電除塵器本體完好性是實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放的基礎(chǔ)
§1 概述
一個(gè)除塵系統(tǒng)的運(yùn)行效果,受到很多因素的影響:工藝操作因素,系統(tǒng)布置因素,設(shè)備構(gòu)造因素(選型和設(shè)計(jì))和電氣因素等,而電除塵器的合理構(gòu)造及狀態(tài)完好是長(zhǎng)期可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。
當(dāng)前,窯尾余熱利用成為水泥企業(yè)節(jié)能增效的亮點(diǎn),大型水泥生產(chǎn)線紛紛投建余熱發(fā)電鍋爐。然而, SP爐的投運(yùn)對(duì)窯尾電除塵器來(lái)說(shuō),意味著本已使用效果欠佳的出口粉塵排放濃度進(jìn)一步惡化。對(duì)此,不少水泥企業(yè)已將窯尾電除塵改為袋收塵,雖然滿足了環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),但增加了的改造投資和運(yùn)行成本。
那么,有沒(méi)有一種方法,僅通過(guò)對(duì)原有電除塵器的改造就能滿足新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)呢?
答案是肯定的。實(shí)例證明:通過(guò)對(duì)除塵系統(tǒng)內(nèi)機(jī)械、電氣、煙氣條件三位一體優(yōu)化改造,SP爐窯尾電除塵器的確能夠?qū)崿F(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。而且達(dá)標(biāo)治理的費(fèi)用和運(yùn)行成本均低于電改袋。
§2 電除塵工作過(guò)程
電除塵器的工作是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。
如圖1,通有高壓直流電的陰極產(chǎn)生電暈使電場(chǎng)內(nèi)的空氣電離并產(chǎn)生大量的正、負(fù)離子,電暈區(qū)域很小,正離子很快被陰極吸附,負(fù)離子在電場(chǎng)力的驅(qū)動(dòng)下向陽(yáng)極[集塵極]遷移;含塵廢氣通過(guò)電場(chǎng)時(shí),廢氣中的固體顆粒[粉塵]捕獲離子從而荷電,荷電粉塵在紊流氣流的作用下隨機(jī)進(jìn)入集塵極附近的層流區(qū)并在靜電力的驅(qū)動(dòng)下向極板遷移最終吸附于極板表面,極板表面的粉塵積聚到一定厚度之后再通過(guò)清灰使粉塵層從極板表面剝離落入灰斗,最后通過(guò)排灰機(jī)械輸送到指定位置。
圖1.電除塵原理圖
不難理解,電場(chǎng)工作過(guò)程的每一步如果不能順利完成,最終的除塵效果都會(huì)受到很大影響。電場(chǎng)工作過(guò)程的有效進(jìn)行,要求電除塵器本體構(gòu)造合理并且完好保持,粉塵必須在較好工作條件下荷電和遷移,并能順利被清除、落入灰斗和排出。
除塵效率的高低,在一定程度上取決于除塵空間的大小。但是,如果殼體漏風(fēng)嚴(yán)重、極板極線大量變形或偏移錯(cuò)位、氣流分布很不均勻、電場(chǎng)周圍擋風(fēng)阻流失落、清灰失效、排灰不暢、絕緣性能下降等,就不可能獲得期望的除塵效果。此外,除塵效率同時(shí)還受到煙氣條件、供電質(zhì)量的影響。
收塵(把粉塵從煙氣中分離出來(lái))是電場(chǎng)工作的目標(biāo),但只是電場(chǎng)內(nèi)部發(fā)生的一個(gè)事件。電場(chǎng)內(nèi)發(fā)生的另一個(gè)事件是:被收集到極板表面的粉塵在氣流吹掃下重又返回氣流;極板表面的粉塵層在清灰剝離下落過(guò)程中,總有一部分散落后重又被氣流揚(yáng)起;殼體并非完全密閉空間,總有一定的漏風(fēng),外部空氣通過(guò)這些縫隙或孔隙進(jìn)入殼體內(nèi)部,不單增大電除塵負(fù)荷(煙氣量增大),還由于漏進(jìn)來(lái)的空氣流速極高(可達(dá)每秒數(shù)十米),使正在落入灰斗的粉塵再度揚(yáng)起并直接帶到電場(chǎng)出端。上述被已被收集的粉塵重新回到氣流中的現(xiàn)象稱二次揚(yáng)塵。電場(chǎng)四周的非收塵區(qū)域總有少量氣流通過(guò),這部分煙氣不經(jīng)過(guò)收塵區(qū)域直接到達(dá)電場(chǎng)出端,形成煙氣短路或旁路。氣流短路和二次揚(yáng)塵都使除塵效率降低,這是與收塵功能相背離的事件。
§3 本體形位缺陷對(duì)收塵效率的影響分析
如前所述,電除塵器機(jī)械[本體]狀況的好壞直接影響除塵效率,是基礎(chǔ)基本的因素,因?yàn)槌龎m的全過(guò)程都在本體內(nèi)部完成。
由于歷史的原因,實(shí)際的電除塵器在本體構(gòu)造上都存在一定的缺陷;經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用,電除塵器不可避免地會(huì)出現(xiàn)形位上的變化。這些,都不利于收塵效率的保持。
電除塵器可能存在的主要缺陷及其對(duì)除塵效率的影響如下:
§3.1氣流分布不均——煙氣在各個(gè)通道內(nèi)的流動(dòng)速度不一致,則在電場(chǎng)內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)短不一,引起每股氣流的收塵效率不相同。收塵效率與進(jìn)口濃度呈指數(shù)關(guān)系:
η=1-e-ωA/Q=1-e-2ωL/av
式中,收塵效率η,驅(qū)進(jìn)速度ω,集塵極總面積A,煙氣流量Q,電場(chǎng)長(zhǎng)度L,同極間距a,煙氣在電場(chǎng)內(nèi)的流速v。
可以推算:流速不均造成的綜合結(jié)果,是總的收塵效率降低。
引起流速分布不均的原因有設(shè)計(jì)因素,也有維護(hù)方面的因素。設(shè)計(jì)因素包括:系統(tǒng)布置未考慮電除塵器入口前的煙氣導(dǎo)流,或氣流均布裝置設(shè)計(jì)不合理。使用維護(hù)因素有:工藝系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)煙氣溫度過(guò)高的情況,使分布板發(fā)生變形甚至燒壞但沒(méi)有及時(shí)有效地給予恰當(dāng)處理,或煙氣腐蝕性強(qiáng),使分布板銹蝕損壞,或粉塵粘性大、發(fā)生堵塞。
§3.2極間距不均——直接影響放電效果。極間距不均勻時(shí),有些放電點(diǎn)持續(xù)放電,而有些放電點(diǎn)始終形不成電暈。觀察運(yùn)行狀況,工作電壓電流偏低,收塵效率下降。
粉塵向極板的驅(qū)近速度與電場(chǎng)強(qiáng)度直接相關(guān),電場(chǎng)強(qiáng)度又與極間距離相關(guān)。一個(gè)電場(chǎng)由若干個(gè)通道組成,電場(chǎng)理論最佳工作電壓由設(shè)計(jì)異極間距決定,而實(shí)際運(yùn)行電壓由最小異極間距決定。電場(chǎng)工作電壓U(kV)與異極間距d(cm)的關(guān)系是:U=(2~3)d。
可見(jiàn),假如一個(gè)電場(chǎng)內(nèi)存在一個(gè)通道或一個(gè)點(diǎn)極間距縮小3cm,該電場(chǎng)運(yùn)行電壓則降低6~9kV。我們知道,在電場(chǎng)伏安特性曲線工作段,工作電壓的較小改變引起工作電流很大的變化。顯然,這時(shí)整個(gè)電場(chǎng)的電暈功率很低,收塵效率大大降低。因?yàn)檎麄€(gè)電場(chǎng)只有這一個(gè)通道或一個(gè)點(diǎn)有效放電,電場(chǎng)其他部位形不成足夠強(qiáng)度的電暈電流,這種兩極間距遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值的部位我們稱之為放電近點(diǎn)。放電近點(diǎn)對(duì)電場(chǎng)的有效工作極為不利。極端情況下,電場(chǎng)欠壓短路、工作失效。
引起極間距不均的原因,一是陰極陽(yáng)極安裝位置未找準(zhǔn),二是陰極就位安裝方法不當(dāng)、造成兩極相對(duì)位置偏差、將錯(cuò)就錯(cuò)調(diào)整極間距所帶來(lái)的后遺癥,三是人員進(jìn)入電場(chǎng)內(nèi)無(wú)意推拉引起。此外,兩極變形也會(huì)造成局部極距不均,這種情況另行論述。
§3.3兩極變形——極板、線框或電暈線變形嚴(yán)重時(shí),局部極間距變小、形成放電近點(diǎn),其對(duì)電場(chǎng)工作的影響與極間距不均相似。不同的是,個(gè)別點(diǎn)的板、線嚴(yán)重變形影響的是整個(gè)電場(chǎng)的運(yùn)行,致使該電場(chǎng)工作電壓工作電流都很低、并出現(xiàn)局部閃絡(luò)擊穿,嚴(yán)重影響運(yùn)行參數(shù)和收塵效率。
引起兩極變形的原因有制造方面的原因[軋制內(nèi)應(yīng)力沒(méi)有消除],也有安裝方面的原因[安裝時(shí)未按規(guī)定的要求組裝、吊裝和調(diào)整]。
當(dāng)電場(chǎng)工作電壓偏低時(shí),應(yīng)檢查是否存在極板、線框和電暈線變形嚴(yán)重并予以處理。處理兩極變形需聘請(qǐng)專業(yè)實(shí)施隊(duì)伍完成。
§3.4振打桿前后竄位——振打桿前后竄位首先造成錘擊位置偏移,陽(yáng)極清灰效果不佳,極板積灰嚴(yán)重。振打桿竄位還引起放電點(diǎn)與極板的相對(duì)位置,造成放電效果的惡化,影響電場(chǎng)工作參數(shù)。
振打桿竄位是由于極板與振打桿聯(lián)結(jié)螺栓強(qiáng)度等級(jí)不足或安裝時(shí)螺栓擰緊力矩不夠,還可能由于聯(lián)結(jié)螺栓未能點(diǎn)焊牢固而松脫、長(zhǎng)期振打引起竄位。
§3.5斷線——電場(chǎng)內(nèi)如有一根極線斷掉,整個(gè)電場(chǎng)都不能投入運(yùn)行。有斷線時(shí),臨時(shí)處理方法是將斷線去除。斷線較多時(shí),形成極線缺失。極線缺失使電場(chǎng)空間得不到充分利用。
極線缺失常因極線上下聯(lián)接不牢固引起,腐蝕性煙氣在滯流區(qū)域和有漏風(fēng)點(diǎn)的位置,極線因腐蝕而銹斷(又:此部位極板也會(huì)銹蝕嚴(yán)重甚至銹穿)。制作極線的材料有缺陷也可能產(chǎn)生斷線。
§3.6極板極線嚴(yán)重積灰——極板嚴(yán)重積灰引起低電壓低電流運(yùn)行,收塵效率下降。極線嚴(yán)重積灰使工作電壓上升而工作電流下降甚至為0,電暈放電不暢,粉塵菏電不充分,收塵效率降低。
窯尾電收塵內(nèi)部嚴(yán)重積灰常因振打失效引起,煙氣水分含量高、煙氣溫度低發(fā)生結(jié)露、粉塵粘性大也會(huì)使用清灰效果不佳形成極板積灰很厚和電暈線肥大。
§3.7殼體漏風(fēng)——漏風(fēng)將增加電收塵的負(fù)荷,漏風(fēng)量大時(shí),這種影響不可忽略。漏風(fēng)還產(chǎn)生二次揚(yáng)塵、增大粉塵逸出。檢修門周圍、法蘭聯(lián)接處應(yīng)作重點(diǎn)檢查。
造成漏風(fēng)的原因是檢查門密封不嚴(yán),安裝過(guò)程中,氣密焊焊縫質(zhì)量檢查不細(xì)致。焊縫高度不足,運(yùn)行中焊縫開裂也形成漏風(fēng)。煙氣潮濕時(shí),漏風(fēng)部位產(chǎn)生結(jié)露并使殼體壁板大面積銹蝕爛穿、形成嚴(yán)重漏風(fēng)。
§3.8絕緣部件附灰或損壞——絕緣部件包括陰極吊掛絕緣套管和陰極振打絕緣桿,清掃附灰是日常檢修維護(hù)事項(xiàng)。絕緣部件附灰嚴(yán)重時(shí),會(huì)出現(xiàn)爬電漏電,運(yùn)行電壓偏低。絕緣部件損壞有則使機(jī)械承載能力喪失,還可能使絕緣性能失效。
絕緣部件附灰是由于帶電粉塵吸附引起。在絕緣套管蓋上設(shè)有清掃孔,若未按安裝要求打開清掃孔,套管內(nèi)部附灰會(huì)比較嚴(yán)重。
§3.9 卸灰輸灰——窯運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,卸灰輸灰裝置如出現(xiàn)長(zhǎng)期停運(yùn),會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的問(wèn)題:灰斗越積越滿,最后滿過(guò)走臺(tái),使陰陽(yáng)極形成灰短路,電場(chǎng)不能有效投入運(yùn)行。
§4 SP爐窯尾電除塵器超標(biāo)排放的原因分析
幾乎所有水泥熟料生產(chǎn)線在投產(chǎn)之后都會(huì)通過(guò)工藝手段提高熟料產(chǎn)量,對(duì)新型干法窯,產(chǎn)量提高的幅度一般在10~20%,對(duì)老式干法窯,產(chǎn)量的提高甚至翻番。熟料產(chǎn)量提高后,電除塵器的處理能力已顯得不足。再經(jīng)過(guò)多年的使用,其內(nèi)部狀況也會(huì)趨于惡化,電場(chǎng)工作條件發(fā)生了改變,除塵效率隨之降低并遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)指標(biāo)殊屬正常。
SP爐的投運(yùn)更加劇了窯尾電除塵器除塵效果的惡化。這是因?yàn)殡姵龎m器處理的煙氣和粉塵性質(zhì)發(fā)生變化:直接操作時(shí)的煙氣溫度為200℃左右,這是窯尾粉塵比電阻有極大值的溫度范圍;SP爐運(yùn)行時(shí),煙氣不經(jīng)增濕塔,SP爐出口煙氣的含水率很低,粉塵比電阻曲線上移。綜合煙氣溫度和含水率,粉塵比電阻高于電除塵器適用范圍,收塵效率大幅下降,排放濃度嚴(yán)重超標(biāo)。對(duì)管磨生料系統(tǒng),聯(lián)合操作條件下因部分SP爐煙氣直接匯入電除塵器,與出磨煙氣混合后的煙氣溫度和濕度也不能滿足電除塵器工作條件,收塵效率也有較大幅度的下降。
電除塵器的工作條件差了、收塵效率降低了,而環(huán)保法規(guī)要求的性能指標(biāo)卻不斷提高,使用多年的電除塵器出口粉塵排放濃度超標(biāo)則在預(yù)料之中。
§5 電收塵器達(dá)標(biāo)改造的基本思路
就一般人看來(lái),一臺(tái)使用多年的電除塵器,不可能滿足當(dāng)前環(huán)保要求。由于電除塵器建設(shè)時(shí)期的環(huán)保要求比現(xiàn)在低,熟料生產(chǎn)能力的提高使電除塵器的工作負(fù)荷增大,再加上電除塵器經(jīng)過(guò)多年的使用,本體不可避免地存在某種缺陷,即使是同樣規(guī)格的新電除塵也很難滿足當(dāng)前環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。為此,不少客戶按照這種理解采用其它方法對(duì)電收塵器進(jìn)行改進(jìn)或改造,或則投了錢沒(méi)有收到預(yù)期的效果,或是雖然目標(biāo)實(shí)現(xiàn)了但代價(jià)高昂。
電除塵器達(dá)標(biāo)改造的正確思路是:客觀面對(duì)電除塵器工作現(xiàn)狀,冷靜分析電除塵器超標(biāo)排放的癥結(jié)所在,綜合考察電收塵器的規(guī)格校驗(yàn)、本體狀態(tài)、電收塵器的供電、工藝條件等影響除塵效率的各種環(huán)節(jié),科學(xué)制定對(duì)策方案,從而確立滿足達(dá)標(biāo)排放的最佳有效途徑。我公司正是按照這種思維方式對(duì)許多用戶感到棘手的余熱后窯尾電除塵器的排放達(dá)標(biāo)事項(xiàng)開展了探索和實(shí)踐,找到并掌握了電除塵系統(tǒng)達(dá)標(biāo)改造技術(shù),經(jīng)多次實(shí)踐證明是切實(shí)可行的。
顯然,作為除塵系統(tǒng)根本的電除塵器機(jī)械本體應(yīng)當(dāng)受到充分關(guān)注。充分關(guān)注的目標(biāo),是通過(guò)改造、改進(jìn)或修理,使本體狀態(tài)達(dá)到擬或接近新建時(shí)的狀態(tài)。
§6 電除塵器大修改造內(nèi)容
本體改造的具體內(nèi)容應(yīng)視本體構(gòu)造和內(nèi)部損壞、變形的嚴(yán)重程度決定。對(duì)損壞程度嚴(yán)重的部件應(yīng)予改進(jìn)或更換,對(duì)漏風(fēng)、變形、氣流旁路等缺陷應(yīng)予修補(bǔ)和矯正。大修改造的目的是消除對(duì)電場(chǎng)收塵不利的重大因素,同時(shí)削減二次揚(yáng)塵以及其他粉塵逸出的機(jī)會(huì)和途徑,使本體達(dá)到完好狀態(tài)。值得注意的是:減少粉塵逸出在降低粉塵排放濃度中所起的作用,甚至高于收塵面積的增加。
需要說(shuō)明的是:電除塵器的達(dá)標(biāo)改造或消缺與日常維修是兩個(gè)不同的事項(xiàng)。日常維修工作只需解決影響電收塵正常運(yùn)行方面的問(wèn)題,如掉錘、斷線等,而達(dá)標(biāo)前的消缺則要求使電收塵能夠達(dá)到最佳工作狀態(tài),施工組織人員必須懂得對(duì)收塵效率產(chǎn)生不利影響的因素并進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的檢查和判斷(其中有些缺陷屬設(shè)計(jì)缺陷),做到檢查細(xì)致、處理徹底,根本消除影響除塵效率的各種機(jī)械因素,不得遺漏某些不應(yīng)當(dāng)忽略的細(xì)節(jié),以確保電場(chǎng)幾何形狀和位置處于最佳工作狀態(tài)。
對(duì)內(nèi)部損壞不很嚴(yán)重的電除塵器,本體消缺工作投入低、功效明顯,所花費(fèi)的代價(jià)主要是人工費(fèi)用,再加上部分缺損件的更換和材料的填補(bǔ)。
對(duì)內(nèi)部損壞嚴(yán)重的電除塵,應(yīng)更換損壞的部件,調(diào)整能夠矯正的變形,修復(fù)工作不可靠的部件,使電場(chǎng)內(nèi)部達(dá)到正常工作狀態(tài)。
對(duì)某些規(guī)格能力略嫌不足的電除塵器,可采取不是進(jìn)行擴(kuò)容、而是增大其收塵能力的措施和手段,以充分發(fā)揮現(xiàn)有除塵空間的潛力。這些措施和手段包括:
A)在進(jìn)風(fēng)口設(shè)置預(yù)荷電極。預(yù)荷電極以分布板為陽(yáng)極,專門設(shè)置放電線置于兩排分布板之間。預(yù)荷電極本身有一定的收塵作用,但其主要的功用是使粉塵在進(jìn)入電場(chǎng)之間預(yù)先荷上電荷,以使煙氣一旦進(jìn)入電場(chǎng)即開始有效收塵,從而節(jié)省了在電場(chǎng)內(nèi)荷電的時(shí)間,相當(dāng)于延長(zhǎng)了電場(chǎng)長(zhǎng)度。
B)在出氣口設(shè)置槽形收塵極。大家都知道出口槽形板有收塵作用,只是對(duì)收塵效率的影響沒(méi)有定量的判斷。如果能夠定時(shí)對(duì)出口槽形板進(jìn)行清灰,其效果勢(shì)必更佳。出口槽形板的另一個(gè)作用是能夠改善第三電場(chǎng)的氣流分布狀態(tài)。
C)對(duì)電源規(guī)格大于1000mA的電場(chǎng)進(jìn)行分區(qū),能夠提高供電水平。眾所周知,在伏安特性曲線工作區(qū)段,運(yùn)行電壓稍有提高,電暈功率和收塵效率會(huì)有較大幅度的提高。
§7 關(guān)于電除塵器的規(guī)格驗(yàn)算
電除塵器規(guī)格的驗(yàn)算是按多依奇效率公式推算粉塵平均驅(qū)進(jìn)速度:
ω=-ln(1-η)/f=-2Lln(1-η)/(av)
式中,ω為計(jì)算驅(qū)進(jìn)速度(m/s),η為目標(biāo)除塵效率,f為比集塵極面積[m2/(m3/s)],L為電場(chǎng)實(shí)際總長(zhǎng)度(m),a為同極間距(m),v為電場(chǎng)風(fēng)速(m/s)。
經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)電除塵器的工作條件合理選取驅(qū)進(jìn)速度。如計(jì)算驅(qū)進(jìn)速度高于期望值,表明電除塵器規(guī)格偏小;如計(jì)算值不大于期望值,說(shuō)明電除塵器規(guī)格已經(jīng)滿足。由于窯熟料產(chǎn)量提高、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)提升,當(dāng)前計(jì)算出來(lái)的驅(qū)進(jìn)速度常常高于正常選型的取值。但這并不說(shuō)明電除塵器規(guī)格不能滿足。應(yīng)當(dāng)注重的是:煙氣條件是否有利于驅(qū)進(jìn)速度的增大、供電性能是否能夠克服本體老化帶來(lái)的不利影響,本體構(gòu)造是否合理、狀態(tài)是否完好。如果各種條件都有利于除塵過(guò)程的進(jìn)行,驅(qū)進(jìn)速度可取上限(即電除塵器的規(guī)格可小些)。
§8 SP爐窯尾電除塵器達(dá)標(biāo)
SP爐窯尾電除塵器的達(dá)標(biāo)排放卻成為水泥企業(yè)染污治理的一個(gè)難點(diǎn)。實(shí)踐表明:通過(guò)對(duì)供電條件、煙氣條件和本體條件的優(yōu)化改造,即能夠提高電除塵器的除塵效率、實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。在此,通過(guò)大修(改造)使本體達(dá)到完好狀態(tài)是達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ),與此同時(shí),煙氣的合理調(diào)質(zhì)是保證收塵效率的前提,供電質(zhì)量滿足要求是發(fā)揮本體潛力不可或缺的保障。通過(guò)機(jī)械、電氣和煙氣條件三位一體優(yōu)化改造,大多數(shù)SP爐窯尾電除塵器都能夠滿足現(xiàn)行環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),這就是電除塵MEC達(dá)標(biāo)技術(shù)。
§9 結(jié)論
電除塵器要獲得期望的收塵效果,本體及系統(tǒng)狀態(tài)完好是基礎(chǔ),煙氣條件適合、選型合理是前提,供電性能適用和運(yùn)行可靠是保障。超標(biāo)排放的SP爐窯尾電除塵器,可通過(guò)MEC技術(shù)的實(shí)施實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。正確運(yùn)用電收塵MEC技術(shù),絕大多數(shù)現(xiàn)役電收塵器都能滿足當(dāng)前環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),其達(dá)標(biāo)改造的費(fèi)用和運(yùn)行成本均低于電改袋或電袋復(fù)合改造。
參考文獻(xiàn):
①電收塵器(理論 設(shè)計(jì) 使用),劉后啟等,中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1987年10月第一版
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