JP4059100B2 - ボイラの監視方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、停止中のボイラへ煙道内の排ガスが逆流するのを防止するためのボイラの監視方法およびその装置に関するものである。とくに、この発明は、ボイラを複数台設置し、各ボイラからの排ガスを集合煙道を介して排出する構成のボイラの多管設置システムにおいて、停止中のボイラへ他のボイラの排ガスが逆流するのを防止するためのボイラの監視方法およびその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、ボイラを複数台,並列に設置し、負荷の状況に応じて、これらのボイラの燃焼台数を予め設定した優先順位にしたがって自動的に制御するようにしたボイラの多缶設置システムが実施されている。この多缶設置システムにおいては、設備のコストを低減するため、集合煙道が設けられている。この集合煙道は、前記各ボイラの煙道を集合させて1つの煙道に纏めた構成になっており、前記各ボイラからの排ガスは、前記集合煙道内に集まり、前記集合煙道に接続された1本の煙突を介して屋外へ排出されるようになっている。
【0003】
ところで、前記多缶設置システムにおいては、負荷に応じた必要台数分のボイラを燃焼させているため、前記各ボイラのうちの一部のボイラが停止している状態が発生する。この場合、燃焼中のボイラにおいては、炉内の圧力が上昇するので、前記ボイラの排ガスは圧力の低い集合煙道へ流入し、煙突を介して屋外へ排出される。しかし、停止中のボイラにおいては、炉内の圧力が上昇することはなく、前記集合煙道内の圧力が炉内の圧力よりも高くなるので、前記集合煙道内の排ガスが炉内へ逆流する。
【0004】
前記のように、前記ボイラへ排ガスが逆流した場合、この排ガスはバーナ部分から送風機を通って前記ボイラの外部,すなわちボイラ室内へ流出し、このボイラ室内の環境を汚染してしまうと云う問題が発生する。また、排ガス中の水分が凝縮し、この凝縮水が前記ボイラの缶体に付着すると、この缶体が腐食すると云う問題が発生する。さらに、凝縮水が点火装置に付着すると、着火不良が発生すると云う問題が発生する。
【0005】
そこで、このような問題を解消するため、前記多缶設置システムにおいては、待機中のボイラについても送風機を作動させ、ボイラの炉内をパージすることで、排ガスの逆流を防止するようにした構成が提案されている(たとえば、特許文献1および特許文献2参照)。この構成では、待機中のボイラにおける炉内の圧力が所定圧力以上となるように、前記送風機を予め設定した送風量で運転するようになっている。
【0006】
【特許文献1】
特開2001−132940号公報
【特許文献2】
特開平10−169904号公報
【0007】
ところで、前記多缶設置システムにおいては、待機中のボイラにおける熱ロスを最小限に抑えるため、前記集合煙道の圧力より炉内の圧力がわずかに高くなるように、前記送風機の送風量を設定している。そのため、前記ボイラの燃焼台数の変化や、その他の要因によって前記集合煙道の圧力が増加すると、前記送風機を運転しているにも拘らず、排ガスが逆流することがあった。しかし、前記多缶設置システムにおいては、前記パージが適切に行われているか否かを監視していないため、排ガスの逆流が確実に防止されているか否かが分らなかった。そのため、前記多缶設置システムにおいて、排ガスの逆流による前記のような諸問題を完全に解決することができていなかった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題は、待機中のボイラにおけるパージを確実に監視することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、バーナと、このバーナへ燃焼用空気を供給する送風機と、排ガスの排出部とを備え、負荷に応じて前記バーナの燃焼と停止とを行い、前記バーナの停止中、前記送風機を作動させてパージを行うボイラの監視方法において、前記バーナの停止中、前記送風機から前記排出部に至る通風経路内の空気の流れを前記送風機と前記バーナとの間に設けたダンパの前後の差圧によって検出することにより、前記パージを監視することを特徴としている。
【0010】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記バーナの最小燃焼時の送風量よりも少ない送風量でパージを行うことを特徴としている。
【0012】
請求項3に記載の発明は、バーナと、このバーナへ燃焼用空気を供給する送風機と、排ガスの排出部と、前記送風機から前記排出部に至る通風経路内に設けられたダンパと、前記通風経路における前記ダンパの前後の差圧を検出する差圧検出手段と、前記バーナの停止中、前記送風機を作動させてパージを行うとともに、前記差圧検出手段によって前記通風経路内の空気の流れを検出することにより、前記パージを監視する制御器とを含むことを特徴としている。
【0013】
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記バーナ8の最小燃焼時の送風量よりも少ない送風量で前記パージを行うことを特徴としている。
【0015】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明は、バーナと、このバーナへ燃焼用空気を供給する送風機と、排ガスの排出部とを備え、負荷に応じて前記バーナの燃焼と停止とを行い、前記バーナの停止中、前記送風機を作動させてパージを行うように制御されるボイラにおいて、好適に実施することができる。また、この発明は、とくに前記ボイラが、複数台並列に設置されている多缶設置システムにおいて好適に実施することができる。
【0016】
ここにおいて、前記多缶設置システムは、前記各ボイラの煙道を集合させて1つの煙道に纏めた集合煙道を備えた構成である。また、前記ボイラは、蒸気ボイラ,温水ボイラ,排熱ボイラなどのボイラのほか、給湯器,吸収式冷凍機の再熱器などを含んでいる。
【0017】
まず、この発明の監視方法は、前記バーナの停止中、前記送風機から前記排出部へ至る通風経路内の空気の流れを検出することにより、前記パージを監視するようにした監視方法である。すなわち、前記ボイラの停止中、前記通風経路内の空気の流れを監視することによって、前記パージが正常に行われているか否かを監視している。したがって、前記送風機から前記排出部への空気の流れが検出されれば、前記パージが確実に行われており、排ガスの逆流が発生していないと判断することができる。一方、前記送風機から前記排出部への空気の流れが検出されない場合は、前記パージが不充分であり、排ガスの逆流が発生しているか、または排ガスが前記ボイラの炉内に滞留していると判断することができる。そして、前記パージが不充分であると判断された場合は、適宜の報知手段によって、その旨の報知を行う。
【0018】
以上のように、この監視方法によれば、前記バーナの停止中、前記通風経路内の空気の流れを検出することにより、前記パージが正常に行われ、逆流が防止できているかを確実に監視することができる。
【0019】
この監視方法において、前記通風経路内の空気の流れは、前記通風経路における差圧に基づいて検出する。すなわち、前記通風経路内における空気の流れ方向の差圧を検出する。空気が前記通風経路を流れる際には、前記通風経路による圧力損失によって下流側ほど圧力(静圧)が減少する。そこで、前記通風経路内における差圧を検出することにより、空気の流れを簡単な装置で確実に検出することができる。
【0020】
また、この監視方法において、前記通風経路内の差圧の検出は、好ましくは、前記通風経路内における前記送風機と前記バーナとの間に設けた絞り手段の前後(すなわち、上流側と下流側)における差圧を検出するように構成する。このように、前記絞り手段を設けると、前記絞り手段によって圧力損失が増加し、前記絞り手段の前後における差圧が拡大されるので、前記通風経路内の空気の流れをより確実に検出することができる。
【0021】
この構成は、前記バーナの停止時、熱ロスを最小限に抑えるため、前記バーナの最小燃焼時の送風量よりも少ない送風量(以下、「最小送風量」と云う)でパージを行うように制御されるボイラにおいて、好適である。前記バーナの最小燃焼量時とは、前記バーナの制御上、もっとも少ない燃焼量である。前記バーナが、たとえば高燃焼,低燃焼および停止の三位置で燃焼量を制御する,いわゆる三位置制御式の燃焼制御の場合、前記最小燃焼量時は、前記低燃焼時である。このように、前記最小送風量でパージを行う場合、前記通風経路内を流れる空気の流量が減少するので差圧が小さくなるが、前記絞り手段によって差圧を拡大することにより、前記通風経路内の空気の流れを確実に検出することができる。
【0022】
つぎに、この発明の監視装置について説明する。この発明の監視装置は、バーナと、このバーナへ燃焼用空気を供給する送風機と、排ガスの排出部と、前記送風機から前記排出部に至る通風経路内の空気の流れ検出手段と、前記バーナの停止中、前記送風機を作動させてパージを行うとともに、前記流れ検出手段によって前記通風経路内の空気の流れを検出することにより、前記パージを監視する制御器とを含んでいる。
【0023】
前記流れ検出手段は、前記通風経路内において、空気が前記送風機から前記排出部へ流れていることを検出するための手段である。前記流れ検出手段としては、前記通風経路を流れる空気の差圧に基づいて、空気の流れを検出する差圧検出手段とすることができる。この差圧検出手段としては、差圧スイッチやフローセンサを用いることができる。
【0024】
前記監視装置においては、前記バーナの停止中、前記流れ検出手段によって前記通風経路内の空気の流れを検出することにより、前記パージが正常に行われ、逆流が防止できているかを確実に監視することができる。そのため、前記パージが不充分である場合、その対応を迅速に行って、逆流に起因する不具合の発生を未然に防止することができる。
【0025】
ここにおいて、前記流れ検出手段として前記差圧スイッチなどの差圧検出手段を用いる場合、前記送風機と前記バーナとの間の前記通風経路内に絞り手段を設け、この絞り手段の前後の差圧を検出するように前記差圧検出手段を取り付ける。前記絞り手段としては、ダンパなどの流路断面積を絞る公知の手段である。
【0026】
前記のように、前記絞り手段を設けると、前記絞り手段によって圧力損失が増加し、前記絞り手段の前後における差圧が拡大されることとなる。そのため、前記絞り手段の前後における差圧を前記差圧検出手段で検出するようにすると、差圧の変化を確実に検出することができるので、前記通風経路内の空気の流れを確実に検出することができる。
【0027】
この構成は、前記バーナの停止時、熱ロスを最小限に抑えるため、前記送風機を前記最小送風量で作動させることにより前記パージを行うように制御されるボイラにおいて、好適である。前記最小送風量でパージを行う場合、前記のように、前記通風経路内を流れる空気の流量が減少するので差圧が小さくなるが、前記絞り手段によって差圧を拡大することにより、前記通風経路内の空気の流れを確実に検出することができる。ここで、前記送風機を前記最小送風量で作動させる場合、前記送風機は、前記送風機の回転数を調整することによって、前記送風機からの送風量を調整する送風量調整手段を介して駆動されるように構成する。この送風量調整手段としては、インバータ装置や電圧調整器などがある。
【0028】
【実施例】
以下、この発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、この発明の監視装置の一実施例の概略構成図であり、図2は、この発明を実施するボイラの多缶設置システムの概略構成の説明図である。ここで、この実施例のボイラは、蒸気ボイラであって、主バーナと、主バーナへの点火用の小容量のバーナ(以下、「点火用バーナ」と云う)とを備えている。前記蒸気ボイラにおいては、前記主バーナの燃焼量を高燃焼,低燃焼および停止の三位置で制御する,いわゆる三位置制御式の燃焼制御が採用されている。また、この実施例において、前記ボイラは、複数台並列に設置された多缶設置システムにおけるボイラであり、これらのボイラは、前記多缶設置システムへの負荷に応じて燃焼台数が制御される,いわゆる台数制御方式によって制御されるようになっている。
【0029】
まず、図2を参照しながら、ボイラの多缶設置システムについて説明する。図2に示すボイラの多缶設置システムにおいては、4台のボイラ1,1,…が並列に設置されている。これらの各ボイラ1は、個別に制御器2,2,…を備えている。前記各ボイラ1からの蒸気は、共通のスチームヘッダ(図示省略)に一旦集められた後、このスチームヘッダから蒸気使用機器(図示省略)へ供給されるようになっている。また、前記各ボイラ1は、煙道3,3,…をそれぞれ備えており、これらの各煙道3は、水平方向に配置された集合煙道4にそれぞれ接続されている。この集合煙道4の下流端には、煙突5が接続されている。したがって、前記各ボイラ1からの排ガスは、前記各煙道3を介して前記集合煙道4内に集まり、前記煙突5を介して屋外へ排出される。
【0030】
そして、前記各ボイラ1の燃焼台数および燃焼量は、負荷の状況,すなわち前記蒸気使用機器における蒸気使用量に応じて制御されるようになっている。すなわち、前記各ボイラ1の燃焼台数および燃焼量は、台数制御装置(図示省略)により、前記スチームヘッダ内の蒸気圧に応じて、予め設定された優先順位にしたがって自動的に制御されるようになっている。
【0031】
また、前記多缶設置システムにおいては、待機中のボイラ1の送風機を稼動させ、パージを行うことにより、待機中のボイラ1への排ガスの逆流を防止する。このパージの際の前記送風機の送風量は、待機中のボイラ1における省エネルギー化のため、低燃焼時における送風量(以下、「低燃焼時送風量」と云う)よりも少ない送風量(以下、「最小送風量」と云う)としている。
【0032】
つぎに、図1を参照しながら、ボイラの基本構成について説明する。図1において、ボイラ1は、多数の伝熱管6,6,・・・を有する缶体7と、主バーナ8と、点火用バーナ9と、前記各バーナ8,9へ燃焼用空気を供給するための送風機10とを備えている。
【0033】
前記缶体7の左側面には、前記主バーナ8が設けられており、また前記缶体7の右側面は、排ガスの排出部11となっている。そして、前記缶体7内には、前記主バーナ8からの燃料ガスを燃焼させながら、前記各伝熱管6内の水と熱交換を行うためのガス通路12が形成されている。
【0034】
前記主バーナ8は、平面状の燃焼面(予混合気の噴出面)を有する完全予混合式のバーナである。前記主バーナ8と前記送風機10との間には、前記送風機10からの燃焼用空気を前記主バーナ8へ供給するための第一空気流路13が設けられている。この第一空気流路13は、前記送風機10から前記排出部11に至る通風経路14の一部を構成している。また、前記主バーナ8には、前記主バーナ8へ燃料ガスを供給するための第一燃料供給ライン(図示省略)が接続されている。ここにおいて、前記各バーナ8,9には、火炎の有無を検出するための火炎検出器(図示省略)が個別に設けられており、前記点火用バーナ9への点火時、前記主バーナ8用の火炎検出器からの火炎検出信号を無効とすることで、前記点火用バーナ9の火炎による誤検出を防止するようにしている。
【0035】
前記第一空気流路13には、前記第一空気流路13の流路断面積を調整する絞り手段としてのダンパ15が設けられている。このダンパ15は、前記主バーナ8の燃焼時には、図1に点線で示す燃焼位置Aに制御され、前記主バーナ8の点火時には、図1に実線で示す点火位置Bに制御される。ここで、前記ダンパ15が前記点火位置Bにあるときは、前記燃焼位置Aに比べ、前記第一空気流路13の流路断面積が絞られるので、圧力損失が増加し、前記ダンパ15の前後における差圧が増加することとなる。
【0036】
前記点火用バーナ9は、前記主バーナ8の燃焼面の上端側に設けられている。前記点火用バーナ9と前記送風機10との間には、前記送風機10からの燃焼用空気を前記点火用バーナ9へ供給するための第二空気流路16が設けられている。また、前記点火用バーナ9には、前記点火用バーナ9へ燃料ガスを供給するための第二燃料供給ライン(図示省略)が接続されている。
【0037】
前記送風機10には、送風量調整手段としてのインバータ装置17が接続されている。このインバータ装置17は、前記送風機10への供給電力の周波数を調整し、前記送風機10の回転数を調整することによって、送風量を調整することができるようになっている。
【0038】
そして、前記送風機10,前記ダンパ15および前記インバータ装置17は、回線18を介してそれぞれ前記制御器2に接続されている。前記制御器2は、前記ボイラ1の負荷に基づいて、前記送風機10,前記ダンパ15および前記インバータ装置17を制御するとともに、前記各燃料供給ラインから前記各バーナ8,9への燃料ガスの供給を制御するように構成されている。これらの制御内容は、前記制御器2にソフトウェアとして記憶させてある。
【0039】
以上の構成において、前記制御器2による前記ボイラ1の概略動作は、以下の通りである。まず、前記台数制御装置(図示省略)からの指令により、前記ボイラ1を起動する際には、前記送風機10を起動させ、プレパージを行う。このプレパージは、前記送風機10を前記主バーナ8の高燃焼量に対応する送風量(以下、「高燃焼時送風量」と云う)で作動させ、前記ダンパ15を前記燃焼位置Aとした状態で行う。
【0040】
プレパージ終了後、前記主バーナ8を燃焼させる際には、まず前記点火用バーナ9の点火を行う。前記点火用バーナ9の点火を行う際には、前記送風機10を前記高燃焼時送風量で作動させたまま、前記ダンパ15を前記点火位置Bへ移動させる。そして、この状態で、前記点火用バーナ9へ燃料ガスを供給し、前記点火用バーナ9への点火手段(図示省略)を作動させることにより、前記点火用バーナ9の点火を行う。
【0041】
前記点火用バーナ9の点火後、前記主バーナ8へ燃料ガスを供給することにより、前記主バーナ8は、前記点火用バーナ9によって点火され、燃焼を開始する。そして、前記主バーナ8へ点火してから、所定時間経過後、前記送風機10を前記低燃焼時送風量で作動させるとともに、前記ダンパ15の位置を前記燃焼位置Aとする。
【0042】
そして、これ以後、前記ダンパ15を前記燃焼位置Aとした状態のまま、前記台数制御装置からの指令に応じて、前記送風機10の送風量および前記主バーナ8への燃料供給量を調整することにより、前記主バーナ8を高燃焼,低燃焼および停止の三位置で制御する。ここで、前記主バーナ8を一旦点火させた後、前記主バーナ8が停止した状態では、前記主バーナ8は、前記台数制御装置からの指令によって、燃焼要求があれば燃焼を再開するようになっている。すなわち、前記主バーナ8は、燃焼要求に基づく燃焼再開のための待機状態となっている。この待機状態においては、前記各バーナ8,9は停止状態となっている。
【0043】
ここにおいて、プレパージから前記主バーナ8の点火後所定時間経過するまでの前記送風機10および前記ダンパ15の制御は、つぎの制御内容とすることもできる。すなわち、まずプレパージを開始する際には、前記送風機10を前記高燃焼時送風量と前記低燃焼時送風量との間の送風量で作動させるとともに、前記ダンパ15を前記燃焼位置Aに位置させる。つぎに、前記点火用バーナ8に点火する際は、前記送風機10を前記高燃焼時送風量と前記低燃焼時送風量との間の送風量で作動させるとともに、前記ダンパ15を前記点火位置Bに位置させる。つぎに、前記主バーナ8の点火から所定時間経過後、前記送風機10を前記低燃焼時送風量で作動させるとともに、前記ダンパ15を前記燃焼位置Aに位置させる。
【0044】
つぎに、この実施例の監視装置について、図1を参照しながら説明する。この実施例において、前記第一空気流路13には、前記ダンパ15の前後の差圧を検出する差圧検出手段として差圧スイッチ19が設けられている。この差圧スイッチ19には、第一導管20および第二導管21の一端がそれぞれ接続されている。前記第一導管20の他端は、前記第一空気流路13における前記ダンパ15の上流側に接続されており、前記第二導管21の他端は、前記第一空気流路13における前記ダンパ15の下流側に接続されている。そして、前記各導管20,21を介して前記第一空気流路13における前記ダンパ15の前後での静圧の差,すなわち差圧を前記差圧スイッチ19によって検出するように構成されている。
【0045】
前記差圧スイッチ19は、回線18を介して前記制御器2に接続されている。前記差圧スイッチ19は、前記ダンパ15の上流側に対する前記ダンパ15の下流側の差圧が所定値以上のとき、オン信号を前記制御器2へ出力し、前記差圧が前記所定値未満のとき、オフ信号を前記制御器2へ出力する。
【0046】
また、前記制御器2には、前記差圧スイッチ19からの信号に基づいて、前記送風機10によるパージが不充分である旨の報知を行うための報知手段22を備えている。この報知手段22は、この実施例においては、警告ランプである。
【0047】
そして、前記差圧スイッチ19の出力に基づく前記ボイラ1の監視と、この監視結果に基づく制御内容も、前記制御器2にソフトウェアとして記憶させてある。
【0048】
つぎに、この実施例の前記ボイラ1の監視について、図1および図2を参照しながら前記制御器2の制御内容とともに説明する。まず、前記主バーナ8が待機状態となったとき、前記制御器2は、前記送風機10の送風量を前記最小送風量とし、この状態で前記送風機10の運転を継続する。また、このとき、前記制御器2は、前記ダンパ15を前記点火位置Bに移動させる。この状態では、前記第一空気流路13が絞られることによって圧力損失が増加し、前記ダンパ15の前後における差圧が拡大されることとなる。そのため、前記差圧スイッチ19による差圧の検出精度が向上するので、わずかの空気の流れであっても確実に検出することができるようになる。
【0049】
つぎに、前記制御器2は、前記差圧スイッチ19からの信号(オン信号またはオフ信号)を監視し、この信号に基づき、前記第一空気流路13内における前記送風機10から前記排出部11へ向けての空気の流れかを監視する。すなわち、前記差圧スイッチ19からオン信号が出力されていれば、前記第一空気流路13において、空気が前記送風機10から前記主バーナ8へ向けて流れている状態である。この場合は、排ガスの逆流はなく、前記送風機10からの空気によって、前記缶体7内が正常にパージされていると判断することができる。一方、前記差圧スイッチ19からオフ信号が出力されていれば、パージが不充分であり、排ガスの逆流が発生しているか、または排ガスが前記ボイラ1内に滞留していると判断することができる。このように、前記パージが不充分であると判断された場合、前記制御器2は、前記報知手段22によって前記パージが不充分である旨の報知を行うとともに、前記送風機10の運転を停止する。
【0050】
以上のように、この実施例においては、待機時のパージが確実に行われ、排ガスの逆流が防止されていることを確実に監視することができる。そのため、前記パージが不充分であることが検出された場合、排ガスの逆流に起因する前記諸問題(すなわち、排ガスのボイラ室内への流出,前記ボイラ1の缶体の腐食,前記各バーナ8,9の着火不良など)に対して、適切な対応を行うことができ、前記諸問題を未然に解消することができる。
【0051】
ここにおいて、前記監視装置の監視結果に基づいて、つぎのような燃焼制御や、パージ制御を行うことができる。まず、前記燃焼制御について説明する。前記燃焼制御においては、前記主バーナ8の停止中、前記差圧スイッチ19からの出力信号に基づいて、前記第一空気流路13内の空気の流れを監視し、空気の流れが検出されないとき、前記送風機10を停止し、次回前記主バーナ8を燃焼させる際、プレパージを行うように構成する。
【0052】
つぎに、前記パージ制御について説明する。前記パージ制御は、前記主バーナ8の停止中に前記送風機10を作動させ、パージを行う場合の制御方法である。前記パージ制御においては、前記主バーナ8の停止中、前記第一空気流路13内の流れを監視し、その監視結果に基づいて、前記送風機10の送風量を制御するように構成する。すなわち、前記第一空気流路13内の空気の流れの監視結果に応じて、逆流を確実に防止することができるように、前記送風機10による送風量を調整し、所定の空気の流れが発生するように制御する。
【0053】
【発明の効果】
この発明によれば、待機中のボイラにおけるパージを確実に監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の監視装置の一実施例の概略構成図である。
【図2】この発明を実施するボイラの多缶設置システムの概略構成の説明図である。
【符号の説明】
1 ボイラ
2 制御器
8 主バーナ(バーナ)
10 送風機
11 排出部
14 通風経路
15 ダンパ(絞り手段)
19 差圧スイッチ(流れ検出手段)
Claims (1)
- バーナ8と、このバーナ8へ燃焼用空気を供給する送風機10と、排ガスの排出部11とを備え、負荷に応じて前記バーナ8の燃焼と停止とを行い、前記バーナ8の停止中、前記送風機10を作動させてパージを行うボイラ1の監視方法において、前記バーナ8の停止中、前記送風機10から前記排出部11に至る通風経路14内の空気の流れを前記送風機10と前記バーナ8との間に設けたダンパ15の前後の差圧によって検出することにより、前記パージを監視することを特徴とするボイラの監視方法。
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