuse it for the supply of hot water or heating or other purposes, Various types of waste heat recovering devices are installed and used so that efficient consumption can be achieved.

상기와 같은 폐열 회수 장치의 가장 대표적인 형태로는 배가스가 배출되는 경로에 열 교환기를 설치하고 이 열 교환기에 연소용 공기 또는 냉수를 유입시켜 가열하도록 한 형태를 들 수 있다. A typical example of the waste heat recovering apparatus is a heat exchanger installed in a path through which exhaust gas is discharged, and a combustion air or cold water is introduced into the heat exchanger to heat the waste heat recovering apparatus.

상기 열 교환기는 통상적으로 금속재의 열 교환기를 사용하므로 고온 배가스에 의한 파손을 방지하기 위해 배가스 온도를 일정온도 이하로 관리하고 있으며, 지금까지는 통상 800 내지 820℃ 정도로 규제하고, 이보다 배가스 온도가 높으면 희석 공기(Dilution Air)를 투입하게 된다.Since the heat exchanger typically uses a metal heat exchanger, the temperature of the exhaust gas is controlled to a certain temperature or lower to prevent breakage due to the high temperature exhaust gas. The temperature of the exhaust gas is usually regulated to about 800 to 820 ° C., Dilution air is injected.

그러나, 이처럼 고온부의 열교환기 온도를 낮추기 위해 희석 공기량 혹은 연소용 공기량을 과다 투입하게 되면 오히려 저온부용 열 교환기의 배가스 온도가 과도하게 낮아지게 된다. However, if the amount of the dilution air or the amount of the combustion air is excessively supplied to lower the temperature of the heat exchanger in the high temperature part, the exhaust gas temperature of the low temperature part heat exchanger becomes excessively low.

이 때 배가스 중 부식성 성분이 함유된 경우에는 이들 성분이 가스상태에서 액상으로 되어 해당 열 교환기의 부식을 유발시킬 수 있게 되므로, 통상 열 교환기의 설계시 이를 규정하여 설계에 반영하고, 운전시 이를 준용하도록 관리하고 있다.In this case, when corrosive components are contained in the flue gas, these components become liquid in the gaseous state and can cause corrosion of the heat exchanger. Therefore, it is specified in the design of the heat exchanger in general and reflected in the design. .

예를 들어 소각로 등에서 연소시키는 재료 중에는 가연성의 유황(S)성분이 다량 포함되어 있는데, 이 유황성분이 연소되면 아황산가스(SO2)가 발생하고, 이 아황산가스는 연소 중 과잉산소와 결합하여 무수황산(SO3)이 생성된다.For example, a combustible material such as an incinerator contains a large amount of flammable sulfur (S). When this sulfur component is burnt, sulfurous acid gas (SO 2 ) is generated and this sulfurous acid gas combines with excess oxygen during combustion, Sulfuric acid (SO 3 ) is produced.

또, 연소되는 재료 중에 있는 수소(H2)성분이 연소되면서 수증기(H2O)가 발생하고, 이 수증기는 무수황산과 결합하게 되어 저온에서 응결하기 쉬운 황산(H2SO4) 성분으로 변형되게 된다.In addition, the hydrogen (H 2 ) component in the burned material is burned to generate water vapor (H 2 O), which is bound to anhydrous sulfuric acid and transformed into a sulfuric acid (H 2 SO 4 ) .

상기 황산 성분은, 배가스가 저온으로 되는 폐열 회수장치의 하류부에서 열 교환기 튜브의 벽면에 쉽게 응결되며, 특히 상기 튜브가 철로 된 경우에는 상기 황산 성분으로 인해 심한 부식현상을 초래하게 된다.The sulfuric acid component easily condenses on the wall surface of the heat exchanger tube at the downstream portion of the waste heat recovery apparatus where the flue gas becomes low temperature. In particular, when the tube is made of iron, the sulfuric acid component causes severe corrosion.

따라서, 황산 성분을 포함한 배가스를 취급하는 폐열 회수 장치에서는 전술한 폐열 회수 장치의 하류부에서 일어나는 열 교환기 튜브의 저온 부식 현상을 최소화하기 위한 방안이 확보되어야 한다. Therefore, in the waste heat recovery apparatus for treating the exhaust gas containing sulfuric acid component, a method for minimizing the low temperature erosion phenomenon of the heat exchanger tube occurring in the downstream portion of the waste heat recovery apparatus described above should be secured.

그러나 이러한 방안이 쉽게 확보되지 못하여, 배가스의 폐열 회수에 따른 경제성이 상당함에도 불구하고, 운전 중 상기 열 교환기 튜브에서 누설이 발생하여 전체 시스템을 정지시킬 수 있다고 하는 우려 때문에, 배기가스의 배출경로 중에 폐열 회수 장치를 설치하는 것을 포기하고 있는 실정에 있다.However, in view of the possibility that the entire system can be stopped due to leakage in the heat exchanger tube during operation despite the economical efficiency due to the waste heat recovery of the exhaust gas because the measures are not easily secured, There is a situation in which the installation of a waste heat recovery device is abandoned.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폐열 회수 장치에 포함된 열 교환기의 저온 부식 현상을 방지하고 연소용 공기를 높은 온도로 가열할 수 있는 폐열 회수 장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a waste heat recovery apparatus capable of preventing low-temperature corrosion of a heat exchanger included in a waste heat recovery apparatus and heating combustion air to a high temperature.

또한, 폐열 회수 장치 내 열 교환기의 저온 부식 현상을 방지할 수 있는 폐열 회수 장치의 운전 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of operating a waste heat recovery apparatus capable of preventing a low temperature erosion phenomenon of a heat exchanger in a waste heat recovery apparatus.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 배가스 관로 내에 설치되어 고온의 배가스로부터 폐열을 회수하는 열 교환기; 상기 열 교환기로 연소용 공기를 공급하는 제 1 공급 관로; 상기 열 교환기에서 가열된 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 2 공급 관로; 및 상기 제 1 공급 관로에서 분기되며 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 3 공급관로;를 포함하는 폐열 회수 장치가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a heat exchanger comprising: a heat exchanger installed in an exhaust gas duct to recover waste heat from a hot exhaust gas; A first supply conduit for supplying combustion air to the heat exchanger; A second supply conduit for supplying the combustion air heated in the heat exchanger to the combustion device; And a third supply pipe branched from the first supply pipe and supplying combustion air to the combustion device.

상기 제 2 공급 관로에서 분기되며 가열된 연소용 공기를 제 1 공급 관로로 재순환시키는 우회 관로를 포함할 수 있다.And a bypass conduit branching at the second supply conduit and recirculating the heated combustion air to the first supply conduit.

상기 제 1 공급 관로 상에 위치하며, 제 1 공급 관로 및 제 3 공급 관로의 개폐를 제어하는 제어밸브를 포함할 수 있다.And a control valve which is located on the first supply pipe and controls opening and closing of the first supply pipe and the third supply pipe.

상기 배가스의 온도에 기초하여, 제어밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.And a control unit for controlling the opening and closing of the control valve based on the temperature of the exhaust gas.

상기 제 2 공급 관로 상에 위치하며, 상기 우회 관로의 개폐를 제어하는 제어밸브를 포함할 수 있다.And a control valve which is located on the second supply pipe and controls opening and closing of the bypass pipe.

상기 배가스의 온도에 기초하여, 제어밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.And a control unit for controlling the opening and closing of the control valve based on the temperature of the exhaust gas.

상기 배가스의 온도를 측정하기 위한 온도감지센서를 포함할 수 있다.And a temperature sensing sensor for measuring the temperature of the exhaust gas.

상기 열 교환기가 적어도 2개 이상일 수 있다.The heat exchanger may be at least two or more.

상기 열 교환기가 제 1 공급 관로와 연결되는 저온부 열 교환기 및 제 2 공급관로와 연결되는 고온부 열 교환기로 이루어질 수 있다.The heat exchanger may include a low temperature heat exchanger connected to the first supply duct and a high temperature heat exchanger connected to the second supply duct.

본 발명의 다른 또 하나의 실시예에 따르면, 배가스 관로 내에 설치되어 고온의 배가스로부터 폐열을 회수하는 열교환기; 상기 열 교환기로 연소용 공기를 공급하는 제 1 공급 관로; 상기 열 교환기에서 가열된 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 2 공급 관로; 상기 제 1 공급 관로에서 분기되어 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 3 공급관로; 및 상기 제 2 공급 관로에서 분기되어 가열된 연소용 공기를 제 1 공급 관로로 재순환시키는 우회 관로;를 포함하는 폐열 회수 장치의 열 교환기 저온 부식 방법이며, 배가스의 온도가 설정 온도 미만일 때는 제 3 공급 관로를 통해 연소용 공기를 연소장치에 공급하고, 배가스의 온도가 설정 온도 이상일 때는 제 1 공급 관로로 연소용 공기를 공급하여 제 2 공급 관로로 연소용 공기를 연소장치에 공급하는 폐열 회수 장치의 열 교환기 저온 부식 방법이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a heat exchanger comprising: a heat exchanger installed in an exhaust gas duct to recover waste heat from a hot exhaust gas; A first supply conduit for supplying combustion air to the heat exchanger; A second supply conduit for supplying the combustion air heated in the heat exchanger to the combustion device; A third supply pipe branched from the first supply pipe to supply combustion air to the combustion device; And a bypass pipe for recirculating the heated combustion air from the second supply pipe to the first supply pipe, wherein when the temperature of the exhaust gas is lower than the set temperature, the third supply A waste heat recovery device for supplying combustion air to a combustion device through a conduit and supplying combustion air to a first supply conduit when the temperature of the exhaust gas is equal to or higher than a set temperature, A heat exchanger low temperature corrosion method is provided.

상기 제 2 공급 관로를 통해 연소장치로 공급되는 연소용 공기의 일부를 상기 우회 관로를 통해 제 1 공급 관로로 재순환시킬 수 있다.A part of the combustion air supplied to the combustion device through the second supply conduit can be recirculated to the first supply conduit through the bypass conduit.

상기 제 3 공급 관로를 통해 공급되는 연소용 공기의 온도가 10 내지 30일 수 있다.The temperature of the combustion air supplied through the third supply line may be 10 to 30.

상기 제 2 공급 관로를 통해 공급되는 연소용 공기의 온도가 550 내지 750일 수 있다.And the temperature of the combustion air supplied through the second supply line may be 550 to 750. [

상기 제 1 공급 관로를 통해 공급되는 연소용 공기와 상기 우회 관로를 통해 재순환 된 연소용 공기가 혼합된 혼합 공기의 온도가 150 내지 300℃일 수 있다.The temperature of the mixed air in which the combustion air supplied through the first supply conduit and the combustion air recirculated through the bypass conduit are mixed may be 150 to 300 ° C.

본 발명에 따르면 기존의 부식성 성분을 함유한 연료의 연소로 발생하는 배가스 중 부식성 성분의 응축에 의한 저온 부식 발생 가능성을 차단하여 열 교환기의 파공, 부식으로 인한 열 교환기 성능 저하 방지와 수명 저하로 인한 잦은 설비 교체를 방지할 수 있다. According to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of low-temperature corrosion due to condensation of corrosive components in exhaust gas generated by combustion of a fuel containing an existing corrosive component, thereby preventing deterioration of performance of the heat exchanger due to pitting and corrosion of the heat exchanger, It is possible to prevent frequent facility change.

또한, 열 교환기에 투입되는 연소용 공기의 상승으로 최종적으로 얻게 되는 연소용 공기의 예열온도의 향상을 통해 설비의 장수명화와 열효율 향상을 기할 수 있다.In addition, by improving the preheating temperature of the combustion air finally obtained by the rise of the combustion air introduced into the heat exchanger, it is possible to improve the longevity and thermal efficiency of the equipment.

도 1은 본 발명의 폐열 회수 장치의 개념을 개략적으로 나타낸 것이다. Fig. 1 schematically shows the concept of the waste heat recovery apparatus of the present invention.

이하, 다양한 실시예를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to various embodiments. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.

도 1은 본 발명의 폐열 회수 장치의 개념을 개략적으로 나타낸 개략도이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 폐열 회수 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며, 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.1 is a schematic view schematically showing the concept of a waste heat recovery apparatus of the present invention. Hereinafter, the waste heat recovery apparatus of the present invention will be described in detail with reference to FIG. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.

본 발명의 일 측면에 따르면, 배가스 관로 내에 설치되어 고온의 배가스로부터 폐열을 회수하는 열교환기; 상기 열 교환기로 연소용 공기를 공급하는 제 1 공급 관로; 상기 열 교환기에서 가열된 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 2 공급 관로; 및 상기 제 1 공급 관로에서 분기되어 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 3 공급관로;를 포함하는 폐열 회수 장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a heat exchanger comprising: a heat exchanger installed in an exhaust gas duct to recover waste heat from a high temperature exhaust gas; A first supply conduit for supplying combustion air to the heat exchanger; A second supply conduit for supplying the combustion air heated in the heat exchanger to the combustion device; And a third supply pipe branched from the first supply pipe to supply combustion air to the combustion device.

열 교환기는 두 개의 유체 간에 열을 주고받도록 하게 하는 장치를 말하며, 넓은 의미로는 가열기, 냉각기, 응축기 등도 포함되나 보통은 열의 회수를 목적으로 하는 것을 의미한다.A heat exchanger is a device that allows heat to be exchanged between two fluids, which in a broad sense includes heaters, coolers, and condensers, but usually means heat recovery.

상기 열 교환기는 적어도 2개 이상으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 제 1 공급 관로와 연결되는 저온부 열 교환기 및 제 2 공급 관로와 연결되는 고온부 열 교환기로 이루어질 수 있다.The heat exchanger may be composed of at least two heat exchangers, preferably a low temperature heat exchanger connected to the first supply duct and a high temperature heat exchanger connected to the second supply duct.

상기 열 교환기의 재질은 내식성이 있는 재료로 제조되는 것이 바람직하며 기존 사용되는 소재로 제조되어도 무방하다. 예를 들면, 스테인리스, 고온용 내열강(크롬 첨가강)등으로 제조된 것일 수 있다.The material of the heat exchanger is preferably made of a corrosion-resistant material and may be made of a conventional material. For example, it may be made of stainless steel, high temperature resistant steel (chromium added steel) or the like.

일반적으로 배가스 관로에 설치되는 열 교환기는 해당 가열로에 요구되는 연소용 공기량을 근거로 최대한도의 폐열 회수를 위해 열 교환 면적과 전열 파이프(pipe)의 형태를 결정하게 된다. 해당 열 교환을 위한 전열 파이프에 의해 전열량과 열 교환 이후의 배가스 온도가 결정 된다.Generally, the heat exchanger installed in the flue gas duct determines the heat exchange area and the shape of the heat pipe in order to recover the maximum amount of waste heat based on the amount of combustion air required for the heating furnace. The heat transfer pipe for the heat exchange and the exhaust gas temperature after heat exchange are determined.

금속재로 이루어진 열 교환기의 고온 배가스에 의한 파손을 방지하기 위해 배가스 온도를 일정 온도 이하로 관리하고 있다. 통상 800 내지 820℃ 정도로 규제하고, 이보다 배가스 온도가 높으면 희석 공기를 투입하게 된다.In order to prevent breakage of the heat exchanger made of metallic material by the high-temperature flue gas, the flue gas temperature is controlled to a certain temperature or less. Normally, it is regulated to about 800 to 820 DEG C, and if the exhaust gas temperature is higher than this, dilution air is supplied.

표 1에 실제 가열로 운전시 발생하는 배가스량과 온도 및 열 교환기의 보호를 위해서 투입된 희석 공기에 대한 계산치를 나타내었다.Table 1 shows the calculated values for the amount of exhaust gas generated during the actual heating operation and the temperature and the amount of diluted air injected to protect the heat exchanger.

Figure 112016125712537-pat00001
Figure 112016125712537-pat00001

상기 표 1을 참조하면, 표에 나타난 배가스량은 80,000 M3/Hr, 910℃의 온도를 보이고, 열 교환기 전면 온도 830℃를 충족시키기 위해서는 희석 공기량 9,000 M3/Hr가 요구됨을 알 수 있다. Referring to Table 1, it can be seen that the amount of exhaust gas shown in the table is 80,000 M 3 / Hr, 910 ° C., and the dilution air amount 9,000 M 3 / Hr is required to satisfy 830 ° C. front heat exchanger temperature.

또한, 지속적인 연소를 위해 요구되는 연소용 공기량 77,000 M3/Hr를 적용하는 경우 고온부 열 교환기 출구 온도가 649.2℃, 저온부 열 교환기 출구온도 371℃ 가 됨을 알 수 있다.In addition, when the combustion air amount required for continuous combustion is 77,000 M 3 / Hr, the outlet temperature of the high-temperature heat exchanger is 649.2 ° C and the outlet temperature of the low-temperature heat exchanger is 371 ° C.

이 때, 고온부 열 교환기 출구 온도 649.2℃는 연소용 공기 630℃에 비해 높게 나타나므로, 열 교환기의 보호를 위해서는 고온부 열 교환기의 출구 배가스 온도를 더 낮추는 것이 요구된다.At this time, since the outlet temperature of the high temperature heat exchanger is 649.2 DEG C higher than that of the combustion air 630 DEG C, it is required to further lower the outlet flue gas temperature of the high temperature heat exchanger in order to protect the heat exchanger.

이에 따라, 고온부 열교환기의 과열을 방지하기 위해 연소용 공기량을 97,000 M3/Hr 투입하여 고온부 열교환기 출구온도를 649.2℃ 에서 602.3℃로 낮추게 되면, 저온부 열 교환기 출구온도가 371℃ 에서 251.9℃로 되는 결과를 보여주고 있다.Accordingly, in order to prevent overheating of the high temperature heat exchanger, when the combustion air volume is 97,000 M 3 / Hr and the outlet temperature of the high temperature heat exchanger is lowered from 649.2 ° C. to 602.3 ° C., the outlet temperature of the low temperature heat exchanger is changed from 371 ° C. to 251.9 ° C. .

그러나, 상술한 바와 같이 고온부의 열 교환기 온도를 낮추기 위해 희석 공기량 혹은 연소용 공기량을 과다 투입하게 되면 오히려 저온부용 열 교환기의 배가스 온도가 과도하게 낮아지게 된다. However, if the amount of the dilution air or the amount of the combustion air is excessively supplied to lower the temperature of the heat exchanger at the high temperature part as described above, the temperature of the exhaust gas of the low temperature part heat exchanger becomes excessively low.

이 때 배가스 중 부식성 성분이 함유된 경우에는 이들 성분이 가스상태에서 액상으로 되어 해당 열 교환기의 부식을 유발시킬 수 있게 되므로 통상 열 교환기의 설계시 이를 규정하여 설계에 반영하고 운전시 이를 준용하도록 관리하고 있다.If corrosive components are contained in the flue-gas, these components become liquid in the gaseous state and can cause corrosion of the heat exchanger. Therefore, it is prescribed in designing the heat exchanger in general and reflected in design, .

표 2에 가열로에 적용된 열 교환기의 기준 사양과 최대 운전조건을 고려한 사양을 나타내었다.Table 2 shows the specifications considering the reference specifications and the maximum operating conditions of the heat exchanger applied to the heating furnace.

Figure 112016125712537-pat00002
Figure 112016125712537-pat00002

상기 표 2에 나타난 바와 같이 연소용 공기를 20℃ 에서 630℃로 가열하기 위해 배가스 온도는 830℃에서 384℃로 강하되도록 하고 또한, 통상적으로 알려진 부식성 성분 SO2, SO3의 응축온도인 150℃ 이상으로 열 교환기 튜브 온도를 관리할 수 있도록 설계되어 있음을 알 수 있다.As shown in Table 2, in order to heat the combustion air from 20 ° C to 630 ° C, the exhaust gas temperature was lowered from 830 ° C to 384 ° C, and the condensation temperature of the conventionally known corrosive components SO 2 , SO 3 was 150 ° C It can be seen that it is designed to manage the heat exchanger tube temperature.

표 3은 가열로에 적용된 열 교환기의 실제 운전 상황을 나타낸 것이다.Table 3 shows the actual operating conditions of the heat exchanger applied to the heating furnace.

Figure 112016125712537-pat00003
Figure 112016125712537-pat00003

상기 표 3을 참조하면, 열 교환기 출측의 배가스 온도는 328℃, 265.8℃를 나타내어 설계조건을 벗어난 상황을 보여주고 있다.Referring to Table 3, the flue gas temperature at the outlet of the heat exchanger is 328 ° C and 265.8 ° C, which shows a situation outside the design condition.

물론 해당 온도가 부식성 성분의 응축온도로 알려진 150℃를 충분히 상회하고 있으나, 측정된 열 교환기 출측의 온도는 배가스 흐름의 한 지점만을 나타낸 것으로 약 4 M * 2.2 M 정도의 단면적을 갖는 열 교환기 단면에 걸쳐서 모든 지점의 온도가 동일하다고 생각하기 어렵다. Of course, the temperature is well above 150 ° C, which is known as the condensation temperature of the corrosive component, but the measured temperature at the outlet of the heat exchanger is only one point of the flue gas flow, which is about 4 M * 2.2 M It is hard to imagine that the temperatures at all the points across are the same.

또한, 대기 온도가 낮은 겨울철의 경우 차가운 대기 공기가 투입이 되는 순간 초기에 찬 공기를 통과시키는 열 교환용 튜브와 접촉하는 열 교환기 출측의 배가스는 급속히 온도가 낮아져 부식성 성분이 응축이 될 가능성이 커진다.Also, in the case of winter, when cold atmospheric air is introduced, the flue gas on the outgoing side of the heat exchanger, which is in contact with the heat exchange tube that passes cold air in the beginning, is rapidly cooled down and the possibility of the corrosive component is increased .

특히, 해당 가열장치를 처음으로 기동하는 순간과 정지하는 경우에는 투입되는 연료량이 적을 뿐만 아니라, 기동시에는 발생된 연소가스로부터 많은 열량이 해당 가열장치를 승온하기 위해 열유속이 증가하므로, 배가스의 온도가 더욱 낮아서 부식성 성분의 응축 가능성은 더욱 커지게 된다. Particularly, when the heating device is first started and stopped, the amount of fuel injected is small, and since a large amount of heat from the generated combustion gas is raised at the time of starting the heating device, the heat flux increases to increase the temperature of the exhaust gas The possibility of condensation of the corrosive component is further increased.

이와 같이 연소장치를 기동 및 정지시키는 경우, 해당 열 설비의 안전을 위해 승온과 하강속도를 준수해야 하므로 연소 장치는 가동 용량의 100% 가 아닌 상당히 낮은 가동율로 운전하게 된다. 이때 열 교환기를 통해 연소용 공기를 예열하게 되면 열교환기 출측의 온도가 과도하게 낮아져 부식성 성분이 응축될 가능성이 커지게 되며, 이는 해당 열 설비를 정지시키는 경우에도 동일하게 나타나게 된다. When starting and stopping the combustion device in this manner, the combustion device must operate at a considerably low operating rate, not 100% of the operating capacity, since the temperature rise and fall rate must be adhered to for the safety of the thermal equipment concerned. At this time, when the combustion air is preheated through the heat exchanger, the temperature of the heat exchanger is excessively lowered, and the possibility of the corrosive component to be condensed becomes large.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제 1 공급 관로에서 분기되며, 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 3 공급관로를 포함한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a combustion apparatus which includes a third supply pipe branched from a first supply pipe and supplying combustion air to a combustion apparatus.

즉, 연소장치를 기동하고 정지시키는 경우, 해당 연소 설비에 투입되는 연소용 공기를 예열하지 않고 연소장치와 연결된 제 3 공급 관로를 통해 외부의 흡입된 온도의 공기를 바로 투입함으로써 부식성 성분의 응축 가능성을 낮출 수 있게 된다.That is, when the combustion apparatus is started and stopped, the air having the sucked temperature is directly blown through the third supply duct connected to the combustion apparatus without preheating the combustion air to be supplied to the combustion facility, .

상기 제 3 공급 관로를 통해 연소장치에 공급되는 연소용 공기의 온도는 외부에서의 흡입된 공기의 온도로 특별하게 한정하는 것은 아니나, 예를 들면 10 내지 30일 수 있고 바람직하게는 15 내지 25일 수 있다.The temperature of the combustion air supplied to the combustion apparatus through the third supply conduit is not particularly limited to the temperature of the intake air from the outside, but may be, for example, 10 to 30, and preferably 15 to 25 .

한편, 정상적인 운전상태에는 열 교환기를 통해 예열된 연소용 공기의 일부를 우회(Bypass)시켜 외부에서 바로 투입되는 연소용 공기와 혼합할 수 있다. 이에 따라, 온도가 낮은 외부 공기를 직접 투입할 때 열 교환기 연소용 공기 통과 튜브의 온도가 부식성 성분이 응축되는 온도로 낮아지는 것을 방지하여 저온 부식의 발생 가능성을 없도록 관리한다.On the other hand, in a normal operation state, a part of the combustion air preheated through the heat exchanger can be bypassed and mixed with the combustion air directly supplied from the outside. Accordingly, when the outside air having a low temperature is directly introduced, the temperature of the air passage tube for combustion of the heat exchanger is prevented from being lowered to the temperature at which the corrosive component is condensed, thereby managing the possibility of low temperature corrosion.

이를 위해 본 발명은 제 2 공급 관로에서 분기되며, 가열된 연소용 공기를 제 1 공급 관로로 재순환시키는 우회 관로를 포함한다.To this end, the present invention includes a bypass conduit that branches off from the second supply conduit and recirculates the heated combustion air to the first supply conduit.

또한, 본 발명은 상기 제 1 공급 관로 및 제 3 공급 관로의 개폐를 제어하는 제어밸브 및 상기 우회 관로의 개폐를 제어하는 제어밸브를 포함할 수 있다.In addition, the present invention may include a control valve for controlling opening and closing of the first supply pipe and the third supply pipe, and a control valve for controlling opening and closing of the bypass pipe.

상기 제어밸브의 작동은 작업자에 의한 수동방식으로 수행될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 전동밸브를 이용해서 전자식으로 제어 및 작동 가능하게 하기 위한 제어부를 추가로 포함할 수 있다.The operation of the control valve may be performed manually by an operator, but the present invention is not limited thereto. The control valve may further include a controller for electronically controlling and actuating the valve using a motorized valve.

이를 위해, 상기 제 1 공급 관로 및 제 1 공급 관로 상에는 적당한 개수의 압력계와 온도계, 오리피스부, 유량계, 유량센서 및 온도감지센서등이 적절히 배치되어 있다. To this end, a suitable number of pressure gauges, a thermometer, an orifice part, a flow meter, a flow rate sensor and a temperature sensor are suitably arranged on the first supply pipe and the first supply pipe.

특히, 상기 온도센서에서 수신된 전기신호에 근거하여, 감지된 온도가 미리 설정된 소정 범위에 해당되는지 여부에 따라 상기 제어밸브의 개폐를 제어할 수 있으며, 상기 제어밸브는 부분 개방도 가능하다.In particular, it is possible to control opening and closing of the control valve according to whether the sensed temperature falls within a predetermined range based on the electric signal received from the temperature sensor, and the control valve can be partially opened.

배가스의 온도와 열 교환기의 온도가 설정 온도 이상으로 상승하게 되면 연소용 공기를 제 3 공급 관로를 통해 직접 연소장치로 투입하는 대신 제 1 공급 관로를 통해 열 교환기에 공급하고 연소용 공기를 예열하여 연소장치로 공급한다.When the temperature of the flue gas and the temperature of the heat exchanger rise above the set temperature, the combustion air is supplied directly to the heat exchanger through the first supply conduit instead of directly through the third supply conduit, and the combustion air is preheated And supplied to the combustion apparatus.

상기 열 교환기에 의해 가열되어 제 2 공급 관로를 통해 연소장치로 공급되는 연소용 공기의 온도는 550 내지 750일 수 있으며, 바람직하게는 600 내지 700일 수 있다.The temperature of the combustion air heated by the heat exchanger and supplied to the combustion apparatus through the second supply duct may be from 550 to 750, and preferably from 600 to 700. [

상기 제 2 공급 관로를 통해 연소장치로 공급되는 연소용 공기는 상기 제 2 공급 관로 상에 배치된 우회 관로를 통해 재순환 될 수 있고, 이 때 발생되는 배가스량과 배가스의 온도 및 열 교환기 후단의 배가스 온도를 고려하여 필요한 연소용 공기량을 기준으로 재순환 되는 연소용 공기량이 증가될 수 있다. The combustion air supplied to the combustion apparatus through the second supply line can be recirculated through a bypass line disposed on the second supply line. The amount of exhaust gas generated at this time, the temperature of the exhaust gas, The amount of combustion air recirculated on the basis of the required amount of combustion air can be increased in consideration of the temperature.

상기 재순환 되는 연소용 공기는 제 1 공급 관로를 통해 공급되는 연소용 공기와 혼합된다. The recirculated combustion air is mixed with the combustion air supplied through the first supply conduit.

상술한 바와 같이 제 1 공급 관로를 통해 새로이 공급되는 저온의 연소용 공기는, 우회 관로를 통해 재순환 되는 고온의 연소용 공기와 혼합되어 열 교환기로 투입되며, 이에 따라 저온부 열 교환기 튜브의 온도를 배가스 내에 포함된 부식 성분의 액화 온도 이상으로 유지할 수 있게 된다.As described above, the low-temperature combustion air newly supplied through the first supply conduit is mixed with the high-temperature combustion air recirculated through the bypass conduit and introduced into the heat exchanger, whereby the temperature of the low- The liquefaction temperature of the corrosion component contained in the heat exchanger can be maintained.

상기 제 1 공급 관로를 통해 공급되는 연소용 공기와 상기 우회 관로를 통해 재순환 된 연소용 공기가 혼합된 혼합 공기의 온도는 배가스 내에 포함된 부식 성분의 액화 온도 이상이며 예를 들어, 150 내지 300℃일 수 있으며 바람직하게는 180 내지 250℃일 수 있다.The temperature of the mixed air mixed with the combustion air supplied through the first supply duct and the combustion air recirculated through the bypass duct is higher than the liquefying temperature of the corrosive component contained in the exhaust gas and is, for example, 150 to 300 ° C And preferably 180 to 250 ° C.

예를 들어 설명하면, 필요한 연소용 공기량이 100,000M3/Hr일 때 외부 공기의 온도가 20℃인 경우, 연소용 공기 초기 목표온도를 150℃로 하면 약 22 ~ 23% 정도의 공기량을 재순환 시키는 것이 요구된다. 이 때 일정시간 동안 순차적으로 투입되는 공기량을 증대시켜 열 교환기에서 예열하는 공기량을 123,000M3/Hr가 되게 되면 추가로 투입하는 공기량이 없이 운전하게 된다. For example, if the required combustion air volume is 100,000M 3 / Hr and the temperature of the outside air is 20 ° C, the air volume of about 22 to 23% is recirculated if the target combustion air initial target temperature is 150 ° C . In this case, when the amount of air to be preheated in the heat exchanger is increased to 123,000 M 3 / Hr by increasing the amount of air sequentially injected for a predetermined time,

즉, 외부로부터 투입되는 공기량 100,000M3/Hr와 650℃로 예열된 재순환하는 예열 공기량 23,000 M3/Hr 가 열 교환기에서 예열되고, 이 중 100,000M3/Hr 는 연소장치에 공급된다. 이 때 23,000M3/Hr는 우회 관로를 통해 재순환되어 열 교환기 저온부측에 투입되는 연소용 공기 초기온도는 150℃를 확보할 수 있게 된다.That is, the amount of air 100,000M 3 / Hr and an air pre-heating recycled 23,000 M 3 / Hr, which is pre-heated to 650 ℃ input from the outside is preheated in the heat exchanger, 3 / Hr of which 100,000M is supplied to the combustion device. At this time, 23,000M 3 / Hr can be recycled through the bypass pipe, and the initial temperature of the combustion air injected to the low temperature side of the heat exchanger can be secured at 150 ° C.

상기에서 구체적인 예를 들어 설명하였으나, 이와 같은 운전 방법과 연소용 공기 초기 목표 온도의 설정은 사용하는 연료 종류와 발생되는 배가스의 온도 및 배가스량에 따라서 차이가 있고 또한, 재순환되는 공기량에 대한 설정도 이루어져야 할 것이다.Although a specific example has been described above, such an operation method and setting of the initial target air temperature for combustion differ depending on the type of fuel used, the temperature of the exhaust gas generated, and the amount of exhaust gas, and the setting for the recirculated air amount It should be done.

다만, 상기와 같은 사항은 현장 상황에 따라서 운용하는 제어방안이므로 본 발명에서 제시하는 기술의 적용은 차이가 없을 것이며 특히, 초기 기동과 정지시 차가운 외부 공기를 그대로 적용함에 따른 열효율 손실을 걱정할 수 있으나, 이는 해당 가열장치의 운전 중 극히 일부분에 해당 하는 시간이고, 이 때의 배가스열을 통해 회수할 수 있는 배가스 현열 역시 미미하므로 해당 장치의 열효율 측면에 미치는 영향은 크지 않을 것이다. However, since the above-mentioned matters are the control measures to be operated according to the situation in the field, there is no difference in the application of the technology proposed in the present invention, and in particular, it is possible to worry about the thermal efficiency loss due to application of cold outside air at the time of initial startup and shutdown , Which is a time corresponding to a very small part of the operation of the heating apparatus. Since the exhaust gas heat recoverable through the exhaust gas heat at this time is also insignificant, the effect on the thermal efficiency side of the apparatus will not be large.

예를 들어 설명하면, 외부에서 투입되는 연소용 공기 온도를 20℃, 예열된 연소용 공기 온도를 650℃라고 설정한 경우, 필요한 공기량 100,000 M3/Hr에 대해 열 교환기에서 총 20,628,090 Kcal/Hr 전열량이 요구된다.For example described way, is set as the combustion air temperature for which input from the outside 20 ℃, 650 ℃ the for the preheated combustion air temperature, the required air quantity 100,000 M 3 / for Hr total heat exchanger 20,628,090 Kcal / Hr I Calories are required.

이 때 필요한 공기량 100,000 M3/Hr 이외에 추가로 공기량을 10 %, 20 %, 30 % 더 투입하여 추가로 투입된 공기량을 재순환시키는 방법을 적용한 경우, 초기에 투입되는 20℃, 100,000 M3/Hr 공기의 온도변화를 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.If at this time the necessary amount of air 100,000 M 3 / Hr addition to inject additional air at 10%, 20%, 30%, further applying the method of recycling the additional amount of air introduced into the 20 ℃ is introduced initially, 100,000 M 3 / Hr air Were measured and shown in Table 4 below.

Figure 112016125712537-pat00004
Figure 112016125712537-pat00004

표 4를 참조하면, 초기온도 20℃에서 공기량을 10 %, 20 %, 30 % 더 투입함에 따라 초기에 투입된 온도는 각각 87℃, 133℃, 172℃, 206℃로 변화함을 알 수 있다. 또한 연소용 공기온도 650℃를 확보하기 위해 요구되는 전열량은 20,380,000 내지 20,670,000 Kcal/Hr를 나타내어 예열 공기 재순환에 의한 열 교환기의 전열량 변화는 거의 없는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 4, it can be seen that as the air amount is further increased by 10%, 20%, and 30% at an initial temperature of 20 ° C, the initially introduced temperatures change to 87 ° C, 133 ° C, 172 ° C and 206 ° C, respectively. In addition, the amount of heat required to secure a combustion air temperature of 650 ° C is 20,380,000 to 20,670,000 Kcal / Hr, and it can be seen that there is almost no change in the heat transfer amount of the heat exchanger due to the preheating air recirculation.

한편, 추가되는 공기량에 의한 열 교환기내의 유속증가로 전열 효율 감소를 우려할 수 있으나, 하기 표 5에 나타난 바와 같이 동일한 열 교환기를 대상으로 예열 공기량을 27% 정도 증대시켜도 전열효율에 대한 성능은 95% 수준으로 변화가 없음을 확인할 수 있다. As shown in the following Table 5, even when the amount of the preheated air is increased by 27% in the same heat exchanger, the performance against the thermal efficiency can be improved by the increase of the flow rate in the heat exchanger due to the added air amount. 95%, respectively.

Figure 112016125712537-pat00005
Figure 112016125712537-pat00005

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be obvious to those of ordinary skill in the art.

Claims (14)

배가스 관로 내에 설치되어 고온의 배가스로부터 폐열을 회수하는 열교환기;
상기 열 교환기로 연소용 공기를 공급하는 제 1 공급 관로;
상기 열 교환기에서 가열된 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 2 공급 관로;
상기 제 2 공급 관로에서 분기되며 가열된 연소용 공기를 제 1 공급 관로로 재순환시키는 우회 관로; 및
상기 제 1 공급 관로에서 분기되며 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 3 공급관로;를 포함하고,
상기 연소장치의 기동 및 정지시에는 상기 제3 공급관로를 통하여, 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
A heat exchanger installed in the flue gas duct and recovering waste heat from a high temperature flue gas;
A first supply conduit for supplying combustion air to the heat exchanger;
A second supply conduit for supplying the combustion air heated in the heat exchanger to the combustion device;
A bypass conduit branching from the second supply conduit and recirculating the heated combustion air to the first supply conduit; And
And a third supply pipe branched from the first supply pipe and supplying combustion air to the combustion device,
And the combustion air is supplied to the combustion device through the third supply pipe when the combustion device starts and stops.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제 1 공급 관로 상에 위치하며, 제 1 공급 관로 및 제 3 공급 관로의 개폐를 제어하는 제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
The method according to claim 1,
And a control valve which is located on the first supply conduit and controls opening and closing of the first supply conduit and the third supply conduit.
제3항에 있어서,
배가스의 온도에 기초하여, 제어밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
The method of claim 3,
Further comprising a control unit for controlling the opening and closing of the control valve based on the temperature of the exhaust gas.
제1항에 있어서,
상기 제 2 공급 관로 상에 위치하며, 상기 우회 관로의 개폐를 제어하는 제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
The method according to claim 1,
And a control valve located on the second supply line for controlling the opening and closing of the bypass pipe.
제5항에 있어서,
배가스의 온도에 기초하여, 제어밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
6. The method of claim 5,
Further comprising a control unit for controlling the opening and closing of the control valve based on the temperature of the exhaust gas.
제1항에 있어서,
상기 배가스의 온도를 측정하기 위한 온도감지센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
The method according to claim 1,
And a temperature sensor for measuring the temperature of the exhaust gas.
제1항에 있어서,
상기 열 교환기가 적어도 2개 이상인 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the heat exchanger has at least two heat exchangers.
제1항에 있어서,
상기 열 교환기가 제 1 공급 관로와 연결되는 저온부 열 교환기 및 제 2 공급관로와 연결되는 고온부 열 교환기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the heat exchanger comprises a low temperature heat exchanger connected to the first supply duct and a high temperature heat exchanger connected to the second supply duct.
배가스 관로 내에 설치되어 고온의 배가스로부터 폐열을 회수하는 열교환기; 상기 열 교환기로 연소용 공기를 공급하는 제 1 공급 관로; 상기 열 교환기에서 가열된 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 2 공급 관로; 상기 제 1 공급 관로에서 분기되어 연소용 공기를 연소장치로 공급하는 제 3 공급관로; 및 상기 제 2 공급 관로에서 분기되어 가열된 연소용 공기를 제 1 공급 관로로 재순환시키는 우회 관로;를 포함하는 폐열 회수 장치의 열 교환기 저온 부식 방법이며,
상기 연소장치의 기동 및 정지시에는 제 3 공급 관로를 통해 연소용 공기를 연소장치에 공급하고,
상기 연소장치의 운전시에는 제 1 공급 관로로 연소용 공기를 공급하여 제 2 공급 관로로 연소용 공기를 연소장치에 공급하는 폐열 회수 장치의 열 교환기 저온 부식 방법.
A heat exchanger installed in the flue gas duct and recovering waste heat from a high temperature flue gas; A first supply conduit for supplying combustion air to the heat exchanger; A second supply conduit for supplying the combustion air heated in the heat exchanger to the combustion device; A third supply pipe branched from the first supply pipe to supply combustion air to the combustion device; And a detour conduit for recirculating the heated combustion air branched from the second supply conduit to the first supply conduit, the method comprising the steps of:
The combustion air is supplied to the combustion device through the third supply conduit when the combustion device is started and stopped,
And supplying combustion air to the first supply conduit and supplying the combustion air to the second supply conduit to the combustion device during operation of the combustion device.
제10항에 있어서,
상기 제 2 공급 관로를 통해 연소장치로 공급되는 연소용 공기의 일부를 상기 우회 관로를 통해 제 1 공급 관로로 재순환시키는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치의 열 교환기 저온 부식 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein a part of the combustion air supplied to the combustion device through the second supply conduit is recirculated to the first supply conduit through the bypass conduit.
제10항에 있어서,
상기 제 3 공급 관로를 통해 공급되는 연소용 공기의 온도가 10 내지 30℃인 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치의 열 교환기 저온 부식 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the temperature of the combustion air supplied through the third supply conduit is 10 to 30 占 폚.
제10항에 있어서,
상기 제 2 공급 관로를 통해 공급되는 연소용 공기의 온도가 550 내지 750℃인 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치의 열 교환기 저온 부식 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the temperature of the combustion air supplied through the second supply line is 550 to 750 ° C.
제11항에 있어서,
상기 제 1 공급 관로를 통해 공급되는 연소용 공기와 상기 우회 관로를 통해 재순환 된 연소용 공기가 혼합된 혼합 공기의 온도가 150 내지 300℃인 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치의 열 교환기 저온 부식 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the temperature of the mixed air mixed with the combustion air supplied through the first supply pipe and the combustion air recirculated through the bypass pipe is 150 to 300 ° C.
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