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脫硫除塵文獻(xiàn)綜述課程設(shè)計(jì)名稱: 大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目 燃煤鍋爐脫硫除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院名稱: 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院專業(yè): 環(huán)境工程 班級(jí): 100221學(xué)號(hào): 10022129姓名:劉凱旺評(píng)分: 教師: 熊輝2013年11月22日引言二氧化硫具有強(qiáng)烈刺激性氣味的氣體,給人類帶來(lái)的最大問題是它在大氣中經(jīng)催化氧化等過(guò)程形成的酸沉降,對(duì)環(huán)境的危害更大。酸雨對(duì)水體、土壤、森林、農(nóng)作物等生態(tài)系統(tǒng)的影響是積累性的,已成為制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的主要因素之一[1]。粉塵的危害不僅取決于它的暴露濃度,還很大程度上取決于它的組成成分、理化性質(zhì)、粒徑和生物活性等。粉塵進(jìn)入呼吸道后對(duì)呼吸道產(chǎn)生刺激,有毒有害的粉塵吸入身體后甚至?xí)?dǎo)致中毒死亡,這對(duì)人體健康產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。另外粉塵也影響著大氣質(zhì)量,它會(huì)引起大氣能見度降低,太陽(yáng)直接輻射減少,對(duì)氣候及人類的正常生產(chǎn)生活帶來(lái)嚴(yán)重的危害。因此很有必要對(duì)煙氣中的SO和2粉塵進(jìn)行控制和治理[2]。大氣污染現(xiàn)狀與危害大氣是人類賴以生存的氧的唯一來(lái)源,也是人類活動(dòng)所排放的各種污染物的稀釋場(chǎng)所。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)認(rèn)為:大氣污染,通常是指由于人類活動(dòng)和自然過(guò)程引起某些物質(zhì)進(jìn)入大氣中,呈現(xiàn)出足夠的濃度,達(dá)到了足夠的時(shí)間,并因此而危害了人體的舒適、健康和福利或危害了環(huán)境。本課題的目的就是為了使人們了解大氣污染及其危害,知道治理大氣污染的基本方法,并使人重視治理大氣污染。2.1大氣污染現(xiàn)狀(1)國(guó)內(nèi)大氣污染現(xiàn)狀我國(guó)是世界上大氣污染狀況比較嚴(yán)重的國(guó)家之一,城市大氣污染更為突出。從全國(guó)范圍看,我國(guó)大氣污染仍以煤煙型污染為主;而由于城市機(jī)動(dòng)車數(shù)量的劇增,我國(guó)一些大城市的大氣污染已呈現(xiàn)出以機(jī)動(dòng)車尾氣污染為主的趨勢(shì)。中國(guó)還是是一個(gè)工業(yè)化程度還比較低的發(fā)展中國(guó)家,能源結(jié)構(gòu)比例中煤炭所占比例高達(dá)73%,石油為21%,天然氣和水能僅占2%和4%,因此大氣污染相當(dāng)嚴(yán)重。預(yù)計(jì)2000年煤炭產(chǎn)量將達(dá)到24億噸(1994年為1121X1091),煤炭在能源結(jié)構(gòu)中所占比例在一個(gè)相等長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)不會(huì)有根本性的改變,燃煤型的大氣污染問題,也將是我國(guó)未來(lái)解決環(huán)境污染的首要課題。當(dāng)然,在考慮大氣污染時(shí),不能忽視個(gè)人吸煙、交通運(yùn)輸以及其它工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)引起的污染,甚至還有火山活動(dòng)、人類社區(qū)社會(huì)問題和從地表到平流層的自然或人為引起的污染[3]。根據(jù)國(guó)家環(huán)保局優(yōu)先考慮的環(huán)境問題可以看出,我國(guó)目前還處于第一代環(huán)境污染和生態(tài)破壞階段,其土要表現(xiàn)是:以燃煤排放的煙塵和二氧化硫?yàn)橹饕廴疚锏拇髿馕廴?;以工業(yè)廢水和生活污水排放的有機(jī)物為主要污染物的水污染;以植被破壞和水土流失為主的生態(tài)環(huán)境破壞。就大氣污染而言,我國(guó)的總體情況并不樂觀,其趨勢(shì)是農(nóng)村好于城市,小城市好于大城市,輕工業(yè)城市好于重工業(yè)城市。1997年11月21日?27日,國(guó)家環(huán)保局對(duì)全國(guó)大城市的空氣狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)污染最嚴(yán)重、最密集的大城市有三個(gè);污染程度較重的城市相當(dāng)于世界發(fā)達(dá)國(guó)家五、六十年代嚴(yán)重污染時(shí)期的水平,1998年大氣污染的狀況有所改善,但仍不容樂觀。污染類型可分為煤煙型、汽車尾氣型、煤煙+汽車尾氣型和復(fù)合型[4]。(2)國(guó)外大氣污染現(xiàn)狀世界上發(fā)達(dá)國(guó)家的大氣污染的發(fā)生、發(fā)展和演變過(guò)程,大體上可以分為三個(gè)階段。第一階段:18世紀(jì)末到20世紀(jì)中期,大氣污染狀況隨著工業(yè)的發(fā)展而加重。這一階段的大氣污染主要是燃煤引起的,即所謂的“煤煙型”污染。主要大氣污染物是煙塵和SO2等。第二階段:20世紀(jì)中期至70年代,各國(guó)工業(yè)快速發(fā)展,汽車數(shù)量倍增,石油類的燃料消耗量劇增,大氣污染日趨嚴(yán)重,幾起著名的大氣污染事件大都發(fā)生在這一階段。此時(shí)的大氣污染,已不再限于城市和工礦區(qū),而呈現(xiàn)為廣域污染,即所謂的“石油型”污染。主要大氣污染物有飄塵、重金屬、SO、NO、CO和碳2X氫化合物等。第三階段:20世紀(jì)70年代以后,各國(guó)開始重視環(huán)境保護(hù),加強(qiáng)環(huán)境立法,投入大量人力、物力、財(cái)力,經(jīng)過(guò)嚴(yán)格控制和綜合治理,取得了顯著成效,環(huán)境污染得到基本控制,環(huán)境質(zhì)量明顯改善。目前,發(fā)達(dá)國(guó)家的能源結(jié)構(gòu)以石油和天然氣為主,因此大氣污染為“油氣型”。2.2大氣污染危害我國(guó)大氣污染問題日益嚴(yán)重,因此,加強(qiáng)大氣環(huán)境質(zhì)量管理、保護(hù)和改善我們的生活環(huán)境迫在眉睫。對(duì)人體健康的影響[5](1) 引起急性中毒,直至死亡。如一氧化碳中毒等。(2) 使慢性疾病惡化。如慢性支氣管炎、支氣管哮喘、肺氣腫、肺病、腎臟病等病人在受污染的大氣環(huán)境里病情會(huì)加重。(3)引起身體機(jī)能障礙。如使肺氣腫病人肺部氣體交換量減少,產(chǎn)生血液循環(huán)障礙等。芳烴等甚至能導(dǎo)致遺傳因子變異。(4)引起癌癥。如城市居民肺癌、肝癌等發(fā)病率高于農(nóng)村,就與城市的大氣污染有關(guān),大氣中的多環(huán)芳烴等化合物具有明顯的致癌作用。(5)引起其他癥狀,如刺激感官,導(dǎo)致呼吸困難,危害心、肺、肝、腎等內(nèi)臟器官。光化學(xué)煙霧的主要成分能刺激人眼和上呼吸道,誘發(fā)各種炎癥,濃度過(guò)時(shí),會(huì)導(dǎo)致哮喘發(fā)作。對(duì)動(dòng)植物的影響氣態(tài)污染物會(huì)使植物組織脫水壞死或干擾酶的作用,阻礙各種代謝機(jī)能。例如,臭氧能使葉片上出現(xiàn)褐色斑點(diǎn),降低抗病蟲害能力。而粒狀污染物則會(huì)擦傷葉面,影響光合作用。這些都會(huì)使植物生理活動(dòng)減退,如生長(zhǎng)緩慢,果實(shí)減少,產(chǎn)量降低等。對(duì)動(dòng)物的影響主要是通過(guò)呼吸或動(dòng)物食用被間接污染的飼料而引起生病。對(duì)器物的影響一是玷污器物表面,不易清洗除去;二是與器物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),使之腐蝕變質(zhì)。對(duì)氣候的影響就區(qū)域而言,城市人口密集、工業(yè)集中等造成城市溫度比周圍郊區(qū)高,冷熱空氣對(duì)流形成“城市風(fēng)”,圍繞城市的大氣構(gòu)成所謂“城市圓拱”[6。]就全球而言,CO2濃度增加產(chǎn)生的溫室效應(yīng),使地球變暖;兩極的臭氧空洞不斷擴(kuò)大;各地沉降酸雨等問題已讓人類深深陷入環(huán)境危機(jī)當(dāng)中。脫硫除塵的經(jīng)典方法煙氣脫硫經(jīng)典工藝煙氣脫硫(FGD)是目前世界上唯一大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的脫硫方式,也是最經(jīng)濟(jì)切實(shí)可行的方法。迄今為止,世界各國(guó)研究開發(fā)的FGD技術(shù)估計(jì)超過(guò)了200多種,目前成熟可行的有十多種。通常按照脫硫劑和脫硫產(chǎn)物的干濕狀態(tài)分為濕法、半干法和干法。濕法脫硫除塵這是目前較成熟、運(yùn)行較穩(wěn)定的方法。由于是氣液反應(yīng),脫硫反應(yīng)速率快、效率高、脫硫劑利用率高。但由于其廢水處理量大,運(yùn)行成本也較高。(1)石灰石-石膏法。是以空氣鼓入吸收塔,使得CaSO氧化為CaSO(石膏),由于其鼓入氣體使料34液更為均勻,脫硫率更高,其堵塞和結(jié)垢的幾率大大降低。此法的最大優(yōu)點(diǎn)是石灰石來(lái)源廣、價(jià)格低,而生成的石膏可用于建筑材料和鈣塑材料。其缺點(diǎn)是系統(tǒng)管理操作復(fù)雜、初期投資較大。石灰石-石灰法。是以石灰石或石灰的漿液為脫硫劑,在吸收塔內(nèi)對(duì)SO煙氣進(jìn)行洗滌吸收的2方法,其產(chǎn)物為CaSO和CaSO。石灰石系統(tǒng)的最佳操作條件PH值為5.8-6.2,而34石灰系統(tǒng)的最佳PH值為8。由于原料中的Ca(OH)或CaCO沉積或結(jié)晶析出、反23應(yīng)產(chǎn)物CaSO和CaSO的結(jié)晶析出等,所以其最大的難點(diǎn)是吸收塔結(jié)垢和堵塞問34題。為了解決這個(gè)問題,現(xiàn)在石灰石-石灰法已被石灰石-石膏法所代替。雙堿法。此法種類較多,實(shí)際上是為了克服石灰法易結(jié)垢的缺點(diǎn),主要是鈉堿雙堿法。即采用NaCO或NaOH溶液為第一吸收液,再用石灰石或石灰溶液為第二堿液使之23再生,再生后溶液繼續(xù)循環(huán)使用。此法得到的SO仍以CaSO或CaSO的形式沉淀234出來(lái)。由于其產(chǎn)物的生產(chǎn)過(guò)程在吸收塔外,所以避免了結(jié)垢和堵塞。氧化鎂吸收法。除了Ca2+對(duì)SO有吸收作用外,MgO、MnO和ZnO等對(duì)SO也有吸收作用。此法222具有代表性的工藝有基里洛(Girillo)法和凱米克(Chemico)法?;锫宸ㄊ怯梦招阅芎们乙自偕腗gOx、MgOy為吸收劑,吸收煙氣中的SO。凱米克法是用MgO2的水溶液[Mg(OH)]吸收煙氣中的SO,吸收液再生后可繼續(xù)循環(huán)使用。我國(guó)氧化22鎂資源豐富,而且可再生,成本相對(duì)較低,吸收后得到高濃度SO氣體,適宜于制造2硫酸或固態(tài)硫磺。由于鎂還是會(huì)有損失,易造成二次污染。鈉堿吸收法。本法是用NaOH、NaCO和NaSO的水溶液為吸收劑,吸收煙氣中的SO。其中23232使用最多的是威爾曼-洛德(Wellman-Lord)法,是美國(guó)和日本應(yīng)用較多的脫硫方法。此法實(shí)際上是采用NaSO和NaHSO混合液為吸收劑。當(dāng)吸收劑中NaHSO濃2333度達(dá)到80%-90%時(shí),就要對(duì)吸收劑進(jìn)行再生,可獲得較高濃度的SO和NaSO。再223生后的NaSO可用于循環(huán)使用,SO可用于生產(chǎn)硫酸。對(duì)煙氣的吸收效率可達(dá)到23290%以上。此法具有吸收速度快、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)。除以上方法外,濕法還包括氨法、堿式硫酸鋁法、水和稀酸吸收法等。這些方法由于吸收效率不高,應(yīng)用范圍較窄。半干法脫硫除塵是利用顯熱蒸發(fā)吸收液中的水份,使最終產(chǎn)物為干粉狀,得到廢渣較難利用,一般拋棄處理。⑴旋轉(zhuǎn)噴霧干燥(SDA)法。此法是利用噴霧干燥的原理,將吸收劑(如石灰漿液)霧化噴入吸收塔內(nèi),使得吸收劑與煙氣中的SO發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。得到的固體以廢渣形式排出。SDA法系2統(tǒng)簡(jiǎn)單、投資較低,不會(huì)結(jié)垢和堵塞,但其效率略低于濕法。⑵爐內(nèi)噴鈣濕活化(LIFAC)法。此法是由芬蘭IVO公司和TAMPELL公司聯(lián)合開發(fā)的。是在傳統(tǒng)爐內(nèi)噴鈣法基礎(chǔ)上增加了活化反應(yīng)器,并促進(jìn)噴水增濕。由于其脫硫效率可達(dá)到75%-80%左右,較適合于中小機(jī)組和老電廠改造。干法脫硫除塵傳統(tǒng)是用石灰蘇打(CaO-NaCO)干粉來(lái)除去煙道內(nèi)廢氣所含的SO。從而得232到干粉狀鈣鹽和鈉鹽及未反應(yīng)的干燥粉塵的混合產(chǎn)物的方法。此法可以達(dá)到自動(dòng)控制的目的,但效率不及濕式脫硫法,可靠性也還有待提高。脫硫除塵新工藝荷電干式噴射脫硫(CDSI)法。此法是美國(guó)ALANCO公司開發(fā)的專利技術(shù)。其技術(shù)核心是吸收劑以高速通過(guò)高壓靜電電暈充電區(qū),得到強(qiáng)大的靜電荷后,被噴射到煙氣中,擴(kuò)散形成均勻的懸浮狀態(tài)。由于粒子表現(xiàn)的電暈,增強(qiáng)了活性、縮短了反應(yīng)時(shí)間,從而有效提高了反應(yīng)效率。此法投資及占地僅為傳統(tǒng)濕法的10%和27%。但其脫硫效率相對(duì)較低。電子束照射(EBA)法。其原理是在煙氣進(jìn)入反應(yīng)器之前先加入氨氣,然后在反應(yīng)器中用電子加速器產(chǎn)生的電子束照射煙氣,使水蒸氣與氧等分子激發(fā)產(chǎn)生氧化能力強(qiáng)的自由基,這些自由基使煙氣中的SO很快氧化,產(chǎn)生硫酸。再和氨氣反應(yīng)形成硫酸氨。其主2要特點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單,操作方便,過(guò)程易于控制,副產(chǎn)物可用于生產(chǎn)化肥。脫硫成本低于傳統(tǒng)方法。但此法需要大功率、長(zhǎng)期溫度的電子槍,同時(shí)需要防輻射屏蔽。脈沖電暈等離子體(PPCP)法。是日本專家增田閃一在EBA法的基礎(chǔ)上提出的。由于省去了昂貴的電子束加速器,避免了電子槍壽命短和X射線屏蔽等問題。所以世界許多科學(xué)家競(jìng)相研究。它是靠脈沖高壓電源在普通反應(yīng)器中形成等離子體,產(chǎn)生高能電子。此法設(shè)備簡(jiǎn)單,操作簡(jiǎn)便,投資是EBA法的60%。除以上介紹的以外,近年發(fā)展的新工藝還有ABA公司開發(fā)的新型集成半干式脫硫(NID)法,適合于海邊工廠的海水脫硫工藝、常溫精脫硫工藝等。淺談國(guó)內(nèi)外脫硫除塵一體化技術(shù)概況脫硫技術(shù)可以分為燃燒前脫硫、爐內(nèi)脫硫和煙氣脫硫三類。燃燒前脫硫是在原煤投入使用前,采用物理、化學(xué)或生物方法將煤中硫脫除,由于成本較高尚未推廣應(yīng)用。爐內(nèi)脫硫是指煤燃燒過(guò)程中,在爐內(nèi)加入固硫劑,使硫分轉(zhuǎn)化為硫酸鹽隨爐渣排出。它以投資小,工藝簡(jiǎn)單、易操作等優(yōu)點(diǎn)而得到發(fā)展。燃燒后的煙氣脫硫技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用最廣、效率最高脫硫技術(shù)。屬于比較成熟的工業(yè)化方法,但因投資和運(yùn)行費(fèi)用較高而在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。具體的脫硫工藝有:爐內(nèi)噴鈣脫硫,干法煙氣脫硫,濕法煙氣脫硫等等。國(guó)內(nèi)外脫硫除塵一體化技術(shù)在常規(guī)工藝中,脫硫和除塵作為獨(dú)立的單元操作分別在各自的裝置中完成,而在一體化工藝過(guò)程中,將脫硫和除塵兩個(gè)操作單元結(jié)合起來(lái),即在一個(gè)操作單元中既達(dá)到除塵的目的又滿足脫硫的要求[7]。脫硫除塵一體化操作可以簡(jiǎn)化工藝流程,節(jié)約設(shè)備投資。因而,開發(fā)適合于煙氣脫硫除塵一體化的設(shè)備具有重要意義。目前國(guó)內(nèi)外所研發(fā)的脫硫除塵一體化裝置分為干法和濕法裝置兩大類[8,9]。干法煙氣除塵脫硫一體化裝置主要是在干法、半干法脫硫技術(shù)的基礎(chǔ)上,增加除塵裝置來(lái)實(shí)現(xiàn),目前應(yīng)用的主要有以下一些:(1) 吸附過(guò)濾法。吸附過(guò)濾法是應(yīng)用氣體吸附和過(guò)濾除塵的機(jī)理實(shí)現(xiàn)聯(lián)合脫硫除塵,利用可循環(huán)再生的固定吸附材料,除去煙氣中的SO、NO和粉塵,水2X洗再生。這種裝置具有很高的脫硫除塵效率,SO去除率大于90%,凈化氣粉塵2濃度小于10mg/m3,煙氣溫降少,無(wú)二次污染,可回收副產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)。(2) 噴霧干燥法一體化裝置。爐內(nèi)噴鈣脫硫是一種投資很低的技術(shù),但效率一般在30%左右。噴鈣后煙氣中粉塵量增加,電阻提高,增加了電除塵器的負(fù)荷,為提高脫硫率及鈣的利用率,可在爐內(nèi)噴鈣后,電除塵之前,采用煙氣噴鈣增濕活化技術(shù),對(duì)煙氣噴鈣及對(duì)脫硫劑進(jìn)行活么降低鈣基脫硫劑的比電阻,提高收塵率及硫的轉(zhuǎn)化率。(3)排煙循環(huán)流化床脫硫除塵裝置。排煙通過(guò)固體吸收劑流化床,固體吸收劑與SO2充分接觸,且強(qiáng)烈進(jìn)行傳質(zhì)傳熱。運(yùn)行溫度降至露點(diǎn)附近,仍不會(huì)在反應(yīng)器壁面結(jié)垢。由此帶來(lái)極大益處是脫硫劑的高利用率和高脫硫率。對(duì)高硫煤也能達(dá)到80%?90%脫硫率,其后接電除塵或袋式除塵器,除塵效果可以保證。該裝置占地大,運(yùn)行可靠,投資大,運(yùn)行費(fèi)用適中。濕法煙氣脫硫一體化裝置(1) 噴霧除塵脫硫裝置。噴霧除塵脫硫裝置是一種非常典型的脫硫除塵一體化裝置,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓力損失小、操作穩(wěn)定脫硫除塵效率商等優(yōu)點(diǎn),但是需要嚴(yán)格控制噴嘴的霧化效果,并且在使用某些脫硫劑(如石灰)時(shí)容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。根據(jù)氣液相對(duì)運(yùn)動(dòng)的不同,噴霧除塵脫硫裝置可以分為逆流型和錯(cuò)流型。逆流型是煙氣向上運(yùn)動(dòng),霧滴由噴嘴噴出向下運(yùn)動(dòng),使氣液得以充分棍合,完成除塵脫硫過(guò)程;錯(cuò)流型是霧滴由噴嘴向下噴出,而煙氣水平流動(dòng),此外,在一些噴霧脫硫塔中,還有采用順流型的,即煙氣向上運(yùn)動(dòng),霧滴由噴嘴向上噴出,與煙氣同向流動(dòng),來(lái)增加氣液接觸時(shí)間,提高傳質(zhì)效果,同時(shí)與逆流布置相比可以減小壓力損失,但是在應(yīng)用中還是以逆流型更為常見。(2) 文丘里除塵脫硫裝置。文丘里除塵脫硫裝置由收縮管、喉管和擴(kuò)散管組成。當(dāng)煙氣由進(jìn)氣管道進(jìn)入收縮管后,流速逐漸增大氣體的壓力能逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能,在喉管入口處氣流速度達(dá)到最大,沿喉管周邊布置的噴嘴噴出的液滴被高速氣體霧化和加速,氣液充分混合,在擴(kuò)散管中,氣流速度減小,而壓力回升,使塵粒凝聚速度加快,增加了對(duì)細(xì)微粉塵的捕集效果,在此過(guò)程中同時(shí)完成脫硫過(guò)程。該裝置具有投資省、占地少、工藝簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),但是脫硫除塵效率較低,而且耗電量大。常與其他除塵脫硫裝置配合使用,很少單獨(dú)使用。(3) 旋風(fēng)水膜除塵脫硫裝置。由于旋風(fēng)水膜除塵脫硫裝置通常采用麻石作為殼體,所以又稱為麻石水膜除塵脫硫裝置,其基本原理是:煙氣切向高速進(jìn)入裝置內(nèi)部,旋轉(zhuǎn)上升,依靠離心作用,將塵粒甩到裝置的濕內(nèi)壁上,然后被溢流堰上流下的堿液洗滌下來(lái)。除塵效果不錯(cuò),但是脫硫效率較低。(4) 旋流塔板除塵脫硫裝置。旋流塔板除塵脫硫裝置是在麻石水膜除塵脫硫裝置的基礎(chǔ)上演變而來(lái):在麻石水膜除塵脫硫裝置的基礎(chǔ)上,增加1-6層旋流塔板,對(duì)氣體的旋轉(zhuǎn)起“接力作用”,盲板布水結(jié)構(gòu)也加強(qiáng)了裝置的除塵脫硫性能。與前者相比,除塵和脫硫效率都有很大的提高。用溶液作為脫硫劑時(shí),其脫硫效率可達(dá)70%?84%,己成功應(yīng)用于220t/h鍋爐的煙除塵脫硫,是目前我國(guó)自行研制的處理量最大的除塵脫硫裝置。結(jié)論脫硫除塵一體化技術(shù)方案具有經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便、效率較高、切實(shí)可行等特點(diǎn)。能夠一舉兩得地實(shí)

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