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Controllo emissioni con combustibili critici: la combustione su griglia mobile e a letto fluido

Il sistema presenta vantaggi circa la selezione del combustibile:
Indipendenza dalle dimensioni del combustibile Insensibilità al contenuto di umidità nel combustibile
Insensibilità alla percentuale di particelle fini nel combustibile

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Atti di convegni o presentazioni contenenti case history
mcTER Forest giugno 2017 La sostenibilità della filiera legno-energia. “Winter package”, sottoprodotti, nuovi biocombustibili, soluzioni innovative per uso industriale

Pubblicato
da Alessia De Giosa
mcTER Forest 2017Segui aziendaSegui




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Gli atti dei convegni e pi di 7.500 contenuti su www.verticale.net Termotecnica Industriale Pompe di Calore Termotecnica Industriale Pompe di Calore Dott. Michele Maffeo San Donato - MI 29-06-17 IMPIANTI COGENERATIVI A BIOMASSA CONTROLLO EMISSIONI CON COMBUSTIBILI CRITICI : combustione su griglia e a letto fluido per generatori di vapore di media potenza . Dal 1924 Primi impianti PIU' DI 50 ANNI DI ESPERIENZA NELLA COMBUSTIONE DI BIOMASSE SI PARTE CON I PRIMI IMPIANTI A GRIGLIA FISSA PRODUZIONE ATTUALE: 1 ' 50 MWt GENERATORI DI VAPORE Tubi d'acqua Vapore surriscaldato Vapore saturo Tubi da fumo OLIO DIATERMICO LIMITI EMISSIONI SEMPRE PIU' RESTRITTIVI CONFRONTO LIMITI PER IMPIANTI DA 10-15 MWt ANNI 2010 / 2016 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2010 2016 mg / Nm3 ANNO 2010 2016 LIMITI PER CO 100 50 LIMITI PER CO CO - 50% NOx - 56% NH3 - 67% POLVERI - 87% 0 50 100 150 200 250 2010 2016 mg / Nm3 ANNO 2010 2016 LIMITI PER NOx 250 110 LIMITI PER NOX 0 2 4 6 8 10 12 14 16 2010 2016 mg / Nm3 ANNO 2010 2016 LIMITI PER NH3 15 5 LIMITI PER NH3 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 2010 2016 mg / Nm3 ANNO 2010 2016 LIMITI PER POLVERI 15 2 LIMITI PER POLVERI IMPIANTO COGENERATIVO CALOLZIOCORTE - LC ' CLIENTE: SIME ENERGIA ' PRESSO: CARTIERA DELL' ADDA IMPIANTO COGENERATIVO CALOLZIOCORTE - LC COMBUSTIBILE AMMESSO Biomasse combustibili ' Ammesse ' CIPPATO DA BOSCO ' Umidit w 35 - w 51 ' Granulometria G30 ' G100 ' Densit S 160 ' S 250 ' Contenuto di cenere A1 ' A5 Biomasse combustibili ' Ammesse ' CORTECCIA ' Umidit w 35 - w 51 ' Granulometria G100 ' Densit S 160 ' S 250 ' Contenuto di cenere A1 ' A10 Biomasse combustibili ' Ammesse ' POTATURE, PULIZIA VERDE ' Umidit w 35 - w 51 ' Granulometria G30 ' G100 ' Densit S 160 ' S 250 ' Contenuto di cenere A1 ' A5 Biomasse combustibili ' Ammesse ' SEGATURA (max 20% sul totale) ' Umidit w 35 - w 51 ' Granulometria 1-10 mm ' Densit S 160 ' S 300 ' Contenuto di cenere A1 ' A5 RIASSUNTO CODICI DI SMALTIMENTO ATORIZZATI ' CER 20 0101: rifiuto urbano da raccolta differenziata (carta, cartone) ' CER 02 0107: rifiuti prodotti da agricoltura ' CER 03 0301: rifiuti lavorazione legno (corteccia, sughero) ' CER 030105: (segatura, trucioli, residui taglio, legno, pannel i di truciolari) ' CER 15 0103: rifiuti da imbal aggio (imbal aggio in legno) EMISSIONI INQUINANTI EMISSIONI INQUINANTI ' Aggiornamento del quadro normativo (decreto legislativo 152/2006) via decreto ministeriale 2017 per impianti di media potenza (5 ' 20 MW): EMISSIONI INQUINANTI ' Aggiornamento del quadro normativo (decreto legislativo 152/2006) via decreto ministeriale 2017 per impianti di media potenza (5 ' 20 MW): ' NOX 200 mg/Nm3 ' SOX 150 mg/Nm3 ' COT 20 mg/Nm3 ' CO 200 mg/Nm3 I valori limite di emissione sono riferiti ad una percentuale di volume di ossigeno libero nel 'effluente gassoso pari al '11% GARANZIE DI PROCESSO IMPIANTO ' Aggiornamento del quadro normativo (decreto legislativo 152/2006) via decreto ministeriale 2017 per impianti di media potenza (5 ' 20 MW): ' NOX 200 <95 mg/Nm3* ' SOX 150 <45 mg/Nm3** ' COT 20 <15 mg/Nm3 ' CO 200 <45 mg/Nm3 I valori limite di emissione sono riferiti ad una percentuale di volume di ossigeno libero nel 'effluente gassoso pari al '11% GARANZIE DI PROCESSO IMPIANTO ' Note: GARANZIE DI PROCESSO IMPIANTO ' Note: *con impianto SNCR ed un contenuto di azoto nel combustibile inferiore a 0,5% in massa GARANZIE DI PROCESSO IMPIANTO ' Note: *con impianto SNCR
** con contenuto di zolfo < 0,02 CONTROLLO DELLA COMBUSTIONE ' Nella progettazione dei generatori di energia una non corretta combustione (combustione incompleta) incide su due parametri fondamentali: CONTROLLO DELLA COMBUSTIONE ' Nella progettazione dei generatori di energia una non corretta combustione (combustione incompleta) incide su due parametri fondamentali: 1. Rendimento del generatore (spec. microcoge.) CONTROLLO DELLA COMBUSTIONE ' Nella progettazione dei generatori di energia una non corretta combustione (combustione incompleta) incide su due misure fondamentali: 1. Rendimento del generatore (spec. microcoge.) 2. Control o del e emissioni CONTROLLO DELLA COMBUSTIONE ' Il bilancio termico stabilisce che in condizioni di regime stazionario la potenza termica entrante in un generatore di calore nel sistema uguale a quel a uscente. ' Questa condizione descritta dal 'uguaglianza CONTROLLO DELLA COMBUSTIONE ' Il bilancio termico stabilisce che in condizioni di regime stazionario la potenza termica entrante in un generatore di calore nel sistema uguale a quel a uscente. ' Questa condizione descritta dal 'uguaglianza Qc = Qu + Qp Qp = Qf + Qd + Qv + Qi = 100(Qu/Qc) COMBUSTIONE INCOMPLETA Perdite per combustione incompleta Qd In pratica, parte del calore fornito con il combustibile non riesce a svilupparsi completamente per formazione di incombusti solidi (COT) e gassosi (monossido di carbonio). COMBUSTIONE INCOMPLETA Perdite per combustione incompleta
Il carbonio reagisce con l'ossigeno in difetto producendo ossido di carbonio. La quantit di energia sviluppata risulta inferiore a quella che si verifica con la combustione completa. L'idrogeno assorbe pi ossigeno del carbonio:
2H2 + O2 = 2H2O 144,42MJ/kgH2 C + O2 = CO2 34,03MJ/kgC C + 1/2 O2= 2CO 10,25MJ/kgC COMBUSTIONE INCOMPLETA ' Date le percentuali in volume di CO e CO2 si calcolano le perdite per combustione incompleta Pc = Kc (CO/(CO2 + CO)) COMBUSTIONE INCOMPLETA ' Date le percentuali in volume di CO e CO2 si calcolano le perdite per combustione incompleta Pc = Kc (CO/(CO2 + CO)) ' e le perdite per calore sensibile: Ps = Ks ((Tf ' Ta)/CO2) Dove i coefficienti sono dati per il tipo di combustibile utilizzato. REGOLAZIONE DELLA COMBUSTIONE La variazione della portata di vapore prodotto agisce proporzionalmente sulla quantit di biomassa in ingresso, e contestualmente su: REGOLAZIONE DELLA COMBUSTIONE La variazione della portata di vapore prodotto agisce proporzionalmente sulla quantit di biomassa in ingresso, e contestualmente su:
q Variazione del a frequenza di azionamento del o spintore di alimentazione q Velocit di azionamento del a griglia mobile REGOLAZIONE DELLA COMBUSTIONE q Variazione delle portate di aria comburente, dei gas di ricircolo e del ventilatore di aspirazione dei fumi: Rapporto aria comburente/combustibile regolato per ottimizzare la combustione. REGOLAZIONE DELLA COMBUSTIONE I gas di ricircolo vengono proporzionati tramite la misurazione del a temperatura in camera di combustione e postcombustione REGOLAZIONE DELLA COMBUSTIONE I gas di ricircolo vengono proporzionati tramite la misurazione del a temperatura in camera di combustione e postcombustione Il ventilatore di aspirazione gas combusti genera la adeguata depressione in camera di combustione REGOLAZIONE DELLA COMBUSTIONE L'intero schema garantisce ad ogni istante la quantit di aria comburente reale proporzionata al a quantit di combustibile bruciato, ottimizzando la combustione anche nel a fasi transitorie, ovvero, nel e variazioni del a potenza del generatore. REGOLAZIONE DELLA COMBUSTIONE ' La regolazione del rapporto aria comburente/combustibile, con lo scopo di garantire lungo il campo di modulazione una perfetta combustione viene effettuata sul a base di prefissati rapporti ed integrate dal control o in continuo del a percentuale di O2 nei fumi. PROCESSO DI COMBUSTIONE ' Le portate dell'aria comburente primaria vengono distribuite nel e sezioni sottogriglia in funzione del 'umidit del combustibile. PROCESSO DI COMBUSTIONE PROCESSO DI COMBUSTIONE ' Nella fase di gassificazione il carbonio presente nel combustibile viene parzialmente ossidato. La quantit di monossido ancora notevole. Si apporta una notevole quantit di aria secondaria nel a zona sovrastante la griglia al fine di completare il processo di ossidoriduzione del carbonio. PROCESSO DI COMBUSTIONE ' Nella camera di post combustione viene introdotta una quantit variabile di fumi ricircolati direttamente dal camino al fine di control are le temperature che portano formazione degli ossidi di azoto. PROCESSO DI COMBUSTIONE PROCESSO DI COMBUSTIONE PROCESSO DI COMBUSTIONE ' Bilancio termico impianto di combustione SIME, dati di riferimento con miscela di design. ' P.C.I Kcal/kg 2.700 ' Flusso termico griglia kW 9.510 ' Ceneri % peso 3,0 ' Umidit combustibile % peso 35 ' Consumo combustibile kg/h 3.030 PROCESSO DI COMBUSTIONE ' Portata aria comb. I Nmc/h 11.900 ' Portata aria comb. II Nmc/h 3.400 ' Temp. aria I C 140 ' Temp. aria II C 25 -140 ' Temp. fumi ricircolo C C 135 ' Temp. fumi uscita post C 920 ' Totale fumi uscita post Nmc/h 26.700 PROCESSO DI COMBUSTIONE ' Bilancio termico impianto di combustione SIME, dati di riferimento con miscela di design. ' P.C.I Kcal/kg 1.850 ' Flusso termico griglia kW 9.660 ' Ceneri % peso 3,0 ' Umidit combustibile % peso 51 ' Consumo combustibile kg/h 4.490 PROCESSO DI COMBUSTIONE ' Portata aria comb. I Nmc/h 13.100 ' Portata aria comb. II Nmc/h 4.600 ' Temp. aria I C 140 ' Temp. aria II C 25 -140 ' Temp. fumi ricircolo C C 135 ' Temp. fumi uscita post C 920 ' Totale fumi uscita post Nmc/h 26.500 REGOLAZIONE ARIE COMBURENTI PROCESSO DI COMBUSTIONE ' Un adeguato dimensionamento dei volumi del a camera di combustione e postcombustione per aumentare i tempi di permanenza dei fumi. PROCESSO DI COMBUSTIONE Completamento processo di ossidoriduzione PROCESSO DI COMBUSTIONE Completamento processo di ossidoriduzione Riduzione trascinamento ceneri PROCESSO DI COMBUSTIONE Completamento processo di ossidoriduzione Riduzione trascinamento ceneri PROCESSO DI COMBUSTIONE Completamento processo di ossidoriduzione Riduzione trascinamento ceneri Favorisce la riduzione degli NOx (con impianto SNCR) PROCESSO DI COMBUSTIONE ' 31.670 kg/h ' 1,25 kg/Nmc ' 950C ' Dimensionando opportunamente la sezione di passaggio del a torre di postcombustione otteniamo un tempo di residenza di 1,8 sec. PROCESSO DI COMBUSTIONE ' Impianto DENOX SNCR ' 200mg/Nmc in ingresso ' 95mg/Nmc in uscita PROCESSO DI COMBUSTIONE ' Impianto DENOX SNCR + SCR catalitico ' 200mg/Nmc in ingresso ' 95mg/Nmc in uscita (SNCR) ' 65mg/Nmc in uscitra (SNCR + SCR) Tramite PID interno al 'inverter del a pompa viene regolata l'iniezione dell'urea. PROCESSO DI COMBUSTIONE ' L'abbattimento degli NOx nel rispetto dei limiti pi stringenti (65mg/Nmc). ' Le temperature dei fumi in camera di post non possono essere diminuite <940C per la formazione degli ossidi di carbonio. ' La quantit di urea non pu essere incrementata per i limiti di NH3 <5mg/Nmc PROCESSO DI COMBUSTIONE ' Viene programmato un secondo PID che corregge il valore in imput del primo evitando che venga iniettata troppa urea. ' Vengono aggiunte altre due lance, per un totale di 4, con control o manuale. ' Inserimento di una generosa superficie catalitica che favorisce la reazione del 'urea con gli NOx. PROCESSO DI COMBUSTIONE ' Inoltre necessario un serbatoio di stoccaggio del 'acqua demi ed un serbatoio d stoccaggio di urea tecnica al 32%. ' In questo modo si evita lo slip-on del 'ammoniaca, ovvero la quantit di urea che sfugge al a reazione con gli ossidi di ossigeno, trasformandosi in ammoniaca per la temperatura del a camera. PROCESSO DI COMBUSTIONE IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Il letto fluido il sistema pi idoneo per ottenere un'efficiente ed eco-compatibile
combustione di diversi combustibili solidi.
Il materiale del letto solitamente
costituito da sabbia di quarzo con
granulometria media di 0,8 mm, mentre
l'altezza standard del letto di circa 80
cm. IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Il sistema presenta vantaggi circa la selezione del combustibile: IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Il sistema presenta vantaggi circa la selezione del combustibile: 1. Indipendenza dalle dimensioni del combustibile IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Il sistema presenta vantaggi circa la selezione del combustibile: 1. Indipendenza dalle dimensioni del combustibile 2. Insensibilit al contenuto di umidit nel combustibile IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Il sistema presenta vantaggi circa la selezione del combustibile: 1. Indipendenza dalle dimensioni del combustibile 2. Insensibilit al contenuto di umidit nel combustibile 3. Insensibilit alla percentuale di particelle fini nel combustibile IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Vantaggi per la combustione: IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Vantaggi per la combustione: 1. Assenza di fusione del e ceneri IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Vantaggi per la combustione: 1. Assenza di fusione del e ceneri
2. Combustione graduale e progressiva IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Vantaggi per la combustione: 1. Assenza di fusione del e ceneri
2. Combustione graduale e progressiva
3. Ridotte emissioni inquinanti IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Vantaggi per la combustione: 1. Assenza di fusione del e ceneri
2. Combustione graduale e progressiva
3. Ridotte emissioni inquinanti
4. Alta efficienza di combustione IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Vantaggi per la combustione: 1. Assenza di fusione del e ceneri
2. Combustione graduale e progressiva
3. Ridotte emissioni inquinanti
4. Alta efficienza di combustione
5. Flessibilit di carico nel processo di combustione IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Movimentazione combustibile: IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Movimentazione combustibile: ' Il combustibile viene convogliato in un bunker di stoccaggio di capacit adeguata per il dosaggio continuo al sistema di combustione. Il bunker di stoccaggio provvisto di coclee di estrazione attraverso le quali il combustibile viene trasportato ai punti di raccolta posizionati in corrispondenza al a parete laterale della caldaia. IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Movimentazione combustibile: ' Dal punto di raccolta il combustibile cade su scivoli dotati di valvole a saracinesca che proteggono contro eventuali ritorni di fiamma. Le coclee dosatrici sono dotate di un dispositivo di control o velocit per consentire la regolazione di potenza. All'estremit degli scivoli un condotto convoglia il combustibile direttamente nel letto fluido. IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Impianto di combustione: IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Impianto di combustione: Il letto fluido della caldaia essenzialmente costituito da una massa di solidi (sabbia di quarzo e cenere di combustibile) che viene mantenuta allo stato fluido dal flusso verticale del 'aria comburente e dei gas di ricircolo. IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Impianto di combustione: L'aria comburente viene immessa nel letto fluido attraverso una serie di ugel i sottostanti. Il materiale a grana fine, essendo circondato da aria comburente, si mantiene in uno stato semi-liquido che consente il movimento intensivo delle singole particelle. IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Impianto di combustione: Il letto fluido consiste principalmente di materiale inerte (tipicamente 98 - 99%) e di una piccola percentuale di combustibile (tipicamente 1 - 2%). L'elevata turbolenza del letto mantiene facilmente condizioni di reazione omogenee ed una temperatura costante per il processo di combustione. IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Impianto di combustione: Le particelle fini rimangono di solito nella sezione direttamente sopra il letto fluido, nel 'area di alimentazione combustibile. IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Impianto di combustione: Le due granulometrie possono essere combinate secondo stagionalit senza alcun impatto negativo sul funzionamento del 'intero impianto. Gli inerti presenti nel combustibile come pietre o parti metal iche vengono estratte sotto la griglia ad ugel i, setacciate e scaricate in un apposito container IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Impianto di combustione: All'interno del letto i combustibili vengono essiccati e degassificati. Il letto stesso viene fatto funzionare a condizioni substechiometriche, di conseguenza il rilascio di energia al 'interno del letto limitato e la temperatura impostata approssimativamente a 750 - 800 C tramite regolatore, in base al tipo di combustibile. IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Camera di combustione e postcombustione: Sopra il letto fluido si trova una seconda zona di post-combustione (camera di combustione) anch'essa rivestita con materiale refrattario. Nella zona di post-combustione sono posizionati innanzitutto l'alimentazione combustibile ed il bruciatore di avviamento ed un primo livel o di adduzione aria secondaria per l'aria comburente ed i fumi di ricircolo IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Camera di combustione e postcombustione: In tre livelli successivi si trovano ulteriori immissioni di aria comburente e fumi di ricircolo. La distribuzione dei flussi di aria sui tre livelli avviene in modo da equilibrare l'aumento di temperatura dovuto al e combustioni parziali ed i prelievi di calore nelle singole sezioni della camera di combustione IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Camera di combustione e postcombustione: In ciascun livello la temperatura della camera di combustione viene misurata in tre punti. Tramite gli ugel i del 'aria secondaria, viene iniettata con getto ad alta velocit aria comburente supplementare. L'elevata velocit permette di miscelare in modo ottimale i gas parzialmente bruciati nel letto fluido e la restante aria comburente IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Bruciatori: Sopra il letto sono installati dei bruciatori aventi funzioni di supporto e di avviamento in modo combinato. Durante l'avviamento i bruciatori sono utilizzati per preriscaldare la camera di combustione. IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Bruciatori: Normalmente essi restano in stand-by e si avviano automaticamente ogni volta che la temperatura di combustione scende al di sotto di un certo limite. L'aria comburente ed i fumi ricircolati dei bruciatori sono forniti dai ventilatori principali, pertanto non vengono impiegati ventilatori speciali IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Pareti forno con tecnologia a pareti membranate Le pareti del forno compresa la zona di post- combustione sono eseguite con tecnologia a pareti membranate e raffreddate ad acqua. IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Pareti forno con tecnologia a pareti membranate ' L'acqua costituita da acqua satura con evaporazione parziale in caso di generatori di vapore o da acqua calda o surriscaldata in caso di generatori ad acqua calda o surriscaldata. Le pareti sono col egate al generatore tramite tubi di caduta e di mandata IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Emissioni Le emissioni di monossido di carbonio e di idrocarburi sono ridotte al minimo grazie alle costanti condizioni di combustione, al ' alta turbolenza e ad un sufficiente tempo di permanenza al 'interno del a camera di combustione IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Emissioni ' Le moderate temperature di combustione impediscono la formazione di ossidi di azoto termici. L'atmosfera riduttiva al 'interno del letto fluido ed in ampie zone della camera di combustione consente al e particel e di azoto contenute nel combustibile di essere in gran parte convertite in azoto molecolare e non in ossidi di azoto. IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Emissioni Il sistema a letto fluido produce normalmente emissioni di NOx comprese tra 100 e 150 mg/Nm3 con una percentuale di ossigeno pari al ' 11% nei fumi anidri senza l'utilizzo di un sistema DeNOx. IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Emissioni ' CO 5 - 10 mg/Nm3 ' NOx 100-150 mg/Nm3 ' NOx 50 mg/Nm3* ' TOC 1 mg/Nm3 ' *Con impianto SNCR IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Rendimento ' Il sistema di combustione a letto fluido opera abitualmente con un livello di ossigeno di circa il 3 3,5 % nei fumi umidi. La portata fumi quindi molto bassa ed il rendimento molto alto. IMPIANTO DI COMBUSTIONE A LETTO FLUIDO ' Rendimento L'unit completa composta da impianto di combustione e caldaia raggiunge di norma un rendimento prossimo al 94% con combustibile secco, calcolato come rapporto tra energia resa al fluido vettore ed energia in ingresso dal combustibile. Dott. Michele Maffeo San Donato - MI 29-06-17 GRAZIE PER L'ATTENZIONE


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