FR2578958A1 - ATMOSPHERIC GAS BURNER - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN BRULEUR A GAZ ATMOSPHERIQUE COMPORTANT AU MOINS UNE RAMPE6 AVEC DES ORIFICES DE SORTIE DE GAZ10, 10 ET UN ELEMENT1 DE REDUCTION DE LA TEMPERATURE DE LA FLAMME. LE PROBLEME A RESOUDRE CONSISTE A REDUIRE LA FORMATION DE NO SANS PERTURBER LA FLAMME. LE BRULEUR EST CARACTERISE EN CE QUE L'ELEMENT DE REDUCTION1 EST CONSTITUE DE PARTIES INDIVIDUELLES5 DISPOSEES A DISTANCE REGLABLE, AU-DESSUS DE LA RAMPE6 EN FORMANT DES SURFACES DE RAYONNEMENT DE CHALEUR. L'INVENTION EST APPLICABLE NOTAMMENT A L'EQUIPEMENT DES CHAUDIERES DE CHAUFFAGE.THE INVENTION RELATES TO AN ATMOSPHERIC GAS BURNER INCLUDING AT LEAST ONE RAMP6 WITH GAS10, 10 OUTPUT ORIFICES AND A FLAME TEMPERATURE REDUCTION ELEMENT1. THE PROBLEM TO BE SOLVED IS TO REDUCE NO FORMATION WITHOUT DISTURBING THE FLAME. THE BURNER IS CHARACTERIZED IN THAT THE REDUCTION ELEMENT1 CONSISTS OF INDIVIDUAL PARTS5 ARRANGED AT ADJUSTABLE DISTANCE, ABOVE THE RAMP6 FORMING HEAT RADIATION SURFACES. THE INVENTION IS APPLICABLE IN PARTICULAR TO THE EQUIPMENT OF HEATING BOILERS.
Description
Brûleur à gaz atmosphériquei'
L'invention a pour objet un bruleur à gaz atmosphérique constitué d'au moins une rampe de brûleur avec un grand nombre d'orifices de sortie de gaz disposés sur la rampe de brûleur sous forme de fines -fentes, de fins perçages ou d'orifices similaires.Atmospheric gas burner
The subject of the invention is an atmospheric gas burner consisting of at least one burner rail with a large number of gas outlet orifices arranged on the burner rail in the form of fine slots, fine bores or similar holes.
Au-dessus de la rampe de brûleur est alors disposé, dans la zone de la flamme, un élément réduisant la température de la flamme et, par suite, la formation de NOx
Dans le cadre des problèmes d'ensemble posés par la pollution de l'environnement, l'émission dite de NO a été portée encore davantage au premier
x plan car, notamment avec les chaudières de chauffage équipées de brûleurs à gaz atmùsphériques, on doit compter avec des émissions telles qu'il convient de réduire. On a déjà effectué pour cela les efforts les plus divers, par exemple en disposant les grilles métalliques à fines mailles à une distance déterminée au-dessus de la rampe de brûleur ou des rampes de brû- leurs.Mais, le déroulement d'ensemble de la combustion est alors perturbé, de sorte que l'on obtient des valeurs de CO élevées, ce qui n'est pas souhaitable non plus. On a constaté en outre que 1Démission de NO
x ne dépendait pas seulement du refroidissement de la flamme elle-meme par disposition dans la zone de cette flamme d'éléments rayonnant de la chaleur, mais que d'autres facteurs d'influence étaient les caractéris tiques géométriques de la chambre de combustion entourant le bruleur et aussi, enfin, que le type et la composition des gaz à brûler jouaient un rôle non négligeable.Above the burner rail is then arranged, in the flame zone, an element reducing the temperature of the flame and, consequently, the formation of NOx
As part of the overall problems posed by environmental pollution, the so-called NO emission was brought even more to the first
x plan because, in particular with heating boilers fitted with atmospheric gas burners, emissions must be reckoned with that should be reduced. A variety of efforts have already been made to achieve this, for example by placing the fine mesh metal grates at a determined distance above the burner rail or burner rails. combustion is then disturbed, so that high CO values are obtained, which is not desirable either. It has also been found that 1 NO emission
x was not only dependent on the cooling of the flame itself by arrangement in the area of this flame of heat radiating elements, but that other influencing factors were the geometrical characteristics of the combustion chamber surrounding the burner and also, finally, that the type and composition of the gases to be burned played a significant role.
En conséquence, l'invention a pour but de créer un brûleur à gaz atmosphérique dont l'élément réduisant la température de la flamme et, par suite, la formation de NOx n'ait qu'une influence défavorable réduite sur la formation de CO, et avec lequel on puisse effectuer une adaptation au gaz de service considéré- et, dans une certaine mesure, également aux caractéristiques géométriques de 1'environnement du brûleur. Consequently, the object of the invention is to create an atmospheric gas burner whose element reducing the temperature of the flame and, consequently, the formation of NOx has only a reduced unfavorable influence on the formation of CO, and with which one can carry out an adaptation to the service gas considered - and, to a certain extent, also to the geometrical characteristics of the environment of the burner.
A cet effet, l'invention concerne un brûleur à gaz atmosphérique du type ci-dessus caractérisé en ce que l'élément de réduction est agencé sous forme de traverses , de barreaux de bandes ou de parties similaires s'étendant en direction transversale et/ou longitudinale par rapport à l'axe longitudinal de la rampe, formant des surfaces de rayonnement de chaleur et étant conformées pour que leur distance à la rampe de brûleur soit réglable conjointement. To this end, the invention relates to an atmospheric gas burner of the above type characterized in that the reducing element is arranged in the form of crosspieces, strip bars or the like extending in transverse direction and / or longitudinal with respect to the longitudinal axis of the ramp, forming surfaces of heat radiation and being shaped so that their distance from the burner ramp is jointly adjustable.
Des modes de réalisation avantageux sont décrits dans la suite. Advantageous embodiments are described below.
Il est alors essentiel que toute la surface ne soit pas simplement couverte par une toile métallique qui entrasse une perturbation de la formation de la flamme sur toute la surface, mais par un élément de réduction agencé sous forme de parois, de barreaux, de bandes ou similaires formant des surfaces de rayonnement s'étendant transversalement etjou parallèlement à l'axe longitudinal de la rampe, cet élément étant conçu dans son ensemble pour que sa distance à la rampe de brûleur puisse etre réglée. L'ensemble présente donc une structure sensiblement plus grossière que la toile à fines mailles antérieurement connue.Il en résulte qu'au-moins la plus grande partie des flammes brûlant au-dessus de la rampé n'est pas perturbée par l'élément de réduction en raison de ladite structure sensiblement plus grossière que celle d'une toile à fines mailles. It is therefore essential that the entire surface is not simply covered by a metallic cloth which hides a disturbance in the formation of the flame over the entire surface, but by a reducing element arranged in the form of walls, bars, strips or similar forming radiation surfaces extending transversely and playing parallel to the longitudinal axis of the ramp, this element being designed as a whole so that its distance from the burner ramp can be adjusted. The assembly therefore has a substantially coarser structure than the previously known fine mesh fabric. As a result, at least most of the flames burning above the ramp are not disturbed by the element of reduction due to said structure substantially coarser than that of a fine mesh canvas.
Etant donné que les parties individuelles constituant l'élément de réduction rayonnent de la chaleur, il est prévu une évacuation de chaleur suffisante, même dans les zones de la flamme où telle partie ne passe pas à proximité immédiate . Pour rendre l'ensemble reproductible en ce qui concerne son efficacité, même avec des caractéristiques géométriques différentes de l'environnement et aussi des compositions de gaz variables, il est en outre essentiel que l'élément de réduction soit agencé dans son ensemble pour que sa distance à la rampe de brûleur soit réglable.Since the individual parts constituting the reducing element radiate heat, there is provision for sufficient heat dissipation, even in areas of the flame where such part does not pass in the immediate vicinity. To make the whole reproducible with regard to its efficiency, even with different geometrical characteristics of the environment and also variable gas compositions, it is also essential that the reduction element is arranged as a whole so that its distance to the burner rail is adjustable.
Ainsi, on n'est pas obligé de prévoir un brûleur conformé de façon particulière pour chaque cas d'application spécifique. De plus, on peut alors en principe régler I'élément sans problème dans sa position optimale par rapport à la rampe de brûleur et aux flammes. Etant donné que l'élément de réduction est cons titubé de plusieurs traverses, barreaux, bandes ou similaires, ces parties individuelles sont judicieusement fixées sur au moins un support et celui-ci est agencé pour être réglable par rapport à la rampe. En d'autres termes, le support peut être disposé avec possibilité de réglage sur la rampe elle-même ou sur le porte-rampe. En outre, il est bien entendu aussi possible de fixer ces parties individuelles sur la rampe, chacune pour elle-même, ce qui correspondrait cependant à une dépense considérable.Dans la mesure où il est prévu au moins un support commun pour les parties individuelles, celui-ci ne doit pas obligatoirement être fixé sur la rampe de brûleur ou sur le support de brûleur. Il est au contraire aussi possible de disposer ce support avec possibilité de réglage de distance en un emplacement approprié des parois entourant la chambre de combustion. Thus, it is not necessary to provide a burner shaped in a particular way for each specific application case. In addition, it is then possible in principle to adjust the element without problem in its optimal position with respect to the burner rail and the flames. Since the reduction element is made up of several crosspieces, bars, bands or the like, these individual parts are judiciously fixed on at least one support and the latter is arranged to be adjustable relative to the ramp. In other words, the support can be arranged with the possibility of adjustment on the ramp itself or on the ramp holder. In addition, it is of course also possible to fix these individual parts on the ramp, each for itself, which would however correspond to a considerable expense. Insofar as at least one common support is provided for the individual parts, it does not have to be fixed on the burner rail or on the burner support. On the contrary, it is also possible to arrange this support with the possibility of adjusting the distance at an appropriate location of the walls surrounding the combustion chamber.
L'émission NOx mentionnée précédemment pour les installations de chauffage est du reste exposée dans "Gas international" tome 20 (1981), numéro 1, pages 41,42. The NOx emission mentioned above for heating installations is moreover exposed in "Gas international" volume 20 (1981), number 1, pages 41,42.
Avec la solution mentionnée précédemment et la conformation conforme à llinuention du brûleur à gaz atmosphérique on a constaté qu'en tout cas l'émission NO pouvait être sensiblement
x réduite avec les chaudières à gaz à brûleurs à gaz "normaux". On- a constaté notamment que par la possibilité de réglage de l'élément de réduction, on pouvait tenir compte dans une certaine mesure des caractéristiques géométriques d'environnement, mais aussi notamment des compositions de gaz différentes.Pour le fabricant de tels brûleurs, cela a pour avantage essentiel que, sans que l'on ait à prévoir des types de brûleurs différents, on peut régler le brûleur suivant les conditions rencontrées pour la réduction de NO la plus optimale possible, sans avoir à tenir
x compte en même temps d'un accroissement de la teneur en CO, c'est-à-dire que l'on peut, pour ainsi dire, régler le point d'intersection critique de la ligne de valeur de CO et de la courbe d'émission NO
x
Pour les parties individuelles constituant l'élément de réduction, on dispose évidemment des formes et des possibilités de disposition les plus diverses. Un mode de réalisation du brûleur qui s'est révélé avantageux est caractérisé en ce que la section totale considérée en projection verticale des surfaces libres enfermées devant les parties individuelles de l'élément correspondent au maximum à une fraction comprise entre 60 et 70% de la surface de la rampe munie des orifices de sortie de gaz, sur laquelle l'élément est disposé.With the solution mentioned above and the conformation in accordance with the intention of the atmospheric gas burner, it was found that in any case the NO emission could be appreciably
x reduced with gas boilers with "normal" gas burners. It has been found in particular that by the possibility of adjusting the reduction element, one could take into account to a certain extent the geometrical characteristics of the environment, but also in particular the different gas compositions. For the manufacturer of such burners, this has the essential advantage that, without having to provide different types of burners, the burner can be adjusted according to the conditions encountered for the most optimal reduction of NO, without having to hold
x at the same time takes into account an increase in the CO content, i.e. one can, so to speak, adjust the critical point of intersection of the CO value line and the curve NO emission
x
For the individual parts constituting the reduction element, there are obviously the most diverse shapes and possibilities of arrangement. An embodiment of the burner which has proved to be advantageous is characterized in that the total section considered in vertical projection of the free surfaces enclosed in front of the individual parts of the element corresponds at most to a fraction of between 60 and 70% of the surface of the ramp provided with the gas outlet orifices, on which the element is arranged.
En général, les orifices de sortie de gaz de telles rampes à gaz sont disposés en groupes placés à distance. In general, the gas outlet orifices of such gas ramps are arranged in groups placed at a distance.
Avec de telles rampes à gaz, il s'est révélé avantageux que les traverses, barreaux, bandes ou similaires constituant l'élément de réduction soient disposés sur les zones exemptes d'orifices, entre les groupes d'orifices. Il est en outre avantageux, si l'on utilise des traverses en lames pour l'élément de réduction, de disposer ces lames perpendiculairement à l'axe longitudinal du bruleur, ou aussi suivant l'axe longitudinal de celui-ci; au-dessus des orifices de sortie de gaz.De telles traverses en lames disposées perpendiculairement ont manliestew ment une action particulièrement favorable parce: que les volumes qu'elles enferment vagissent pour ainsi dire à la manière de cheminées, en formant de petits puits avec des parois de limitation à surfaces relativement grandes, par lesquelles la chaleur peut- être bien rayonnée, ce qui est lié à un bon effet de refroidissement de la flamme. With such gas ramps, it has proved advantageous that the crosspieces, bars, bands or the like constituting the reduction element are arranged on the zones free of orifices, between the groups of orifices. It is also advantageous, if one uses transverse blades for the reduction element, to have these blades perpendicular to the longitudinal axis of the burner, or also along the longitudinal axis thereof; above the gas outlet orifices. Such transversely arranged transverse strips have a particularly favorable action because: the volumes which they enclose waver, so to speak, like chimneys, forming small wells with boundary walls with relatively large surfaces, through which the heat can be well radiated, which is linked to a good flame cooling effect.
Etant donné que les parties indivi- duelles constituant l'élément de réduction sont exposées à une action thermique intense, il est avantageux de les prévoir notamment avec des entailles pour s'opposer sur toute la longueur aux voilements provoqués par la chaleur. Since the individual parts constituting the reduction element are exposed to an intense thermal action, it is advantageous to provide them in particular with notches in order to oppose over the entire length the warping caused by heat.
Le brûleur à gaz atmosphérique est décrit de façon plus précise dans la suite en se référant aux dessins annexés représentant des exemples de réalisation de l'invention. The atmospheric gas burner is described in more detail below with reference to the accompanying drawings showing examples of embodiments of the invention.
Dans ces dessins
- les Figes.1 à 7 sont des vues de dessus schématiques de la rampe de brûleur avec l'élément de réduction associé;
- les Figs. 1A à 7A sont des élévations correspondantes des rampes de brûleur en regardant dans l'axe longitudinal de chaque rampe, suivant la direction de la flèche B;
- la Fig.8 représente une forme de réalisation particulière, également en regardant dans la direction de la fleche B;
- la Fig.9 représente un morceau de tôle pour constituer l'élément de réduction suivant les figures 1 à 4A.In these drawings
- Figs.1 to 7 are schematic top views of the burner rail with the associated reduction element;
- Figs. 1A to 7A are corresponding elevations of the burner rails, looking in the longitudinal axis of each rail, in the direction of the arrow B;
- Fig.8 shows a particular embodiment, also looking in the direction of arrow B;
- Fig.9 shows a piece of sheet metal to form the reduction element according to Figures 1 to 4A.
Dans l'exemple de réalisation suivant les figures 1 et lA, les parties individuelles constituant l'élément de réduction 1 comprennent des bandes 5 disposées tranversalement à l'axe longitudinal 2 de la rampe de brûleur 6. Pour permettre une fabrication simple ainsi que pour donner une possibilité de réglage, les bandes 5 sont réalisées avec un morceau de tôle 15 dans lequel on poinçonne des évidements appropriés 16 entre lesquels s'étendent les bandes 5. Ce morceau de tôle 15 est ensuite cintré conformément à la Fig.1A et engagé au-dessus de la rampe de brûleur 6. Des fentes latérales 17 en forme de perçages oblongs permettent de régler des distances différentes de l'ensemble de la structure par rapport à la rampe de brûleur 6.Etant donné qu'en général, les orifices de sortie de gaz 10 sont disposés en groupes 10' espacés entre eux sur les rampes de brûleur 6, l'ensemble de l'élément est avantageusement disposé de- manière que les bandes -5 s'étendent au-dessus des zones 12 exemptes d'orifices entre les groupes d'orifices 10'. La même chose est également valable pour les formes de réalisation suivant les figures 2 à 4A, la forme de réalisation suivant les figures 2 et 2A se différenciant de celle suivant la
Fig.1 et la Fig.1A en ce que le morceau de tôle 15 est plié en forme de caisson.In the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 1A, the individual parts constituting the reduction element 1 comprise strips 5 arranged transversely to the longitudinal axis 2 of the burner rail 6. To allow simple manufacture as well as for give a possibility of adjustment, the strips 5 are made with a piece of sheet metal 15 in which is punched appropriate recesses 16 between which extend the strips 5. This piece of sheet metal 15 is then bent in accordance with Fig.1A and engaged above the burner rail 6. Lateral slots 17 in the form of oblong holes make it possible to adjust different distances of the whole structure from the burner rail 6.Because in general, the orifices gas outlet 10 are arranged in groups 10 'spaced apart on the burner rails 6, the whole of the element is advantageously arranged so that the bands -5 extend above the zones 12 free of '' holes between groups of holes 10 '. The same is also valid for the embodiments according to FIGS. 2 to 4A, the embodiment according to FIGS. 2 and 2A being different from that according to the
Fig.1 and Fig.1A in that the piece of sheet metal 15 is folded in the form of a box.
En raison des saillies latérales 13 de bandes 5 prévues dans les formes de réalisation suivant les figures 3 à 4A, on doit simplement veiller dans ce cas à un maintien un peu différent de l'élément 1, maintien que l'on voit immédiatement sur les figures 3A et 4A et pour lequel il n'y a pas besoin d'explication plus précise
Les figures 5 et SA représentent une forme de réalisation dans laquelle les parties individuelles constituant l'élément de réduction 1 sont réalisées sous forme de traverses 3 disposées comme des lames assemblées à leurs extrémités par des barrettes transversales et associées ensuite de façon appropriée, réglable, à la rampe 6. De telles traverses 3 pourraient aussi être disposées transversalement à la rampe 6.Because of the lateral projections 13 of bands 5 provided in the embodiments according to FIGS. 3 to 4A, one must simply ensure in this case a slightly different maintenance of the element 1, a maintenance which is immediately seen on the Figures 3A and 4A and for which there is no need for a more precise explanation
FIGS. 5 and SA represent an embodiment in which the individual parts constituting the reduction element 1 are produced in the form of crosspieces 3 arranged like blades assembled at their ends by transverse bars and then associated in an appropriate, adjustable manner, to the ramp 6. Such cross members 3 could also be arranged transversely to the ramp 6.
Dans les formes de réalisation suivant les figures 6 et 6A, les parties individuelles constituant l'élément de réduction 1 sont formées par des barreaux 4 s'étendant en direction longitudinale. Ces barreaux sont montés dans des supports appropriés 18 qui peuvent à leur tour être réglables par rapport à la rampe 6 dans le sens de la flèche C. Ces barreaux peuvent aussi être bien plus courts et être munis de supports appropriés pour s'étendre transversalement à la rampe 6. La forme de réalisation suivant les figures 7 et 7A se différencie de celle suivant les figures 6 et 6A en ce que la fixation de l'élément de réduction 1 n'a pas lieu sur la rampe 6 elle-même, mais en un emplacement approprié d'une paroi de limitation de la chambre de combustion, qui n'est pas représentée ici.Dans l'exemple de réalisation suivant les figures 7 et 7A, cette paroi peut être constituée par exemple, par une chemise 19 conduisant de l'eau et disposée au-dessus de la rampe à gaz 6. Il n'est aucunement obligatoire que les barreaux 4 soient des barreaux ronds; ils peuvent au contraire présenter toute autre section transversale appropriée. Si les parties individuelles sont des parties s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal 2 de la rampe de brûleur, ces parties peuvent être munies d'entailles 14 pour éviter les voilements dus aux charges thermiques. Ces entailles 14 sont indiquées sur la Fig.6. In the embodiments according to FIGS. 6 and 6A, the individual parts constituting the reduction element 1 are formed by bars 4 extending in the longitudinal direction. These bars are mounted in suitable supports 18 which can in turn be adjustable relative to the ramp 6 in the direction of the arrow C. These bars can also be much shorter and be provided with supports suitable for extending transversely to the ramp 6. The embodiment according to FIGS. 7 and 7A differs from that according to FIGS. 6 and 6A in that the fixing of the reduction element 1 does not take place on the ramp 6 itself, but in a suitable location of a boundary wall of the combustion chamber, which is not shown here. In the exemplary embodiment according to FIGS. 7 and 7A, this wall can be constituted for example by a jacket 19 leading water and disposed above the gas train 6. It is in no way obligatory that the bars 4 are round bars; on the contrary, they may have any other appropriate cross section. If the individual parts are parts extending parallel to the longitudinal axis 2 of the burner rail, these parts can be provided with notches 14 to avoid warping due to thermal loads. These notches 14 are indicated in FIG. 6.
Dans la forme de réalisation suivant la Fig.8, les parties individuelles constituant l'é lément de réduction 1 sont formées par des bandes annulaires 5' qui ont un diamètre plus grand que celui de la rampe de brûleur et qui sont montées sur un support commun 20. Ces bandes sont également réglables dans le sens de la flèche C. In the embodiment according to FIG. 8, the individual parts constituting the reduction element 1 are formed by annular bands 5 ′ which have a diameter larger than that of the burner rail and which are mounted on a support common 20. These bands are also adjustable in the direction of arrow C.
Les formes représentées et décrites pour les parties individuelles constituant l'élément de réduction 1 ne sont pas obligatoires, notamment en ce qui concerne leur disposition transversale ou longitudinale par rapport aux rampes de brûleur. En d'autres termes, les traverses 3 ou les barreaux 4 peuvent présenter une forme circulaire ou ovale et constituer l'élément 1 en étant disposées l'une à la suite de l'autre. Ainsi, par exemple, les parties individuelles peuvent aussi être constituées par des petits cordons analogues à des chaînes tendus entre les supports. Dans la mesure où il ne s'agit pas de bandes 5 relativement larges, les parties individuelles peuvent aussi avoir une structure en forme de grille, celle-ci ne formant cependant pas un réseau à fines mailles mais une structure en grille bien plus grande avec une surface libre suffisamment grande. On préfère cependant des réalisations et des dispositions semblabies à celles des figures 1 à 5A, dans lesquelles on met à profit le fait que les orifices 10 de sortie de gaz des rampes de brûleur sont disposés en groupes espacés 10'. The shapes shown and described for the individual parts constituting the reduction element 1 are not compulsory, in particular as regards their transverse or longitudinal arrangement with respect to the burner rails. In other words, the crosspieces 3 or the bars 4 can have a circular or oval shape and constitute the element 1 by being arranged one after the other. Thus, for example, the individual parts can also be constituted by small cords analogous to chains stretched between the supports. Since these are not relatively wide strips, the individual parts may also have a grid-like structure, which, however, does not form a fine mesh network but a much larger grid structure with a sufficiently large free area. However, similar embodiments and arrangements are preferred to those of FIGS. 1 to 5A, in which advantage is taken of the fact that the gas outlet orifices 10 of the burner manifolds are arranged in spaced groups 10 '.
Les flammes sont ainsi, d'une part, perturbées le moins possible par les bandes 5; celles-ci constituent cependant, d'autre part, des surfaces de rayonnement de chaleur relativement grandes et assurent donc le refroidissement des flammes. The flames are thus, on the one hand, disturbed as little as possible by the bands 5; these, however, on the other hand, constitute relatively large heat radiating surfaces and therefore ensure the cooling of the flames.
Particulièrement avantageuse s'est ré vélée la disposition de parois en lames 3 perpendiculairement à la rampe 6, à savoir aussi bien en direc- tion longitudinale que transversalement. En effet, un tel agencement procure en soi un "effet de cheminée" et ces parties présentent des surfaces relativement grandes rayonnant de la chaleur Particularly advantageous has been revealed the arrangement of strip walls 3 perpendicular to the ramp 6, namely both in longitudinal direction and transversely. Indeed, such an arrangement in itself provides a "chimney effect" and these parts have relatively large surfaces radiating heat.
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