KR100402000B1 - 미분탄 파쇄기의 건조가스 제어장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산소가 포함된 대기공기를 이용하지 않고 열풍에서 연소중에 발생되는 배가스만으로 파쇄기의 출구온도를 적정온도로 제어하면서 파쇄기건조 및 운반이 가능하도록 하여 파쇄기내부의 산소농도가 증가하여 발생하는 폭발을 방지할 수 있는 미분탄 파쇄기의 건조용 가스 온도 제어장치에 관한 것으로, 열풍로로부터 배출되는 배가스를 흡입팬으로 흡입하여 파쇄기에 제공하는 미분탄 파쇄설비에 있어서, 열풍로로부터 배출되는 배가스를 소정 온도를 냉각시켜 냉풍으로 만드는 냉각수단과, 상기 열풍로로부터 배출되는 배가스를 소정 유량으로 조절하여 흡입팬측으로 제공하는 열풍유량조절수단과, 상기 냉각수단으로부터 배출되는 냉풍을 소정 유량으로 조절하여 흡입팬측으로 제공하는 출구온도조절수단으로 구성된다.
Description
본 발명은 미분탄 취입설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산소가 포함된 대기공기의 필요 없이 고로 열풍로(hot stove) 연소중 발생하는 배가스(waste gas)만을 이용하여 적절한 출구온도를 제어하면서 파쇄된 미분탄을 건조하고, 미분탄 포집기까지 운반하게 하는 미분탄 파쇄기의 건조용 가스 온도 제어장치에 관한 것이다.
미분탄 취입설비는 도 1에 도시한 바와 같이, 콘베어벨트(1)를 이용하여 석탄 야적장으로부터 운반되어 석탄저장호퍼(2)에 저장된 석탄을 운전자가 급탄량설정수단(3s)을 이용하여 소정의 양으로 파쇄기(4)에 공급하고, 상기 파쇄기(4)는 공급된 석탄을 파쇄하여 미분탄으로 제조한다.
그리고, 이렇게 제조된 미분탄은 흡입팬(14)에 의해 흡입된 배가스와 대기공기가 혼합된 건조가스로 건조되어 상부의 미분탄포집기(5)까지 운반되고, 미분탄포집기(5)에 포집된 미분탄은 그 하부의 미분탄 저장호퍼(6)에 저장된 후, 취입호퍼(7)에 의해 고로로 취입되는 것이다.
이때, 열풍유량제어밸브(12)에 의해 제어된 양으로 상기 파쇄기(4)로 넣어지는 건조가스는 열풍로(9)에서 발생되는 배가스에 공기흡입타워(10)를 통해 대기중에서 흡입된 공기를 출구온도 제어밸브(13)에 의하여 제어된 양으로 들어오는 대기공기를 혼합시켜 적절온도로 떨어뜨린 후, 이를 흡입팬(14)으로 흡입하여 파쇄기(4)에 불어 넣는 것이다.
그런데, 보통 파쇄기(4)내부에는 석탄이 파쇄되어 된 미분탄이 적체되어 있기 때문에 내부온도를 상승시킬 때는 화재위험이 따르며, 이 때문에 온도를 낮게 하면 미분탄의 건조가 이루어지지 않고 미분탄포집기(5)로의 운반도 불가능하게 되는 문제점이 있다.
더구나 대기중의 공기가 포함된 건조가스에는 산소가 많이 포함되어 있기 때문에, 공기량이 많아질 수록 파쇄기(4)내부의 산소농도가 높아져, 폭발할 위험성이 있다.
따라서, 종래에는 미분탄의 건조 및 운반이 가능하면서 화재가 발생되지 않도록 파쇄기(4)의 출구온도를 제어하는데 있어, 대기공기공급측에 설치된 출구온도제어밸브(13)를 통해 공기의 흡입량을 조절하는 것을 채택하였다.
그런데, 이러한 종래방식은, 동절기에는 대기기온의 강하로 열풍로(9)에서 연소중 발생되는 배가스온도와 냉풍으로 사용되는 대기공기의 온도가 저하되기 때문에, 파쇄기(4)의 출구온도를 목표온도(예를 들어, 약 80도)로 제어하기 위해서 출구온도제어밸브(13)을 닫아, 원하는 출구온도를 순간적으로 확보할 수 있지만, 그 만큼 열풍의 유량이 저하되어 미분탄포집기(5)까지 미분탄이 운반되기 힘들어지게 되는 문제점이 있으며, 반대로 열풍유량을 확보하기 위해 출구온도제어밸브(13)를 열면 목표하는 출구온도를 얻을 수 없게 되어 급탄량이 감소되는 문제점이 있다.
즉, 열풍로에서 발생되는 배가스의 온도가 저하되는 동절기에는 정상적인 파쇄기의 출구온도제어가 이루어질 수 없어 제조되는 미분탄량이 줄어든다.
반대로, 배가스의 온도가 충분히 확보되는 여름같은 경우(예를 들어, 230도 이상)에는, 대기공기를 섞어서 온도를 낮춰야 하는데, 이때, 파쇄기(4)와 미분탄포집기(5) 사이의 산소농도가 상승하여 폭발가능성이 높아지는 문제점이 있다.
실제로, 산소농도가 13%이상이고, 파쇄기 및 미분탄포집기의 내부온도가 650도이상이며 미분탄농도가 20~3000g/m3의 조건이 만족되면 폭발이 일어나는데, 하절기의 경우 파쇄기 및 미분탄포집기의 내부온도가 약 15%이상까지 상승하는 경우도 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 산소가 포함된 대기공기를 이용하지 않고 열풍에서 연소중에 발생되는 배가스만으로 파쇄기의 출구온도를 적정온도로 제어하면서 파쇄기건조 및 운반이 가능하도록 하여 파쇄기내부의 산소농도가 증가하여 발생하는 폭발을 방지할 수 있는 미분탄 파쇄기의 건조용 가스 온도 제어장치를 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 미분탄제조설비를 도시한 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 미분탄 파쇄기의 건조용 가스 제어장치를 도시한 블럭구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제어장치의 동작설명을 위한 상세회로도이다.
도 4는 본 발명에 따른 미분탄 파쇄기의 건조용 가스 제어장치의 제어흐름을 보이는 플로우챠트이다.
도 5는 본 발명에 따른 건조용 가스의 출구온도 및 열풍유량조절과정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 6는 본 발명에 따른 제어에 의한 출구온도 및 열풍유량변화상태를 보이는 그래프이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
12 : 열풍유량제어밸브 13 : 출구온도제어밸브
20 : 냉각타워 21 : 1차 배가스냉각기
22 : 2차 배가스냉각기 120 : 열풍유량제어부
130 : 출구온도제어부 150 : 열풍유량검출부
160 : 출구온도검출부 210 : 1차냉각온도제어부
220 : 2차냉각온도제어부
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구성 수단으로서, 본 발명은 열풍로로부터 배출되는 배가스를 흡입팬으로 흡입하여 파쇄기에 제공하는 미분탄 파쇄기의 건조가스 제어장치에 있어서,
열풍로로부터 배출되는 배가스를 소정 온도를 냉각시켜 냉풍으로 만드는 냉각수단과,
상기 열풍로로부터 배출되는 배가스를 소정 유량으로 조절하여 흡입팬측으로 제공하는 열풍유량조절수단과,
상기 냉각수단으로부터 배출되는 냉풍을 소정 유량으로 조절하여 흡입팬측으로 제공하는 출구온도조절수단을 포함함을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 미분탄 파쇄기의 건조용 가스 온도 제어장치의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 미분탄 파쇄기의 건조가스 제어장치의 일실시예를 도시한 블럭구성도로서, 본 발명에 의한 미분탄 파쇄기의 건조가스 제어장치는 열풍로(9)로부터 파쇄기(4)측으로 공급되는 배가스의 유량을 제어하는 열풍유량제어밸브(12)와, 열풍로(9)로부터 배출되는 배가스를 일부 공급받아 냉각시키는 1,2차 배가스냉각기(21,22)와, 상기 1,2차배가스냉각기(21,22)에 의해 냉각배출되는 배가스의 유량을 조절하는 출구온도제어밸브(13)와, 미분탄파쇄기(4)의 출구온도를 검출하여 설정온도와의 온도차를 검출하는 출구온도검출부(160)와, 미분탄파쇄기(4)로 공급되는 파쇄기 건조용 열풍의 유량을 검출하여 설정된 유량과의 유량차를 검출하는 열풍유량검출부(150)와, 상기 출구온도검출부(160)에서 검출된 온도차와 상기 열풍유량검출부(150)에서 검출된 유량차로부터 목표하는 열풍량을 얻기 위한 출력값을 산출하여 상기 열풍유량제어밸브(12)를 제어하는 열풍유량제어부(120)와, 상기 출구온도검출부(160)에서 검출된 온도차와 상기 열풍유량검출부(150)에서 검출된 유량차로부터 소정의 목표하는 출구온도를 얻기위한 냉각배가스의 양을 산출하여 상기 출구온도제어밸브(13)를 제어하는 출구온도제어부(130)와, 상기 1차 배가스냉각기(21)로부터 출력되는 1차냉각된 배가스온도를 검출하는 제1온도검출기(21a)를 포함하여 검출된 배가스온도가 목표온도에 도달하도록 제1냉각수유량제어밸브(21b)를 통해 1차배가스냉각기(21)로 유입되는 냉각수의 유량을 조절하는 1차냉각온도제어부(210)와, 상기 2차배가스냉각기(22)로부터 출력되는 2차냉각된 배가스온도를 검출하는 제2온도검출기(22a)를 포함하여 검출된 배가스의 냉각온도가 목표온도에 도달하도록 제2냉각수유량제어밸브(22b)를 통해 2차배가스냉각기(22)로 유입되는 냉각수의 유량을 조절하는 2차냉각온도제어부(220)를 포함하고, 그외, 상기 1,2차배가스냉각기(21,22)에 냉각수를 공급하기 위한 냉각타워(20)와 펌프(23)등이 구비된다.
더하여, 상기 본 발명에 따른 미분탄 파쇄기의 건조가스 제어장치는 소정의 설정된 량 또는 출구온도검출부(160)에서 온도차 발생시 그 만큼 적은 량의 석탄이 미분탄파쇄기(4)에 공급되도록 급탄기(3)의 급탄속도를 조절하는 급탄량제어부(30)를 더 포함한다.
도 3은 상기 본 발명에 의한 미분탄 파쇄기의 건조가스 제어장치를 그 동작관계가 나타나도록 더 구체적으로 도시한 회로도로이고, 도 4는 본 발명에 따른 미분탄 파쇄기의 건조가스 제어장치의 제어흐름을 보이는 플로우챠트로서, 상기 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 의한 미분탄 파쇄기의 건조가스 제어장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
급탄량제어부(30)에 있어서, 운전자가 급탄량 설정기(3s)를 조작하여 급탄량을 설정하면, 이러한 급탄량설정값이 자동로우선택기(3c)를 통해급탄기출력변환기(3b)로 입력되고, 이 급탄기출력변환기(3b)에 의해서 모터제어신호로 변환되어 급탄기회전용 모터(3a)로 출력된다.
이에, 상기 모터(3a)는 설정된 속도로 급탄기(3)를 회전시켜 소정 양의 석탄을 파쇄기(4)에 급탄한다.
이 석탄은 파쇄기(4)에서 미분탄으로 파쇄되고, 배가스흡입팬(14)에 의해 주입되는 열풍에 의해 건조되면서, 상측의 미분탄포집기(5)로 포집된다.
이때, 파쇄기(4)의 출구측에 장착된 출구온도검출기(16)에서 파쇄기(4)의 출측온도를 검출하고, 또한, 파쇄기(4)의 열풍 입구측에 설치된 열풍유량검출기(15)가 파쇄기(4)로 주입되는 건조 및 운반용 열풍의 유량을 검출한다.
상기 검출신호중, 출구온도검출기(16)에 의해 검출된 파쇄기의 출구온도는 신호변환기(16a)에 의해서 비교가능한 소정 범위의 신호(예를 들어, 전압신호)로 변환되고, 이 출구온도신호는 출구온도의 목표치를 설정하는 온도설정기(16s)에 의해서 설정된 기준온도신호와 함께 비교기(16b)로 입력되고, 비교기(16b)는 출구온도실측치와 기준온도의 차(ⓐ, 이를 '출구온도편차'라 한다)를 출력한다.
또한, 열풍유량검출기(15)에 의해 검출된 신호는 신호변환기(15a)에 의해서 비교가능한 소정 범위의 신호(예를 들어, 전압신호)로 변환되어 상기 급탄량제어부(30)로부터 출력되는 급탄량설정값에 대응한 열풍의 유량값을 산출하는 유량설정기(15s)로부터 출력된 열풍 유량설정값과 함께 비교기(15b)에 입력된다. 상기 비교기(15b)는 상기 실제 열풍유량과 설정값과의 차(ⓑ, 이를 '열풍유량편차'라 한다)를 출력한다.
그리고, 출구온도제어부(130)와 열풍유량제어부(120)는 상기 열풍유량 검출부(150)와 출구온도검출부(160)에 의해서 검출된 미분탄파쇄기(4)에서의 출구온도편차와 열풍유량편차를 연산하여 각각 목표하는 출구온도와 유량값을 얻기위한 제어출력값을 산출하고, 그에 따라 열풍유량제어밸브(12)와 출구온도제어밸브(13)를 제어한다.
이를 보다 상세하게 설명하면, 파쇄기의 출구온도와 열풍의 유량제어는 열풍로(9)에서 발생되는 배가스의 유량 및 이를 냉각시킨 냉풍유량과 서로 밀접한 관계를 가지고 있다. 즉, 파쇄기의 출구온도와 파쇄기로 공급되는 열풍유량의 제어만을 실시하기 위해서 각각 열풍유량제어밸브(12)(또는 출구온도제어밸브(13))만을 조절하면 해당 유량(또는 온도)만이 변하는 것이 아니라 온도(또는 유량)까지 급격하게 변화된다. 따라서, 본 발명에서는 상기 열풍유량검출부(150)와 상기 출구온도검출부(160)에서 검출된 열풍유량편차, 출구온도편차를 동시에 입력받아 연산한다. 즉, 도 6의 점선박스(61)에 도시한 바와 같이 출구온도가 상승하게 되면 열풍유량제어밸브(12)를 서서히 닫으면서, 출구온도제어밸브(13)는 서서히 오픈시키고, 출구온도가 감소하면, 반대로 열풍유량제어밸브(12)를 서서히 열면서 출구온도제어밸브(13)를 서서히 닫고, 반면에 점선박스(62)에 도시된 바와 같이 유량이 설정치보다 증가하면, 출구온도제어밸브(13) 및 열풍유량제어밸브(12)를 모두 서서히 닫으면서 유량을 감소시키고 이에 유량이 감소하면, 다시 출구온도제어밸브(13) 및 열풍유량제어밸브(12)를 서서히 열어서 유량을 증가시킨다.
따라서, 도 5에 도시된 바와같이, 출구온도제어부(130)는 다음의 수학식 1과 같이 출력제어값(PV1)를 산출하고, 열풍유량제어부(120)는 다음의 수학식 2와 같이출력제어값(PV2)를 산출한다.
이렇게 산출된 출력제어값(PV1,PV2)을 각각 출구온도제어밸브(13)와 열풍유량제어밸브(12)로 인가하여, 배가스의 유량과 냉각배가스의 양 및 그 둘을 포함한 전체 열풍의 유량을 조절한다.
상기에서, 출구온도제어밸브(13)를 통해 배출되는 냉각배가스는 1,2차배가스냉각기(21,22)를 통과하면서 설정된 온도로 냉각된 것으로서, 이 냉각배가스의 온도제어는 다음과 같다.
즉, 열풍로의 배가스 굴뚝 전단에서 분기된 열풍은 1차배가스냉각기(21)을 거치면서 운전자가 설정한 1차냉각온도설정기(21s)의 설정온도만큼 냉각되는데, 이때, 1차배가스냉각기(21)로부터 출력되는 1차냉각된 배가스의 온도를 1차온도검출기(21a)로 검출하고, 이를 상기 설정기(21s)의 설정온도와 비교하여 편차가 발생시, 그 편차를 감소시키도록 출력제어값을 제어밸브(21b)에 출력하여 1차배가스냉각기(21)로 유입되는 냉각수량을 조정한다.
그리고, 열풍로에서 발생되는 배가스는 온도가 매우 높기 때문에 한번의 냉각으로 목표온도(냉풍으로 사용할 수 있는 온도)까지 저하시키는 것은 불가능하다. 따라서, 상기 1차배가스냉각기(21)의 후단에 설치된 2차배가스냉각기(22)로 최종목표온도까지 냉각시킨다. 이때, 2차배가스냉각기(22)의 목표온도는 상기 1차 냉각시 검출된 온도차(d)에 대한 소정 비율로 설정한다. 즉, 비율설정기(22s)에서 상기 1차냉각시의 온도편차값(d)을 다음의 수학식 3과 같이 연산하여 목표온도(PV3)를 설정한다.
상기에서, K는 상수값으로, 2차배가스냉각기(22)에서 제어할 비율이다.
이러한 목표온도(PV3)와 2차온도검출기(22a)에서검출한 실제 온도와의 편차를 구하고, 그에 따라 2차배가스냉각기(22)로 유입되는 2차냉각수제어밸브(22b)의 출력값을 증감시켜 배가스 온도를 소정의 목표온도까지 떨어트린다.
이와 같은, 본 발명에 의한 미분탄 파쇄기의 건조가스 제어장치의 동작을 도 4에 보인 플로우챠트를 참조하여 정리해보면 다음과 같다.
먼저, 도 4a에 도시한 바와같이, 제조설비(미분탄 파쇄기 및 열풍로)가 기동명령이 인가되면(401), 제조설비의 기동조건이 맞는지를 체크하여(402), 모든 조건이 맞을 때 제조설비의 기동이 이루어진다.
그리고, 제조설비의 기동이 이루어지면, 열풍유량제어의 시작과 동시에 출구온도제어가 시작되어(404,405), 각각 파쇄기(4)의 출구온도편차(a)와 열풍유량편차(b)를 각각 수학식 1 및 수학식2와 같이 연산하여 열풍유량제어밸브 출력값과 출구온도제어밸브 출력값을 산출한다(406, 407).
그리고, 상기와 같이 산출된 출력값을 각각 열풍유량제어밸브(12)와 출구온도제어밸브(13)로 출력하고(408,409), 이에 해당 열풍유량제어밸브(12)와 출구온도제어밸브(13)가 각각 개폐동작하여(410,411) 열풍의 유량 및 파쇄기(4)의 출구온도의 연계제어가 이루어진다.
그리고, 상기 제조설비의 기동이 시작될때(401), 도 4b에 도시한 열풍냉각제어도 동시에 시작되며(420), 초기에는 1,2차냉각온도제어부(210,220)가 수동모드로 절환한 후(421,422), 제1,2냉각수제어밸브(21b, 22b)를 개도 50%로 수동설정한다(423,424). 이에 1,2차배가스냉각기(21,22)로 기준유량의 냉각수가 유입되어, 배가스의 냉각이 이루어진다. 그 다음 타이머를 기동하여 소정 시간 지연후에(425,426), 상기 1차냉각온도제어부(210)를 자동모드를 절환한다(427). 상기 1차냉각온도제어부(210)에서 제1온도검출기(21a)에서 검출된 1차냉각온도를 설정온도와 비교하여 PID제어를 실시하고 이에 따라 제1냉각수제어밸브(21b)를 개폐한다(429, 432).
또한, 2차냉각온도제어부(220) 측에서는 상기 1차냉각온도제어부(210)에서의 1차냉각온도(d)를 입력받아, 2차배가스냉각기(22)의 목표온도(PV3)를 상기 수학식 3에 의해 산출한다(428).
그 다음, 제2냉각온도제어부(220)는 자동모드로 절환되고(430), 상기 산출된설정온도(e)와 제2온도검출기(22b)로부터 검출된 2차냉각온도를 비교하여, PID제어에 의해 출력제어값을 산출하고(431), 그에 따라서, 제2냉각수제어밸브(22b)를 조절하여, 냉풍용 배가스를 소정 목표온도까지 냉각시킨다(433).
본 발명에 따른 미분탄 파쇄기의 건조가스 제어장치는 상술한 바와 같이 대기공기를 이용하지 않고 건조가스의 온도를 조절함으로서, 산소함유량을 거의 제로로 낮춰 산소농도증가에 의한 폭발의 위험성을 제거하고, 미분탄파쇄기에서의 출구온도와 열풍의 유량을 함께 적절하게 조절함으로서, 파쇄기출구온도의 안정시키면서, 급탄량감소를 예방할 수 있는 우수한 효과가 있는 것이다.
Claims (4)
- 열풍로로부터 배출되는 배가스를 흡입팬으로 흡입하여 파쇄기에 제공하는 미분탄 파쇄기의 건조가스 제어장치에 있어서,열풍로로부터 배출되는 배가스를 소정 온도를 냉각시켜 냉풍으로 만드는 냉각수단과,상기 열풍로로부터 배출되는 배가스를 소정 유량으로 조절하여 흡입팬측으로 제공하는 열풍유량조절수단과,상기 냉각수단으로부터 배출되는 냉풍을 소정 유량으로 조절하여 흡입팬측으로 제공하는 출구온도조절수단을 포함함을 특징으로 하는 미분탄 파쇄기의 건조가스 제어장치.
- 제1항에 있어서, 상기 미분탄 파쇄기의 건조가스 제어장치는상기 미분탄파쇄기의 출구온도와 목표출구온도와의 출구온도편차를 검출하는 출구온도검출부와,상기 미분탄 파쇄기로 공급되는 배가스와 냉풍이 혼합된 건조가스의 실제유량과 목표유량과의 열풍유량편차를 검출하는 열풍유량검출부와,상기 검출된 출구온도편차와 열풍유량편차를 연산하여 열풍유량변화 및 출구온도변화에 반비례하여 열풍유량이 변하도록 상기 열풍유량조절수단을 제어하는 열풍유량제어부와,상기 검출된 출구온도편차와 열풍유량편차를 연산하여 온도변화에는 비례하고 열풍유량변화에는 반비례하게 출구온도가 변하도록 상기 출구온도조절수단을 제어하는 출구온도제어부를 더 포함함을 특징으로 하는 미분탄 파쇄기의 건조가스 제어장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 출구온도조절수단 및 열풍유량조절수단은 입력되는 제어값에 따라 개도가 조절되는 제어밸브이고,출구온도제어부는 상기 출구온도편차(a)와 상기 열풍유량편차(b)를와 같이 연산하여, 상기 출구온도조절수단의 출력제어값(PV1)을 산출하고,상기 열풍유량제어부는 상기 출구온도편차(a)와 상기 열풍유량편차(b)를과 같이 연산하여, 상기 열풍유량조절수단의 출력제어값(PV2)를 산출하는 것을 특징으로 하는 미분탄 파쇄기의 건조가스 제어장치.
- 제1항에 있어서, 상기 냉각수단은열풍로의 배가스와 상기 출구온도조절수단사이에 순차로 설치되어 배가스를 냉각시키는 1,2차 배가스 냉각기와,상기 1,2차 배가스 냉각기에서 배출되는 냉각된 배가스의 온도를 각각 검출하는 제1,2 온도검출기와,상기 1,2차 배가스냉각기로 유입되는 냉각수의 유량을 조절하는 제1,2냉각수조절밸브와,상기 제1온도검출기로 검출된 1차냉각온도와 목표냉각온도를 비교하여 목표온도로 되도록 상기 제1냉각수조절밸브를 제어하는 1차냉각온도제어부와,상기 제1온도검출기에 의해 검출된 1차냉각온도로부터 2차냉각목표온도를 산출하고 상기 제2온도검출기로부터 검출된 2차냉각온도와 상기 2차냉각목표온도를ㅂ 비교하여 목표온도가 되도록 상기 제2냉각수조절밸브를 제어하는 2차냉각온도제어부로 이루어짐을 특징으로 하는 미분탄 파쇄기의 건조가스 제어장치.
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