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文檔簡介

1、沸騰焙燒爐設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算WEIHUA system office room【W(wǎng)EIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-爐膛面積和直徑13水套中循環(huán)水的消耗量14風(fēng)箱容積15加料 管面積“15 溢流排料口 15排煙口面積15第一章設(shè)計(jì)概述設(shè)計(jì)依據(jù)根據(jù)冶金丄程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.設(shè)計(jì)原則和指導(dǎo)思想1、對設(shè)計(jì)的總要求是技術(shù)先進(jìn);工藝上可行;經(jīng)濟(jì)上合理,所以,設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則和指導(dǎo) 思想為:遵守國家法律、法規(guī),執(zhí)行行業(yè)設(shè)計(jì)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和規(guī)定,嚴(yán)格把關(guān),精心設(shè)2、設(shè)計(jì)中對主要工藝流程進(jìn)行多方案比較,以確定最佳方案:3、設(shè)訃中應(yīng)充分采用各項(xiàng)國內(nèi)外成熟技術(shù),因某種原因暫時(shí)不上的新技術(shù)要預(yù)留充分

2、的可能性°所采用的新匚藝、新設(shè)備、新材料必須遵循經(jīng)過匚業(yè)性試驗(yàn)或通過技術(shù)鑒定的原 則:4、要按照國家有關(guān)勞動(dòng)安全工業(yè)衛(wèi)生及消防的標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行設(shè)訃;5、在學(xué)習(xí)、總結(jié)國內(nèi)外有關(guān)廠家的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,移動(dòng)試用可行的先進(jìn)技術(shù);6、設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮節(jié)約能源、節(jié)約用地,災(zāi)行自愿的綜合利用,改善勞動(dòng)條件以及 保護(hù)生態(tài)環(huán)境。畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)、沸騰焙燒爐專題概述二、沸騰焙燒三、沸騰焙燒熱平衡計(jì)算四、主要設(shè)備(沸騰爐和鼓風(fēng)爐)設(shè)計(jì)計(jì)算五、沸騰爐主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)第二章工藝流程的選擇與論證原料組成及特點(diǎn)本次設(shè)計(jì)處理的原料鋅精礦成分如下表所示。D組鋅精礦的化學(xué)成分化學(xué)成分ZnPbCuCdFeSCaCO

3、3MgCO3Si02其他Wb (%)沸騰焙燒工藝及主要設(shè)備的選擇金屬鋅的生產(chǎn),無論是用火法還是濕法,90%以上都是以硫化鋅精礦為原料。硫化鋅不 能被廉價(jià)的、最容易獲得的碳質(zhì)還原劑還原,也不容易被廉價(jià)的,并且在浸岀一電積濕法煉 鋅生產(chǎn)流程中可以再生的硫酸稀溶液(廢電解液)所浸出,因此對硫化鋅精礦氧化焙燒使之 轉(zhuǎn)變成氧化鋅是很有必要的°焙燒就是通常采用的完成化合物形態(tài)轉(zhuǎn)變的化學(xué)過程,是冶煉 前對礦石或精礦進(jìn)行預(yù)處理的一種高溫作業(yè)。硫化物的焙燒過程是一個(gè)發(fā)生氣固反應(yīng)的過程,將大量的空氣(或富氧空氣)通入硫化 礦物料層,在高溫下發(fā)生反應(yīng),氧與硫化物中的硫化合產(chǎn)生氣體SOx有價(jià)金屬則變成為氧

4、化物或硫酸鹽。同時(shí)去掉神、舖等雜質(zhì),硫生成二氧化硫進(jìn)入煙氣,作為制硫酸的原料。焙 燒過程得到的固體產(chǎn)物就被稱為焙砂或焙燒礦。焙燒過程是復(fù)朵的,生成的產(chǎn)物不盡一致,可能有多種化合物井存。一般來說,硫化物 的氧化反應(yīng)主要有:1)硫化物氧化生成硫酸鹽MeS + 2 0嚴(yán) MeS032)硫化物氧化生成氧化物MeS + 0: = MeO + SO:3)金屬硫化物直接氧化生成金屬M(fèi)eS + 20:= MeO + SO:4)硫酸鹽離解MeSO.二 MeO + S03SOs SO2 十 0*2此外,在硫化鋅精礦中,通常還有多種化合價(jià)的金屬硫化物,其島價(jià)硫化物的離解壓一 般都比較高,故極不穩(wěn)定,焙燒時(shí)尚價(jià)態(tài)硫化

5、物離解成低價(jià)態(tài)的硫化物,然后再繼續(xù)進(jìn)行其 焙燒氧化反應(yīng)過程。在焙燒過程中,精礦中某種金屬硫化物和它的硫酸鹽在焙燒條件下都是不穩(wěn)定的化合物 時(shí),也可能相互反應(yīng),如:FeS + 3FeS0, = 4FeO + 4S0:山上述各種反應(yīng)可知,鋅精礦中各種金屬硫化物焙燒的主要產(chǎn)物是血0、MeSO.,以及 S02 、 SO,和0*此外還可能有MeOF巳心,MeO Si02等。沸騰焙燒爐爐體(下圖)為鋼殼內(nèi)襯保溫磚再襯耐火磚構(gòu)成。為防匕冷凝酸腐蝕,鋼殼 外面有保溫層。爐子的最下部是風(fēng)室,設(shè)有空氣進(jìn)口管,其上是空氣分布板。空氣分布板上 是耐火混凝土爐床,埋設(shè)有許多側(cè)而開小孔的風(fēng)帽。爐膛中部為向上擴(kuò)大的圓錐體,

6、上部焙 燒空間的截面積比沸騰層的截面積大,以減少固體粒子吹出。沸騰層中裝有的冷卻管,爐體 還設(shè)有加料口、礦渣溢流口、爐氣出口、二次空氣進(jìn)口、點(diǎn)火口等接管。爐頂有防爆孔。; 上部焰燒空間 丄爐氣/操作指標(biāo)和條件主要有焙燒強(qiáng)度、沸騰層高度、沸騰層溫度、爐氣成分等。 焙燒強(qiáng)度?習(xí)慣上以單位沸騰層截面積一日處理含硫35%礦石的噸數(shù)訃算。焙燒強(qiáng) 度與沸騰層操作氣速成正比。氣速是沸騰層中固體粒子大小的函數(shù),一般在1 3ni/s范圍內(nèi)。一般浮選礦的焙燒強(qiáng)度為1520t/(w ):對于通過3X3的篩孔 的破碎塊礦,焙燒強(qiáng)度為 沸騰層高度?即爐內(nèi)排渣溢流堰離風(fēng)帽的高度,一般為。 沸騰層溫度?隨硫化礦物、焙燒方法

7、等不同而異。例如:鋅精礦氧化焙燒為1070- 1100BC,而硫酸化焙燒為900-9305C:硫鐵礦的氧化培燒溫度為850950°Ca 爐氣成分?硫鐵礦氧化焙燒時(shí),爐氣中二氧化硫13%-%,三氧化硫硫酸化 焙燒,空氣過剩系數(shù)大,故爐氣中二氧化硫濃度低而三氧化硫含量增加。特點(diǎn):焙燒強(qiáng)度高:礦渣殘硫低:可以焙燒低品位礦:爐氣中-一氧化硫濃度高、三 氧化硫含量少;可以較多地回收熱能產(chǎn)生中壓蒸汽,焙燒過程產(chǎn)生的蒸汽通常有35% 45%是通過沸騰層中的冷卻管獲得;爐床溫度均勻;結(jié)構(gòu)簡單,無轉(zhuǎn)動(dòng)部件,且投資 省,維修費(fèi)用少:操作人員少,自動(dòng)化程度高,操作費(fèi)用低:開車迅速而方便,停車引 起的空氣污

8、染少。但沸騰爐爐氣帶礦塵較多,空氣鼓風(fēng)機(jī)動(dòng)力消耗較大。第三章物料衡算及熱平衡計(jì)算鋅精礦流態(tài)化焙燒物料平衡計(jì)算鋅精礦硫態(tài)化焙燒冶金計(jì)算根據(jù)精礦的物相組成分析,精礦中各元素呈下列化合物形態(tài)如、Cd、Pbs Cu、F已分別呈 ZnS、CdS. PbS、CuFeS2. Fe?Ss FeS2;脈石中的 O、Mg、Si 分別呈CaCO,.MgCO3. SiQ形態(tài)存在q以loom鋅精礦(干量)進(jìn)行計(jì)算。量:65.4-70.99怨其中Zn: kgS: kg>:0.18x144.4112.4023斤£其中Cd: kgS: kg3.58x239.2二 4.13kg其中:Pb: legs:燈4. Q

9、iFeS.量:024X183 35 =0.69 其中:Cu 亠63.55. Fe£和氏屆量除去CuFeS,中Fe的含量,余下的Fe為5.58-0.21= 5.37kg,除去ZnS. CdS、PbS、CuFeS2中S的含量,余下的S量為28.94 -(23.32 + 0.05 + ().55 + 024) = 4.78心 ° 此 S 量全部分布在 FeS:和氏中,設(shè) FeS2 中FeS,FjS、Fe為xkg, S量為ykg,則55.85 _ 32x25.37 一 _ 4.78 - y .55.85x7 - 32x8即 FcS=中:F 已二 kg、S 二 kg、FeS , =

10、kg o代中:F巳:kgS: kgFe7Ss:kg6. CcCO;量:kg其中 f&O:kgCO:kg7. MgCO,量:kg其中血0:kgCO2:kg表3-1混合精礦物相組成,kg組成ZnCdPbCuFe5CaOMgOco2SiO其他共計(jì)ZnSCdSPbSCuFeS.FeS,Fe7SsCaCO3MgCO3SiOt其他共計(jì)煙塵產(chǎn)出率及其化學(xué)和物相組成計(jì)算焙燒礦產(chǎn)出率一般為鋅精礦的88肚 煙塵產(chǎn)出率取50%,則煙塵量為:44公斤。鎘60%進(jìn)入 煙塵,鋅48%進(jìn)入煙塵,其它組分在煙塵中的分配率假定為50%,空氣過剩系數(shù)。 煙塵產(chǎn)岀率及煙塵物相組成計(jì)算:Zn 47.67x0.48= 22.8

11、82tt?Cd 08x0.60 = OlOSgPb 3.58x0.50= 1.79?Cu 0.24x0.50 = 0.12Fe 5.58x0.50 = 2.7CaO 0.89x0.50 = 0.445MgO 0.68x0.50 = 0.34SiO2 6.82xO.5O = 3.41Ag其他 3.98x050= 1.99觀?各組分化合物進(jìn)入煙塵的數(shù)量為:0.761x97.432=2.316&*其中:Zn kg S kg2. ZiSO4 量:0.942x161.432=4.75 比 g其中:Zn録 S kg 0 kg3. ZiO Fe.O.量:煙塵中Fe先生成Fe.O.,其量為:2.79x

12、159.7Fuj與ZnO結(jié)合成ZnO Fc®,其量為:ZfiO Fe.O 量為1.33x241.1159.7=2.008kg其中:Zn kg Fe kg 0 kg余下的尸勺。3的量:kg 其中:Fe kg 0 kg量:Zn (+)二 kg其中:ZnO 18 861x814 = 23.48g0 量: 0 l°Sx 128.4 = QJ265.4112.4'Cd kg 0 kg口 0.12 x 79.5甘卜廣 ci量:=05kg其中:Cu kg 0 kg63.57. PbO - SiO2 量:PbO1.79x223.2207.2= 1.92 歐g其中:Pb kg與PbO

13、結(jié)合的BQ量:1.928x60223.2=0.51 盹剩余的WQ量:g表3-2煙塵產(chǎn)出率及其化學(xué)和物相組成,kg組成ZuCdCuPbFeSsSsO4CaOMgOSi(>0其他共計(jì)ZnSZ11SO4Z11OZnO Fe2O3Fe:O3CdOCuOPbO SiO2CaOMgOSiO2其他共計(jì)%焙砂產(chǎn)出率及其化學(xué)與物相組成計(jì)算焙砂中汕取, 5取%, S剜和&全部與Zn結(jié)合;PbO與SiOm結(jié)合成 PbO SiO,;其他金屬以氧化物形態(tài)存在。各組分化合物進(jìn)入焙砂中的數(shù)量為:S他量:kg , Ss量:kg0.4冏X16L432= 2.441其中:Zn 0量:0.176x97.4320.53

14、6kg其中:Zn kg S kg3. ZiO Fe.O.量:焙砂中Fe先生成他0“其量為斗需22 = 3.9盹,屁有40%與ZnO 結(jié)合成 ZiO Fe2O3,其量為 3.989x(X4= 1.59&獸ZtiO 量:其中:Zn kg余下的屁衛(wèi)3量:3.989-1.596=2.39其中:F巳kg 量:Zn 24-788-(0.989 + 0.36 + 0.649) = 22.799? 79x81 4zno0 kg 量:斗H。沁其中:Cd kg以上計(jì)算結(jié)果列于下表表3-3焙砂的物相組成,kg組成ZnCdCuPbFes3S301CaOMgOSiO2O其他共計(jì)ZnSZjiSO,ZnOZnO F

15、e:O:FeOCdOCuOPbO-SiO2CaOMeOSiO2其他共計(jì)%4. 47焙燒要求的空氣量及產(chǎn)出煙氣量與組成的計(jì)算焙燒礦脫硫率計(jì)算精礦中S量為蚣,焙砂和煙塵中的S量為+卄二,焙燒脫硫量為:出爐煙氣訃算:假定95%的S生成sq,熬的S生成SOy則:生成S0需要的2量為:5 + O2 =SO226.577x0.95x 32=25.24歐 g_3生成SO需要的Q量為:5 + O2 =SOy26.577x0.05x=1.993fcg32煙塵和焙砂中,氧化物和硫酸鹽的含氧量為kg,I2UeraI則100 kg鋅精礦(干量)培燒需理論氧量為:25.248+1.993+17.691 = 44.932

16、fcg空氣中氧的質(zhì)量tf分比為23%,則需理論空氣量為:44.932x10023=195.4kg過剩空氣系數(shù)可取,本文取,則實(shí)際需要空氣量為:195.4x1.25 = 244.25fcg空氣中各組分的質(zhì)量白分比為汕77%, 0.23%,鼓入蚣空氣,其中:N2 244.25x 77% = 188.07O2 244.25x23% = 56.17歐R標(biāo)準(zhǔn)狀況下,空氣密度為kg/m,實(shí)際需要空氣之體積為:焙燒爐排出煙量和組成1 焙燒過程中產(chǎn)岀595咗=5049 弘&26.577x5%x 32= 3.322=14.235卅18=14.235卅182. 過剩的 ° 量:56.178-44

17、.932=11.243鼓入空氣帶入的川三量:188.074. CaCOy 和 MgCO.分解產(chǎn) CO2 量:+ 二 kg5. 鋅精礦及空氣帶入水分產(chǎn)生的水蒸汽量: 進(jìn)入焙燒礦的鋅精礦含水取8%, lOOKg干精礦帶入水分為一-x 100% = 8.696?。100-8空氣帶入水分量計(jì)算赤峰地區(qū)氣象資料:大氣壓力88650P&,相對濕度77%,年平均氣溫5°C,換算成此條下空氣需要量為:188.902X= 219.8W101325 273.15 + 588650 X 273.15空氣的飽和含水量為kg/ms .帶入水分量為:219.86x 0.0162x0.77 = 2.743

18、燈帶入水分總量為:& 696+2.743 = 11439鈕或11.439x22.4=14.235卅18=14.235卅18以上計(jì)算結(jié)果列于下表=14.235卅18表3-5煙氣量和組成組成質(zhì)量g體積“F體積比組成質(zhì)量燈體積亦體積比so2h2oco2共計(jì)100N2按以上汁算結(jié)果編制的物料平衡表如下:(未訃機(jī)械損失)沸騰焙燒物料平衡表加入產(chǎn)出名稱質(zhì)量,kg廳分比,%名稱質(zhì)量,kg白分比,干鋅精礦100煙塵精礦中水分焙砂12. 56干空氣煙氣空氣中水分共計(jì)共訃熱平衡計(jì)算熱收入進(jìn)入流態(tài)化焙燒爐熱量包括反應(yīng)熱及精礦、空氣和水分帶入熱量等。1. 硫化鋅按下式反應(yīng)氧化放岀熱量Q .丄 CL 二ZnO+

19、SOr +105930 千卡/v 97 4生成 ZnO 的 ZnS 量:(18.861 +0.541 +22.79+0.649)x = 63.8065.4門 105930x63.803“卜Q . = 69390.6肝卡97.42硫化鋅按下式反應(yīng)生成硫酸鹽氧化放出熱量02ZnS+202=ZnS04+185050 千卡7 4生成 ZnS04 的 ZnS 量:(1.925 +0.989)x = 4.3465.44 34Q. = 185050x = 8246干卡97斗和F5O3按下式反應(yīng)生成2 j放出的熱量Q):ZnO+ Fe; 0 s= 2 3+27300 F卡生成i i的ZnO量(0.541+ 0

20、.649)x8L4654= lA8lkg廠 27300x L481,一“ 丁 .Q .= 496.699千卡81.4按下式反應(yīng)氧化放出熱量Q斗4FeS2+U02=2 Fj0、+8 SO .+790600 千卡790600x5.52 = 9t034479.4按下式反應(yīng)氧化放岀熱量Q,2FeS4-3 jo2= Fe20.+2 SO.+293010 干卡7Fe?頭分解得到 FeS 量:2.8+1.83x-= 4.40l/rc?8CuFeS 2 分解得到 FeS 量:0.24 +O21x 丄=0.345kg 2-得到的FeS總量為:+二.Q,二293010x4.7462x87.85=7914.772干

21、卡和Fe7SB分解得到硫燃燒放出熱量Q&CuFeS 2 =:皿+氏沖分解出S Si069x32366.8Fe7=0.06kg分解岀S量:4.36x32646.95= 0215Rg1滋硫燃燒放出的熱量為2222千卡則:Q, =(0.06 + 0.215 )x2222 = 611.05 干卡按下式反應(yīng)放岀熱量Q7PbS+1102=Pb0+S02 +100690 千卡PbS+SiO 2 = PbO Si02 +2030 千卡生成PbO放岀熱量:100690x4.13239.2= 1738.502f 卡生成 PbO SiO 二量:(1.928+0.518) X 2 = 4.892®生

22、成PbO-SiO2放出熱量:Q?*干卡按下式反應(yīng)放出熱量Q$CdS+lo2=CdO+SO 2 +98800 千卡1444生成兇的 量:0.18X = 0.231.,Qu 二98800x0231144.4F5&053千卡2按下式反應(yīng)氧化放出熱量Q?Cu. S+2 0,二 2Cu0+ SO . +127470 千卡生成CuO的CjS量:0.23 x127.1= 0.288127斗70區(qū) 0.288159J= 230.744千卡10.鋅精礦帶入熱量Q“139.1進(jìn)入流態(tài)化焙燒爐的精礦溫度為4(rc,精礦比熱取千 %gp)Qsc= 100x40x0.2 = 80CH1 卡11 空氣帶入熱量為Q

23、訂空氣溫度人2LC ,Qh= 219.86x 20x0.316 = 1389.5千卡 12.入爐精礦含水分燈,水分比熱取千%gc), 100蚣精礦中的水分帶入熱量QizQt2= 8.696x40 xl.0 = 35疔卡熱量總收入:Q 總收入=Q 1 +02 +Q3+Q4+Q5+Q64_Q7 +Q8+Q9+Q1O4_Q1I+Q|2二69390+8246+800+350= 100464 千卡熱支出1煙氣帶走量為Q御爐頂煙氣900 C,各比分比熱2S0 2S0 §02H.0g1(= (17.673x0.529 + 0.93x0.55 + 0.733x0.521 + 150.488x0.33

24、3 +7.872x 0.350+14.236x 0.403)x900 = 61926.5干卡2煙塵帶走的熱量為Q煙塵由爐中岀來的煙塵溫度為900X ,其比熱為干Q = X 900 X =7848 干卡3. 焙砂帶走的熱量為Q惜山爐中出來的焙沙溫度為850'C ,其比熱為千%時(shí)°)Qt.-=X900X=千卡4. 鋅精礦中水分蒸發(fā)帶走熱量為Q斎Q :, = 8.696 x 40 x 1 + 8.696x575 = 5350 卡5. 精礦中碳酸鹽分解吸收的熱量為Q分|SCO 3分解吸熱378%飛)Mg COQ 甘r = 378x 1.58+ 314x1.43=1046,2肝卡 2和

25、Fs Sr分解吸收的熱量為Q燦Q 分«=(0.21+ 28 )x222 = 668.22 干卡7.通過爐頂和爐壁的散失熱量為Q融為簡化計(jì)算,按生產(chǎn)實(shí)踐,散熱損失均為熱收入的罷取%Q浹二總吸收航二x二千卡8. 剩余熱量為Q列Q薩Q總吸收-(Q煙+Q雌+Q捨+ Q藩也知+Q和也敢=100464- (+7848+5350+) 二干卡 計(jì)算結(jié)果列于下表表3-6鋅精礦流態(tài)化焙燒熱平衡熱收入熱支岀項(xiàng)LI干卡%項(xiàng)目千卡%焙燒反應(yīng)熱煙氣帶走熱ZnS氧化成ZnO煙塵帶走熱7848ZnS氧化成ZnSO,8246焙沙帶走熱ZnO和Fe©反應(yīng)生成ZnO FeO水分蒸發(fā)帶走熱5350FeS?氧化成F

26、e心碳酸鹽分解FeS氧化成FeACuFeS2 和 FerSs 分 解分解硫燃燒爐頂及爐壁散熱PbS 生成 Pb0 SiO2剩余熱CdS氧化成CdOCu20氧化成CuO精礦帶入熱800空氣帶入熱水分帶入熱350共計(jì)100464共計(jì)100464第四章沸騰焙燒爐的選型計(jì)算床面積床面積按每日需要焙燒的干精礦量依據(jù)同類工廠先進(jìn)的床能率選取。i十算式為:86400x0.5a= =(噸/膚日) 則床能率?。▏?米'日)1880.73x(1 + -)27360000A 330*0.94*0.4767 -(噸八 ')5.5前室面積一般為2用2.這里取2腫.D樂=1.13 應(yīng)盂= 1.137兀二=

27、113肌=9.58咪)沸騰層高度據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)為Hpl (米)爐膛面積和直徑V煙(1 +介膛)尸除86斗00叫5.5 xl 919.32x(1 + 900/273)x 73.886400x0.32=121. bn2Dy = 1 i 3 x、/ F卜12,435/門V童每噸物料產(chǎn)生的煙氣量n?/T 如一爐膛溫度,鋅精礦焙燒溫度為900oCW曠爐膛空間煙氣流速,m/s;根據(jù)實(shí)踐鋅精礦焙燒為士X,可取一定定值() 爐腹角巾取20=爐膛髙度爐膛有效高度:指溢流口下沿至排煙口中心線的高度,可按照經(jīng)驗(yàn)公式估算爐膛空間容積:V 腔二(10-12) F,. V ll X 73.8 = 812m3擴(kuò)大型爐子爐膛高度

28、的計(jì)算方法:1.未擴(kuò)大直筒部分0,根據(jù)操作和安裝方便而定,一般取血。2. 擴(kuò)大部分高度日2H2 =|(D1|1; -D. ) c/20c(12.435 -9.58)-c20s = 3.92m3. 爐膛高度憶卜式中t煙氣在爐內(nèi)必須停留的時(shí)間,秒,取20幾386400Flb?(90 01 + X73.8X2086400X121.1H靈二十+ 日3 = 1 46 + 3.92 +6.4 = 11.78川氣體分布板及風(fēng)帽氣體分布板孔眼率風(fēng)帽的形式多采用標(biāo)準(zhǔn)傘形風(fēng)帽8x6 mm(孔徑x孔數(shù)),爐底風(fēng)帽的排列方法,對于圓 形爐底采用同心圓排列發(fā),通常同心圓之距離為170-180 ninn每一圓周上的中心距為150- 200mm,孔眼率(孔眼總面積與床面積之比)為。1確定爐底上風(fēng)帽孔眼的總數(shù)H:8.8710x0.00005=21288其中,鼓入沸騰

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