| 【発明の名称】 |
流動床式焼却炉における流動媒体の固化防止方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】前田 明徳
【氏名】鈴木 清市
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| 【要約】 |
【課題】珪砂を流動媒体とする流動床式焼却炉で廃棄物を焼却する際に、不活性物質を使用しなくとも或いは廃棄物に含まれている低融点物質よりも高温度で廃棄物の焼却を行っても、珪砂に造粒やフリーボード側壁からの付着灰の落下が生じないようにし、珪砂に流動障害が生じないようにする。
【解決手段】低温で溶融するアルカリ性物質を含むＳＡレジン１５を、珪砂５を流動媒体とする流動床式焼却炉で焼却する際に、ＳＡレジン１５中にカオリンクレー１６を添加し、撹拌、混合したうえ焼却を行う。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 アルカリ金属、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属のごときアルカリ性物質を含む廃棄物を、珪砂を流動媒体とする流動床式焼却炉で焼却する際に、前記廃棄物中にカオリンクレーを添加したうえ廃棄物の焼却を行うことを特徴とする流動床式焼却炉における流動媒体の固化防止方法。
【請求項２】 アルカリ金属２ｋｇモルに対しカオリンクレーを１〜３ｋｇモル添加する請求項１に記載の流動床式焼却炉における流動媒体の固化防止方法。
【請求項３】 アルカリ性物質を含む廃棄物が熱可塑性樹脂の場合は、前記廃棄物を溶融させてからカオリンクレーを廃棄物に添加し、溶融している状態で流動床へ供給する請求項１又は２に記載の流動床式焼却炉における流動媒体の固化防止方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルカリ金属、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属等アルカリ性物質を含む廃棄物を流動床式焼却炉で流動焼却する場合にも、流動媒体である珪砂に流動障害が生じないようにした流動床式焼却炉における流動媒体の固化防止方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】流動床式焼却炉では、一般的に流動媒体として珪砂が使用されている。その理由は、珪砂は高温でも不活性で、焼き割れもほとんど無く、しかも安価で比較的簡単に入手することができるためである。
【０００３】一方、アルカリ金属、アルカリ金属塩、アルカリ土類等のアルカリ性物質を含む廃棄物を流動床式焼却炉で焼却すると、流動媒体である珪砂に造粒現象が生じて粗粒化し、その結果、珪砂の流動化が不十分となり、局部的に珪砂が流動しなくなる現象（以下流動障害という）が生ずる虞れがある。
【０００４】この流動障害が生じる原因は、例えばアルカリ性物質がアルカリ塩のうちのＮａＣｌ及びＮａ2ＳＯ4並にＫＣｌであれば、高温下で珪砂と［化１］、［化２］、［化３］の化学式に従って反応し、流動床式焼却炉内で粘性のあるＮａ2Ｏ・３ＳｉＯ2（ソーダガラス）やＫ2Ｏ・３ＳｉＯ2（カリガラス）が生成されるためである。
【０００５】
【化１】２ＮａＣｌ＋３ＳｉＯ2＋Ｈ2Ｏ＝Ｎａ2Ｏ・３ＳｉＯ2＋２ＨＣｌ【０００６】
【化２】Ｎａ2ＳＯ4＋３ＳｉＯ2＝Ｎａ2Ｏ・３ＳｉＯ2＋ＳＯ2＋（１／２）Ｏ2【０００７】
【化３】２ＫＣｌ＋３ＳｉＯ2＋Ｈ2Ｏ＝Ｋ2Ｏ・３ＳｉＯ2＋２ＨＣｌ【０００８】而して、上述のＮａ2Ｏ・３ＳｉＯ2及びＫ2Ｏ・３ＳｉＯ2といった中間物質は、いわゆる低融点物質であり、その融点は、前者が約６３５℃であり、後者は約７５０℃である。ところが、流動床内での焼却温度は約８５０℃以上と高温になっている。
【０００９】このため、Ｎａ2Ｏ・３ＳｉＯ2やＫ2Ｏ・３ＳｉＯ2は上述のごとく流動床式焼却炉の流動床内で溶融して粘性のある状態となり、珪砂の表面に付着する結果珪砂同士が付着し、造粒現象により粗粒化し、その結果珪砂相互の動きが鈍くなり、前述のごとく珪砂の流動障害が生じる。
【００１０】なお、珪砂の流動障害が顕著に現れるのは、例えば金属塩のアルカリ金属がＮａとすると、Ｎａの単体重量が、炉内に収納されている珪砂の重量の約２％程度以上の場合である。
【００１１】而して、流動床式焼却炉内において流動床を形成する珪砂の流動障害を防止するため、アルカリ性物質を含む産業廃棄物を流動床式焼却炉内で焼却する場合、従来は以下に示す２種類の燃焼方式を採用している。
【００１２】（ｉ）流動床において廃棄物に含まれる低融点物質の融点よりも低い温度で廃棄物を焼却する。
【００１３】（ｉｉ）廃棄物に、流動床を形成する珪砂以外に酸化鉄等、不活性物質のパウダを添加しながら廃棄物を焼却する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】上述の（ｉ）（ｉｉ）の燃焼方式を採用しても、流動媒体である珪砂を総入れ替えすることなく流動床式焼却炉を連続運転できる期間はせいぜい３箇月程度であり、通常は１箇月程度で、安定した操業を継続することが困難となる。
【００１５】例えば、上述の燃焼方式（ｉ）の場合は、廃棄物の融点から流動床内での焼却温度を７００℃以下の低温にしなければならず、流動床内での燃焼速度も当然遅くなる。
【００１６】従って、廃棄物の燃焼は、流動床内では完全には行われず、流動床上方のフリーボードでも燃焼が継続することになる。
【００１７】この場合、フリーボードでの燃焼温度は、流動床の温度よりも約１００〜１５０℃高温となるので、部分的に揮発したアルカリ金属等のアルカリ性物質が高温に晒され、粘性を帯びて飛散灰に接触し、粘性灰となって炉内のフリーボード側壁に付着する。
【００１８】このため、運転の経過につれてフリーボード側壁に付着した付着灰が成長し、或る程度の大きさになると、剥離して流動床内に脱落し、これも流動床での流動媒体である珪砂の流動障害を招来する原因となる。
【００１９】又、上述の燃焼方式（ｉｉ）の場合には、廃棄物の燃焼中に低融点物質が溶融を始めて粘性を帯び始めたら、添加した不活性物質で低融点物質の表面をコーティングし、粘性のない造粒物質を生成させる必要があるが、斯かる粘性のない造粒物質を生成させるための運転条件を見付け出すことが非常に難しいばかりか、期待通りの成果が得られない。
【００２０】更に、燃焼方式（ｉｉ）の場合には、不活性物質の添加量を多くしなければならないため、廃棄物焼却後の残渣量が場合によっては発生焼却灰の量の数倍になってしまい、その処理が大掛かりになるという問題があった。
【００２１】本発明は上述の実情に鑑み、廃棄物中に含まれている低融点物質を不活性にする不活性物質を使用することなくしかも廃棄物を廃棄物に含まれている低融点物質よりも高温度で焼却しても、流動媒体である珪砂に造粒或いはフリーボード側壁からの付着灰の落下等が生じず、流動床式焼却炉の流動媒体である珪砂に流動障害が生じることがないようにすることを目的としてなしたものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明の流動床式焼却炉における流動媒体の固化防止方法は、アルカリ金属、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属のごときアルカリ性物質を含む廃棄物を、珪砂を流動媒体とする流動床式焼却炉で焼却する際に、前記廃棄物中にカオリンクレーを添加したうえ廃棄物の焼却を行うものである。
【００２３】又、本発明では、アルカリ金属２ｋｇモルに対しカオリンクレーを１〜３ｋｇモル添加すると良く、更には、アルカリ性物質を含む廃棄物が熱可塑性樹脂の場合は、前記廃棄物を溶融させてからカオリンクレーを廃棄物に添加し、溶融している状態で流動床へ供給するのが望ましい。
【００２４】従って、本発明では、廃棄物を焼却する際に、不活性物質を使用しなくても或いは廃棄物に含まれている低融点物質よりも高温度で廃棄物の焼却を行っても、珪砂に造粒やフリーボード側壁からの付着灰の落下が生じず、従って流動媒体である珪砂に流動障害が生じず、その結果、信頼性の高い確実な運転を行うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
【００２６】図１〜図５は本発明の実施の形態の一例を示す。
【００２７】図１は本発明の方法に適用する流動床式焼却炉の一例で、図中、１は縦向きに立設された内部が中空の焼却炉本体であり、焼却炉本体１の下端には、図示してない送風機により送給されて来た一次燃焼空気２を受け入れるウインドボックス３が設けられている。
【００２８】ウインドボックス３と焼却炉本体１との間には両者を仕切るよう仕切り板４が設けられ、仕切り板４には、ウインドボックス３へ導入された一次燃焼空気２を焼却炉本体１内へ吹込み、焼却炉本体１底部にある珪砂５を流動化させて流動床を形成するよう、多数の空気分散ノズル６が設けられている。
【００２９】ウインドボックス３部の中央部には、上端が仕切り板４を貫通して若干焼却炉本体１内へ突出し、下端がウインドボックス３下端からウインドボックス３外方へ突出した粗粒抜出し管７が設けられており、粗粒抜出し管７のウインドボックス３よりも下方の部分には、開閉ゲート８が設置されている。
【００３０】粗粒抜出し管７の下端には、電動機９により駆動し得るようにしたスクリュウコンベヤ式の粗粒抜出し冷却機１０が配置され、流動床から粗粒抜出し管７を経て粗粒抜出し冷却機１０へ排出された粗粒は後工程へ送給されるようになっている。
【００３１】焼却炉本体１の高さ方向中途部には、操業開始時に流動床を形成する流動媒体を所定の温度まで昇温させるための昇温バーナ１１が装着され、焼却炉本体１の昇温バーナ１１設置部よりも上方には、二次燃焼空気１２を焼却炉本体１内へ送給するための二次空気供給ノズル１３が設けられている。
【００３２】焼却炉本体１の二次空気供給ノズル１３設置位置よりも若干下方には、駆動可能なスクリュウコンベヤ式の混合フィーダ１４が設けられており、混合フィーダ１４に供給された低融点物質を含む液状のＳＡレジン（ソルビン酸カリ）１５と固体状のカオリンクレー（Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2・２Ｈ2Ｏ）１６は混合フィーダ１４により撹拌、混合されつつ焼却炉本体１内へ投入され得るようになっている。
【００３３】ＳＡレジン１５は加熱装置１７を備えた貯留タンク１８に貯留されるようになっていると共に、貯留タンク１８内のＳＡレジン１５は、全長に亘り加熱装置１９が装着された管路２０中をポンプ２１により送給されて前記混合フィーダ１４へ導入され得るようになっている。
【００３４】カオリンクレー１６は、貯留タンク２２に貯留されるようになっていると共に、貯留タンク２２内のカオリンクレー１６は、定量フィーダ２３により管路２４中を送給されて混合フィーダ１４へ導入され得るようになっている。
【００３５】焼却炉本体１の混合フィーダ１４よりも下方位置で流動床上面よりも上方位置には、活性汚泥等を処理して形成した脱水ケーキ２５を焼却炉本体１内へ投入するための、駆動可能なスクリュウコンベヤ式のケーキ投入装置２６が設けられており、焼却炉本体１下部の流動床形成部には、塗装後の洗浄廃液や不要なエンジンオイル等の廃液２７を焼却炉本体１内の流動床形成部に導入し得るよう複数の廃液投入ガン２８が設置されている。
【００３６】ウインドボックス３と焼却炉本体１の流動床形成部よりも上方には、夫々圧力検出器２９，３０が接続されており、圧力検出器２９，３０で検出したガス圧力Ｐ１，Ｐ２の差圧△Ｐが予め設定した差圧△Ｐ以上の場合には、制御装置３１から粗粒抜出し冷却機１０の電動機９に駆動指令Ｖを与え得るようになっている。
【００３７】なお、図１中、３２は焼却炉本体１上部のフリーボード、３３は焼却炉本体１の上部から排出されて排ガス処理設備へ送給される焼却排ガスである。
【００３８】次に、本発明の実施の形態の作動について説明する。
【００３９】運転に際しては、ウインドボックス３から空気分散ノズル６を経て一次燃焼空気２が焼却炉本体１内に供給され、このため、流動媒体である珪砂５は流動化して流動床が形成されており、又昇温バーナ１１により流動媒体は所定の温度まで昇温されている。
【００４０】焼却すべき廃棄物が低融点物質を含まない脱水ケーキ２５や廃液２７の場合には、ケーキ投入装置２６或いは廃液投入ガン２８から脱水ケーキ２５或いは廃液２７を焼却炉本体１内へ投入する。このため、これらの廃棄物は珪砂５により形成されている高温の流動床で燃焼し、焼却灰となる。
【００４１】廃棄物の燃焼により生じた燃焼ガスは、焼却炉本体１内を上昇し、燃焼ガス中の未燃分は、二次空気供給ノズル１３から焼却炉本体１内へ導入される二次燃焼空気１２により更に燃焼し、焼却排ガス３３となって後工程の廃ガス処理設備へ送給される。
【００４２】焼却すべき廃棄物が低融点物質を含む液状のＳＡレジン１５の場合には、液化させたＳＡレジン１５が固化しないよう、貯留タンク１８及び管路２０を加熱装置１７及び１９に加熱し、ポンプ２１により貯留タンク１８内のＳＡレジン１５を貯留タンク１８から管路２０を流通させて混合フィーダ１４へ送給し、又同時に貯留タンク２２内のカオリンクレー１６を定量フィーダ２３により一定量ずつ切出して管路２４から混合フィーダ１４へ送給する。
【００４３】混合フィーダ１４送給されたＳＡレジン１５とカオリンクレー１６は、混合フィーダ１４を送給される間に撹拌、混合され、混合フィーダ１４から焼却炉本体１内へ投入されて流動床へ落下し、流動床において燃焼し、焼却灰となる。
【００４４】廃棄物の燃焼により生じた燃焼ガスは、この場合にも焼却炉本体１内を上昇し、燃焼ガス中の未燃分は、二次空気供給ノズル１３から焼却炉本体１内へ導入される二次燃焼空気１２により更に燃焼し、焼却排ガス３３となって後工程の排ガス処理施設へ送給される。
【００４５】廃棄物としてＳＡレジン１５を燃焼させる場合には、焼却炉本体１内の温度は約８５０〜９００℃となる。
【００４６】上述のカオリンクレー１６を添加、混合されたＳＡレジン１５中に含まれる低融点物質がアルカリ金属、例えばＮａとすると、該Ｎａは流動媒体である珪砂５（ＳｉＯ2）と反応し、粘性のあるソーダガラス（Ｎａ2Ｏ・３ＳｉＯ2）のような中間物質を生成させることなく、焼却温度範囲を越えた高い融点を持つ鉱物が直接生成される。
【００４７】具体的には、アルカリ金属或いはアルカリ土類金属とカオリンクレーとは［化４］［化５］のごとき反応を行って高い融点をを持つ鉱物が生成される。
【００４８】（Ｉ）アルカリ金属或いはアルカリ土類金属等がＫ（カリウム）を含む場合【化４】２ＫＣｌ＋Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2・２Ｈ2Ｏ＝Ｋ2Ｏ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2＋２ＨＣｌ＋Ｈ2Ｏ【００４９】（ＩＩ）アルカリ金属或いはアルカリ土類金属等がＮａ（ナトリウム）を含む場合【化５】２ＮａＣｌ＋Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2・２Ｈ2Ｏ＝Ｎａ2Ｏ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2＋２ＨＣｌ＋Ｈ2Ｏ【００５０】［化４］のＫ2Ｏ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2 は正長石に類似した硅酸塩鉱物であり、融点は約１１００℃である。
【００５１】又［化５］のＮａ2Ｏ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2はかすみ石であり、融点は約１２８０℃である。
【００５２】図２は温度と耐火度の相関を表わしたものであり、図３はカオリンクレー単味に代表的な低融点物質であるＮａ2Ｏ、又はＫ2Ｏを添加した場合におけるカオリンクレーの耐火度の低下を表わしたものである。
【００５３】本実施の形態例においては、カオリンクレーとＮａ2Ｏ、Ｋ2Ｏといった低融点物質とを反応させ、硫酸塩鉱物を生成させる場合、硫酸塩鉱物はカオリンクレー１モルに対してＮａ2Ｏ又はＫ2Ｏ１モルずつで反応を完結する。
【００５４】而して反応完結により生成した鉱物の融点は、図３により、Ｎａ2Ｏの場合は１２８０℃、Ｋ2Ｏの場合は１１００℃となり、本実施の形態例における対象の廃棄物の焼却温度域をはるかに越えていることが理解できる。
【００５５】このため、上述のごとく、焼却炉本体１内の温度が約８５０〜９００℃の場合であっても、粘性の高い融点７５０℃のＫ2Ｏ・３ＳｉＯ2や融点６３５℃のＮａ2Ｏ・３ＳｉＯ2を生成することなく、融点の高い正長石に類似した硅酸塩鉱物やかすみ石が生成されるため、従来のごとき不活性物質を使用しなくとも或いは低融点物質の融点よりも高温度で廃棄物の燃焼を行っても焼却炉本体１内には、流動媒体である珪砂５に造粒現象が生じることがなく、その結果、珪砂５が粗粒化することなく、十分流動を継続することができ、又フリーボードに付着した灰が塊状になって落下することもないため、珪砂５に流動障害が生ずる虞れはない。
【００５６】本発明の実施の形態例の場合、低融点物質を含む廃棄物として液体状のＳＡレジンを焼却する場合について説明したが、低融点物質を含む廃棄物が液体か固体かによっても燃焼形態が異なる。このため、カオリンクレーの添加の仕方も、その燃焼形態から判断して最も反応効率を高める方法で行う必要がある。
【００５７】例えば、ＳＡレジン１５は、上述のごとく液化させた状態で、カオリンクレー１６を添加しながら、混合フィーダ１４により撹拌、混合され、焼却炉本体１内に投入される。
【００５８】又、汚泥或いは脱水ケーキ２５等に低融点物質が含まれている場合にも、汚泥や脱水ケーキ２５とカオリンクレー１６とを十分に撹拌、混合して焼却炉本体１内に投入する。
【００５９】斯かる撹拌、混合を十分行うことにより、アルカリ金属やアルカリ土類金属等とカオリンクレーとの反応効率を向上させることができる。
【００６０】実験によると、アルカリ金属の場合は、アルカリ金属２ｋｇモルに対してカオリンクレーを１〜３ｋｇモル添加するのが良いが、例えばカオリンクレーを１ｋｇモル添加した場合には、その反応率は平均８５％程度となり、未反応率は約１５％となる。
【００６１】このように、反応率が１００％にならないため、未反応率１５％に対する対応が必要となる。すなわち、未反応のアルカリ金属等の一部は、前述したような粘性のあるソーダガラス（Ｎａ2Ｏ・３ＳｉＯ2）となり、残りの未反応物質は、部分的にソーダガラスとなった粗粒と、珪砂を核とした表面にソーダガラスがバインダとして作用し、灰がコーティングされた造粒物との混合物であり、それらは運転の経過につれて、ある程度粘性を帯びた流動床を形成する。
【００６２】このためウインドボックス３から焼却炉本体１内へ導入される一次燃焼空気２の流量を増加させることにより、流動床内の空筒速度を通常の速度よりも速くし、若干粘着性を帯びた流動媒体を強制的に破砕し、流動媒体である珪砂の活発な流動を維持させる。
【００６３】未反応率１５％程度のアルカリ金属等により、上述のごとく僅かに粘性のあるソーダガラスが形成されるため、空筒速度をあげても、珪砂同士の付着等による粗粒化を完全に防止することは困難である。
【００６４】而して、珪砂の粗粒化により、流動床の通気抵抗が増加するため、圧力検出器２９，３０で検出されるウインドボックス３内のガス圧力Ｐ１と焼却炉本体１内の流動床よりも上部のガス圧力Ｐ２の差は増大する（Ｐ１≫Ｐ２）。
【００６５】従って、この場合には、ガス圧力Ｐ１，Ｐ２の差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）が予め定めた所定の値よりも大きくなった場合には、制御装置３１から電動機９へ駆動指令Ｖを与え、電動機９を起動することにより粗粒抜出し冷却機１０を駆動する。
【００６６】このため、焼却炉本体１内で流動床を形成している珪砂の一部は、予め開閉ゲート８のあけてある粗粒抜出し管７を通って粗粒抜出し冷却機１０へ抜出され、粗粒抜出し冷却機１０により系外へ排出される。
【００６７】粗粒抜出し管７の上端開口は流動床底部中央に位置しているため、流動床からの珪砂の抜出しに偏流が生じることがない。
【００６８】次に、ＳＡレジンのみを資料として加熱空気により昇温温度１０℃／ｍｉｎで約９００℃まで加熱した場合と、ＳＡレジン１０ｇにカオリンクレーを３．１ｇ添加した資料を造り、加熱空気により昇温温度１０℃／ｍｉｎで約９００℃まで加熱した場合の実験結果をグラフに示すと図４、５に示すごとくなる。
【００６９】図４はＳＡレジンのみを資料とした場合で、図４中、Ｉは昇温曲線、ＩＩは示差熱曲線、ＩＩＩは資料の重量変化を示している。而して、示差熱曲線ＩＩは、Ｘ１部からＸ２部へかけて温度が８７０℃から８６６℃へと大きく落ち込んでいるが、これはＳＡレジンの低融点物質が溶融を行った結果、吸熱反応が生じたことを示している。
【００７０】図５は、ＳＡレジンにカオリンクレーを添加し撹拌、混合して資料とした場合で、図５中、ＩＶは昇温曲線、Ｖは示差熱曲線、ＶＩは資料の重量変化を示している。而して、示差熱曲線Ｖには、図４のＸ１部からＸ２部のごとき温度の大きな落ち込みはなく、全体としてなだらかな曲線となっており、これはＳＡレジンが吸熱反応を行わず、従ってＳＡレジンが溶融しないことを示している。
【００７１】なお、本発明は上述の形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ること、等は勿論である。
【００７２】
【発明の効果】本発明の流動床式焼却炉における流動媒体の固化防止方法によれば、対象の廃棄物中にカオリンクレーを添加することにより、珪砂を流動媒体として前記対象の廃棄物の焼却に使用した場合にも、アルカリ金属、アルカリ金属塩或いはアルカリ土類金属に含まれている低融点物質が溶融して粘性のある物質が生じることがなく、従って珪砂同士が造粒化したり、フリーボードに付着した灰が塊状となって流動床へ落下する虞れがないため、珪砂により流動床を形成する際に珪砂に流動障害が生じることがなく、その結果、信頼性の高い確実な運転を行うことができる、等種々の優れた効果を奏し得る。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１８３４
【氏名又は名称】三機工業株式会社
【識別番号】５９６０５２９０２
【氏名又は名称】三機化工建設株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１０月２７日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 恒光 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１３２４２６ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）５月２１日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２９４０９１ |
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