CN105650630B - 一种复合式煤粉气化燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤粉气化用燃烧设备技术领域,本发明提供的这一种复合式煤粉气化燃烧器,包括集成化通道单元和与集成化通道单元密封并匹配连接的加料单元及基于该装置的控制方法主要包括开工加料及状态操作步骤和与开工加料步骤相配合的检验检测步骤。煤粉通道、开工氧气通道、保护气体通道、冷却水循环通道集成到一个工作单元解决了燃烧器做功结构复杂、设备众多、操作要求高以及工作效能低的问题,优选的集成化和可拆卸结构,使得其生产效率高幅度提高,整体结构,实用性强,安装拆卸方便。达到防止盲目的一站式操作造成的非正常开工,在关键性的每一步都设置调节或和检测步骤,最大程度的保证了操作的正确性。
Description
技术领域
本发明属于煤粉气化用燃烧设备技术领域,具体涉及一种复合式煤粉气化燃烧器。
背景技术
目前用于煤粉气化技术上的燃烧设备主要有以下5种:
(1)壳牌煤气化技术,其特点是点火、开工、工艺运行三个功能分别由三种燃烧设备独立完成,其中工艺运行燃烧设备(通常称为工艺烧嘴)水平安装于炉子周围,均匀分布4支或6支(目前国内已有装置布置方式)。点火燃烧设备(通常称为点火烧嘴或辅助烧嘴)水平安装于炉子侧面,垂直位置与工艺烧嘴相同,具有自动点火和火焰检测功能,并配有独立的执行装置,用于将点火烧嘴推进炉膛和拉出炉膛。其炉膛入口处安装有阀门和密封装置,用于密封此入口。开工燃烧设备(通常称为开工烧嘴或升温烧嘴)在点火烧嘴上方布置,并以一定角度向下伸入炉膛,其中心线与点火烧嘴中心线相交于炉膛内部,开工烧嘴也配有与点火烧嘴相同的执行装置、阀门和密封装置,功能相同。使用时,工艺烧嘴已安装到位,点火烧嘴和开工烧嘴伸入炉膛,两个阀门处于打开位置,点火烧嘴开始工作,点燃开工烧嘴,待炉膛压力提高至规定压力后启动工艺烧嘴,随后点火烧嘴和工艺烧嘴先后退出炉膛,阀门关闭。壳牌技术原理先进,操作方便,但是过程过于繁琐,实际使用问题较多,维护成本相对较大。点火烧嘴才用气体燃料(液化气LPG),开工烧嘴才用液体燃料(柴油),带有两套水冷却***。工艺烧嘴带有一套水冷却***。
(2)科林煤气化技术,其特点是点火、开工和火焰检测功能集成到一直烧嘴上(通常称为点火开工一体化烧嘴,一下简称点火烧嘴),置于炉子顶部中心垂直向下安装,其周围布置三台工艺烧嘴垂直向下安装。其点火烧嘴结构复杂,采用紫外火检,点火燃料气和开工燃料气从同一喷嘴喷出,氧气分别通过两个喷嘴喷出,并带有两套水冷却***。工艺烧嘴结构复杂,为两通道水冷却型,中心通道为氧气通道并带有旋流叶片,环隙通道为煤粉通道,煤粉通道为旋流通道,通过几根金属棒盘旋而成,形状类似弹簧,加工复杂,其外部和内部分别布置一套水冷却***。使用时,首先点燃点火烧嘴,由于点火烧嘴的燃料气喷嘴同时具备点火和升温功能,而两个功能所系的燃料气量不是一个数量级,所以在点火和升温功能切换时存在操作困难的问题,需要实时根据火焰检测器的信号调整,如果操作不好,容易出现熄火等故障,造成安全隐患,此种结构烧嘴的使用寿命与操作水平密切相关,如果点火状态和升温状态不能够快速顺利切换,容易造成烧嘴头的迅速损坏。工艺烧嘴由于是三台烧嘴置于炉顶,加上点火烧嘴一共四台烧嘴,对于炉顶的狭小空间而言,这四台烧嘴的安装和拆卸是比较困难的。其优点在于其操作过程没有了壳牌技术的密封装置、阀门和执行机构,简化了***,但对操作者提出了更高的要求。
(3)西门子GSP煤气化技术,其特点是将点火、开工和工艺运行功能集中于一台烧嘴上(通常称为一体化烧嘴),并且具备类似于科林煤气化技术的火焰检测功能,相比科林技术,其进一步简化了设备的结构,但是对于操作者的要求进一步提高。其中心通道为点火通道(包括燃料气通道和氧气通道),其外配有冷却水***,再往外分别是工艺氧气通道、冷却水***、煤粉通道、冷却水***。其工艺氧气通道出口处配有旋流叶片,煤粉通道有多跟对称分布的煤粉管道旋转盘绕至烧嘴出口,结构相对科林烧嘴简单。使用时,先点火,此时点火通道工作,火焰检测器监控火焰,然后煤通道通入升温燃料气,工艺氧气入口通入氧气,然后煤通道切入煤粉氧气量根据煤粉的通入量调整,随着煤粉量的增加减小煤通道中燃料气的量。西门子GSP煤气化技术在使用过程中没有明显的点火、开工、工艺运行的三个过程,操作起来相当复杂和困难,所以在该装置首次运行时费尽周折。
(4)航天炉HT-L煤气化技术,其结构是在西门子GSP煤气化技术上加以改进而来,其结构比较复杂,与西门子GSP相比较,其缺少火焰检测功能,但是增加了开工通道,使其在操作上大大简化,但是结构复杂,体积较大,成本较高。
(5)西安热工院两段式煤气化技术,其特点相对于壳牌煤气化技术,煤粉通过炉子两个高度位置进入炉膛,两个位置的工艺烧嘴均为水平安装,点火烧嘴和工艺烧嘴的结构和工作方法与壳牌相同。
综上所述现有的煤粉气化烧嘴中,以单一功能为主,点火烧嘴、升温烧嘴、工艺烧嘴三个烧嘴共同使用才能完成工作任务;大多结构过于复杂并设置多层冷却水***,通道层数繁多烧嘴体积大;加之采用单个煤粉进通道稳定性差;无保护蒸汽烧嘴头部易磨损设计;管道之间无空气夹层,热应力朝烧嘴头部释放,影响烧嘴喷口尺寸。
另外现有的燃烧设备是盲目的一站式操作经常造成非正常开工,在关键性的每一步都没有设置调节或和检测步骤,不能保证操作的正确性,会出现因超压或超温造成生产事故以及人身财产损失以及超压、超温对燃烧器本身造成的损害。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中用于煤粉气化用燃烧设备结构复杂、操作繁琐、体积大、对操作员要求高进而维修频繁以致生产效率低下以及盲目式一站操作没有调节或检测步骤带来的非正常操作问题。
为此,本发明提供了一种复合式煤粉气化燃烧器,包括集成化通道单元和与集成化通道单元密封并匹配连接的加料单元,所述集成化通道单元包括点火中心通道和至少三个围绕所述点火中心通道并且依次同轴设置的煤粉通道、开工氧气通道、保护气体通道、冷却水循环通道;所述冷却水循环通道包括冷却水流入通道和与冷却水流入通道连通冷却水流出通道;
所述加料单元包括与所述点火中心通道、煤粉通道、开工氧气通道、保护气体通道、分别匹配的第一点火中心通道、第一煤粉通道、第一氧气通道、第一保护气体通道、第一开工氧气通道。
进一步的,所述集成化通道单元具有连接端,该连接端端口处制有连接法兰;所述集成化通道单元与连接端对应的另一端具有工作端;所述连接法兰向工作端端口方向延伸的管壁上依次设置冷却水入口和与冷却水入口对称设置的冷却水出口、安装法兰;所述冷却水入口和冷却水出口分别对应连通冷却水流入通道和冷却水流出通道。
进一步的,所述加料单元还包括与连接法兰通过螺栓连接的第一连接法兰;所述加料单元与第一连接法兰对应的另一端具有点火端;所述第一连接法兰与点火端之间的外壁上依次设置有与第一点火中心通道、第一煤粉通道、第一氧气通道、第一保护气体通道分别匹配连通的保护气体入口、开工氧气入口、粉煤入口、点火气体入口单元;
所述点火气体入口单元具有与第一点火中心通道连通的点火空气入口、点火燃气入口以及点火单元;所述点火单元具有点火口和火焰检测接线柱。
进一步的,所述工作端中心具有工作口;所述工作口向集成化通道单元内呈喇叭口设置;所述点火中心通道、煤粉通道、氧气通道、保护气体通道分别制有向工作口无线延伸的点火锥形口、粉煤锥形口、氧气锥形口、保护气体锥形口,其中点火锥形口沿点火中心通道管壁向点火中心通道中心轴方向倾斜;所述粉煤锥形口、氧气锥形口、保护气体锥形口沿其各自的管壁渐缩至工作口;
所述冷却水流入通道在工作口的管段通过过度管与冷却水流出通道贯通。
进一步的,所述保护气体入口、开工氧气入口分别垂直于加料单元外壁设置;所述粉煤入口至少有两个并与加料单元外壁呈30°-60°夹角对称设置;所述点火空气入口、点火燃气入口分别位于加料单元下方并与加料单元外壁垂直设置。
进一步的,所述粉煤锥形口、氧气锥形口、保护气体锥形口分别通过流变管一与煤粉通道、开工氧气通道、保护气体通道;所述冷却水循环通道在工作端处设置有呈迷宫式的蓄水缓冲区;所述冷却水流入通道位于冷却水流出通道的内侧,该冷却水流入通道和冷却水流出通道分别通过流变管二与蓄水缓冲区连通。
进一步的,所述冷却水流入通道与保护气体通道之间设有空气夹层。
进一步的,所述氧气通道入口处设有组合密封。
为进一步的使本发明的燃烧器发挥更好的使用效果,采用一种复合式煤粉气化燃烧器的控制方法,包括以下步骤:
(1)向中心通道通入点火燃料气体和点火空气,同时启动电子打火;
(2)给保护气体通道和开工氧气通道分别通入开工燃料气和开工氧气;
(3)对开工燃气和开工氧气进行试压调节;
(4)给粉煤通道和开工氧气通道分别通入煤粉和工艺氧气;
(5)关闭开工燃料气和开工氧气;
(6)给开工燃料气通道通入保护气体;
(7)关闭点火燃料气体和点火空气;
(8)给点火通道通入保护气体;
(9)定时停车。
所述步骤(1)包括:
(1.1)火焰检测的步骤,若没有点火则关闭点火燃料气和点火空气;
所述步骤(2)包括:
(2.1)火焰检测的步骤,若没有点火则关闭开工燃料气和开工氧气,同时关闭点火燃料气和点火空气;
所述步骤(3)包括:
(3.1)火焰检测的步骤,若没有点火则关闭开工燃料气和开工氧气,同时关闭点火燃料气和点火空气;
(3.2)检测炉膛温度和压力是否在标准范围内,若没有则重新调整。
本发明的技术效果和优点如下:
本发明提供的这一种复合式煤粉气化燃烧器,包括集成化通道单元和与集成化通道单元密封并匹配连接的加料单元及基于该装置的控制方法主要包括开工加料及状态操作步骤和与开工加料步骤相配合的检验检测步骤。达到防止盲目的一站式操作造成的非正常开工,在关键性的每一步都设置调节或和检测步骤,最大程度的保证了操作的正确性,防止因超压或超温造成生产事故以及人身财产损失以及超压、超温对燃烧器本身造成的损害;结合自身的集成化结构参照图1-3;节省了操作人员和操作的时间成本,不但简化了操作步骤,而且提高了操作的安全性和燃烧器的使用效率
优选点火中心通道、煤粉通道、开工氧气通道、保护气体通道、冷却水循环通道集成到一个工作单元解决了燃烧器做功结构复杂、设备众多、操作要求高以及工作效能低的问题,优选的集成化和可拆卸结构,使得其生产效率高幅度提高,整体结构,实用性强,安装拆卸方便。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的集成化通道单元工作端放大示意图。
图3是本发明的加料单元部分放大示意图。
图4是本发明的工作流程示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
实施例:
本发明提供了一种如图1、2、3、4所示的复合式煤粉气化燃烧器,包括集成化通道单元1和与集成化通道单元1密封并匹配连接的加料单元2,所述集成化通道单元1包括点火中心通道1.1和至少三个围绕所述点火中心通道1.1并且依次同轴设置的煤粉通道1.2、开工氧气通道1.3、保护气体通道1.4、冷却水循环通道1.5;所述冷却水循环通道1.5包括冷却水流入通道1.51和与冷却水流入通道1.51连通冷却水流出通道1.52;
所述加料单元2包括与所述点火中心通道1.1、煤粉通道1.2、开工氧气通道1.3、保护气体通道1.4分别匹配的第一点火中心通道2.1、第一煤粉通道2.2、第一氧气通道2.3、第一保护气体通道2.4。
进一步的,所述集成化通道单元1具有连接端1.6,该连接端1.6端口处制有连接法兰1.7;所述集成化通道单元1与连接端1.6对应的另一端具有工作端1.8;所述连接法兰1.7向工作端1.8端口方向延伸的管壁上依次设置冷却水入口1.511和与冷却水入口1.511对称设置的冷却水出口1.521、安装法兰1.9;所述冷却水入口1.511和冷却水出口1.521分别对应连通冷却水流入通道1.51和冷却水流出通道1.52。
进一步的,所述加料单元2还包括与连接法兰1.7通过螺栓连接的第一连接法兰2.7;所述加料单元2与第一连接法兰2.7对应的另一端具有点火端2.5;所述第一连接法兰2.7与点火端2.5之间的外壁上依次设置有与第一点火中心通道2.1、第一煤粉通道2.2、第一氧气通道2.3、第一保护气体通道2.4分别匹配连通的保护气体入口2.41、开工氧气入口2.31、粉煤入口2.21、点火气体入口单元2.11;
所述点火气体入口单元2.11具有与第一点火中心通道2.1连通的点火空气入口2.110、点火燃气入口2.111以及点火单元2.112;所述点火单元2.112具有点火口2.112a和火焰检测接线柱2.112b。
进一步的,所述工作端1.8中心具有工作口1.81;所述工作口1.81向集成化通道单元1内呈喇叭口设置;所述点火中心通道1.1、煤粉通道1.2、开工氧气通道1.3、保护气体通道1.4分别制有向工作口无线延伸的点火锥形口1.1a、粉煤锥形口1.2a、氧气锥形口1.3a、保护气体锥形口1.4a,其中点火锥形口1.1a沿点火中心通道1.1管壁向点火中心通道1.1中心轴方向倾斜;所述粉煤锥形口1.2a、氧气锥形口1.3a、保护气体锥形口1.4a沿其各自的管壁渐缩至工作口1.81;
所述冷却水流入通道1.51在工作口1.81的管段通过过度管1.51a与冷却水流出通1.52道贯通。
进一步的,所述保护气体入口2.41、开工氧气入口2.31分别垂直于加料单元2外壁设置;所述粉煤入口2.21至少有两个并与加料单元2外壁呈30°-50°夹角对称设置;所述点火空气入口2.110、点火燃气入口2.111分别位于加料单元2下方并与加料单元2外壁垂直设置。
进一步的,所述粉煤锥形口1.2a、氧气锥形口1.3a、保护气体锥形口1.4a分别通过流变管一1.20与煤粉通道1.2、开工氧气通道1.3、保护气体通道1.4;所述冷却水循环通道1.5在工作端1.8处设置有呈迷宫式的蓄水缓冲区1.21;所述蓄水缓冲区由迷宫式薄壁筋构成;所述冷却水流入通道1.51位于冷却水流出通道1.52的内侧,该冷却水流入通道1.51和冷却水流出通道1.52分别通过流变管二1.22与蓄水缓冲区1.21连通。
进一步的,所述冷却水流入通道1.51与保护气通道1.4之间设有空气夹层1.23。
进一步的,所述开工氧气通道入口2.31处设有组合密封1.24。
具体的说本发明解决了以下问题:
该一种复合式煤粉气化燃烧器将点火烧嘴、升温烧嘴、工艺烧嘴集成一体,减少了烧嘴个数、节约了烧嘴制作成本、起到了环保作用;同时,简化了烧嘴拆装步骤、缩短了拆装时间。
该一种复合式煤粉气化燃烧器的开工氧气/工艺氧气通道和保护气体/开工燃料气通道实现了单通道多通途,在很大程度上减小了烧嘴体积。
该一种复合式煤粉气化燃烧器的冷却***在烧嘴头部采用迷宫式薄壁筋,流道长度短、回转角度小,不仅克服了死区的存在,而且冷却水沿程损失局部损失小。
该一种复合式煤粉气化燃烧器的煤粉通道采用双入口燃料(煤粉),如一条燃料管路出现故障,并不影响烧嘴燃料的供给,提高了烧嘴的可靠性。
该一种复合式煤粉气化燃烧器增加了保护气体/开工燃料气通道,提供保护气体增大了煤粉燃烧区域与烧嘴头部的距离,有效的保护了烧嘴头部、进而增加了烧嘴寿命。
该一种复合式煤粉气化燃烧器在保护气体/开工燃料气通道与冷却***中间设置了空气夹层,可有效释放冷却引起的热应力,减小变形。
本发明科学的将点火中心通道、煤粉通道、开工氧气通道、保护气体通道、冷却水循环通道集成到一个工作单元解决了燃烧器做功结构复杂、设备众多、操作要求高以及工作效能低的问题,优选的集成化和可拆卸结构,使得其生产效率高幅度提高,整体结构,实用性强,安装拆卸方便。
实施例2:结合附图1-4描述。
如图4所示,并且参照附图1-3;一种复合式煤粉气化燃烧器的控制方法,包括以下步骤:
(1)向中心通道通入点火燃料气体和点火空气,同时启动电子打火;
(2)给保护气体通道和开工氧气通道分别通入开工燃料气和开工氧气;
(3)对开工燃气和开工氧气进行试压调节;
(4)给粉煤通道和开工氧气通道分别通入煤粉和工艺氧气;
(5)关闭开工燃料气和开工氧气;
(6)给开工燃料气通道通入保护气体;
(7)关闭点火燃料气体和点火空气;
(8)给点火通道通入保护气体;
(9)定时停车。
进一步的,所述步骤(1)包括:
(1.1)火焰检测的步骤,若没有点火则关闭点火燃料气和点火空气;
所述步骤(2)包括:
(2.1)火焰检测的步骤,若没有点火则关闭开工燃料气和开工氧气,同时关闭点火燃料气和点火空气;
所述步骤(3)包括:
(3.1)火焰检测的步骤,若没有点火则关闭开工燃料气和开工氧气,同时关闭点火燃料气和点火空气;
(3.2)检测炉膛温度和压力是否在标准范围内,若没有则重新调整。
参照图4本实施例采用了复合式煤粉气化燃烧器使得操作更便于集中,加之在步骤向中心通道通入点火燃料气体和点火空气,同时启动电子打火;后对其实施情况进行检验和在给保护气体通道和开工氧气通道分别通入开工燃料气和开工氧气后对其进行实施后进行检验以及对开工燃气和开工氧气进行试压调节后进行温度和压力的检测;达到防止盲目的一站式操作造成的非正常开工,在关键性的每一步都设置调节或和检测步骤,最大程度的保证了操作的正确性,防止因超压或超温造成生产事故以及人身财产损失以及超压、超温对燃烧器本身造成的损害;结合自身的集成化结构参照图1-3;节省了操作人员和操作的时间成本,不但简化了操作步骤,而且提高了操作的安全性和燃烧器的使用效率。
综上所述本发明的烧嘴能够实现自动点火功能,火焰检测功能,开工功能和工艺运行功能于一体,并且与相同烧嘴出力条件下和相同功能的其它现有烧嘴相比较,本专利产品具有尺寸小(通过同一通道多个用途来实现多个操作功能),结构简单,只需一套冷却***,能耗低,使用寿命长,造价低,更加安全稳定可靠。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明,并不构成对本发明的保护范围的限制,凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种复合式煤粉气化燃烧器,包括集成化通道单元和与集成化通道单元密封并匹配连接的加料单元,其特征在于,所述集成化通道单元包括点火中心通道和至少三个围绕所述点火中心通道并且依次同轴设置的煤粉通道、开工氧气通道、保护气体通道、冷却水循环通道;所述冷却水循环通道包括冷却水流入通道和与冷却水流入通道连通冷却水流出通道;
所述加料单元包括与所述点火中心通道、煤粉通道、开工氧气通道、保护气体通道、分别匹配的第一点火中心通道、第一煤粉通道、第一氧气通道、第一保护气体通道、第一开工氧气通道;
所述集成化通道单元具有连接端,该连接端端口处制有连接法兰;所述集成化通道单元与连接端对应的另一端具有工作端;所述连接法兰向工作端端口方向延伸的管壁上依次设置冷却水入口和与冷却水入口对称设置的冷却水出口、安装法兰;所述冷却水入口和冷却水出口分别对应连通冷却水流入通道和冷却水流出通道;
所述加料单元还包括与连接法兰通过螺栓连接的第一连接法兰;所述加料单元与第一连接法兰对应的另一端具有点火端;所述第一连接法兰与点火端之间的外壁上依次设置有与第一点火中心通道、第一煤粉通道、第一氧气通道、第一保护气体通道分别匹配连通的保护气体入口、开工氧气入口、粉煤入口、点火气体入口单元;
所述点火气体入口单元具有与第一点火中心通道连通的点火空气入口、点火燃气入口以及点火单元;所述点火单元具有点火口和火焰检测接线柱。
2.如权利要求1所述的复合式煤粉气化燃烧器,其特征在于,所述工作端中心具有工作口;所述工作口向集成化通道单元内呈喇叭口设置;所述点火中心通道、煤粉通道、氧气通道、保护气体通道分别制有向工作口无线延伸的点火锥形口、粉煤锥形口、氧气锥形口、保护气体锥形口,其中点火锥形口沿点火中心通道管壁向点火中心通道中心轴方向倾斜;所述粉煤锥形口、氧气锥形口、保护气体锥形口沿其各自的管壁渐缩至工作口;
所述冷却水流入通道在工作口的管段通过过度管与冷却水流出通道贯通。
3.如权利要求1所述的复合式煤粉气化燃烧器,其特征在于,所述保护气体入口、开工氧气入口分别垂直于加料单元外壁设置;所述粉煤入口至少有一个并与加料单元外壁呈20°-60°夹角对称设置;所述点火空气入口、点火燃气入口分别位于加料单元下方并与加料单元外壁垂直设置。
4.如权利要求3所述的复合式煤粉气化燃烧器,其特征在于,所述粉煤锥形口、氧气锥形口、保护气体锥形口分别通过流变管一与煤粉通道、开工氧气通道、保护气体通道;所述冷却水循环通道在工作端处设置有呈迷宫式的蓄水缓冲区;所述冷却水流入通道位于冷却水流出通道的内侧,该冷却水流入通道和冷却水流出通道分别通过流变管二与蓄水缓冲区连通。
5.如权利要求1-4任意之一所述的复合式煤粉气化燃烧器,其特征在于,所述冷却水流入通道与保护气体通道之间设有空气夹层。
6.如权利要求1-4任意之一所述的复合式煤粉气化燃烧器,其特征在于,所述氧气通道入口处设有组合密封。
7.一种如权利要求1-6任意之一所述的复合式煤粉气化燃烧器的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)向中心通道通入点火燃料气体和点火空气,同时启动电子打火;
(2)给保护气体通道和开工氧气通道分别通入开工燃料气和开工氧气;
(3)对开工燃气和开工氧气进行试压调节;
(4)给粉煤通道和开工氧气通道分别通入煤粉和工艺氧气;
(5)关闭开工燃料气和开工氧气;
(6)给开工燃料气通道通入保护气体;
(7)关闭点火燃料气体和点火空气;
(8)给点火通道通入保护气体;
(9)定时停车。
8.如权利要求7所述的控制方法,其特征在于,
所述步骤(1)包括:
(1.1)火焰检测的步骤,若没有点火则关闭点火燃料气和点火空气;
所述步骤(2)包括:
(2.1)火焰检测的步骤,若没有点火则关闭开工燃料气和开工氧气,同时关闭点火燃料气和点火空气;
所述步骤(3)包括:
(3.1)火焰检测的步骤,若没有点火则关闭开工燃料气和开工氧气,同时关闭点火燃料气和点火空气;
(3.2)检测炉膛温度和压力是否在标准范围内,若没有则重新调整。
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