脫硝效率?能否達(dá)到環(huán)保要求。
氨逃逸率?是否在允許范圍內(nèi)(保護(hù)下游設(shè)備)。
還原劑消耗量?即運(yùn)行成本。
系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性,避免堵塞、磨損和腐蝕。
因此,在選擇和設(shè)計(jì)脫硝噴射系統(tǒng)時(shí),必須進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)哪M計(jì)算和詳細(xì)的工程設(shè)計(jì),以確保其長(zhǎng)期穩(wěn)定高效運(yùn)行。
]]>催化劑堵塞:原因包括吹灰不力、長(zhǎng)時(shí)間低溫運(yùn)行生成銨鹽、大顆?;页练e等。對(duì)策是優(yōu)化吹灰、避免低溫噴氨、檢查省煤器是否泄漏等。
催化劑中毒:
堿金屬中毒:可逆性差,需嚴(yán)格控制燃料或煙氣中的堿金屬含量。
砷中毒:來(lái)自燃料,會(huì)堵塞催化劑孔道。
鈣中毒:飛灰中的CaO與SO?反應(yīng)生成CaSO?,覆蓋在催化劑表面。
SO?/SO?轉(zhuǎn)化率升高:催化劑中的活性組分在催化脫硝反應(yīng)的同時(shí),也會(huì)催化SO?氧化為SO?。過(guò)高的SO?會(huì)與氨生成銨鹽,并提高酸露點(diǎn),造成腐蝕。需選擇合適的低轉(zhuǎn)化率催化劑。
SCR脫硝系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運(yùn)行是一個(gè)系統(tǒng)工程,關(guān)鍵在于:
精細(xì):精細(xì)化的設(shè)計(jì)、精細(xì)化的操作和精細(xì)化的調(diào)整。
協(xié)同:與整個(gè)鍋爐系統(tǒng)及上下游環(huán)保設(shè)施協(xié)同運(yùn)行。
預(yù)防:以預(yù)防性維護(hù)為主,通過(guò)定期檢查和分析,提前發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。
安全:始終將氨區(qū)的安全運(yùn)行放在首位。
遵循這些注意事項(xiàng),可以有效保障SCR系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)環(huán)保達(dá)標(biāo)與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的平衡。
]]>溫度控制:
嚴(yán)格在溫度窗口內(nèi)運(yùn)行:?jiǎn)?dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),尤其要監(jiān)控?zé)煔鉁囟?。?dāng)溫度低于催化劑允許的最低溫度時(shí),應(yīng)停止噴氨,防止硫酸氫銨(ABS)生成,堵塞和腐蝕下游設(shè)備(如空預(yù)器)。
避免高溫超溫:鍋爐異常運(yùn)行(如滅火再點(diǎn)火)可能導(dǎo)致煙氣溫度瞬間超高,造成催化劑永久性燒結(jié)失活。
氨逃逸控制:
核心監(jiān)控參數(shù):氨逃逸是SCR運(yùn)行最重要的指標(biāo)之一。過(guò)高的氨逃逸會(huì)導(dǎo)致:
空預(yù)器堵塞和腐蝕:與SO?反應(yīng)生成硫酸氫銨,該物質(zhì)在150-230℃溫度區(qū)間為粘稠狀,會(huì)粘附粉塵,堵塞空預(yù)器換熱元件,并造成腐蝕。
飛灰污染:氨與飛灰結(jié)合,影響飛灰品質(zhì),不利于綜合利用。
優(yōu)化噴氨:根據(jù)出口NOx濃度和氨逃逸儀的反饋,精細(xì)調(diào)整AIG各噴口的流量,實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)噴氨”,在保證脫硝效率的同時(shí)最小化氨逃逸。
噴氨優(yōu)化調(diào)整:
定期進(jìn)行噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn),通過(guò)測(cè)量催化劑入口截面的流速、NOx濃度和NH?濃度分布,調(diào)整AIG閥門(mén)開(kāi)度,使流場(chǎng)和摩爾比分布達(dá)到最優(yōu)。這不是一勞永逸的工作,應(yīng)在大修后或性能下降時(shí)進(jìn)行。
與上下游工藝的協(xié)同:
與燃燒調(diào)整協(xié)同:首先通過(guò)低氮燃燒技術(shù)降低入口NOx濃度,減輕SCR系統(tǒng)的負(fù)擔(dān),降低噴氨量和運(yùn)行成本。
與脫硫、除塵系統(tǒng)協(xié)同:關(guān)注SCR運(yùn)行對(duì)下游空預(yù)器、除塵器、脫硫系統(tǒng)的影響。例如,控制氨逃逸就是為了保護(hù)空預(yù)器;脫硫系統(tǒng)的廢水有時(shí)可以用于沖洗空預(yù)器。
]]>催化劑選型與設(shè)計(jì):
催化劑類(lèi)型:根據(jù)煙氣成分(如SO?、粉塵、堿金屬含量)、溫度窗口、脫硝效率要求等,選擇合適的催化劑類(lèi)型(如釩鈦系、沸石系等)。
空速與催化劑體積:合理設(shè)計(jì)煙氣空速和催化劑體積,確保在規(guī)定的壽命期內(nèi)達(dá)到脫硝效率??账龠^(guò)高會(huì)導(dǎo)致脫硝效率下降和氨逃逸升高。
層數(shù)設(shè)計(jì):通常設(shè)計(jì)2+1或3+1層(即初始安裝2或3層,預(yù)留1層備用),為未來(lái)環(huán)保要求提高或催化劑失活預(yù)留空間。
反應(yīng)器與流場(chǎng)設(shè)計(jì):
流場(chǎng)均勻性:反應(yīng)器入口前的煙道和導(dǎo)流板設(shè)計(jì)必須保證煙氣在催化劑截面速度分布均勻、溫度分布均勻、NH?/NOx摩爾比分布均勻。這是防止局部磨損、堵塞和氨逃逸過(guò)高的關(guān)鍵。
溫度控制:SCR催化劑有最佳反應(yīng)溫度窗口(通常為300-400℃)。設(shè)計(jì)必須確保煙氣溫度穩(wěn)定在此窗口內(nèi),避免過(guò)高(導(dǎo)致催化劑燒結(jié))或過(guò)低(導(dǎo)致銨鹽沉積和堵塞)。
氨/還原劑系統(tǒng):
噴射系統(tǒng):氨噴射格柵(AIG)的設(shè)計(jì)應(yīng)確保氨氣與煙氣充分、均勻混合。每個(gè)噴嘴應(yīng)有獨(dú)立的流量調(diào)節(jié)閥,以便在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行精確調(diào)整。
安全設(shè)計(jì):氨區(qū)(液氨儲(chǔ)罐)屬于重大危險(xiǎn)源,必須嚴(yán)格遵守防火、防爆、防泄漏規(guī)范,設(shè)置噴淋、圍堰、氣體檢測(cè)報(bào)警和應(yīng)急處理設(shè)施。使用尿素制氨方案安全性更高,但系統(tǒng)更復(fù)雜。
]]>這是SCR技術(shù)最核心的優(yōu)勢(shì)。
通常設(shè)計(jì)脫硝效率可達(dá)?80%-95%?以上,甚至更高。
能夠?qū)煔庵械腘Ox濃度降至極低的水平(例如,可輕松達(dá)到50mg/Nm3以下,以滿(mǎn)足最嚴(yán)格的超低排放標(biāo)準(zhǔn))。
這使得它成為應(yīng)對(duì)嚴(yán)格環(huán)保法規(guī)的首選技術(shù)。
SCR技術(shù)自20世紀(jì)70年代在日本開(kāi)始商業(yè)化應(yīng)用,至今已有數(shù)十年的發(fā)展歷史。
系統(tǒng)流程、關(guān)鍵設(shè)備(如催化劑、噴氨格柵)和控制系統(tǒng)都已非常標(biāo)準(zhǔn)化和成熟。
在全球范圍內(nèi)有成千上萬(wàn)的成功應(yīng)用案例,尤其是在燃煤電廠(chǎng)、燃?xì)廨啓C(jī)、工業(yè)鍋爐和船舶發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域,長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性得到了充分驗(yàn)證。
在理想工況和正確操作下,SCR反應(yīng)的最終產(chǎn)物是無(wú)害的氮?dú)夂退?/strong>,化學(xué)方程式為:4NO + 4NH? + O? → 4N? + 6H?O。
不會(huì)產(chǎn)生需要額外處理的固體廢棄物或有害液體,避免了二次污染問(wèn)題。
催化劑“選擇性”地促進(jìn)NH?與NOx的反應(yīng),而不是與煙氣中的其他成分(如SO?、O?)大量發(fā)生副反應(yīng)。
這大大降低了還原劑(氨或尿素)的消耗量,提高了經(jīng)濟(jì)性。
系統(tǒng)能夠通過(guò)調(diào)節(jié)噴氨量,來(lái)適應(yīng)鍋爐負(fù)荷變化和NOx入口濃度波動(dòng),保持出口NOx濃度的穩(wěn)定。
通過(guò)合理的催化劑設(shè)計(jì)和布置,可以適應(yīng)不同燃料(煤、氣、油、生物質(zhì)等)的煙氣條件。
通過(guò)優(yōu)化流場(chǎng)設(shè)計(jì)、精確控制噴氨和定期監(jiān)控催化劑活性,可以將未參與反應(yīng)的氨逃逸?控制在很低的水平(通常< 2.5 ppm),從而減輕對(duì)下游設(shè)備(如空預(yù)器)的堵塞和腐蝕。
SCR技術(shù)可以與其他污染物控制技術(shù)很好地結(jié)合,形成高效的協(xié)同治理系統(tǒng)。最典型的例子是與靜電除塵器?和濕法脫硫?組成的“SCR + ESP/FF + WFGD”系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)多種污染物(NOx, 粉塵, SO?)的聯(lián)合脫除。
這是目前全球公認(rèn)的效率最高、應(yīng)用最廣的末端脫硝技術(shù),尤其適用于大型電站鍋爐和工業(yè)窯爐。
優(yōu)點(diǎn):
脫硝效率極高,可達(dá)90%以上。
技術(shù)成熟,運(yùn)行穩(wěn)定可靠。
缺點(diǎn):
初始投資和運(yùn)行成本高。
催化劑屬于危險(xiǎn)廢物,需要定期更換和處理。
對(duì)煙氣溫度有要求(通常300-400℃),需要精心設(shè)計(jì)布置位置。
相比SCR,這是一種更經(jīng)濟(jì)但效率較低的技術(shù)。
原理:?在不使用催化劑的情況下,將還原劑(尿素或氨水)噴入爐膛高溫區(qū)(850-1100℃),與NOx發(fā)生還原反應(yīng)。
優(yōu)點(diǎn):
系統(tǒng)簡(jiǎn)單,投資成本遠(yuǎn)低于SCR。
占地面積小,改造方便。
缺點(diǎn):
脫硝效率較低,通常為30%-50%。
對(duì)溫度窗口要求苛刻,控制難度大。
氨逃逸率較高(未反應(yīng)的氨氣排入大氣)。
3.SCR與SNCR的結(jié)合(SNCR-SCR混合法)?可以兼顧經(jīng)濟(jì)性與高效率,先用SNCR實(shí)現(xiàn)初步脫硝,再用小型的SCR裝置進(jìn)行深度處理。
]]>還原劑制備與供應(yīng)系統(tǒng)
功能:負(fù)責(zé)制備和存儲(chǔ)還原劑,并將其精確輸送到噴射系統(tǒng)。
常見(jiàn)還原劑:
液氨:反應(yīng)效率最高,成本較低,但因有毒,安全要求極高。
氨水:安全性比液氨高,但運(yùn)輸和儲(chǔ)存成本也高。
尿素:最安全,以固體顆?;蛉芤盒问絻?chǔ)存,在高溫下分解產(chǎn)生氨氣。這是目前電廠(chǎng)最常用的選擇。
還原劑噴射系統(tǒng)
功能:將還原劑(氨或氨/空氣混合物)均勻地噴射到煙氣通道中。
關(guān)鍵部件:噴槍、噴嘴、混合器。其設(shè)計(jì)目標(biāo)是確保還原劑與煙氣中的NOx充分、均勻地混合,這是保證高脫硝效率的關(guān)鍵。
反應(yīng)器(催化反應(yīng)器)
功能:這是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的“心臟”部位。
內(nèi)部結(jié)構(gòu):內(nèi)部裝填有蜂窩狀或板式催化劑模塊。煙氣從這里流過(guò),與催化劑充分接觸。
位置:通常布置在鍋爐的省煤器(預(yù)熱給水)和空氣預(yù)熱器之間,因?yàn)檫@個(gè)位置的煙氣溫度(通常在300°C – 400°C)最適合SCR反應(yīng)。
催化劑
功能:降低化學(xué)反應(yīng)所需的活化能,使反應(yīng)在較低溫度下就能高效、快速地進(jìn)行。
成分:通常以二氧化鈦為載體,活性成分為五氧化二釩和三氧化鎢等。
壽命:催化劑會(huì)因煙氣中的灰塵(磨損)、重金屬(中毒)等而逐漸失活,需要定期更換或再生。
還原劑制備區(qū)設(shè)備:
液氨卸料壓縮機(jī)、液氨儲(chǔ)罐、氨氣蒸發(fā)槽、氨氣緩沖槽、稀釋風(fēng)機(jī)、氨氣泄漏檢測(cè)儀、安全噴淋系統(tǒng)等。
或:尿素顆粒儲(chǔ)倉(cāng)、尿素溶解罐、尿素溶液儲(chǔ)罐、尿素溶液輸送泵、尿素?zé)峤鉅t/水解器及其配套風(fēng)機(jī)、加熱器等。
反應(yīng)區(qū)設(shè)備:
SCR反應(yīng)器本體(鋼結(jié)構(gòu)、保溫、護(hù)板)。
催化劑(初裝層和備用層)。
吹灰器(聲波式或蒸汽/耙式)。
噴氨格柵(AIG)。
煙道、擋板門(mén)、膨脹節(jié)等。
噴射區(qū)設(shè)備(對(duì)于SNCR或聯(lián)合法):
高壓溶液循環(huán)泵、計(jì)量分配模塊、爐墻噴槍、冷卻風(fēng)系統(tǒng)等。
電氣與控制系統(tǒng)設(shè)備:
DCS/PLC控制柜:整個(gè)脫硝系統(tǒng)的大腦。
CEMS(煙氣連續(xù)排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)):實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)入口和出口的NOx、O?、氨逃逸濃度等參數(shù),并將信號(hào)反饋給控制系統(tǒng),以調(diào)節(jié)噴氨量。
配電柜、儀表、閥門(mén)、執(zhí)行器等。
這是完成脫硝化學(xué)反應(yīng)的關(guān)鍵部分。
SCR反應(yīng)器
功能:是脫硝反應(yīng)發(fā)生的容器和場(chǎng)所,內(nèi)部安裝催化劑層。
結(jié)構(gòu):通常是一個(gè)大型的鋼制立式箱體,內(nèi)部設(shè)有催化劑模塊的支撐結(jié)構(gòu)、檢修門(mén)、人孔、吹灰器等。煙氣從入口進(jìn)入,經(jīng)過(guò)催化劑層后從出口排出。
催化劑
功能:是SCR系統(tǒng)的“心臟”,其表面提供活性位點(diǎn),在特定溫度下促進(jìn)氨氣(NH?)與NOx發(fā)生還原反應(yīng),生成無(wú)害的氮?dú)猓∟?)和水(H?O)。
類(lèi)型:最常見(jiàn)的是釩鈦基催化劑,形式通常為蜂窩式、板式或波紋板式。
這個(gè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)生產(chǎn)、存儲(chǔ)和精確計(jì)量輸送反應(yīng)所需的氨氣。
氨區(qū):這是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域,是還原劑的存儲(chǔ)和制備中心。
液氨儲(chǔ)罐:用于存儲(chǔ)液態(tài)的無(wú)水氨。這是最經(jīng)濟(jì)的方式,但因其有毒、易燃易爆,安全要求極高。
氨蒸發(fā)器:通過(guò)加熱(通常用蒸汽或電加熱)將液態(tài)氨氣化成氣態(tài)氨。
氨氣緩沖罐:緩沖和穩(wěn)定氣氨的壓力,確保后續(xù)輸送的穩(wěn)定性。
稀釋風(fēng)機(jī):提供空氣,將高濃度的氣氨稀釋到爆炸下限以下的安全濃度(通常<5%),形成氨/空氣混合氣體。
(替代方案)尿素制氨系統(tǒng):由于液氨的安全隱患,許多電廠(chǎng)改用尿素作為還原劑前體。
尿素溶解罐:將顆粒尿素溶解成一定濃度的尿素溶液。
尿素溶液儲(chǔ)罐:存儲(chǔ)制備好的尿素溶液。
水解爐或熱解爐:
水解爐:在高溫高壓下,尿素溶液與水反應(yīng)生成NH?和CO?。
熱解爐:在高溫下,尿素溶液迅速分解生成NH?、HNCO(異氰酸),并進(jìn)一步水解成NH?和CO?。
這個(gè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)將還原劑與煙氣均勻混合,為反應(yīng)創(chuàng)造最佳條件。
噴氨格柵
功能:位于反應(yīng)器入口前的煙道內(nèi),由一系列管道和噴嘴組成。其核心作用是將稀釋后的氨/空氣混合氣體均勻地噴射到煙氣中。
設(shè)計(jì)關(guān)鍵:AIG的設(shè)計(jì)至關(guān)重要,必須確保在催化劑入口截面上的氨濃度與NOx濃度分布匹配(即氨氮摩爾比分布均勻),才能保證高脫硝效率和低氨逃逸。
靜態(tài)混合器
功能:安裝在AIG之后,反應(yīng)器之前。通過(guò)其特殊的葉片結(jié)構(gòu),增強(qiáng)煙氣的湍流,促進(jìn)氨氣與煙氣的充分、均勻混合。
煙道及擋板門(mén)
旁路擋板門(mén):在機(jī)組啟停或低負(fù)荷時(shí),若煙氣溫度不符合催化劑要求,可開(kāi)啟旁路,使煙氣繞過(guò)反應(yīng)器,保護(hù)催化劑。
進(jìn)出口擋板門(mén):用于隔離SCR系統(tǒng),以便進(jìn)行檢修。
由于煙氣中含有大量粉塵,會(huì)堵塞催化劑孔道,因此必須定期清理。
聲波吹灰器
原理:通過(guò)號(hào)角產(chǎn)生高強(qiáng)度、特定頻率的聲波,使粉塵顆粒產(chǎn)生共振、松動(dòng),并隨煙氣流出。優(yōu)點(diǎn)是無(wú)機(jī)械部件、對(duì)催化劑無(wú)磨損、覆蓋范圍廣,適用于粉塵濃度不極高的場(chǎng)合。
蒸汽吹灰器/耙式吹灰器
原理:使用高壓蒸汽或壓縮空氣作為介質(zhì),通過(guò)可伸縮的耙管或噴槍直接吹掃催化劑表面。清灰效果更徹底,適用于粉塵濃度極高、粘性大的場(chǎng)合(如燃用高硫煤、垃圾焚燒廠(chǎng))。
這是整個(gè)SCR系統(tǒng)的大腦。
分散控制系統(tǒng)(DCS)
功能:接收來(lái)自CEMS和各類(lèi)傳感器的信號(hào)(如NOx濃度、煙氣流量、溫度、氨氣流量等),通過(guò)預(yù)設(shè)的程序和算法,實(shí)時(shí)、精確地控制噴氨量,在保證脫硝效率的同時(shí)最大限度地降低氨逃逸。
煙氣連續(xù)排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CEMS)
功能:實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)器入口和出口的NOx濃度、O?含量、溫度等參數(shù),并將數(shù)據(jù)傳送給DCS,作為控制的依據(jù)。出口的氨逃逸濃度也由專(zhuān)門(mén)的分析儀監(jiān)測(cè)。
一個(gè)典型的SCR脫硝系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成:
還原劑儲(chǔ)存與供應(yīng)系統(tǒng):
通常使用液氨、氨水或尿素作為還原劑來(lái)源。尿素需要在系統(tǒng)中經(jīng)過(guò)熱解或水解后生成NH?。
包括儲(chǔ)罐、蒸發(fā)器、稀釋風(fēng)機(jī)、噴射泵等設(shè)備。
還原劑噴射系統(tǒng):
位于SCR反應(yīng)器上游的煙道上。
通過(guò)精心設(shè)計(jì)的噴槍格柵,將還原劑均勻地噴射并混合到煙氣中。
SCR反應(yīng)器:
是系統(tǒng)的核心,內(nèi)部裝填有催化劑。
煙氣與還原劑在反應(yīng)器中充分混合后,在催化劑表面發(fā)生還原反應(yīng)。
催化劑:
通常是以二氧化鈦為載體,五氧化二釩和三氧化鎢或三氧化鉬為活性成分的蜂窩式、板式或波紋式催化劑。
催化劑的設(shè)計(jì)和選擇直接影響脫硝效率、系統(tǒng)阻力和運(yùn)行成本。
吹灰系統(tǒng):
由于煙氣中含有粉塵,會(huì)堵塞催化劑孔道,因此需要定期使用聲波吹灰器或蒸汽/壓縮空氣吹掃器清除催化劑表面的積灰,保持其活性。
還原劑(如液氨)經(jīng)蒸發(fā)后與稀釋空氣混合,形成安全的氨氣混合氣。
該混合氣通過(guò)噴射系統(tǒng)被均勻地注入到SCR反應(yīng)器前的煙道中,與煙氣充分混合。
混合后的煙氣進(jìn)入SCR反應(yīng)器,穿過(guò)催化劑層。
在催化劑的最佳工作溫度窗口(通常為?300-420℃)下,NH?與NOx發(fā)生還原反應(yīng),生成N?和H?O。
凈化后的煙氣經(jīng)過(guò)空氣預(yù)熱器、除塵器和脫硫裝置后,經(jīng)煙囪達(dá)標(biāo)排放。
優(yōu)點(diǎn):
脫硝效率高:通??蛇_(dá)80%-90%,甚至更高。
技術(shù)成熟,運(yùn)行可靠,應(yīng)用廣泛。
副產(chǎn)物為無(wú)害的N?和H?O,無(wú)二次污染。
對(duì)鍋爐等主體設(shè)備運(yùn)行影響較小。
挑戰(zhàn)與缺點(diǎn):
初始投資高,催化劑價(jià)格昂貴。
運(yùn)行成本較高,涉及催化劑的更換和還原劑的消耗。
氨逃逸:未反應(yīng)的微量氨氣會(huì)隨煙氣排出,可能造成下游設(shè)備腐蝕和環(huán)境污染。
煙氣溫度需滿(mǎn)足催化劑活性要求,對(duì)低負(fù)荷運(yùn)行的鍋爐可能需要進(jìn)行煙氣再加熱。
催化劑失效后屬于危險(xiǎn)廢物,需要妥善處理。
SO?氧化:催化劑可能將部分SO?氧化成SO?,與逃逸的氨生成硫酸氫銨,易堵塞和腐蝕下游的空預(yù)器等設(shè)備。
SCR脫硝技術(shù)以其極高的脫硝效率和可靠性,成為全球范圍內(nèi)電站和工業(yè)鍋爐滿(mǎn)足嚴(yán)格環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的首選技術(shù)。盡管存在投資運(yùn)行成本高、氨逃逸等問(wèn)題,但通過(guò)不斷優(yōu)化催化劑性能、改進(jìn)噴射和控制系統(tǒng),它仍然是當(dāng)前控制氮氧化物最有效的技術(shù)手段之一,為減少酸雨、光化學(xué)煙霧和霧霾等環(huán)境問(wèn)題做出了重要貢獻(xiàn)。
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