锅炉实验报告

目录

实验一煤的元素分析 ....................................................................................................................... 2

一、实验目的 ........................................................................................................................... 2 二、实验操作原理和试验仪器 ............................................................................................... 2 三、实验步骤 ........................................................................................................................... 3 四、试验数据 ........................................................................................................................... 4 五、试验小结 ......................................................................................... 错误！未定义书签。 实验二煤的热重分析 ....................................................................................................................... 5

一、实验目的 ........................................................................................................................... 5 二、实验原理 ........................................................................................................................... 5 三、实验过程 ........................................................................................................................... 5 四、注意事项 ........................................................................................................................... 6 五、 Calisto 测试结果分析-数据处理 ................................................................................... 6 六、试验小结 ......................................................................................... 错误！未定义书签。 实验三 PIV 两相流测试 ............................................................................................................. 8

一、实验目的 ........................................................................................................................... 8 二、实验原理 ........................................................................................................................... 8 三、实验步骤 ........................................................................................................................... 9 四、注意事项 ......................................................................................................................... 10 五、试验结果 ......................................................................................................................... 10 六、试验小结 ......................................................................................... 错误！未定义书签。 一、实验目的 ......................................................................................................................... 12 二、实验原理 ......................................................................................................................... 12 三、实验装置 ......................................................................................................................... 15 四、实验步骤 ......................................................................................................................... 16 五、实验数据记录和处理 ..................................................................................................... 16 五、试验分析 ......................................................................................................................... 17 实验五自然循环演示实验 ............................................................................................................. 18

一、实验目的 ......................................................................................................................... 18 二、实验原理 ......................................................................................................................... 18 三、实验装置及设备 ............................................................................................................. 19 四、操作注意事项 ................................................................................................................. 19 五、实验分析 ......................................................................................................................... 19 实验六平行管组流量不均 ............................................................................................................. 20

一、实验目的 ......................................................................................................................... 20 二、实验原理 ......................................................................................................................... 20 三、实验装置 ......................................................................................................................... 20 四、实验步骤 ......................................................................................................................... 21 五、实验结果处理 ................................................................................................................. 21 六、结果分析 ......................................................................................................................... 22

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实验一煤的元素分析

一、实验目的

1、掌握煤中碳、氢、氮元素含量测量的基本原理，初步学会利用元素分析仪测量煤的C/H/N。 2、含量的方法，巩固元素分析的基本概念。

二、实验操作原理和试验仪器

5E-CHN2000 型元素分析仪的实物结构图如图1 所示。其中各部件的作用为： 1. 电源开关――控制仪器电源的供给，确保交流电进线的安全。这个键位于仪器前门。面板打开后右下侧的地方。

2. 氦气净化试剂管――去除载气（He气）中的CO2 和H2O。

3. 定量阀试剂管――去除定量阀和催化炉出来的气体中的CO2 和H2O。 4. 炉子过滤管1――去除炉膛气体出来的粉尘颗粒。 5. 炉子过滤管2――进一步去除炉膛气体出来的粉尘颗粒。

6. 催化炉组件――在分析气进入热导池前，去除分析气中的氧气，并将氮化物转化为氮气。 7. 试样转盘――试样转盘位于落样头的上面。一个试样转盘可以放置29个试样，并在分析过程中，自动向落样头中投放试样。

8. 石英棉取出工具――用于取出燃烧管中的高温棉。 9. 坩埚取出工具――放入和取出燃烧管中的坩埚。 10.引导管存储管――用于取出的引导管存放位置。 11.引导管取出工具――用于取出引导管。

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12.坩埚――用于存放物质和锡箔纸燃烧后的残余物。

三、实验步骤

1. 试样制备（如图2 所示） （1）将试样杯托架置于天平上。 （2）将锡纸杯置于托架上并操作天平去皮。（使得以后的测试中天平上显示

的读数直接为加入式样的重量）

（3）从天平上移除锡纸杯和试样杯托架，在锡纸杯中添加试样。

（4）将试样杯托架和锡纸杯重新放置在天平上并称重。

（5）从试样杯托架上取下锡纸杯，扭转杯口封住锡纸杯。（需要扭成水滴状） （6）把重量信息输入到电子表格中。 2. 修正大气空白

粉状试样在送入仪器分析前，必须执行对锡纸杯的封装。粉状试样吸附的空气中含有氮气，当锡纸杯封装后，这部分空气也被封装在试样内。因此，请在试样进行数据处理时需要考虑大气空白的值。 3. 使用天平输入重量

4. 电源供应（执行前需要对整个系统的状态进行检查） 5. 试样分析

空白分析时不燃烧试样或标样，炉子、胶囊或锡纸杯中不含任何分析物质。除试样外，任何与试样一同参与分析的物质都应执行空白分析，在执行试样或空白分析时，空白区域将被扣除。

（1）分析空白 （2）分析标样

分析标样用于对仪器进行校正。 （3）分析试样 （4）终止分析

6. 关机（让机器冷却30分钟后再关闭电源）

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四、试验数据

1、碳氢氮含量数据报告

化验单位：南京工程学院能源与动力工程学院 Cd(%) Had(%) Hd(%) Nad(%) 编号 样名 重量 水分Cad((%) %) 20130107010 20130107011

4

Nd(%) 0.91 0.98 热动101-2 热动101-2 0.1023 0.1167 2.00 2.00 56.91 58.07 57.49 58.66 4.27 4.31 4.36 4.40 0.90 0.96

实验二煤的热重分析

一、实验目的

煤的热重分析是通过热天平在程序控制温度下连续记录待测煤样质量与温度的函数关系，经测量后得到热重曲线，对该曲线进行煤的着火特性和燃尽特性判断及分析。通过本实验的操作，使学生充分理解热重分析仪的结构、原理、操作、结果分析等知识，近距离感受煤的现代测试技术。

二、实验原理

热重法（thermogravimetry，TG）是在程序控制温度下测量物质的质量与温度关系的一种技术。用于热重法的仪器是热天平，它能连续记录质量与温度的函数关系（TG 曲线）。

热重分析仪：最常用的测量的原理有两种，即变位法和零位法。所谓变位法，是根据天平梁倾斜度与质量变化成比例的关系，用差动变压器等检知倾斜度，并自动记录。零位法是采用差动变压器法、光学法测定天平梁的倾斜度，然后去调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流，使线圈转动恢复天平梁的倾斜，即所谓零位法。由于线圈转动所施加的力与质量变化成比例，这个力又与线圈中的电流成比例，因此只需测量并记录电流的变化，便可得到质量变化的曲线。

三、实验过程

1. 实验前注意事项

（1）放置试验用煤的时候应该注意试验台的卫生整洁，避免油污对试验的影响。 （2）冷却水循环正常，流量不小于2L/min ，流量显示5 个绿灯或以上。

（3）保持实验台稳定，避免震动。如有可能，应将仪器与计算机分两个实验台放置。（实

验仪器比较脆弱，操作时需要十分的小心。将仪器与计算机分两个试验台放是为了避免电脑运行风机运行的震动影响仪器的正常运行。）

2. 称量样品

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空坩埚放置在仪器中进行测量，测量过程中要避免天平的晃动，将煤样放入仪器中待数值稳定后再读数。

将装好的测量煤样放置在仪器中进行测量，测量过程中要避免天平的晃动，将煤样放入仪器中待数值稳定后再读数。（稳定后读数为了减少数据采集的偏差）

计算煤样重量。

3. 升起天平，放置坩埚

（1）天平升起后可用盖板将分析室入口盖住，防止坩埚等物品落入。 （2）注意尽量避免传感器晃动。 4. 降下天平 5. 实验编程

6. 确认PID ，Safety ，Temperature，Sensitivity等参数 7. 确认冷却水及保护气、载气供应在实时监测窗口中确认TG信号稳定。 8. 开始实验

四、注意事项

1. 实验进行过程中，避免碰撞实验台及其他震动，避免接触仪器高温表面。

2. 实验结束后，待炉体温度降至室温，取出样品坩埚（为方便实验操作，若参比坩埚一直为空，可不必取出），可关闭冷却水及载气，仪器可不必关机。

3.放置试验用煤的时候应该注意试验台的卫生整洁，避免油污对试验的影响。

五、 Calisto 测试结果分析-数据处理

Experiment（TG）

试验样品: 无烟煤

试验仪器 : SETSYS -1750 CS Evol. 初重 : 28.62 (mg) 摩尔质量 : 不适用

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Zone Number : 1 Zone : 标准带 获取时间间隔 : 0.6 (s)

0-5TG |c (mg)-10T : 42.13 and 859.53 (Degree C) t : 15.0 and 51.0 (min) m (mg) -21.341 m (%) -74.566 Remaining Mass : 7.279 (mg) Tinf : 574.41 (Degree C), 35.5 (min) -15-2002004006008001000Sample Temperature (Degree C)12001400 图表上的数据：

温度范围：42.13℃-859.53℃ 时间范围：15min-51min 质量下降：21.341mg 质量下降百分比：74.566% 残留质量：7.279mg

下降点的参数：温度 574.41℃时间 35.5min

根据实验报告单

试样名称 含水量 无烟煤 灰分 可燃物 2.25mg 7．279mg 19.136mg 7

实验三 PIV 两相流测试

一、实验目的

在常规气流速度的测量中，由于测量探头在流场内，故测量过程对流场有干扰，而激光测量技术避免了这一缺陷。通过本实验，可让学生直观的体会PIV 测试技术的优势，深入理解其测试原理、设备结构、操作方法及数据分析，开拓专业领域的视野。

二、实验原理

PIV（粒子成像测速）全名 Particle Image Velocimetry，又称粒子图像测速法，是七十年代末发展起来的一种瞬态、多点、无接触式的流体力学测速方法。近几十年来得到了不断完善与发展，PIV技术的特点是能在同一瞬态记录下大量空间点上的速度分布信息，并可提供丰富的流场空间结构以及流动特性。PIV 技术除向流场散布示踪粒子外，所有测量装置并不介入流场。

在被测流场中布撒示踪粒子，在激光片光源照射下，利用图像记录设备连续获得时间序列图像。应用图像处理算法，得到粒子在图像上的位移。当己知曝光间隔时间Δ t=t2-t1 时，获得粒子在图像上的平均速度Δ v ，其原理图 1 所示。考虑系统光学放大倍率后，就能算出粒子实际速度。如果Δt 很小，可用该速度近似粒子在 t1 时刻位置的瞬时速度。因此，PIV测量以平均速度代替瞬时速度，示踪粒子速度代替所在位置的流场速度。

PIV 系统框图如图2 所示，其实现过程一般分为三步：通过硬件设备采集流场图像，应用图像处理算法提取速度信息，显示流场的速度矢量分布。 1.流场图像采集

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PIV系统的硬件主要有激光光源、辅助光学元器件、相机、同步器、示踪粒子和图像处理设备如PC机等，如图 3 所示。多数 PIV 系统仅能截取流场的某个切面进行测量，需采用激光片光源照明流场。使用先进实用的数字式CCD相机拍摄瞬时流场图像。高能、高频脉冲式激光器的应用要求光源和相机在同步器的控制下配合工作。示踪粒子的选择和布撒是获取流场图像的关键因素。 2.速度信息获取。

当得到流场图像后，PIV 在本质上转化为图像处理技术。经过相机标定、滤波等预处理后，通过粒子匹配算法获得粒子在像平面上的位移，进而计算出粒子的运动速度矢量分布。 3.速度矢量场显示

经过误配矢量（人工或算法自动）剔除后，得到

最终数据并显示，必要时还可使用插值算法以获得更稠密的速度矢量分布。

三、实验步骤

1.戴激光防护眼镜（起滤去激光光波的效果） 2.检查硬件联接

3.检查泵浦激光器电源的冷却水量在3/4 以上（去离子水）（由于激光的高能量，因此

会产生大量的热量，内部导光镜在高温下一变形，因此需要冷却循环水对激光发射器进行冷却，保护试验仪器。去离子水一般可以在化妆品店可以买到。）

4.检查CCD相机，保证光圈最小（刻度值最大）

5.打开泵浦激光器电源（如图4 所示）开关（1 ，2），长按Start 按钮（12），选定内部触发（5 ，6），选择低能量 Low （7）。（低能用于测试，高能用于实验。） 6.打开同步器（如图5 所示）

7.打开YA G激光器安全开关，打开激光 Laser1 ，2，调整流场位置，使激光片光源穿过流场。（为使激光准备照射经过实验样板平面，需要利用平面侧面的反光镜将激光

反射在墙上矫正，此时应拿掉保护眼镜。）然后将触动开关转换为外部触发（5 ，6），

再次点击Laser1 、2 ，同时将能量调制High（7）。可根据实际情况选择能量高低。 8. 开主机，打开软件，设置工作路径和当前进程。

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9.标定，然后取走靶盘。 10.预调。

11.设置采集图片对数目以及序列起始编码。

12.Exposure —synchronization；Capture—Sequence ，设置 Timing Setup（如图8 所示） 13.测量：点击Capture—Stop —Laser Off （2 次） 14.保存：Save RAM Images 15.后处理。 16.顺次关机。

整个实验前因尽量使实验在黑暗无光的环境中进行，避免外来光源对实验的影响。

四、注意事项

1.严格听从知道老师的命令，注意现场实验设备和仪器的走线连接，不擅自触碰各类开关。 2.激光发射时不得直视激光源，防止眼睛永久性损伤。

五、试验结果

如下图

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实验四直流锅炉工作原理实验 一、实验目的

1.观察直流锅炉的工作情况，加深对直流锅炉的感性认识。 2.测试直流锅炉的水动力特性，了解直流锅炉的水动力不稳定性。

二、实验原理

直流锅炉蒸发受热面中工质的流动不是象自然循环锅炉那样的依靠密度差来推动，而是在泵的压头作用下来完成。

所谓水动力特性，是指在一定的热负荷下，直流锅炉受热面中工质流量G 与压降ΔP之间的关系。图 2 为简化了的水平布置直流锅炉蒸发受热面，当有流量流过时，在管图进出口之间存在一定的压力降ΔP，这个压力降由三项组成，式PP1P2P1d（1）中：

[Pa] P——管圈进出口压差，

P1——重位压差，[Pa]

P2——加速压降，[Pa]

P1d——流动阻力，[Pa]

对于水平管或螺旋上升式管屏来说，管长相对于高度要大得多，也就是说，P1大1d比P得多，因此，P根据计算，加速压降P2的值只占总压力降的3.5%，所以，1可以忽略不计，也可以略去。这样，式（1）就可简化为：

1G2PPjd)1d(d2（2）式中：

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λ——摩擦阻力系数； d ——管圈管子的内径，[m] ； l ——管圈的长度，[m] ；

jd——局部阻力系数；

G——通过管圈的工质流量，[Kg/s] ；

——工质的平均比容，[m3/Kg]。

对于结构一定的管图而言，式（2）中，(1jd)可作为常数，用 KS2 表示，则有 dG2PKs2（3）

2从式（3）中可看出，ΔP 与G 之间的关系是二次曲线，对应于一个压差只存在一个流量，这就是直流锅炉水动力特性的单值性。这种特性只存在于管圈中是单相流体的时候。当管中存在水和蒸汽双相流体时，则水动力特性为三次曲线，对应于一个压差值就有可能有三个不同流量存在，这就是水动力特性的多值性，也就是常说的直流锅炉水动力特性的不稳定性。经理论推导，两管端的压差与流量的关系为：

PAG3BG2CG (4)

(''')is2 A4f2dqeBis''''()] 22fdr[lC(''')l2q14fdr2

式中：

v\"，v'——蒸汽和水的比容，[m3/Kg] ； Δis——进入管圈的水的欠焓，[KJ/Kg]； f——管子的内截面积，[m2]； d——管子的内直径，[m]； q1——每米管长热负荷，[KW/m] ； r——汽化潜热欠热，[KJ/Kg]；

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从式（4）可以看出，影响蒸发管水动力特性的主要因素就是蒸汽和水的比容的不同。图3 即为水平蒸发管的水动力特性曲性。对于垂直布置的直流锅炉蒸发管制流动结构如图4 所示，影响其水动力特性的因素除流动阻力外，还有重位压差存在，重位压差有时可能占主要部分。故：

PP1dP2w

（5）式中：

ΔP——蒸发管两端压差，[Pa] ； ΔP1d——流动阻力，[Pa] ； ΔP2w——重位压差，[Pa]。

垂直蒸发管的水动力特性曲线如图5 所示。

图中曲线1为流动阻力，曲线2为重位压头，曲线3为曲线1和曲线2之合成，这就是一次垂直上升蒸发管的水动力特性曲线。从图 5(a) 可以看出，不计重位压降时的水动力特性有

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可能消除多值性。

本实验台是根据实验教学需要设计制造的，由于考虑到便于观察，管组都采用玻璃管制成，所以只能在常压下工作。众所周知，常压下的直流锅炉，水动力特性是极不稳定的，所以实验台可用作原理性演示和定性测试。

三、实验装置

本实验台为垂直布置的直流锅炉模型（图6）。水从水箱被水泵抽出，经转子流量计后进入下部的加热管组，再相断流径中部的蒸发管组和上部的过热管组，最后进入冷却器。实验台采用电阻丝加热，上、中、下三组电阻丝分别绕在过热管组、蒸发管组和加热管组上， 由控制开关（加热上）和调压变压器（加热中和加热下）来控制各管组的加热热负荷。

图 6 直流锅炉实验台简图

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四、实验步骤

1.把水箱的灌至容积的70% 左右，然后关紧进水阀。

2.接好冷却器的冷却水回路，冷却水用自来水，下口为进水，上口为出水。凝结水经胶管回入水箱（也可以直接排出，不回水箱）。

3.把加热（中）、加热（下）的调压器调到零位，并把加热（上）开关关上。

4.接好电源电路，然后打开总电源开关及泵开关，调节流量计开关，使流量在 5l/h左右。 5.调节加热（中）和加热（下）的输入电压在 120V左右，加热（上）一般在过热管组中为蒸汽时投入。在过热管组出口全部喷出蒸汽时并稳定一段时间后，测录下测压管指示数据和流量计流量值。如测压管中的压差不稳定，可取其平均值。逐次调节流量，按上述方法进行测试，直至流量大到上管组出口不能全部蒸汽时为止。 6.在不同热负荷下，重复上述步骤进行测试。

五、实验数据记录和处理

实验数据可记入下表中，并以流量G为横座标，压差ΔP为纵座标，绘制出水动力特性曲线。

下加热器：5A 中加热器：7A 试验数据 流量G（L/h) 压差ΔP(mmH20)

5 365 10 480 15 500 20 600 25 666 16

五、试验分析

由水动力特性曲线看出，该仪器在所试验的范围内没有发生水动力不稳定性。体现了对于一次垂直上升直流锅炉蒸发管，重位压降对水动力特性的不稳定起到改善作用。本实验仪器较为老旧，不能客观的体现出正确的实验现象。在实验前也进行了很多的调试工作，老师对实验仪器进行了检修，最后还是克服困难，共同完成了实验。

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实验五自然循环演示实验

一、实验目的

1.观9，平行管汽液双相的流动结构。

2.观察平行管在不同热负荷下的流动偏差现象。 3.了解自然循环故障，停滞与倒流的现象。

二、实验原理

自然循环锅炉中的循环动力，是靠上升管与下降管之间压力差来维持的，其简单回路如图1 所示，它由汽包、下集箱、下降管和上升管组成。上升管由于受热，工质随温度升高而密度变小；或在一定的受热强度及时间下，上升管会产生部分蒸汽，形成汽水化合物，从而也使上升管工质密度大为降低。这样，不受热的下降管工质密度与上升管工质密度大为降低。 这样，不受热的下降管工质密度与上升管工质密度存在一个差值，依靠这个密度差产生的压差，上升管的工质向上流动，下降管的工质向下流动进行补足，这便形成了循环回路。只要上升管的受热足以产生密度差，循环便不止。

循环回路是否正常，将影响到锅炉的安全运行。

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三、实验装置及设备

实验装置如图3 所示，每一上升管处套有电阻丝，电阻丝的电压可由调压器调节，从而实现调节每根电阻丝的功率。每一管组分别装配一个功率调节器。实验时，充水到汽包中心线上。接上电源，加热一定时间后，使管组2 的调压器调到较高的刻度。其他管组调到适度的位置便可以观察到停滞与倒流的现象。

四、操作注意事项

（1）在加热之后，如果发现缺水，千万不可再加冷水，否则易使玻璃制品的水循环示范实验装置损坏。

（2）汽包水位不宜太高，否则难以观察到下降管汽化现象。

五、实验分析

自然循环故障，停滞与倒流的现象

一个循环回路由许多管子并联组成，有共同的下降管及共同的运动压头，各上升管吸热情况不一样，某一管子受热弱，产生气泡量少，其重位压头大。燃油锅炉若重位压产学研接近于循环回路的公共运动压头时，就会出现循环停滞；若重位压头大于公共压头或相邻的管子受很强，循环流速高，对受热弱的管子具有抽吸作用，都会造成循环倒流。

运行中热偏差严重，对于受热弱的管子、阻力大的管子，在负荷变化快使汽压变化速度大时，或在负荷太低时，都有可引起循环停滞。

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实验六平行管组流量不均

一、实验目的

1.观察两联箱的不同联结型式下，静压沿联箱长度的分布特性；

2.测定各种联结型式下的水力不均匀系数，及Z 型和Π型联结时的压力变化系数。

二、实验原理

锅炉中的过热器、再热器及省煤器等均属于平行并列管束。在运行过程中均要求其工质的流量在平行管束中分配均匀，特别是工作条件较差的过热器、再热器，对其工质流量分配的均匀性要求更高。为保证在各平行并列管束中的工质流量分配均匀，在锅炉中曾用多种联箱联结型式：如Z 型、Π型、H 型、Ⅲ型及ΠZ 型、ZΠ型等。通过实验，我们将对上述各种联结型式的静压分布特性，也就是它们的流量的分配特性，得到直观的认识。

三、实验装置

实验装置示意图见图三。（压差计未绘出）

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四、实验步骤

1.试验前的准备 2.进行试验

（1）选定一种联接型式（各种联结型式的具体管路联结参见表1）；

（2）在进行一种联结型式下的试验时，先接通电机电源，启动水泵，然后打开相应的进水和出水阀门，控制适当的流量。

（3）待运行稳定后，进行压差计读数。对各种联结型式的试验，均需记录20组蛇形管中压差最大的一组和最小的一组的压差值。对Z 型和Π型的型式，还需要记录流量及分配联箱两端的压差ΔPfL和汇集联箱两端的压差ΔPhL。所有数据填入表2。

（4）一种联结型式的试验结束后，先关上相应的出水和进水控制阀门，然后再断开电机电源。稳定后，观察压差计中的各管水位是否均以恢复到与联箱高度相同的位置。如未恢复，可重复试验前准备的（4）、（5）步骤，然后，即可进行下一联结型式的试验。

五、实验结果处理

实验结果处理表 联接形式 Z π H Ⅲ ⅡZ ZⅡ 最大压差ΔPmax 390 372 252 240 380 399 最小压差ΔPmin 248 250 241 230 266 248 体积流量Q(L/H） 500 500 500 500 500 500 分配联箱两端的压差ΔPfl 16 16 5 8 20 2 汇集联箱两端压差ΔPhl 132 134 0 58 130 144 21

六、结果分析

经观察记录得出各种联接形式的压力损失分布

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