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    公开号:WO1988004010A1
    申请号:PCT/EP1987/000729
    申请日:1987-11-25
    公开日:1988-06-02
    发明作者:Wolfgang Eickvonder；Norbert Passmann；Gerhard Thomas；Peter Tummers；Hubert Steven
    申请人:L. & C. Steinmüller Gmbh；
    IPC主号:B01J8-00
    专利说明:
    [0001] Beschreibung
    [0002] Verbrennungsverfahren in einem Wirbelschichtreaktor.
    [0003] Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.
    [0004] Aus der WO 83/03294 ist ein Dampferzeuger mit zirkulierender Wirbelschicht bekannt, bei dem der
    [0005] Brennstoff in einen einbautenfreien und mit
    [0006] Wandkühlflachen versehenen Wirbelschichtreaktor eingeführt wird. Das feststoffbeladene Rauchgas verläßt unter
    [0007] Umlenkung um 90° den Wirbelschichtreaktor an dessen oberem
    [0008] Ende und tritt über einen horizontal angeordneten
    [0009] Rauchgaskanal in einen fallenden Rauchgaszug ein. Unter erneuter Umlenkung um im wesentlichen 90 tritt dann das
    [0010] Rauchgas in einen aufsteigenden Rauchgaszug ein, in dem konvetive Heizflächen angeordnet sind.
    [0011] In dem Verbindungskanal und in dem fallenden Rauchgas zug ist jeweils ein nicht zentrifugaler mechanischer Abscheider in Form eines labyrinthabscheiders angeordnet, wobei sich die Abscheideelemente im Verbindungskanal im wesentlichen vertikal erstrecken und das von ihnen abgeschiedene Feststoffmaterial in einen zwischen dem Wirbelschichtreaktor und dem fallenden Zug angeordneten Speicherkammer abführen. Die Absehe ideelemente im fallenden Rauchgaszug sind schräg zur Speicherkammer hin fallend angeordnet, so daß die von ihnen abgeschiedenen Feststoffe ebenfalls der Speieherkammer zugeführt werden können. Das untere Ende der Speicherkammer ist über mehrere sogenannte L-Ventile mit dem unteren Bereich des Wirbelschichtreaktors verbunden, so daß die in die Speicherkammer abgeschiedenen Feststoffe unter Zuhilfenahme einer dem L-Ventil zugeordneten Fluidisiereinrichtung in den unteren Bereich des Wirbelschichtreaktors oberhalb des Düsenbodens des Wirbelschichtreaktors geregelt zurückgeführt werden können. In der WO 83/03294 wie auch in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen wird unter einem Labyrinthabscheider ein solcher Abscheider verstanden, bei dem die Abscheidung infolge von Schwerkraft und/oder Impuls erfolgt, d.h. nicht mit Hilfe der Zentrifugalkraft. Bei dem bekannten Dampferzeuger werden versetzt angeordnete Kanäle oder Gerinne verwendet, die sich im wesentlichen quer zur Rauchgasströmung erstrecken und sich zu dieser hin im wesentlichen U-förmig öffnen.
    [0012] Der Nachteil des bekannten Dampferzeugers ist darin zu sehen, daß für die als externe Rückführung (Rezirkulation) gestaltete Rückführung de r außerhalb des
    [0013] Wirbelschichtreakktors liegende Speicherraum mit einem oder mehreren nachgeschalteten L-Ventilen erforderlich ist, d.h. es sind separte Aschewege mit entsprechenden Förderund Regeleinrichtungen erforderlich.
    [0014] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, bei dem ein Herausführen der Feststoffe aus dem Wirbelschichtreaktor nicht mehr erforderlich ist.
    [0015] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Feststoffe durch den direkt im oberen Bereich des
    [0016] WirbeIschichtreaktors angeordneten Labyrinthabscheider aus dem aufsteigenden Rauchgasstrom abgeschieden und im Wirbelschichtreaktor selbst längs der Wandkühlflächen dem unteren Bereich des Reaktors zugeführt werden.
    [0017] Auf diese Weise wird eine einfache Rückführung der Feststoffe in der Feuerung erreicht.
    [0018] Die Rückführung der abgeschiedenen Festoffe auf den freien Wandkühlflachen kann in vorteilhafter Weise ohne weiteren Schutz gegen die aufsteigenden Rauchgase erfolgen; es ist jedoch auch möglich, daß die Rückführung der abgeschiedenen Feststoffe über im Reaktor ausgebildete Rückführkanäle erfolgt; die Rückführkanäle können zum Reaktorinneren hin mit einer geschlossenen Wand versehen sein oder in bevorzugter Weise teilweise oder ganz geöffnet sein, wobei im letzten Fall nur stegartige Seitenwände verbleiben. Die Teilweiseöffnung kann durch eine längsgeschlitzte Außenwand oder durch eine mit linienartig angeordneten Durchbrechungen versehene Außenwand verwirklicht werden.
    [0019] Dabei ist es wiederum zweckmäßig, daß die Rückführkanäle im unteren Bereich im Einwirkungsbereich der Sekundärluftzufuhr münden, damit die eingetragenen Feststoffe sich mit dem übrigen Wirbelschichtmaterial gut vermischen, und ein entsprechender Temperaturausgleich auftritt, da die über die Wand zurückgeführten Feststoffe zuvor in entsprechender Weise abgekühlt worden sind.
    [0020] Während bei dem Dampferzeuger gemäß der WO83/03294 die Elemente des labyrinthabscheeders nicht gekühlt sind und somit an einem Ende nicht fest mit der Wandung des Wirbelschichtreaktors aus Wärmeausdehnungsgründen fest verbunden werden können, ist bei der vorliegenden Erfindung vorzugsweise vorgesehen, daß der Labyrinthabscheider gekühlt wird.
    [0021] Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung zur Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Materialien mit einem Wirbelschichtreaktor mit einem unteren Bereich und einem oberen Bereich, mindestens mit Wandkühlflächen und mit einem Rückführsystem einschließlich mindestens eines Labyrinthabscheiders zur Rückführung von abgeschiedenen Feststoffen in den unteren Bereich des Reaktors, mit Brennstoffzufuhr, Fluidisierungsluftzufuhr und vorzugsweise gestufter Sekundärluftzufuhr im unteren Bereich und mindestens einem dem mindestens einen labyrinthabscheider nachgeschalteten Staubabscheider, wie z.B. Hultizykloye, Gewebefilter.
    [0022] Bei dieser Vorrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Labyrinthabscheider direkt im oberen Bereich des
    [0023] Wirbelschichtreaktors angeordnet ist, der die abgeschiedenen Feststoffe auf mindestens eine
    [0024] Wandkühlflache führt, an der die Feststoffe nach unten fließen.
    [0025] Falls eine sich etwaig einstellende Beeinflussung der nach unten auf der Wandkühlfläche abfließenden Feststoffe durch den aufsteigenden Rauchgasstrom ganz oder teilweise vermieden werden soll, ist an der Wandkühlfläche eine Vielzahl von sich von oben nach unten erstreckenden Rückführungskanäle vorgesehen, die zum Reaktorinneren hin geschlossen, teilweise oder ganz geöffnet sind. Die gewählte Ausbildung hängt von dem zulässigen bzw. gewünschten Beeinflussungsgrad ab. Dabei wird wiederum bevorzugt, daß auch die Wände der Rückführkanäle gekühlt sind.
    [0026] Ausgehend von der aus der WO 83/03294 bekannten Vorrichtung mit einem aus versetzt angeordneten Balken von im wesentlichen U-förmigem Querschnitt bestehenden Labyrinthabscheider, dessen Balken sich entgegen der Rauchgasströmung öffnen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß an mindestens einem freien Schenkel der Abscheidebalken eine Feststoffleitrinne von im wesentlichen U-förmigem Querschnitt ausgebildet ist, die sich in Richtung der Rauchgasströmung öffnet. Um das Transportverhalten dieser Abscheidebalken zu verbessern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß an mindestens einem freien Schenkel der Abscheidebalken eine Feststoffleitrinne von im wesentlichen U-förmigem Querschnitt ausgebildet ist, die sich in Richtung der Rauchgasströmung öffnet.
    [0027] Weiterhin ist ausgehend von der bekannten Vorrichtung vorgesehen, daß die Abscheidebalken einen runden
    [0028] Querschnitt oder eine Querschnitt in Form eines Polygonalzuges aufweisen.
    [0029] Auch kann es zweckmäßig sein, die Abscheidebalken aus mit einem Kühlmittel beaufschlagten Rohren in einer
    [0030] Rohr-Steg-Rohr-Konstruktion aufzubauen. Die
    [0031] Rohr-Steg-Rohr-Konstruktion kann zum verbesserten Wärmeund Verschleißschutz bestiftet und bestampft sein. Auch ist es möglich, die Abscheidebalken aus Guß herzustellen.
    [0032] Die Abscheidebalken können sich - wie bei der WO 83/03294 - im wesentlichen quer zur Rauchgasströmung oder geneigt zur Rauchgasströmung von einer Wand zur anderen erstrecken. Es ist jedoch auch möglich, daß sich die Balken dachartig zwischen zwei gegenüberliegenden Wandkühlflachen erstrecken.
    [0033] Zur Kühlung der Abscheidebalken und/oder der zusätzlichen Begrenzungsflachen der Rückführkanäle können diese in den Wasser-Dampf-Kreislauf eines Dampferzeugers eingeschaltet sein, wenn die Vorrichtung als Dampferzeuger betrieben wird.
    [0034] Im Falle der Rückführkanäle ist es zweckmäßig, daß diese von der Wandkühlflaehe und einer im Abstand von dieser angeordneten Rückführkanalkühlfläche und sich senkrecht zwischen den beiden Kühlflächen erstreckenden Bleche ausgebildet sind, wobei vorzugsweise die Rohrteilung der Wandkühlflaehe kleiner ist als die der Rückführkanalkühlfläche, da die Rohre der Rückführkanalkühlfläche im wesentlichen nur der Kühlung der Wände dient, und die Hauptwärme über die Wandheizflachen abgeführt wird.
    [0035] Die Erfindung soll nun in verschiedenen Ausführungsformen anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zei gen:
    [0036] Fig.1 einen schematischen Längsschnitt durch einen
    [0037] Wirbelschichtreaktor längs der linie I-I in Fig.2,
    [0038] Fig.2 einen Horizontalschnitt längs der linie II-II in Fig.1,
    [0039] Fig.3 einen Teillängsschnitt durch den
    [0040] Wirbelschichtreaktor gemäß Fig.1 in Blickrichtung der Pfeile III-III,
    [0041] Fig.4 einen Längsschnitt durch den Wirbelschichtreaktor durch Fig.1 in Blickrichtung der Pfeile IV-IV,
    [0042] Fig.5 und 6 Querschnitte durch bevorzugte Ausführungsformen von Abscheidebalken und
    [0043] Fig.7 einen Längsschnitt vergleichbar Fig.1, wobei keine gesonderten Rückführ kanäle auf der Innenseite der Wandkühlflachen vorgesehen sind.
    [0044] Wie aus den Figuren 1 bis 4 ersichtlich ist, weist der Wirbelschichtreaktor (1) von rechteckigem Querschnitt vier Wandkühlflächen (1a-1d) auf, die in Rohr-Steg-Rohr- Konstruktion ausgeführt sind.
    [0045] Im unteren Bereich (UB) des Wirbelschichtreaktors erfolgt die Zugabe von Brennstoff (2) oberhalb eines mit einem Fluidisierungsgas (3) beaufschlagten Düsenbodens (4), und oberhalb der Brennstoffzugabe (2) erfolgt die gestufte Zugabe von Sekundärluft (5a) und (5b), wobei ausgehend von dem Düsenboden (4) bis zur Sekundarluftzugäbe (5a) eine aus der Fig.4 ersichtliche Querschnittserweiterung vorgesehen ist.
    [0046] Im oberen Bereich (OB) ist ein labyrinthabscheider (6) in zwei versetzt angeordneten lagen (6a) und (6b) von Abscheidebalken (7) angeordnet. Wie aus der Fig.1 ersichtlich ist, erstrecken sich die Balken (7) schräg nach unten zur Wand (1b), die in dem Verbindungsbereich mit den Abscheidebalken (7) die aus der Fig.1 ersichtliche Aufweitung (1bb) aufweist. Die Balken sind fest mit den Wänden verbunden.
    [0047] Wie aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich ist, erstreckt sich die Wand (1d) nicht bis zur Decke de) des
    [0048] Wirbelschichtreaktors, sondern läßt unter Abwinklung (1dd) nach außen einen Gasdurchtritt (8) in einen dem
    [0049] Wirbelschichtreaktor (1) nachgescha lteten fallenden
    [0050] Rauchgaszug (9) frei. Im Übergangsbereich zwischen
    [0051] W i r b e l s c h i c h t r e a k z o r ( 1 ) und R au c h ga s zu g ( 9 ) i s t ein weiterer Labyrinthabscheider (10) mit zwei lagen (10a) und
    [0052] (10b) von Abscheidebalken (7) vorgesehen. Die Balken erstrecken sich im wesentlichen vertikal.
    [0053] Wie aus der Fig.2 ersichtlich ist, ist der Rauchgaszug (9) durch die Wandkühlflache (1d) und weitere Wandkühlflachen (9a, 9c) begrenzt. In dem Rauchgaszug ist mindestens eine Berührungsheizflache (11), z.B. ein Überhitzer angeordnet. Dem Rauchgaszug ist in nicht dargestellter Weise ein Staubabscheider nachgeschaltet.
    [0054] Wie aus den Figuren 1,2 und 3 ersichtlich ist, erstreckt sich mit Abstand von der Wandkühlfläche (1d) eine Rückführkanalkühlfläche (12) in Rohr-Steg-Rohr- Konstruktion, die eine größere Teilung als die Wandkühlflache (1d) aufweist. Die Rohre (13) der Rückführungskanalkühlflache (12) sind mit Rohren (14) der Wandkühlflache (1d) verbunden. Durch sich zwischen den Kühlflächen (1d) und (12) erstreckende Bleche (15) werden einzelne Rückführkanä le (16) bestimmt.
    [0055] Die Rückführkanäle (16) sind an ihrem unteren Ende offen, und die Wand (12) ist im Bereich des abgewinkelten Abschnittes (1dd) der Wandfläche (1d) so weit nach oben geführt, daß sie einerseits die Enden der Abscheidebalken (7) des Labyrinthabscheiders (6) trägt und andererseits einen Gasaustritt (17) aus dem Wirbelschichtreaktor in den Übergangsbereich und somit zum Gasaustritt (8) hin zuläßt. Zwischen der Wand (12) und dem Abschnitt (1dd) kommt es gleichzeitig zur Ausbildung eines Sammel- und Verteilungstrichters (18), aus dem die Rückführkanäle (16) den abgeschiedenen Feststoff dem unteren Bereich (UB) im Bereich der Sekundärluftzufuhr (5a) bzw. (5b) zuführen.
    [0056] In vergleichbarer Weise ist der Wandkühlflache (1b) eine Rückführkanalkühlfläche (19) zugeordnet, die zusammen mit dem nach außen abgewinkelten Bereich (1bb) einen Sammelund Verteilungstrichter (20) und unter Zwischenschaltung von Blechen (15) Rückeführkanäle (21) bestimmt.
    [0057] Die dem Reaktorinneren zugewandten Flächen der Rückführkanäle (16) und (21) können geschlossen sein (16a, 21a), mit Durchbrechungen (16b, 21b) oder mit durchgehenden Längsschlitzen (16c) versehen sein; sie können auch völlig offen sein, so daß nur seitliche Stegwände verbleiben. Diese Möglichkeiten sind schematisch in den Fig. 1 und 3 dargestellt, wobei selbstverständlich auch Mischformen an einer Reaktorwand möglich sind.
    [0058] Wie aus den Figuren 4, 5 und 6 ersichtlich ist, sind die Abscheidebalken (7) ebenfalls in Rohr (7a)-Steg(7b)- Rohr(7a)-Konstruktion ausgeführt. Die Wandkühlflachen des Reaktors (1), des Rauchgaszuges (9), die Abscheider (7) und die Rückführkanalkühlflachen (12) und (19) sind in in einen Wasser-Dampf-Kreislauf eingebunden, wie dies in der Fig.1 schematisch und unter Darstellung einer Trommel (22) und den entsprechenden Leitungsführungen dargestellt ist. Die zur Trommel führenden leitungen erstrecken sich somit durch die Öffnungen (17) und (8) und durch den erweiterten Bereich im linken oberen Teil des Wirbelschichtreaktors (1) gemäß Fig.1. Ihre Zahl kann der Anzahl der Rohre entsprechen oder nach Zusammenführung einzelner Rohre geringer sein. Die querangeströmten Leitungsabschnitte können zusätzlich geschützt sein.
    [0059] Wie weiterhin aus den Figuren 4, 5 und 6 ersichtlich ist, weisen die Balkenabscheidec (7) einen im wesentlichen U-förmige Querschnitt auf und öffnen sich entgegen der Rauchgasströmung (RG). An mindestens einem freien Schenkel ist eine U-förmige Feststofführungsrinne (23) vorgesehen, die sich entgegen der Rauchgasströmung öffnet und so zu einem verbesserten Abführen der von dem Abscheidebalken (7) aufgefangenen Feststoffe in die Trichter (18) bzw. (20) führt.
    [0060] Während bei der Ausführungsform gemäß Fig.1 die Rückführung der abgeschiedenen Feststoffe im Schütze der Rückführkanäle (16) bzw. (21) erfolgt, sind solche Rückführkanäle bei der Ausführungsform gemäß Fig.7 nicht vorgesehen, sondern die abgeschiedenen Feststoffe fließen frei an den Wänden herunter; es ist auch möglich, die Rückführkanäle bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 in Fortfall kommen zu lassen.
    [0061] Weiterhin weist der erste Abscheider (6) dachartig ausgebildete Abscheidebalken (7') auf und führt somit Feststoff nicht nur einer Wand sondern zwei gegenüber liegenden Wänden (1b, 1d) zu. Es ist selbstverständlich, daß auch bei der Verwendung von Rückführkanälen der erste Abscheider (6) so gestaltet sein kann, daß er zwei gegenüber liegenden Wänden Feststoffe zuführt.
    [0062] (Hierzu 3 Blatt Zeichnungen)
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Verfahren zur Verbrennnung von kohlenstoffhaltigen Materialien in einem Wirbelschichtreaktor mit einem unteren Bereich und einem oberen Bereich mit einer Wirbelschicht unter Abführung von Verbrennungs wärme zumindest mittels Wandkühlflächen und mit einem Rückführsystem einschließlich eines Labyrinthabscheiders zur Rückführung der abgeschiedenen Feststoffe in den unteren Bereich des Wirbelschichtreaktors, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Feststoffe durch den direkt im oberen Bereich des Wirbelschichtreaktors angeordneten labyrinthabscheider aus dem aufsteigenden Rauchgasstrom abgeschieden und im Wirbelschichtreaktor selbst längs der Wandkühlflachen dem unteren Bereich des Reaktors zugeführt werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Rückführung auf den freien Wandkühlflachen erfolgt.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rückführung der abgeschiedenen Feststoffe über im Reaktor ausgebildete Rückführkanäle erfolgt, die zum Reaktorinneren hin geschlossen, teilweise geöffnet oder ganz geöffnet sind.
    4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rückführkanäle im unteren Bereich im Einwirkungsbereich der Sekundärluftzufuhr münden.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Labyrinthabscheider gekühlt wird.
    6. Vorrichtung zur Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Materialien in einem Wirbelschichtreaktor mit einem unteren Bereich und einem oberen Bereich, mindestens mit WandkühIflächen und mit einem Rückführsystem einschließlich mindestens eines Labyrinthabscheiders zur Rückführung von abgeschiedenen Feststoffen in den unteren Bereich des Reaktors, mit Brennstoffzufuhr, Fluidisierungsluftzufuhr und vorzugsweise gestufter Sekundärluftzufuhr im unteren Bereich und mindestens einem dem mindestens einen Labyrinthabscheider nachgescha lteten Staubabscheider, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der labyrinthabscheider (6) direkt im oberen Bereich (OB) des Wirbelschichtreaktors (1) angeordnet ist, der die abgeschiedenen Feststoffe auf mindestens eine Wandkühlflache (1b) führt, an der die Feststoffe nach unten fließen.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an der Wandkühlfläche (1b) eine Vielzahl von sich von oben nach unten erstreckenden Rückführungskanäle (21) vorgesehen sind, die zum Reaktorinneren hin geschlossen, teilweise oder ganz geöffnet sind.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auch die Wände (1d, 12, 15, 16a; 1b, 19, 15', 21a) der Rückführkanäle (21) gekühlt sind.
    9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8 mit einem aus versetzt angeordneten Balken von im wesentlichen U-förmigem Querschnitt bestehenden Labyrinthabscheider, dessen Balken sich entgegen der Rauchgasströmung öffnen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an mindestens einem freien Schenkel der Abscheidebalken (6a, 6b) eine FestStoffleitrinne (23) von im wesentlichen U-förmigem Querschnitt ausgebildet ist, die sich in Richtung der Rauchgasströmung öffnet.
    10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8 mit einem aus versetzt angeordneten Balken von im wesentlichen U-förmigenm Querschnitt bestehenden Labyrinthabscheider, dessen Balken sich entgegen der Rauchgasströmung öffnen oder nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Abscheidebalken (7) einen runden Querschnitt (Fig.6) oder einen Querschnitt (Fig.5) in Form eines Polygonalzuges aufweisen.
    11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Abscheidebalken (7) aus mit einem Kühlmittel beaufschlagten Rohren
    (7a) in einer Rohr(7a)-Steg(7b)-Rohr(7a)-Konstruktion aufgebaut sind.
    12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Abscheidebalken (7) und/oder die zusätzlichen Begrenzungsf lachen der Rückführkanäle (16; 21) in den Wasser-Dampf-Kreislauf eines Dampferzeugers eingeschaltet sind.
    13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rückführkanäle von der Wandkühlfläche (1b; 1d) und einer im Abstand von dieser angeordneten Rückführkanalkühlfläche (12; 19) und sich senkrecht zwischen den beiden Kühlflächen erstreckenden Bleche (15; 15') ausgebildet sind.
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    NO883255A| NO883255L|1986-11-26|1988-07-22|Forbrenningsprosess i en fluidiseringsreaktor.|
    FI892569A| FI892569A|1986-11-26|1989-05-26|Anordning foer foerbraenning av kolhaltiga material i en virvelskiktsreaktor.|
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