JP2013177860A - Operation support device of power generation facility - Google Patents
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Abstract
【課題】 発電設備の運転スケジュールに応じて、機器の状況を目視で確認する。
【解決手段】
可視化制御手段13により、ガスタービンの出力の経時変化の状態に応じて燃焼器の燃焼振動の状況をモニタ12に表示させ、発電設備の運転スケジュールに応じて、燃焼器の状況を目視で確認することが可能になる。
【選択図】図3PROBLEM TO BE SOLVED: To visually check the state of equipment according to an operation schedule of a power generation facility.
[Solution]
The visualization control means 13 displays the state of combustion vibration of the combustor on the monitor 12 according to the state of change of the output of the gas turbine over time, and visually confirms the state of the combustor according to the operation schedule of the power generation equipment. It becomes possible.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、発電設備の運転支援装置に関し、発電設備に応じて機器の状況を確認できるようにしたものである。 The present invention relates to an operation support apparatus for a power generation facility, which can check the status of equipment according to the power generation facility.
火力発電所として構築される発電設備は、圧縮機、燃焼器、タービンからなるガスタービンや、熱交換器等様々な機器を構成要素としている。火力発電所の建設目的や運用方法等により、同じ発電設備を備えていても運転の状況が異なることもあり、また、構成機器の相違や燃焼器の燃料組成の違いにより機器相互の影響が異なっている。更に、大気温度が異なる季節の違いや、火力発電所の建設地域の違いによっても機器に対する影響が異なっている。 A power generation facility constructed as a thermal power plant includes various components such as a gas turbine including a compressor, a combustor, and a turbine, and a heat exchanger. Depending on the construction purpose and operation method of the thermal power plant, the operating conditions may differ even if the same power generation equipment is provided, and the influence between equipment differs depending on the difference in the components and the fuel composition of the combustor. ing. Furthermore, the influence on the equipment varies depending on the seasons with different atmospheric temperatures and the construction sites of thermal power plants.
火力発電所では、発電設備の定期点検等により機器の運転を停止し、点検が終了した後に再稼動している。再稼動時には機器の調整運転を実施するが、機器の仕様に基づいて機器の能力に余裕を持たせた運転範囲の確認が行われることになる。機器の仕様とは別に、発電設備毎の特徴や過去の運転データを考慮することで、機器の能力を最大限に生かした運転が行えることになる。 At thermal power plants, the operation of equipment has been stopped by periodic inspections of power generation facilities, etc., and restarted after inspections have been completed. Although the adjustment operation of the device is performed at the time of re-operation, the operation range with a margin for the device capability is confirmed based on the specification of the device. In addition to the specifications of the equipment, by taking into account the characteristics of each power generation facility and past operation data, it is possible to perform operations that make the most of the capabilities of the equipment.
このような状況から、機器の信頼性の指標を明確にする技術として、発生する不具合状態に関する情報を解析・検討する技術が知られている(特許文献1参照)。特許文献1の技術は、多数のデータから統計処理に適したデータを作成することができるが、複雑な演算処理が必要であり、発生する不具合の予測や回避、機器の状況を確認できるようにはなっていない。 Under such circumstances, as a technique for clarifying an index of device reliability, a technique for analyzing and examining information relating to a failure state that occurs is known (see Patent Document 1). The technology of Patent Document 1 can create data suitable for statistical processing from a large number of data, but requires complicated arithmetic processing, so that prediction and avoidance of problems that occur and the status of equipment can be confirmed. It is not.
発電設備の運転スケジュールに応じて、機器の状況を目視で確認することができるようになれば、機器の仕様を始めとして、発電設備毎の特徴や過去の運転データを加味した状態で、機器の能力を最大限に生かした調整を行い、効率的な運転を行うことができる。 If it becomes possible to visually check the status of the equipment according to the operation schedule of the power generation equipment, the equipment specifications and the characteristics of each power generation equipment and past operation data are taken into account. Adjustments that make the most of the ability can be made and efficient operation can be performed.
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、発電設備の運転スケジュールに応じて、機器の状況を目視で確認することができる発電設備の運転支援装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said condition, and it aims at providing the driving assistance device of the power generation equipment which can confirm the condition of an apparatus visually according to the driving schedule of a power generation equipment.
上記目的を達成するための請求項1に係る本発明の発電設備の運転支援装置は、発電設備の出力のスケジュールを表示すると共に、出力のスケジュールに応じて機器のパラメータの経時情報を表示する表示手段と、前記機器のパラメータの経時情報に基づいた前記機器の状態情報を記憶する記憶手段と、前記機器のパラメータの経時情報に応じて前記記憶手段に記憶された前記機器の状態情報を表示手段に表示させる可視化制御手段とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an operation support apparatus for a power generation facility according to claim 1 of the present invention displays a schedule of output of the power generation facility and displays time-dependent information of device parameters in accordance with the schedule of output. Means for storing state information of the device based on time-dependent information of the parameters of the device, and means for displaying the state information of the device stored in the storage means according to the time-based information of the parameters of the device And a visualization control means for displaying on the screen.
請求項1に係る本発明では、可視化制御手段により、機器のパラメータの経時情報に応じて機器の状態情報を表示手段に表示させるので、出力のスケジュールに応じて機器の状態情報を表示させることができる。これにより、発電設備の運転スケジュールに応じて、機器の状況を目視で確認することが可能になる。 In the present invention according to claim 1, since the status information of the device is displayed on the display means according to the time-lapse information of the parameters of the device by the visualization control means, the status information of the equipment can be displayed according to the output schedule. it can. Thereby, according to the driving | operation schedule of power generation equipment, it becomes possible to confirm the condition of an apparatus visually.
発電設備の出力のスケジュールは、負荷の状態を徐々に定格負荷の状態にする運転スケジュールや、負荷の状態を急上昇、急下降させる運転スケジュールに対応することが可能である。 The output schedule of the power generation facility can correspond to an operation schedule for gradually changing the load state to the rated load state, or an operation schedule for suddenly increasing or decreasing the load state.
そして、請求項2に係る本発明の発電設備の運転支援装置は、請求項1に記載の発電設備の運転支援装置において、前記発電設備は、圧縮機からの圧縮流体及び燃料を燃焼する燃焼器と、前記燃焼器からの燃焼ガスを膨張して動力を得るガスタービンとを備え、前記機器は前記燃焼器であり、更に、前記記憶手段に記憶された前記経時情報から前記燃焼器の空気流量、燃料流量及び火炎温度を計算する計算手段と、前記記憶手段に記憶された前記経時情報、前記計算手段により計算された前記燃焼器の状態情報、過去の経時情報に基づいて前記燃焼器を含む前記発電設備の運転状態を解析する解析手段とを備え、前記可視化制御手段は、前記計算手段、前記解析手段の少なくとも何れかにより得られた情報を前記表示手段に表示させることを特徴とする。 A power generation facility operation support apparatus according to a second aspect of the present invention is the power generation facility operation support apparatus according to the first aspect, wherein the power generation facility combusts the compressed fluid and fuel from the compressor. And a gas turbine for obtaining power by expanding the combustion gas from the combustor, wherein the device is the combustor, and further, the air flow rate of the combustor from the time-lapse information stored in the storage means A calculation means for calculating a fuel flow rate and a flame temperature; and the combustor based on the time information stored in the storage means, the state information of the combustor calculated by the calculation means, and the past time information. Analyzing means for analyzing an operating state of the power generation facility, wherein the visualization control means causes the display means to display information obtained by at least one of the calculation means and the analysis means. And butterflies.
請求項2に係る本発明では、運転スケジュールに応じて、燃焼器のパラメータの状態、過去の燃焼器のパラメータの状態を表示手段に表示させて目視で確認することができる。 According to the second aspect of the present invention, the state of the combustor parameters and the past state of the combustor parameters can be displayed on the display means and visually confirmed according to the operation schedule.
また、請求項3に係る本発明の発電設備の運転支援装置は、請求項2に記載の発電設備の運転支援装置において、前記解析手段は、前記記憶手段に記憶された前記燃焼器の状態情報から前記発電設備の出力のスケジュールに応じて前記燃焼器及び前記発電設備の運転状態と経年特性を解析・予測する機能を備え、前記スケジュールに応じて、前記燃焼器の状態情報についての経年特性を事前に表示することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the operation support apparatus for power generation equipment according to the second aspect, wherein the analysis means stores state information of the combustor stored in the storage means. From a function of analyzing and predicting the operating state and aging characteristics of the combustor and the power generation equipment according to the output schedule of the power generation equipment, and according to the schedule, the aging characteristics of the state information of the combustor It is characterized by displaying in advance.
請求項3に係る本発明では、運転スケジュールに応じて、発電設備の運転状態と燃焼器の経年特性を表示手段に表示させて目視で確認することができる。 According to the third aspect of the present invention, the operating state of the power generation facility and the aging characteristics of the combustor can be displayed on the display means and visually confirmed according to the operation schedule.
また、請求項4に係る本発明の発電設備の運転支援装置は、請求項3に記載の発電設備の運転支援装置において、前記解析手段は、前記解析・予測した前記燃焼器及び前記発電設備の運転状態、経年特性と、前記燃焼器及び前記発電設備の過去の運転状態、経年特性を比較する機能とを備え、比較結果を前記燃焼器及び前記発電設備の運転状態と経年特性の解析・予測に反映させることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the power generation facility operation support apparatus according to the third aspect, wherein the analysis means includes the combustor and the power generation facility that have been analyzed and predicted. It has the function of comparing the operating state and aging characteristics and the past operating state and aging characteristics of the combustor and the power generation equipment, and the comparison results are used to analyze and predict the operating state and aging characteristics of the combustor and the power generation equipment. It is characterized by being reflected in.
請求項4に係る本発明では、燃焼器及び発電設備の運転状態と経年特性の過去の状態を比較して解析・予測に反映することができる。
In the present invention according to
本発明の発電設備の運転支援装置では、比較された解析・予測の結果は、解析手段にフィードバックされる。また、解析手段は、燃焼器の圧力変動等の特性を予測し、予測した圧力変動値等の特性が閾値を超える場合に、安全な運転を実施するように燃焼器のパラメータを計算し、燃焼器の圧力変動値等が閾値を超えるのを回避する機能を持たせることができる。 In the power generation facility operation support apparatus of the present invention, the compared analysis / prediction results are fed back to the analysis means. In addition, the analysis means predicts the characteristics of the combustor, such as pressure fluctuation, and calculates the combustor parameters so that safe operation is performed when the predicted characteristics, such as the pressure fluctuation value, exceed a threshold. It is possible to provide a function of avoiding the pressure fluctuation value of the vessel from exceeding the threshold value.
また、請求項5に係る本発明の発電設備の運転支援装置は、請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の発電設備の運転支援装置において、前記燃焼器のパラメータの経時情報は、バーナ部以外から供給する二次空気の導入状態であることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the operation support apparatus for power generation equipment according to the present invention, wherein the time-dependent information of the parameters of the combustor is the power generation equipment operation support apparatus according to any one of
請求項5に係る本発明では、バーナ部以外から供給する二次空気の導入状態に基づいた燃焼器の状態を表示させることができる。 In this invention which concerns on Claim 5, the state of the combustor based on the introduction state of the secondary air supplied from other than a burner part can be displayed.
また、請求項6に係る本発明の発電設備の運転支援装置は、請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の発電設備の運転支援装置において、前記燃焼器は複数のバーナを有し、前記燃焼器のパラメータの経時情報は、保炎を主なる目的とした第1のバーナから供給する燃料の導入状態、燃焼器の主なる燃焼を司る第2のバーナから供給する燃料の導入状態、追い焚きを主目的とする第3のバーナから供給する燃料の導入状態、及び燃焼振動の抑制を主目的とする第4のバーナから供給する燃料の導入状態、第1のバーナ及び第2または第3または第4のバーナへの空気の導入状態のいずれかを含むことを特徴とする。 A power generation facility operation support apparatus according to a sixth aspect of the present invention is the power generation facility operation support apparatus according to any one of the second to fourth aspects, wherein the combustor includes a plurality of burners. The time-lapse information of the parameters of the combustor includes the introduction state of the fuel supplied from the first burner mainly for flame holding and the introduction of the fuel supplied from the second burner that controls the main combustion of the combustor. State, introduction state of the fuel supplied from the third burner mainly aimed at reheating, introduction state of the fuel supplied from the fourth burner mainly aimed at suppressing combustion vibration, the first burner and the second burner Alternatively, it includes any state of introducing air into the third or fourth burner.
請求項6に係る本発明では、第1のバーナ(プリバーナ、パイロットバーナ等と呼ばれる)、第2のバーナ(メインバーナ等と呼ばれる)、及び、追炊き、燃焼振動の抑制を主目的とした第3のバーナ、第4のバーナから供給する燃料の導入状態、各バーナへの空気の導入状態に基づいた燃焼器の状態を表示させることができる。
In the present invention according to
また、請求項7に係る本発明の発電設備の運転支援装置は、請求項5もしくは請求項6に記載の発電設備の運転支援装置において、前記状態情報は、前記ガスタービンの負荷に対する前記燃焼器の圧力の変動の情報を含むことを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a power generation facility operation support apparatus according to the present invention, wherein the state information is the combustor for the load of the gas turbine. It contains the information of the fluctuation of pressure.
請求項7に係る本発明では、ガスタービンの負荷に対する燃焼器の圧力の変動の情報、即ち、発電設備の出力に応じた燃焼振動の情報を表示させることができる。
In this invention which concerns on
また、請求項8に係る本発明の発電設備の運転支援装置は、請求項7に記載の発電設備の運転支援装置において、前記ガスタービンの負荷に対する前記燃焼器の圧力の変動の情報は、圧力の変動の周波数が複数の領域の周波数帯に分けられていることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the operation support apparatus for a power generation facility according to the present invention, wherein the information on the fluctuation in the pressure of the combustor relative to the load of the gas turbine is a pressure The variation frequency is divided into frequency bands of a plurality of regions.
請求項8に係る本発明では、圧力の変動(振動)を複数の周波数帯に分けた状態で燃焼振動として表示させることができる。
In the present invention according to
本発明の発電設備の運転支援装置は、発電設備の運転スケジュールに応じて、機器の状況を目視で確認することが可能になる。 The power generation facility operation support apparatus according to the present invention can visually check the state of the device according to the operation schedule of the power generation facility.
図1に基づいて発電設備及び発電設備の運転支援装置の概略を説明する。 An outline of the power generation facility and the operation support apparatus for the power generation facility will be described with reference to FIG.
図1には本発明の運転支援装置が適用される発電設備の概略系統、図2にはガスタービン系統の断面、図3には運転支援装置の機能ブロック構成、図4には圧力の変動の周波数と圧力変動値との関係を示してある。 1 is a schematic system of power generation equipment to which the operation support apparatus of the present invention is applied, FIG. 2 is a cross-sectional view of a gas turbine system, FIG. 3 is a functional block configuration of the operation support apparatus, and FIG. The relationship between frequency and pressure fluctuation value is shown.
図1に示すように、発電設備のタービン設備1には、圧縮機2及びガスタービン3が備えられ、圧縮機2で圧縮された圧縮空気HAirと燃料ガスfが燃焼器4に送られる。燃焼器4では燃料ガスfが燃焼され、燃焼ガスEがガスタービン3に送られて膨張されて発電機Gにより発電動力が得られる。
As shown in FIG. 1, a turbine facility 1 of a power generation facility includes a
ガスタービン3の排気ガスは排熱回収ボイラー5で熱回収され、排気ガス処理装置で浄化処理された後、煙突6から大気に放出される。排熱回収ボイラー5には、蒸気タービン7の排気蒸気STを復水器8で凝縮した復水FWが給水され、排熱回収ボイラー5ではガスタービン3の排気ガスにより蒸気を発生させる。排熱回収ボイラー5で発生した蒸気は蒸気タービンで膨張されて発電動力が得られる。
The exhaust gas from the
図2(a)に示すように、タービン設備1の圧縮機2の出口部とガスタービン3の入口部との間に燃焼器4が備えられ、燃焼器4には、大気と隔離された流体通路及び燃焼室を備えている。燃焼器4は、少なくとも1本、設備の規模に応じてタービン設備1の周方向に多数本(例えば、12本)備えられている。燃焼器4には圧力を検出する検出手段が備えられ、燃焼時の圧力が経時的に計測されて記憶される。そして、圧力の変動が周波数毎に燃焼器の圧力変動値として評価されるようになっている。
As shown in FIG. 2 (a), a
図2(b)に示すように、燃焼器4は、詳細な説明は省略するが、バーナ51を備えている。バーナ51は、例えば、保炎を主なる目的とした第1のバーナ、燃焼器の主なる燃焼を司る第2のバーナ、追い焚きを主目的とする第3のバーナ、及び、燃焼振動の抑制を主目的とする第4のバーナを備えている。
As shown in FIG. 2B, the
図中52は、第1のバーナに燃料を供給する第1のバーナノズルであり、第1のバーナノズル52から燃料f1を供給して保炎性の高い拡散燃焼等の第1燃焼を行う。図中53は、第2のバーナに燃料を供給する第2のバーナノズルであり、第2のバーナノズル53から燃料f2を供給して予混合燃焼による主なる燃焼を行う。
In the figure,
また、燃焼器4は、第3のバーナに燃料を供給する第3のバーナノズルを備え、第3のバーナノズルから燃料を供給して追炊きの燃焼を行う。また、第4のバーナに燃料を供給する第4のバーナノズルを備え、第4のバーナノズルから燃料を供給して燃焼振動の抑制等を主目的する燃焼を行う。このため、燃焼器4は、保炎及び主なる燃焼以外の特殊機能を有した構造とされている。
The
また、燃焼器4は、二次空気の導入量を制御することにより燃焼領域の燃空比が調整され、ガスタービン出力や燃料組成等に応じた最適な燃焼に調整される構造とされている。
Further, the
燃焼器4のパラメータとして、第1のバーナノズル52への燃料の供給比率(燃焼器4に供給する燃料のうち第1のバーナへ供給する燃料f1の割合:f1rate)及び二次空気の導入量、第1、第2、第3及び第4のバーナへの空気の供給割合、窒素酸化物(NOx)低減のための燃焼器4への水、水蒸気またはガスタービン排気ガスの噴霧量などが挙げられる。f1rateを適宜調整することにより保炎性の調整や窒素酸化物(NOx)の排出量を抑制している。また、水、水蒸気またはガスタービン排気ガスを噴霧することによりNOxの排出量を抑制している。f1rateの調整や二次空気の導入量の制御は、ガスタービン3の負荷(出力)に応じて調整される(経時情報)。
As parameters of the
図3に示すように、発電設備の運転を行うための統合制御室11には表示手段としてのモニタ12が備えられている。モニタ12には、ガスタービン3の負荷(出力)のスケジュールと共に、スケジュールに応じて燃焼器4のパラメータの経時情報であるf1rate及び二次空気の導入量の経時情報が表示される。
As shown in FIG. 3, the
一方、燃焼器4には燃焼ガスの流通時の圧力を検出する検出手段が備えられ、燃焼時の圧力(燃焼振動)が経時的に計測される。圧力の変動が周波数毎に燃焼器4の圧力変動値として評価される。図4には圧力の変動の周波数と圧力変動値との関係を示してある。図4に示すように、圧力の変動の周波数が、例えば、領域(周波数帯)Aから領域Kの11の周波数帯の領域に区切られている。
On the other hand, the
図4に示した情報は、燃焼器4の状態の情報(機器の状態情報)として記憶手段14(図3)に蓄積(記憶)されている。記憶手段14には、燃焼時の圧力の情報の他に、燃焼器4の温度の情報等、あらゆる状態情報が蓄積されている。
The information shown in FIG. 4 is accumulated (stored) in the storage unit 14 (FIG. 3) as information on the state of the combustor 4 (equipment state information). The storage means 14 stores all state information such as the temperature information of the
図3に示すように、記憶手段14に記憶された経時情報から燃焼器4の空気流量、燃料流量及び火炎温度が計算手段15で計算される。記憶手段14に記憶された経時情報、計算手段15により計算された燃焼器4の状態情報、過去の経時情報に基づいて燃焼器4を含む発電設備の運転状態を解析する解析手段16が備えられている。
As shown in FIG. 3, the
詳細は後述するが、燃焼器4の圧力(振動)や温度の情報が可視化制御手段13で任意に選択され、即ち、計算手段15、解析手段16の少なくとも何れかにより得られた情報が選択され、ガスタービン3の負荷(出力)のスケジュールと共に燃焼器4の状態の情報がモニタ12に表示される。
Although details will be described later, pressure (vibration) and temperature information of the
また、解析手段16には、記憶手段14に記憶された燃焼器4の状態情報から発電設備の出力のスケジュールに応じて燃焼器4及び発電設備の運転状態と経年特性を解析・予測する解析予測機能17を備え、スケジュールに応じて、燃焼器4の状態情報についての経年特性を事前に表示する。このため、運転スケジュールに応じて、発電設備の運転状態と燃焼器4の経年特性をモニタ12に表示させて目視で確認することができる。
Further, the
また、解析手段16には、解析予測機能17で解析・予測した燃焼器4及び発電設備の運転状態、経年特性と、燃焼器4及び発電設備の過去の運転状態、経年特性を比較する比較機能18とを備え、比較結果を燃焼器4及び発電設備の運転状態と経年特性の解析・予測に反映させる。このため、燃焼器4及び発電設備の運転状態と経年特性の過去の状態を比較して解析・予測に反映することができる。
Further, the analysis means 16 has a comparison function for comparing the operation state and aging characteristics of the
上述した発電設備の運転支援装置では、比較された解析・予測の結果は、解析手段16にフィードバックされる。また、解析手段16は、燃焼器4の圧力変動等の特性を予測し、予測した圧力変動値等の特性が閾値を超える場合に、安全な運転を実施するように燃焼器4のパラメータを計算し、燃焼器4の圧力変動値等が閾値を超えるのを回避する機能を持たせることができる。
In the power generation facility operation support apparatus described above, the compared analysis / prediction results are fed back to the analysis means 16. The analysis means 16 also predicts the characteristics of the
図5から図8に基づいて、ガスタービン3の負荷のスケジュールに応じた燃焼器4の状態の表示のさせ方の例を説明する。
An example of how to display the state of the
図5にはガスタービンの負荷を徐々に定格負荷の状態にする運転スケジュールに応じた燃焼器の温度状態を表示した状況を示してある。 FIG. 5 shows a state in which the temperature state of the combustor corresponding to the operation schedule for gradually setting the load of the gas turbine to the rated load state is displayed.
図5に示すように、時刻の経過と共にガスタービン3の負荷(太実線)が段階的に高く設定され、最終的に定格負荷になるように各機器の運転が調整される。ガスタービン3の負荷を上昇させる際に、各ガスタービン負荷で一定とする条件の下で、第1のバーナのより保炎性の高い燃焼部への燃料比率f1rate(細実線)を低くして、主なる燃焼を司る第2のバーナからの予混合燃焼の燃料の割合を増加させ、または、f1rate比を高くして第1のバーナからの拡散燃焼の燃料の割合を増加させる。同様に、二次空気の量(点線)を増加させて燃焼器4の出口側の空気量を増加させる。
As shown in FIG. 5, the load of the gas turbine 3 (thick solid line) is set to be higher step by step with the passage of time, and the operation of each device is adjusted to finally reach the rated load. When the load of the
図5に太実線で示したスケジュールでガスタービン負荷を上昇させつつ、各ガスタービン負荷で一定とする条件の下でf1rateを調整し、各f1rateにおけるガスタービンの状態を確認する。同様に、二次空気の量を調整し、各二次空気の供給割合におけるガスタービンの状態を確認する。調整範囲における裕度とガスタービンの状態を確認するため、運転スケジュールに応じた燃焼器4の温度状態が表示される。
While increasing the gas turbine load according to the schedule indicated by the thick solid line in FIG. 5, f1rate is adjusted under the condition of being constant at each gas turbine load, and the state of the gas turbine at each f1rate is confirmed. Similarly, the amount of secondary air is adjusted, and the state of the gas turbine at each secondary air supply rate is confirmed. In order to confirm the tolerance in the adjustment range and the state of the gas turbine, the temperature state of the
燃焼器4の温度は、例えば、第1のバーナである保炎部の燃焼ガス温度Tp、主なる燃焼を司る第2のバーナ部の燃焼ガス温度Tm、燃焼器4の出口における燃焼ガス温度Tbが表示される。表示は、太実線で示したスケジュールの過渡時等、任意の場所に表示することができる。燃焼器4の温度の状況を確認することにより、f1rateの調整の余裕状況を目視で確認することができると共に、二次空気量の調整による状態変化を目視で確認することができる。
The temperature of the
例えば、定期点検が終了した後の試験運転の際に、燃焼器4の各部の温度の状況に基づいて、f1rateの調整の余裕状態(燃料分配の状態等)、二次空気の供給の余裕状態(空気供給通路の開閉状態等)を確認することにより、これらのデータに基づき余裕を最大限に生かした調整ならびに運転が可能になる。これにより、燃焼器4の仕様を始めとして、発電設備の実際の運転の影響(季節等の影響)、過去の運転データを加味した状態で、燃焼器4や圧縮機2、ガスタービン3等の能力を最大限に生かした調整運転を行うことができる。
For example, during a test operation after completion of periodic inspection, based on the temperature conditions of each part of the
また、燃焼の調整運転のデータをモニタ12に表示しているので、必要な時刻のモニタ12の画面データをプリントアウトまたはファイルに出力することで、燃焼器4の温度の状況に関連した試験運転の報告書として、プリントアウトした書類を用いることができる。
Moreover, since the data of the adjustment operation of combustion is displayed on the
図6、図7にはガスタービン3の負荷を徐々に定格負荷の状態にする運転スケジュールに応じた燃焼器4の圧力状態(圧力の変動の各周波帯の状態)を表示した状況を示してあり、図6は部分負荷の状況、図7は定格負荷の状況を示してある。
6 and 7 show a state in which the pressure state of the combustor 4 (the state of each frequency band of pressure fluctuation) according to the operation schedule for gradually setting the load of the
図5に示したスケジュールの状況と同様に、太実線で示したスケジュールでガスタービン負荷を上昇させつつf1rateを調整し、f1rateの調整による状態変化を確認する。同様に、二次空気の量を調整し、各二次空気の供給割合におけるガスタービン3の状態を確認する。調整の余裕の状態を確認するため、運転スケジュールに応じた燃焼器4の圧力状態が表示される。特に、図6、図7には周波数帯A、周波数帯Bおよび周波数帯Cの状況例を示している。
Similar to the situation of the schedule shown in FIG. 5, f1rate is adjusted while increasing the gas turbine load according to the schedule shown by the thick solid line, and the state change due to the adjustment of f1rate is confirmed. Similarly, the amount of secondary air is adjusted, and the state of the
図6に示すように、部分負荷の運転域におけるf1rateの調整の状態、二次空気の供給の状態に応じ、圧力の変動の各周波帯における状態が具体的に表示される。また、図7に示すように、定格負荷の運転域におけるf1rateの調整の状態、二次空気の供給の状態に応じ、圧力の変動の各周波帯における状態が具体的に表示される。尚、一つの表示で図6、図7に示した状況を示すことも可能である。 As shown in FIG. 6, the state of the pressure fluctuation in each frequency band is specifically displayed in accordance with the state of adjustment of f1rate in the partial load operation region and the state of supply of secondary air. Moreover, as shown in FIG. 7, the state in each frequency band of the pressure fluctuation is specifically displayed in accordance with the state of adjusting the f1 rate in the operating range of the rated load and the state of supplying the secondary air. It should be noted that the situation shown in FIGS. 6 and 7 can be shown by one display.
燃焼器4の圧力の変動の各周波帯における状態を確認することにより、燃焼器4の燃焼振動に応じてf1rateの調整の余裕状況を目視で確認することができると共に、各二次空気の供給割合におけるガスタービン3の状態を目視で確認することができる。
By checking the state of the pressure fluctuation of the
例えば、定期点検が終了した後の試験運転の際に、燃焼器4の燃焼振動の状況に基づいて、f1rateの調整の余裕状態(燃料分配の状態等)、二次空気の供給の余裕状態を確認することにより、これらのデータに基づき余裕を最大限に生かした調整ならびに運転が可能になる。これにより、燃焼器4の仕様を始めとして、発電設備の実際の運転の影響(季節等の影響)、過去の運転データを加味した状態で、燃焼器4や圧縮機2、ガスタービン3等の能力を最大限に生かした調整運転を行うことができる。
For example, during a test operation after completion of periodic inspection, based on the state of combustion vibration of the
また、燃焼の調整運転のデータをモニタ12に表示しているので、必要な時刻のモニタ12の画面データをプリントアウトまたはファイルに出力することで、燃焼器4の燃焼振動の状況に関連した試験運転の報告書として、プリントアウトした書類を用いることができる。
In addition, since the data of the combustion adjustment operation is displayed on the
図8にはガスタービン3の負荷を急上昇、急下降させた際のガスタービン負荷と排ガス温度(Tex)の経時変化と、任意の時間における燃焼器4の圧力変動の状態変化(各周波帯における圧力変動の状態変化)について時間を追って表示した状況を示してある。
FIG. 8 shows the change over time in the gas turbine load and the exhaust gas temperature (Tex) when the load of the
ガスタービン3の負荷を急上昇、急下降させると、ガスタービン3の負荷が図中実線で示したように変化し、ガスタービン3の負荷の変動に対応して排ガス温度が図中点線で示したように変化する。ガスタービン3の負荷の変動に応じ、燃焼器4の圧力変動の各周波帯の状態の様子が具体的に表示される。
When the load of the
ガスタービン3の負荷を急激に変更する運転の際に、燃焼器4の圧力変動の状況や状態の変化について特に注意するべき事柄を表示することにより、圧力変動値やグラフ(図4)の場合に比較して、状況の変化を目視で容易に確認・把握することができる。
In the case of pressure fluctuation values and graphs (Fig. 4), by displaying matters to which special attention should be paid to changes in the pressure fluctuation state and state of the
図9、図10に基づいて燃焼器4の圧力変動の状況を表すための具体的な方法を説明する。
A specific method for expressing the state of pressure fluctuation of the
図9には、ガスタービン3の出力と、燃焼器4の圧力の変動の最大値の関係について、周波数帯をパラメータにして示してある。図9では、例えば、周波数を周波数帯の領域Aから領域Kの領域に分割し(図4参照)、領域A、B、C、G、Hの最大の圧力変動値をプロットしている。図10にはガスタービン3の出力に対する、周波数帯の領域Aから領域Iにおける燃焼器4の圧力変動の最大値の等圧線図を示してある。
FIG. 9 shows the relationship between the output of the
図9に示すように、周波数が低い周波数帯の領域A(実線○印)から順に、領域B(実線△印)、領域C(実線□印)、領域G(実線■印)、領域H(実線▼印)における最大の圧力変動値がガスタービン3の負荷に応じて表示されている。
As shown in FIG. 9, the region B (solid line Δ mark), region C (solid line □ mark), region G (solid line ■ mark), region H ( The maximum pressure fluctuation value at the solid line ▼) is displayed according to the load of the
また、図10に示すように、周波数帯の領域Aから領域Iの区分に応じて、最大の圧力変動値の等圧分布が濃淡(色分け)により表示されている。例えば、ガスタービン3の負荷上昇に応じ、色が濃い範囲の周波数帯の区分で強い燃焼振動を生じていることが目視できる。
Further, as shown in FIG. 10, the equal pressure distribution of the maximum pressure fluctuation value is displayed in shades (colored) according to the division from the frequency band region A to region I. For example, it can be visually observed that strong combustion vibration is generated in the frequency band of a dark color range in accordance with the load increase of the
図9、図10の特性により、ガスタービン3の負荷に応じた、周波数帯の領域毎の圧力変動の状況を把握することができる。把握した状況が、例えば、図6から図8に示したように、運転スケジュールに応じて表示される。また、図9、図10の状態がそのままモニタ12に表示される。
With the characteristics of FIGS. 9 and 10, it is possible to grasp the state of pressure fluctuation for each frequency band region according to the load of the
図9、図10の特性は、季節毎、月毎等における過去のデータとして、また、機器の製作時の初期性能による基準のデータとして、記憶手段14に記録され、定期点検後の試験運転時や通常運転時の監視・比較のために必要なデータが可視化制御手段13で選択される。 The characteristics shown in FIGS. 9 and 10 are recorded in the storage means 14 as past data for each season, every month, etc., and as reference data based on initial performance at the time of manufacture of the device. Data necessary for monitoring and comparison during normal operation is selected by the visualization control means 13.
図11から図16に基づいて燃焼器4の圧力変動の状況(燃焼振動)を表すデータの例と表示例を説明する。これらのデータを基にして表示される燃焼振動の状況を容易に把握しつつ、設備を運転することができる。
An example of data representing the state of pressure fluctuation (combustion vibration) and a display example of the
図11から図13にはガスタービン3の負荷に応じて、第1のバーナへ供給する燃料の比率f1rateの調整の状態、二次空気の導入状態を変更した際の圧力変動の最大値の状況を示してあり、図11は燃焼器4の圧力変動の周波数の周波数帯が領域Aの場合、図12は燃焼器4の圧力変動の周波数の周波数帯が領域Cの場合、図13は燃焼器4の圧力変動の周波数の周波数帯が領域Eの場合である。
11 to 13 show the state of the maximum value of the pressure fluctuation when the state of adjustment of the ratio f1rate of the fuel supplied to the first burner and the state of introduction of the secondary air are changed according to the load of the
図のグラフ中で□印は基準の状態、○印はf1rateを下げた状態、△はf1rateを上げた状態、◇印は二次空気の導入量を増加した状態を示してある。図11から図13に示したように、f1rateの調整、二次空気の導入量を調整することで、それぞれの周波数帯(領域A、C、E)毎の圧力変動の変化(燃焼振動の変化)を、ガスタービン3の負荷に応じて把握することができる。例えば、領域Eの周波数帯においては、二次空気を導入することで、圧力変動を抑制しながらガスタービン3の負荷を上昇させることができる。
In the graph of the figure, □ indicates a reference state, ○ indicates a state where f1rate is lowered, Δ indicates a state where f1rate is increased, and ◇ indicates a state where the amount of secondary air introduced is increased. As shown in FIGS. 11 to 13, by adjusting the f1 rate and adjusting the amount of secondary air introduced, changes in pressure fluctuations (changes in combustion vibrations) for each frequency band (regions A, C, and E). ) Can be grasped according to the load of the
図11から図13の状況は、季節毎、月毎等における過去のデータとして、また、機器の製作時の初期性能による基準のデータとして、記憶手段14に記録され、定期点検後の試験運転時や通常運転時の監視・比較のために、必要なデータが可視化制御手段13で選択される。また、図11から図13の状況のデータを必要に応じてモニタ12に表示することができる。
The situation shown in FIGS. 11 to 13 is recorded in the storage means 14 as past data for each season, every month, etc., and as reference data based on initial performance at the time of manufacturing the device, and during test operation after periodic inspection. The necessary data is selected by the visualization control means 13 for monitoring and comparison during normal operation. Moreover, the data of the situation of FIGS. 11 to 13 can be displayed on the
図14にはガスタービン3の負荷に応じて、圧力変動値が最大になった際の周波数値の状況を示してあり、図14(a)は領域H、図14(b)は領域G、図14(c)は領域Dの状況である。
FIG. 14 shows the state of the frequency value when the pressure fluctuation value becomes maximum according to the load of the
図14に示した周波数の状況は、各周波数帯で異なる傾向を有すること、また、互いの領域に対する影響を確認することができる。例えば、図14(a)の領域Hではガスタービン負荷に応じて卓越周波数が低下する傾向を示し、図14(b)の領域Gでは上昇する傾向を有する。また、周波数帯の相互の影響も確認することができる。例えば、周波数帯の領域Hと領域Dに挟まれた領域Gの周波数値が、ガスタービンの低負荷では周波数帯の領域D側に近づき、ガスタービン負荷の上昇に伴って周波数帯の領域Hに近づくように変化する様子を確認することができる。 The frequency situation shown in FIG. 14 has a different tendency in each frequency band, and the influence on each other's area can be confirmed. For example, in the region H of FIG. 14A, the dominant frequency tends to decrease according to the gas turbine load, and in the region G of FIG. 14B, it tends to increase. Moreover, the mutual influence of a frequency band can also be confirmed. For example, the frequency value of the region G sandwiched between the region H and the region D of the frequency band approaches the region D of the frequency band at a low load of the gas turbine, and changes to the region H of the frequency band as the gas turbine load increases. You can see how it changes as you approach.
図14の状況は、季節毎、月毎等における過去のデータとして、また、機器の製作時の初期性能による基準のデータとして、記憶手段14に記録され、定期点検後の試験運転時や通常運転時の監視・比較のために、必要なデータが可視化制御手段13で選択される。また、図14の状況のデータを必要に応じてモニタ12に表示することができる。
The situation of FIG. 14 is recorded in the storage means 14 as past data for each season, every month, etc., and as reference data based on initial performance at the time of manufacturing the device, and during test operation after regular inspection and normal operation Necessary data is selected by the visualization control means 13 for time monitoring and comparison. Further, the status data of FIG. 14 can be displayed on the
図15には、ガスタービン3の負荷に対し、12本の燃焼器4の燃焼振動の最大値を示す燃焼器番号を示してある。即ち、燃焼振動の周波数帯である領域A(実線○印)、領域B(実線△印)、領域C(実線□印)、領域D(実線▽印)、領域E(実線●印)、領域F(実線▲印)、領域G(実線■印)、領域H(実線▼印)及び領域I(実線◇印)で、圧力変動が最大値を示す燃焼器4の設置位置に関する燃焼器番号を示してある。
FIG. 15 shows the combustor numbers indicating the maximum values of the combustion vibrations of the 12
図15の情報に基づいて、各周波数帯で圧力変動値が最大値を示す燃焼器4の相互関係を、ガスタービンの出力に応じて把握することができる。
Based on the information in FIG. 15, the interrelationship of the
図16には燃焼器4の配置状態の概念、即ち、図2の軸方向から見た状態の燃焼器4の配置状態の概念、図17には、ガスタービン3の負荷に対し、12本の燃焼器4の圧力変動の最大値を示す燃焼器番号を4つのグループに分けて、ガスタービン負荷−周波数帯線図上にマップ状に示してある。
16 shows the concept of the arrangement state of the
図17の情報に基づいて、周波数帯の領域Aから領域Iの区分に応じて、最大の圧力変動値を示す燃焼器番号のグループが濃淡(色分け)により把握することができる。例えば、ガスタービン3の負荷に応じ、色が濃い燃焼器グループの区分で、領域DおよびGの周波数帯の強い燃焼振動を生じていることが目視できる。
Based on the information in FIG. 17, the group of combustor numbers indicating the maximum pressure fluctuation value can be grasped by shading (color coding) according to the division from the frequency band region A to region I. For example, depending on the load of the
図15、図17の状況は、季節毎、月毎等における過去のデータとして、また、機器の製作時の初期性能による基準のデータとして、記憶手段14に記録され、定期点検後の試験運転時や通常運転時の監視・比較のために、必要なデータが可視化制御手段13で選択される。また、図14の状況のデータを必要に応じてモニタ12に表示することができる。
The situation shown in FIGS. 15 and 17 is recorded in the storage means 14 as past data for each season, every month, etc., and as reference data based on initial performance at the time of manufacture of the device, and during test operation after periodic inspection. The necessary data is selected by the visualization control means 13 for monitoring and comparison during normal operation. Further, the status data of FIG. 14 can be displayed on the
上述した発電設備の運転支援装置は、ガスタービン発電プラントの運転に係り、かつ燃焼振動に代表される圧力変動が様々な要因により増幅する実際のプラントの状態を可視化して表示することにより、プラントの運転を支援するものである。特に、プラントの異常や不具合を経年的に記録し、経年特性とともに一緒に表示することにより、通常運転時に不具合等を早期に発見・把握し、対策を施すことが可能となる。また、次期定期点検時の部品補修計画の確度を上げることができるため、定期点検期間の短縮、補修コストの低減を図ることができ、プラントの稼働率を上昇させることも可能となり、コスト低減効果は大きい。また、ガスタービン発電プラントに限らず、汽力発電プラント、原子力発電プラント、ガスタービンエンジン、自動車用エンジン等のモニタリングに適用することが可能で有り、圧力変動を伴う総合機器を扱うことができる。 The power generation facility operation support device described above is related to the operation of the gas turbine power plant, and visualizes and displays the actual plant state in which pressure fluctuations typified by combustion vibration are amplified by various factors, thereby displaying the plant. It is intended to support driving. In particular, by recording plant abnormalities and malfunctions over time and displaying them together with aging characteristics, it is possible to detect and grasp malfunctions and the like early during normal operation and take countermeasures. In addition, since the accuracy of the parts repair plan at the next periodic inspection can be improved, the periodic inspection period can be shortened and the repair cost can be reduced, and the plant operating rate can be increased, resulting in cost reduction effects. Is big. Moreover, it is applicable not only to a gas turbine power plant but also to monitoring of a steam power plant, a nuclear power plant, a gas turbine engine, an automobile engine, etc., and can handle general equipment with pressure fluctuations.
本発明は、発電設備の運転支援装置の産業分野で利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in the industrial field of power generation facility operation support devices.
1 タービン設備
2 圧縮機
3 ガスタービン
4 燃焼器
5 排熱回収ボイラー
6 煙突
7 蒸気タービン
8 復水器
11 統合制御室
12 モニタ
13 可視化制御手段
14 記憶手段
15 計算手段
16 解析手段
17 解析予測機能
18 比較機能
51 バーナ
52 第1のバーナノズル
53 第2のバーナノズル
HAir 圧縮空気
f ガスタービンの燃焼器に供給する全燃料
f1 第1のバーナ(プリバーナ、パイロットバーナ等と呼ばれる)へ供給する燃料
f2 第2のバーナ(メインバーナ等と呼ばれる)へ供給する燃料
f1rate 燃焼器に供給する燃料のうちのf1の割合
Tex ガスタービン排気ガス温度
Tp 第1のバーナ(プリバーナ、パイロットバーナ等と呼ばれる)部の燃焼温度
Tm ガスタービン燃焼器の主バーナ部(主に第2のバーナ部であり、メインバーナ等とよばれる)の燃焼温度
Tb ガスタービン燃焼器の出口ガス温度
E 燃焼器から排出される燃焼ガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
HAir Compressed air f Total fuel supplied to gas turbine combustor f1 Fuel supplied to first burner (referred to as preburner, pilot burner, etc.) f2 Fuel supplied to second burner (referred to as main burner etc.) f1rate Combustion The ratio of f1 in the fuel supplied to the combustor Tex Gas turbine exhaust gas temperature Tp Combustion temperature of the first burner (referred to as preburner, pilot burner, etc.) Tm Main burner part (mainly the second burner part) of the gas turbine combustor Combustion temperature of the burner section (called the main burner) Tb Outlet gas temperature of the gas turbine combustor E Combustion gas discharged from the combustor
Claims (8)
前記機器のパラメータの経時情報に基づいた前記機器の状態情報を記憶する記憶手段と、
前記機器のパラメータの経時情報に応じて前記記憶手段に記憶された前記機器の状態情報を表示手段に表示させる可視化制御手段とを備えた
ことを特徴とする発電設備の運転支援装置。 Display means for displaying the output schedule of the power generation facility, and displaying the time-dependent information of the parameters of the device according to the output schedule;
Storage means for storing status information of the device based on time-dependent information of the parameters of the device;
A power generation facility operation support apparatus, comprising: visualization control means for causing the display means to display status information of the equipment stored in the storage means in accordance with time-dependent information of the parameters of the equipment.
前記発電設備は、
圧縮機からの圧縮流体及び燃料を燃焼する燃焼器と、前記燃焼器からの燃焼ガスを膨張して動力を得るガスタービンとを備え、
前記機器は前記燃焼器であり、
更に、
前記記憶手段に記憶された前記経時情報から前記燃焼器の空気流量、燃料流量及び火炎温度を計算する計算手段と、
前記記憶手段に記憶された前記経時情報、前記計算手段により計算された前記燃焼器の状態情報、過去の経時情報に基づいて前記燃焼器を含む前記発電設備の運転状態を解析する解析手段とを備え、
前記可視化制御手段は、
前記計算手段、前記解析手段の少なくとも何れかにより得られた情報を前記表示手段に表示させる
ことを特徴とする発電設備の運転支援装置。 In the power generation equipment operation support device according to claim 1,
The power generation facility is:
A combustor that combusts the compressed fluid and fuel from the compressor, and a gas turbine that obtains power by expanding the combustion gas from the combustor,
The device is the combustor;
Furthermore,
Calculating means for calculating the air flow rate, fuel flow rate and flame temperature of the combustor from the time-lapse information stored in the storage means;
Analysis means for analyzing the operating state of the power generation equipment including the combustor based on the time-lapse information stored in the storage means, state information of the combustor calculated by the calculation means, and past time-lapse information. Prepared,
The visualization control means includes
The information obtained by at least one of the said calculation means and the said analysis means is displayed on the said display means. The driving | operation assistance apparatus of the power generation equipment characterized by the above-mentioned.
前記解析手段は、
前記記憶手段に記憶された前記燃焼器の状態情報から前記発電設備の出力のスケジュールに応じて前記燃焼器及び前記発電設備の運転状態と経年特性を解析・予測する機能を備え、
前記スケジュールに応じて、前記燃焼器の状態情報についての経年特性を事前に表示する
ことを特徴とする発電設備の運転支援装置。 In the power generation equipment operation support device according to claim 2,
The analysis means includes
A function of analyzing and predicting the operating state and aging characteristics of the combustor and the power generation facility according to the output schedule of the power generation facility from the state information of the combustor stored in the storage means,
According to the schedule, an aged characteristic of state information of the combustor is displayed in advance.
前記解析手段は、
前記解析・予測した前記燃焼器及び前記発電設備の運転状態、経年特性と、前記燃焼器及び前記発電設備の過去の運転状態、経年特性を比較する機能とを備え、
比較結果を前記燃焼器及び前記発電設備の運転状態と経年特性の解析・予測に反映させる
ことを特徴とする発電設備の運転支援装置。 In the power generation equipment operation support device according to claim 3,
The analysis means includes
The operation state of the combustor and the power generation equipment that has been analyzed and predicted, the aging characteristics, and the past operation state of the combustor and the power generation equipment, a function that compares the aging characteristics,
The comparison result is reflected in the analysis and prediction of the operating state and aging characteristics of the combustor and the power generation facility.
前記燃焼器のパラメータの経時情報は、
バーナ部以外から供給する二次空気の導入状態である
ことを特徴とする発電設備の運転支援装置。 In the driving assistance device of the power generation facility according to any one of claims 2 to 4,
The time-lapse information of the combustor parameters is
An operation support apparatus for power generation equipment, characterized in that secondary air supplied from other than the burner section is introduced.
前記燃焼器は複数のバーナを有し、
前記燃焼器のパラメータの経時情報は、
保炎を主なる目的とした第1のバーナから供給する燃料の導入状態、燃焼器の主なる燃焼を司る第2のバーナから供給する燃料の導入状態、追い焚きを主目的とする第3のバーナから供給する燃料の導入状態、及び燃焼振動の抑制を主目的とする第4のバーナから供給する燃料の導入状態、第1のバーナ及び第2または第3または第4のバーナへの空気の導入状態のいずれかを含む
ことを特徴とする発電設備の運転支援装置。 In the driving assistance device of the power generation facility according to any one of claims 2 to 4,
The combustor has a plurality of burners;
The time-lapse information of the combustor parameters is
The introduction state of the fuel supplied from the first burner for the main purpose of flame holding, the introduction state of the fuel supplied from the second burner for controlling the main combustion of the combustor, and the third purpose for the purpose of replenishment The introduction state of the fuel supplied from the burner, the introduction state of the fuel supplied from the fourth burner whose main purpose is to suppress the combustion vibration, the air to the first burner and the second, third or fourth burner An operation support device for a power generation facility characterized by including any of the introduced states.
前記状態情報は、
前記ガスタービンの負荷に対する前記燃焼器の圧力の変動の情報を含む
ことを特徴とする発電設備の運転支援装置。 In the operation support apparatus of the power generation facility according to claim 5 or claim 6,
The state information is
Information on fluctuations in pressure of the combustor with respect to the load of the gas turbine is included.
前記ガスタービンの負荷に対する前記燃焼器の圧力の変動の情報は、
圧力の変動の周波数が複数の領域の周波数帯に分けられている
ことを特徴とする発電設備の運転支援装置。 The operation support apparatus for a power generation facility according to claim 7,
The information of the fluctuation of the pressure of the combustor with respect to the load of the gas turbine is
An operation support device for a power generation facility, characterized in that the frequency of pressure fluctuation is divided into a plurality of frequency bands.
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