纯低温余热回收发电新技术推广应用.docx
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纯低温余热回收发电新技术推广应用
纯低温余热回收发电新技术推广应用
中国新能源网|2004-7-2716:
53:
00|新能源论坛|我要供稿
特别推荐:
《2010中国新能源与可再生能源年鉴》
能源是人类赖以生存和发展所不可或缺的资源。
特别是由于电的发现和开发利用,大大推动着人类文明的进步,人类的生产和生活从此已越来越离不开电,而且缺电和电力紧张在工业发达地区随时出现。
除了煤炭、石油、天然气等不可再生高级资源可以发电外,如何充分开发利用可回收利用的低级能源发电便成了当今世界各国研究的重要课题之一。
我公司自主开发的纯低温余热回收发电项目正是基于此原因。
纯低温余热回收发电项目是利用100℃以上工业余热产生的低品位蒸汽,来推动专门设计的低参数的汽轮机组做功发电。
它是先进技术和环保要求相结合下的必然趋势和产物,是控制大气污染,保护臭氧层,减少能源开发的有效手段和途径,也是相应企业提高能源利用效率,降低成本,提高产品市场竞争力,减少温室气体排放和保护环境的重要措施之一。
随着低温余热回收发电技术的日益成熟及其技术经济的可行性,它已越来越受到人们的高度重视,从我国能源局编制的《2010热电联产发展规划及2020年远景目标》可以知道中国余热发电的春天就要到了。
我公司同中科院能源研究所长期从事低温余热发电的研究和开发工作,拥有丰富的经验和技术积累,掌握了低温余热回收发电的核心技术和设备设计技术。
公司工程部多年从事余热回收利用工程设计施工,施工、安装经验丰富。
再加上公司拥有一批优秀的经营管理人才和技术人才,为公司兴建项目的工程设计和建设提供了坚实的条件和基础。
纯低温余热回收发电项目的应用对象面广而大,包括钢铁工业的烧结矿冷却机、转炉、均热炉、高炉和热风炉等的烟气余热能源,水泥工业的回转窑、熟料冷却机的烟气余热能源,石油炼化工业的精馏塔、反应塔、加热炉等的余热能源;有色冶炼工业的电炉烟气、炉体散热等的余热能源,玻璃工业的熔化窑等的烟气余热能源,焦化厂的焦炉余热等。
二、资源条件评价:
1、低温余热资源评价:
在钢铁、水泥、石炼化等工业企业内有大量的每天24小时向外排放的低于300~400°C的中低温烟气,废蒸汽、废热水等余热资源。
它们携带的能量属于中、低温余热。
还有地热资源的热水温度也在300°C以下,更多的是100°C左右的低温热水。
对于以上余热的利用目前大致有两种方式,一种是热利用,直接利用其热能供生产或生活需要,另一种是将其转换成使用方便,输送灵活的电能。
我们公司自行研制开发的纯低温余热回收发电就是其中一种余热回收利用的高新技术项目,并通过实际运作证明,在技术经济上是可行的。
2、纯低温余热回收发电技术是我公司中科院研究所多年研究和实验的结果。
这一技术的核心是在高效换热器和低温非标汽轮机方面的重大突破和进展,这一技术可以成功地直接将低品位的余热转换成电能,不仅建厂投资成本低,而且经济效益显著,为大型企业余热回收利用,节能降耗找到了一条行之有效的途径和方法。
该技术已成功应用于西藏羊八井地热发电厂及广东丰順低温地热发电厂,目前两发电厂运转正常。
三、技术方案
技术方案:
对各种不同参数的低温余热进行回收发电必须采取与之相对应的不同技术、手段和措施,针对钢铁工业的低温余热(低品位)主要采用带蓄能器饱和蒸汽发电方案和带蓄能器过热蒸汽发电方案两种。
针对水泥工业的低温余热主要采用不带补燃锅炉的蒸汽动力发电技术方案。
四、环境影响评价
纯低温余热回收发电项目是一种利用余热而不直接消耗原煤、原油、原气的清洁环保发电项目,不仅不对环境产生任何破坏和污染,反而有助于降低和减少余热直接排向空中所引起的对环境的污染。
该发电项目对环境能造成影响的主要是在冷却水系统,但经精心设计和施工及工艺流程中循环利用,完全能控制和避免对环境产生任何不利影响。
五、项目工程的经济分析:
项目工程年收益及投资回收期:
①年纯收益为:
电价年收—所有成本费用
5000×300×24×0.4—1800000—540000=1161(万元)
②初期投资回收期:
见现金流量表,由表可知其静态投资回收期仅4.8年。
六、项目风险分析:
余热发电是符合国家关于节约资源、保护环境及可持续发展的方针政策的。
国家并且规定,对于容量大于1000千瓦的余热电站,应该无条件上网并给予优惠上网电价。
可能的风险来之于行业保护主义。
七、项目总结与建议:
综上所述,该纯低温余热回收发电项目不仅技术经济上成熟可行,而且具有广阔的市场容量和前景,竞争优势明显,核心竞争力强。
项目建设本身初期投资少,建设周期短,风险低,投资收益高,投资回收期短。
项目工程一旦建成,不但可以给项目建设方,投资方带来巨大的经济回报,而且其节能和环保效益相当可观,每年可为生产企业节约大量用煤,称得上是一项利国利民的绿色环保工程,是值得建设和投资的风险极低的节能环保项目。
目录
一、项目提出的理由和基本条件:
1、项目提出的理由
2、项目提出的基本条件
二、政策、市场分析:
1、政策分析
2、市场分析
三、资源、技术条件评价:
1、低温余热资源评价
2、纯低温余热回收发电技术评价
3、技术竞争优势
四、项目建设规模与设计方案
1、项目建设规模
2、项目方案设计与选择
五、技术方案、设备方案和工程实施方案
1、技术方案
2、设备方案
3、工程实施方案
六、环境影响评价:
1、环境影响评价
2、影响环境因素分析
七、项目工程实施进度
1、项目工程建设工期
2、项目工程实施计划和安排
八、项目工程投资估算:
1、项目工程投资估算内容及其估算额
2、项目工程投入总资金及分期投入计划
3、项目工程投资方式
九、项目工程经济分析和评价
1、项目工程经济分析和评价内容
2、项目工程经济和评价的基础依据与参数选择
3、项目工程年收益及投资回收期
十、项目工程风险分析和控制
1、风险因素识别与评估
2、风险控制措施
十一、项目总结与建议
一、项目提出的理由:
1、项目提出的理由:
能源是人类赖以生存和发展所不可或缺的资源。
特别是由于电的发现和开发利用,大大推动着人类文明的进步,人类的生产和生活从此已越来越离不开电,而且缺电和电力紧张在工业发达地区随时出现。
煤炭、石油、天然气、等高品级能源均成了获取电能的源泉,它们不仅数量有限,而且对环境污染大,因此如何充分开发利用由其产生的低品级能源便成了当今世界各国研究的重要课题之一。
当前,我国在使用能源中存在着许多不合理的现象,造成了极大的浪费。
其中最突出的浪费是对能源没有“量才而用”,普遍地把煤炭、石油、天然气等高品级能源“降级使用”,只为取得100℃左右温度较低的热介质,用于采暖、空调、生活用热以及造纸、纺织、化工、食品加工等工业部门。
同时,又有大量低温余热、丢弃不用,其结果不仅造成了惊人的能源浪费,而且还污染了环境,破坏了生态平衡,给人们的生命健康带来了危害。
因此,如何运用新技术和新设备把低温余热源利用起来,越来越被人们重视。
我公司自主开发的纯低温余热回收发电项目正是基于此原因以及我们所掌握的纯低温余热回收发电的核心技术和设备。
纯低温余热回收发电项目是利用100℃以上工业余热产生的低品位蒸汽,来推动专门设计的低参数的汽轮机组做功发电。
它是先进技术和环保要求相结合下的必然趋势和产物,是控制大气污染,保护臭氧层,减少能源开发的有效手段和途径,也是相应企业提高能源利用效率,降低成本,提高产品市场竞争力,减少温室气体排放和保护环境的重要措施之一。
随着低温余热回收发电技术的日益成熟及其技术经济的可行性,它已越来越受到人们的高度重视,从我国能源局编制的《2010热电联产发展规划及2020年远景目标》可以知道中国余热发电的春天就要到了。
2.项目提出的基本条件:
本公司同中科院能源研究所长期从事低温余热发电的研究和开发工作,拥有丰富的经验和技术积累,掌握了低温余热回收发电的核心技术和设备设计技术。
公司工程部多年从事余热回收利用工程设计施工,施工、安装经验丰富。
再加上公司拥有一批优秀的经营管理人才和技术人才,为公司兴建项目的工程设计和建设提供了坚实的条件和基础。
目前冶金、钢铁、水泥、石油、化工、制糖行业的工作重点是深挖企业内部潜力、节能降耗。
其企业内部的大量余热能源,均为该项目创造了运作的广阔市场和空间。
二、政策、市场分析
1、政策分析:
我国经济正处于一个高速发展时期,能源消耗也出现大幅度上升,为保证国民经济持续、快速、健康发展,就必须合理、有效地利用能源,并不断地提高能源利用率。
低温余热回收发电是国家节能环保产业支持项目、是符合国家关于节约资源、保护环境及可持续发展的方针政策的。
国家并且规定,对于容量大于1000千瓦的余热电站,应该无条件上网并给予优惠上网电价。
2、市场推广应用分析:
目前有低温余热发电利用的对象的范围、数量及其相应的状况和意向。
⑴是钢铁工业:
钢铁厂中的焦炉,目前我国大中型钢铁企业具有各种不同规格的大小焦炉50多座,除了上海宝钢的工业化水平达到了国际水平,其余厂家能耗水平都很高,大有潜力可挖。
炼钢厂中的转炉烟气发电,目前全国有25吨以上的转炉达240座,按3座配备一套发电系统,可配置发电量为3000KW/H的电站80座。
炼钢厂中的电熔炉,目前全国有20多座,其中65吨级可发电量在5000KW/座以上。
⑵是水泥工业。
目前全国水泥企业中5000吨/日水泥窑有80多座,2500吨/日水泥窑有100多座。
利用该低温余热发电项目将其发散的烟汽转变为电能,其中5000吨/日产炉可产生电量达6000KW/H,2500吨/日产烟气可产生电量达3500KW/H,这样的发电站在水泥企业中可建180套左右。
⑶是石油炼化、有色冶炼和专业焦化厂等等的大量余热回收源。
三、资源、技术条件评价:
1、低温余热资源评价:
在钢铁、水泥、石炼化等工业企业内有大量的每天24小时向外排放的低于300~400°C的中低温烟气,废蒸汽、废热水等余热资源。
它们携带的能量属于中、低温余热。
还有地热资源的热水温度也在300°C以下,更多的是100°C左右的低温热水。
对于以上余热的利用目前大致有两种方式,一种是热利用,直接利用其热能供生产或生活需要,另一种是将其转换成使用方便,输送灵活的电能。
我们公司自行研制开发的纯低温余热回收发电就是其中一种余热回收利用的高新技术项目,并通过实际运作证明,在技术经济上是可行的。
2、纯低温余热回收发电技术评价:
纯低温余热回收发电技术是我公司中科院研究所多年研究和实验的结果。
这一技术的核心是在高效换热器和低温非标汽轮机方面的重大突破和进展,这一技术可以成功地直接将低品位的余热转换成电能,不仅建厂投资成本低,而且经济效益显著,为大型企业余热回收利用,节能降耗找到了一条行之有效的途径和方法。
该技术已成功应用于西藏羊八井地热发电厂及广东丰順低温地热发电厂,目前两发电厂运转正常。
3、我公司的纯低温余热回收发电技术经济优势:
目前国内外掌握该技术的只有我们公司和日本川崎重,但对于同样规模的发电站对方的总工程造价是我们的两倍。
比如,建同样一个6000KW/H的余热电站,我们的工程总造价仅供3600万元,而日本公司需7741万元。
四、项目工程建设规模与设计方案
1、项目工程建设规模:
纯低温余热回收发电项目的工程建设规模主要根据工业企业所排放的余热源的参数和分布来确定。
主要对应参数如下表所示:
参数压力流量电量
类别(Mpa)(T/h)(kw.h)
Ⅰ0.2111000
Ⅱ0.491000
Ⅲ0.881000
但从技术经济可行性分析,投资收益平衡点应保证单个电厂总发电量≥3000KW以上。
发电容量越大,投资回收期越短,经济效益越高。
工程建设投资额根据设计和实际运行测算约为6000~8000元/KW,既电站建设投资规模至少在2000万元以上。
投资回收期3.5~4.5年。
2、项目方案设计与选择:
纯低温余热回收发电项目方案设计包括现场勘察、现场测量、技术方案筛选及工程建设和施工方案的形成。
最后再经厂方的评估和选择或修改。
工程项目设计方案选择的原则是对各种可能的技术方案进行技术经济可行性分析,从而找出最佳方案,确保以最小的投入,产生最佳的经济效益。
五、技术方案、设备方案和工程实施方案
1、技术方案:
对各种不同参数的低温余热进行回收发电必须采取与之相对应的不同技术、手段和措施,针对钢铁工业的低温余热(低品位)主要采用带蓄能器饱和蒸汽发电方案和带蓄能器过热蒸汽发电方案两种。
针对水泥工业的低温余热主要采用不带补燃锅炉的蒸汽动力发电技术方案。
其特点分别如下:
⑴带蓄能器饱和蒸汽发电方案。
其流程图(见图一所示)。
系统以转炉车间的转炉烟道蒸汽和连铸机结晶器冷却蒸汽为热源。
转炉烟道蒸汽通过使用蓄能器变成稳定的常压蒸汽,再与连铸机来的常压蒸汽混合,然后再进入常压汽轮机做功。
作完功的蒸汽进入空气冷却凝汽器冷凝成水,冷凝水由凝结水泵打进冷凝水池,再由两台给水泵分别打进转炉烟道冷却器和连铸机冷却装置的汽包中。
蓄能器的工作参数为0.102~0.362Mpa,汽轮机的工作参数为0.101~0.01Mpa.
(2)、是带蓄能器过热蒸汽发电方案。
其系统流程图(见图二所示)。
该方案是对带蓄能器饱和蒸汽发电方案的改进。
目的是在有条件的情况下增加发电量。
本方案拟通过提高转炉烟道蒸汽的压力,即通过提高蒸汽参数来提高转炉余热的能源利用率,从而提高发电量。
但随着蒸汽压力的提高,必须采用过热蒸汽技术,否则,汽轮机后部的蒸汽湿度将过高而导致叶片的水蚀破坏。
因此本方案采用了蒸汽过热器,通过高炉煤气或转炉煤气来提高蒸汽的温度。
本方案的缺点是需要燃用煤气,使得系统运行稍微复杂化.
(3)是不带补燃锅炉的蒸汽动力循环发电技术方案,其系统流程图(见图三所示),这是真正意义上的工业余热电站。
由于该方案不使用燃料来补燃,因此不对环境产生附加污染。
其次没有补燃锅炉,蒸汽参数较低,其运行操作简单方便,运行的可靠性和安全性高。
缺点是由于余热的品位低,其效率相应较低,装机容量较小,单位功率设备投资难以降低。
由于纯余热电站的蒸汽参数较低,所用的汽轮机必须专门设计和制造。
这种电站虽然初期投资较高,但其运行成本却是最低的,每度电<0.038元,日常管理也简单,对用户来说仍然是最有利的选择,是收益最高的电站。
2、设备方案:
设备的选用和配备是由相应的技术方案所决定的,但反过来设备的好坏直接影响到技术实施结果。
因此,设备的选择、配备和采购必须经过精心的设计,形成一个合理的完善的方案。
各技术方案下的主要设备及其性能参数如下:
(1)带蓄能器的饱和蒸汽发电方案的主要设备及其参数如下:
序号设备名称性能参数(以3000KW为例)重量备注
1蓄能器压力:
0.4Mpa,温度:
140°C容量300㎡,直径:
3米。
长度12米,共5个120吨
2汽轮机3000千瓦,3000转/分,蒸汽流量49吨/时,蒸汽参数:
常压饱和蒸汽30吨
3冷凝器空冷式,冷却能力:
50吨/时风量:
400万立方米/时,重量:
240吨,风机耗功:
240千瓦240吨
4发电机3000千瓦,3000转/分10吨
5变压站3000千伏安10吨
6冷凝泵RG50-20(5.5KW)0.15吨
7给水泵DG46-30×3(22KW)0.25吨0.05吨
8调压阀流量:
40吨/时,工作压力0.4~0.1MPa
(2)带蓄能器过热蒸汽发电方案的主要设备及其参数,大部分同方案
(1),只是增加了蒸汽过热器和燃气器。
其性能参数亦是根据发电站的大小而定。
(3)不带补燃锅炉的蒸汽动力循环发电方案的主要设备及其性能参数如下:
①汽轮机。
本方案的汽轮机为专门设计的次中压带中间再热的冷凝式汽轮机。
其进汽压力,新蒸汽温度,中间再热的参数都需根据具体发电容量而定,目的是避免汽轮机叶片的水蚀及提高汽轮机的效率。
②热空气余热锅炉。
炉中从低温区到高温区分布着低温省煤器。
高温省煤器,对流蒸发管束,以及再热管束。
全部管束采用光管,垂直布置,以减轻积灰的可能性。
此外还装有最新型的共振腔型声波吹灰器及振打除尘装置。
③烟气余热锅炉。
该炉的热端是过热器,冷端是对流蒸发管束。
全部管束同样采用光管,垂直布置。
本炉同样装有共振腔型声波吹灰器及振打除尘装置。
④冷却水系统。
当水温按30℃计算时,本发电系统需要冷却水3000T/H。
若采用冷却水塔冷却循环水时,每小时需要补充25吨左右。
⑤发电机及其送变电设备。
这部分主要根据电站发电容量大小而定。
⑥其他设备同方案
(1)。
3、工程实施方案
在根据不同企业的不同类型余热所采取的不同技术设备方案的基础上,进行电站选址方案设计及传输管网和锅炉布设方案设计,低参数汽轮机工程设计,土建工程设计,整个发配电系统的方案设计和工程施工方案设计。
其具体工程实施方案需根据某个具体电站来定。
六、环境影响评价
1、环境影响评价:
纯低温余热回收发电项目是一种利用余热而不直接消耗原煤、原油、原气的清洁环保发电项目,不仅不对环境产生任何破坏和污染,反而有助于降低和减少余热直接排向空中所引起的对环境的污染。
2、影响环境因素分析:
该发电项目对环境能造成影响的主要是在冷却水系统,但经精心设计和施工及工艺流程中循环利用,完全能控制和避免对环境产生任何不利影响。
七、项目工程实施进度:
1、项目工程建设工期:
以某个发电厂为例,工程建设期从合同签订之日开始,需一年半左右,即大约18个月,从19个月后电厂开始试运行。
正常情况下,只要资金及时到位,建设工期一般能在规定时期内完成。
2、项目工程实施计划和安排:
(1)合同签订后10天内,支出总投资额的5%;
(2)第5个月,支出总投资额的35%;
(3)第12个月,支出总投资额的40%;
(4)第18个月,支出总投资额的15%;
(5)第30个月,支出总投资额的5%;
八、项目工程投资:
1、项目工程投资估算内容及其估算额:
以单个装机容量为6000kw的纯低温余热回收发电方案为例:
序号项目金额(万元)序号项目金额
1发电机及送变电设备1505阀门、保险费400
26000KW余热汽轮机7006安装调试费250
3余热锅炉及汽水系统12007厂房及基础300
4控制监测系统3008其他300
2、项目工程投入总资金及分期投入计划:
以上面单个6000KW发电厂为例,合计总投资约3600万元,分期投入计划根据工程实施进度计划配套进行。
3、项目工程投资方式:
(1)项目工程使用方投资全系统,我公司负责项目工程设计、施工及设备安装和调试。
(2)项目工程使用方和我公司共同投资,且由我公司负责项目工程设计、施工及设备安装和调试。
(3)我公司投资全系统,及由我公司负责项目工程设计、施工及设备安装和调试。
九、项目工程的经济分析和评价:
同样采用单个6000KW发电厂为例进行分析和评价
1、项目工程经济分析和评价内容:
①电站初期投资总额;②电站每天输出功率;③每度电价;④年工作发电日
⑤电站运行管理费;⑥设备折旧率及维护保修费;⑦税收;⑧其它
2、项目工程经济分析和评价的基础数据与参数选择:
①设计6000KW的电站按每天输出功率5000KW计算(扣除损失)
②年发电工作日:
按300天(扣除国家正常长节假日)
③每度电价按现行平均工业使用电价:
0.4元/度计
④电站年运行管理费用,按计划9人,每人每年5万元计
⑤设备折旧率按20年分摊
⑥设备维护保修费按折旧费的30%计
⑦电站初期投资总额按3600万元计
3、项目工程年收益及投资回收期:
①年纯收益为:
电价年收—所有成本费用=
5000×300×24×0.4—1800000—540000=1161(万元)
②初期投资回收期:
见现金流量表,由表可知其静态投资回收期仅4.8年。
十、项目风险分析和控制:
1、风险因素识别。
按工程项目标准风险分析法,该项目风险因素应包括:
①政策风险识别②技术风险
③经营管理风险④财务风险
⑤生产风险⑥其他风险
2、风险分析和控制
①政策风险:
余热发电是符合国家关于节约资源、保护环境及可持续发展的方针政策的。
国家并且规定,对于容量大于1000千瓦的余热电站,应该无条件上网并给予优惠上网电价。
可能的风险来之于行业保护主义,余热发电使得水泥企业减少向电网购电,从而电网售电的利润受到影响。
处于行业的私利,供电行业可能会置国家政策于不顾,为余热电站的并网制造障碍。
防范手段是必须和当地的供电部门搞好关系,并从发电盈利中提取一部分(比如1%)给供电部门和有关个人,保证其单位和个人的利益不受损害。
②技术风险:
由于纯低温余热发电采用的是中、低参数的小型冷凝式发电电站,这种类型的电站技术对我们来说是完全成熟的,不存在任何特殊的技术风险。
唯一可能的风险来之于水泥窑的烟气含尘量高,余热锅炉产生磨损和积灰故障的可能性增大。
因此,在余热锅炉的设计和选型时,对这两个问题必须给予足够的重视。
我们拟采取的技术措施包括:
合理选择烟气流速、迎风的换热面采用防磨结构、采用垂直布置的光洁换面、加装振打除灰和声波等装置。
③经营管理风险:
余热电站本身没有经营管理的风险。
不存在没有原料或是产品卖不出去等问题。
但是,余热电站是依附于企业工厂的。
其经营管理的风险来之于企业的生产状况。
窑外分解干法水泥厂是当前最现代的水泥厂,其产品质量高,成本低。
其他水泥厂根本不是其对手。
未来五至十年是这种现代化水泥厂逐步取代老式水泥厂的时期,只要其经营管理不出现重大失误,是没有什么风险的。
钢铁企业更具有连续性和稳定性,完全有利于发电厂的正常运转。
④财务风险:
本项目投资的数额不大,资金投入后建设周期不到两年,从第三年开始就有回报,分五年偿还投资方的全部本息。
其风险在于偿还期间如果水电费价格有较大的下降,就可能出现还不了贷的情况。
考虑到本项目的电费仅按每度电0.4元计算。
这在全国电价中是偏低的数值。
特别是随着今后缺电的扩大,电费会趋向每度电0.4~0.5元这个平均值,因而其风险是比较小的。
⑤生产风险:
本项目不存在明显的生产风险。
可能的风险来之于设备的偶然的故障。
我国目前中、低参数的发电设备的制造水平已经达到国际先进水平,其可靠性非常高。
因此,本项目风险十分低。
⑥其他风险:
除了战争和天灾等不可抗力以外,本项目不存在其他风险。
十一、项目总结与建议:
综上所述,纯低温余热回收发电项目不仅技术经济上成熟可行,而且符合国家能源产业政策,具有广阔的市场。
项目建设本身初期投资少,建设周期短,风险低,投资收益高,投资回收期短。
是当前钢铁、水泥、石油化工、制糖企业节能降耗的首选技改项目。
项目工程一旦建成,不但可以给项目使用方、投资方带来巨大的经济回报,而且其节能和环保效益相当可观。
每年可为生产企业节约大量用煤,称得上是一项利国利民的绿色环保工程,是值得建设、技改和投资的风险极低的节能环保项目。
山西大同:
供热新技术成功应用
本报讯记者刘存瑞、通讯员马静波报道:
全球首次实施的“基于吸收式换热热电联产集中供热新技术”在山西大同成功应用。
据该项技术第一发明人清华大学付林博士介绍,华电大同第一热电厂运用这一技术的乏气余热利用示范工程,在不增加总燃煤量和不减少发电量的前提下,可提高电厂供热能力
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