(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンから排出される排ガスを、押込通風機から圧送される燃焼用空気に合流せしめ、空気予熱器を介してボイラ本体の火炉内に導入すると共に、前記空気予熱器を通過させるボイラ排ガス流量を空気予熱器出口ガス温度に基づく空気予熱器入口ガスダンパの開度調節により制御する排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御方法であって、
予め設定された空気予熱器出口ガス温度設定値と検出された空気予熱器出口ガス温度との空気予熱器出口ガス温度偏差を求め、該空気予熱器出口ガス温度偏差をなくすための空気予熱器入口ガスダンパの開度指令を求めると共に、ガスタービン負荷に基づき空気予熱器入口ガスダンパの開度上限値と開度下限値とを求め、前記空気予熱器入口ガスダンパの開度指令が前記ガスタービン負荷に基づく開度上下限値の範囲内に収まるよう制限を加えて制限開度指令として空気予熱器入口ガスダンパへ出力し、該空気予熱器入口ガスダンパの開度を調節し、空気予熱器を通過させるボイラ排ガス流量を制御することを特徴とする排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御方法。
【請求項２】
ガスタービンから排出される排ガスを、押込通風機から圧送される燃焼用空気に合流せしめ、空気予熱器を介してボイラ本体の火炉内に導入すると共に、前記空気予熱器を通過させるボイラ排ガス流量を空気予熱器出口ガス温度に基づく空気予熱器入口ガスダンパの開度調節により制御する排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御装置であって、
空気予熱器出口ガス温度を検出する温度計と、
予め設定された空気予熱器出口ガス温度設定値と前記温度計で検出された空気予熱器出口ガス温度との差を求め、空気予熱器出口ガス温度偏差を出力する減算器と、
該減算器から出力される空気予熱器出口ガス温度偏差を比例積分処理して該空気予熱器出口ガス温度偏差をなくすための空気予熱器入口ガスダンパの開度指令を出力する比例積分調節器と、
ガスタービン負荷に基づき空気予熱器入口ガスダンパの開度上限値を求めて出力する上限関数発生器と、
ガスタービン負荷に基づき空気予熱器入口ガスダンパの開度下限値を求めて出力する下限関数発生器と、
前記比例積分調節器から出力される空気予熱器入口ガスダンパの開度指令が前記上下限関数発生器から出力される開度上下限値の範囲内に収まるよう制限を加えて制限開度指令として空気予熱器入口ガスダンパへ出力する高低信号制限器と
を備えたことを特徴とする排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、既設の発電プラントを改造し、ガスタービンを追加装備して熱効率の向上を図った排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントとする試みが行われている。
【０００３】
図４はガスタービンを追加装備した排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントの一例を表わすものであって、図中、１は火炉１ａと副側壁１ｂと後部伝熱部１ｃとからなるボイラ本体、２はボイラ本体１の火炉１ａへ燃料Ｆを噴射するバーナであり、基本的には、押込通風機（ＦＤＦ）３から燃焼用空気ダクト４を経由してボイラ本体１の火炉１ａに設けられた風箱５へ燃焼用空気Ｇ１を圧送すると共に、バーナ２から燃料Ｆを噴射して燃焼させ、生成された燃焼ガスＧ２により、ボイラ本体１の伝熱管内を流れる水、蒸気を加熱し、且つボイラ本体１の副側壁１ｂ内に配設された過熱器６内を流れる主蒸気を過熱し、熱を奪われた燃焼ガスＧ２を後部伝熱部１ｃの下端からボイラ排ガスＧ３として排ガスダクト７へ排出し、誘引通風機（ＩＤＦ）８を介して煙突９から大気へ放出し、前記過熱器６で過熱された過熱蒸気Ｖを過熱蒸気管１０から蒸気タービン１１へ導き、蒸気タービン１１を駆動して発電機１２を駆動するようになっている。
【０００４】
１３は燃焼器１４から送給された燃焼ガスにより駆動され、発電機１５及び圧縮機１６を駆動し得るようにしたガスタービンであり、燃焼器１４では、噴射された燃料が圧縮機１６から送給された圧縮空気と混合して燃焼し得るようになっている。
【０００５】
１７はガスタービン１３から排出された排ガスＧ１’を、押込通風機３から燃焼用空気ダクト４を経由して圧送される燃焼用空気Ｇ１に合流せしめ、燃焼用ガスとして風箱５を介し火炉１ａ内へ送給するための燃焼用排ガスダクトであり、該燃焼用排ガスダクト１７途中には、排ガスＧ１’の熱を回収してボイラ本体１へ供給される給水を加熱するための給水加熱器１８が設けられている。
【０００６】
又、前記燃焼用空気ダクト４と排ガスダクト７の途中には、該排ガスダクト７内を流れるボイラ排ガスＧ３により前記燃焼用空気ダクト４内を流れる燃焼用空気Ｇ１を加熱するための空気予熱器１９が設けられており、該空気予熱器１９が設けられた排ガスダクト７途中には、空気予熱器１９を迂回するバイパスダクト２０が設けられ、該バイパスダクト２０途中には、ボイラ排ガスＧ３の熱を回収してボイラ本体１へ供給される給水を加熱するための給水加熱器２１が設けられている。
【０００７】
前述の如き排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおいて、ガスタービン１３からの排ガスＧ１’を利用するコンバインドサイクル運転を行う場合には、燃焼器１４で生成された燃焼ガスが、ガスタービン１３へ導入されてガスタービン１３が駆動され、該ガスタービン１３により発電機１５及び圧縮機１６が駆動され、該圧縮機１６から吐出された圧縮空気が燃焼用空気として燃焼器１４へ送給され、該燃焼器１４で燃料が燃焼され、ガスタービン１３から排出される排ガスＧ１’が、誘引通風機８の作動により燃焼用排ガスダクト１７を介して燃焼用空気ダクト４側へ誘引され、押込通風機３から燃焼用空気ダクト４を経由して圧送される燃焼用空気Ｇ１に合流され、排ガスＧ１’を含む燃焼用空気Ｇ１が空気予熱器１９において後述するボイラ排ガスＧ３により加熱された後、風箱５からボイラ本体１の火炉１ａ内に導入されると共に、バーナ２から燃料Ｆが噴射されて燃焼され、生成された燃焼ガスＧ２により、ボイラ本体１の伝熱管内を流れる水、蒸気が加熱され、且つボイラ本体１の副側壁１ｂ内に配設された過熱器６内を流れる主蒸気が過熱され、熱を奪われた燃焼ガスＧ２が後部伝熱部１ｃの下端からボイラ排ガスＧ３として排ガスダクト７へ排出され、前記空気予熱器１９においてガスタービン１３からの排ガスＧ１’を含む燃焼用空気Ｇ１と熱交換を行った後、誘引通風機８を介して煙突９から大気へ放出され、前記過熱器６で過熱された過熱蒸気Ｖは過熱蒸気管１０から蒸気タービン１１へ導かれ、蒸気タービン１１が駆動されて発電機１２が駆動される。
【０００８】
ところで、前記バイパスダクト２０は、ガスタービン１３の増設によりボイラ本体１から排出されるトータルのボイラ排ガスＧ３流量が増加することに伴って空気予熱器１９の温度が高くなりすぎることを防止するために設けられたものであり、コンバインドサイクル運転開始後の空気予熱器１９へ導入されるボイラ排ガスＧ３の流量は、空気予熱器１９の出口ガス温度が設定値と等しくなるよう、空気予熱器入口ガスダンパ２２の開度を調節することにより制御されるようになっている。
【０００９】
前記空気予熱器１９へのボイラ排ガスＧ３の流量の制御系は、空気予熱器出口ガス温度２３を検出する温度計２４と、予め設定された空気予熱器出口ガス温度設定値２５と前記温度計２４で検出された空気予熱器出口ガス温度２３との差を求め、空気予熱器出口ガス温度偏差２６を出力する減算器２７と、該減算器２７から出力される空気予熱器出口ガス温度偏差２６を比例積分処理して該空気予熱器出口ガス温度偏差２６をなくすための空気予熱器入口ガスダンパ２２の開度指令２８を出力する比例積分調節器２９とを備えてなる構成を有しており、コンバインドサイクル運転時には、温度計２４によって空気予熱器出口ガス温度２３が検出され、減算器２７において予め設定された空気予熱器出口ガス温度設定値２５と前記温度計２４で検出された空気予熱器出口ガス温度２３との差が求められ、空気予熱器出口ガス温度偏差２６が比例積分調節器２９へ出力され、該比例積分調節器２９において前記減算器２７から出力される空気予熱器出口ガス温度偏差２６が比例積分処理されて該空気予熱器出口ガス温度偏差２６をなくすための空気予熱器入口ガスダンパ２２の開度指令２８が空気予熱器入口ガスダンパ２２へ出力され、該空気予熱器入口ガスダンパ２２の開度が調節され、空気予熱器１９へ導入されるボイラ排ガスＧ３の流量が増減され、空気予熱器出口ガス温度２３が空気予熱器出口ガス温度設定値２５と等しくなるよう制御が行われる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前述の如き従来の空気予熱器１９へのボイラ排ガスＧ３の流量の制御系のように、検出した空気予熱器出口ガス温度２３に基づいて単に空気予熱器入口ガスダンパ２２の開度調節を行うのでは、空気予熱器出口ガス温度２３が空気予熱器出口ガス温度設定値２５を越えて初めて空気予熱器入口ガスダンパ２２の開度が絞られる一方、空気予熱器出口ガス温度２３が空気予熱器出口ガス温度設定値２５より低くなって初めて空気予熱器入口ガスダンパ２２の開度が広げられる形となるが、前記空気予熱器１９は冷えた状態から暖まるまでに時間がかかる一方、暖まった状態から冷えるまでにも長い時間を必要とし、空気予熱器入口ガスダンパ２２の開度調節に対する空気予熱器出口ガス温度２３の応答性が悪いため、コンバインドサイクル運転開始後、空気予熱器出口ガス温度２３が空気予熱器出口ガス温度設定値２５に対してオーバシュートとアンダシュートとを繰り返し、空気予熱器出口ガス温度設定値２５になかなか収束せず、制御性が悪いと共に、空気予熱器出口ガス温度２３が空気予熱器出口ガス温度設定値２５を大きく上回ったような場合には、空気予熱器１９にも悪影響を及ぼすという欠点を有していた。
【００１１】
本発明は、斯かる実情に鑑み、コンバインドサイクル運転開始後の空気予熱器出口ガス温度の空気予熱器出口ガス温度設定値に対するオーバシュートとアンダシュートとを抑制し得、制御性の向上を図り得ると共に、空気予熱器出口ガス温度が空気予熱器出口ガス温度設定値を大きく上回ることをなくして、空気予熱器に悪影響を及ぼすことを防止し得る排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御方法及び装置を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガスタービンから排出される排ガスを、押込通風機から圧送される燃焼用空気に合流せしめ、空気予熱器を介してボイラ本体の火炉内に導入すると共に、前記空気予熱器を通過させるボイラ排ガス流量を空気予熱器出口ガス温度に基づく空気予熱器入口ガスダンパの開度調節により制御する排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御方法であって、
予め設定された空気予熱器出口ガス温度設定値と検出された空気予熱器出口ガス温度との空気予熱器出口ガス温度偏差を求め、該空気予熱器出口ガス温度偏差をなくすための空気予熱器入口ガスダンパの開度指令を求めると共に、ガスタービン負荷に基づき空気予熱器入口ガスダンパの開度上限値と開度下限値とを求め、前記空気予熱器入口ガスダンパの開度指令が前記ガスタービン負荷に基づく開度上下限値の範囲内に収まるよう制限を加えて制限開度指令として空気予熱器入口ガスダンパへ出力し、該空気予熱器入口ガスダンパの開度を調節し、空気予熱器を通過させるボイラ排ガス流量を制御することを特徴とする排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御方法にかかるものである。
【００１３】
又、本発明は、ガスタービンから排出される排ガスを、押込通風機から圧送される燃焼用空気に合流せしめ、空気予熱器を介してボイラ本体の火炉内に導入すると共に、前記空気予熱器を通過させるボイラ排ガス流量を空気予熱器出口ガス温度に基づく空気予熱器入口ガスダンパの開度調節により制御する排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御装置であって、
空気予熱器出口ガス温度を検出する温度計と、
予め設定された空気予熱器出口ガス温度設定値と前記温度計で検出された空気予熱器出口ガス温度との差を求め、空気予熱器出口ガス温度偏差を出力する減算器と、
該減算器から出力される空気予熱器出口ガス温度偏差を比例積分処理して該空気予熱器出口ガス温度偏差をなくすための空気予熱器入口ガスダンパの開度指令を出力する比例積分調節器と、
ガスタービン負荷に基づき空気予熱器入口ガスダンパの開度上限値を求めて出力する上限関数発生器と、
ガスタービン負荷に基づき空気予熱器入口ガスダンパの開度下限値を求めて出力する下限関数発生器と、
前記比例積分調節器から出力される空気予熱器入口ガスダンパの開度指令が前記上下限関数発生器から出力される開度上下限値の範囲内に収まるよう制限を加えて制限開度指令として空気予熱器入口ガスダンパへ出力する高低信号制限器と
を備えたことを特徴とする排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御装置にかかるものである。
【００１４】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１５】
本発明の排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御方法においては、コンバインドサイクル運転時には、予め設定された空気予熱器出口ガス温度設定値と検出された空気予熱器出口ガス温度との空気予熱器出口ガス温度偏差が求められ、該空気予熱器出口ガス温度偏差をなくすための空気予熱器入口ガスダンパの開度指令が求められると共に、ガスタービン負荷に基づき空気予熱器入口ガスダンパの開度上限値と開度下限値とが求められ、前記空気予熱器入口ガスダンパの開度指令が前記ガスタービン負荷に基づく開度上下限値の範囲内に収まるよう制限が加えられて制限開度指令として空気予熱器入口ガスダンパへ出力され、該空気予熱器入口ガスダンパの開度が調節され、空気予熱器を通過させるボイラ排ガス流量が制御される。
【００１６】
又、本発明の排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御装置においては、コンバインドサイクル運転時には、温度計によって空気予熱器出口ガス温度が検出され、減算器において予め設定された空気予熱器出口ガス温度設定値と前記温度計で検出された空気予熱器出口ガス温度との差が求められ、空気予熱器出口ガス温度偏差が比例積分調節器へ出力され、該比例積分調節器において前記減算器から出力される空気予熱器出口ガス温度偏差が比例積分処理されて該空気予熱器出口ガス温度偏差をなくすための空気予熱器入口ガスダンパの開度指令が高低信号制限器へ出力される一方、上限関数発生器においてガスタービン負荷に基づき空気予熱器入口ガスダンパの開度上限値が求められて高低信号制限器へ出力され、且つ下限関数発生器においてガスタービン負荷に基づき空気予熱器入口ガスダンパの開度下限値が求められて高低信号制限器へ出力され、該高低信号制限器において前記比例積分調節器から出力される空気予熱器入口ガスダンパの開度指令が前記上下限関数発生器から出力される開度上下限値の範囲内に収まるよう制限が加えられて制限開度指令として空気予熱器入口ガスダンパへ出力され、該空気予熱器入口ガスダンパの開度が調節され、空気予熱器へ導入されるボイラ排ガスの流量が増減され、空気予熱器出口ガス温度が空気予熱器出口ガス温度設定値と等しくなるよう制御が行われる。
【００１７】
この結果、本発明の排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御方法及び装置においては、ガスタービン負荷が低く、その排ガス流量が少なく、ボイラ本体から排出されるトータルのボイラ排ガス流量も少ない場合には、空気予熱器入口ガスダンパの開度が開き気味となるある範囲内で調節される一方、ガスタービン負荷が高く、その排ガス流量が多く、ボイラ本体から排出されるトータルのボイラ排ガス流量も多い場合には、空気予熱器入口ガスダンパの開度が絞り気味となるある範囲内で調節されることとなり、コンバインドサイクル運転開始後、空気予熱器出口ガス温度が空気予熱器出口ガス温度設定値に対してオーバシュートとアンダシュートとを繰り返すことが抑制され、空気予熱器出口ガス温度設定値に収束しやすくなり、制御性がよくなると共に、空気予熱器出口ガス温度が空気予熱器出口ガス温度設定値を大きく上回ってしまうようなこともなくなり、空気予熱器にも悪影響が及ぼされなくなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００１９】
図１は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図４と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図４に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図１に示す如く、ガスタービン負荷３０に基づき空気予熱器入口ガスダンパ２２の開度上限値３１を求めて出力する上限関数発生器３２と、ガスタービン負荷３０に基づき空気予熱器入口ガスダンパ２２の開度下限値３３を求めて出力する下限関数発生器３４と、比例積分調節器２９から出力される空気予熱器入口ガスダンパ２２の開度指令２８が前記上下限関数発生器３２，３４から出力される開度上下限値３１，３３の範囲内に収まるよう制限を加えて制限開度指令２８’として空気予熱器入口ガスダンパ２２へ出力する高低信号制限器３５とを追加装備した点にある。
【００２０】
尚、前記上限関数発生器３２には、図２に示すような関数が設定されており、該関数は、ガスタービン負荷３０の増加に対し略反比例させる形で、空気予熱器入口ガスダンパ２２の開度上限値３１を減少させることを表わしており、又、前記下限関数発生器３４には、図３に示すような関数が設定されており、該関数は、ガスタービン負荷３０の増加に対し略反比例させる形で、空気予熱器入口ガスダンパ２２の開度下限値３３を減少させることを表わしている。
【００２１】
次に、上記図示例の作動を説明する。
【００２２】
コンバインドサイクル運転時には、温度計２４によって空気予熱器出口ガス温度２３が検出され、減算器２７において予め設定された空気予熱器出口ガス温度設定値２５と前記温度計２４で検出された空気予熱器出口ガス温度２３との差が求められ、空気予熱器出口ガス温度偏差２６が比例積分調節器２９へ出力され、該比例積分調節器２９において前記減算器２７から出力される空気予熱器出口ガス温度偏差２６が比例積分処理されて該空気予熱器出口ガス温度偏差２６をなくすための空気予熱器入口ガスダンパ２２の開度指令２８が高低信号制限器３５へ出力される一方、上限関数発生器３２においてガスタービン負荷３０に基づき空気予熱器入口ガスダンパ２２の開度上限値３１が求められて高低信号制限器３５へ出力され、且つ下限関数発生器３４においてガスタービン負荷３０に基づき空気予熱器入口ガスダンパ２２の開度下限値３３が求められて高低信号制限器３５へ出力され、該高低信号制限器３５において前記比例積分調節器２９から出力される空気予熱器入口ガスダンパ２２の開度指令２８が前記上下限関数発生器３２，３４から出力される開度上下限値３１，３３の範囲内に収まるよう制限が加えられて制限開度指令２８’として空気予熱器入口ガスダンパ２２へ出力され、該空気予熱器入口ガスダンパ２２の開度が調節され、空気予熱器１９へ導入されるボイラ排ガスＧ３の流量が増減され、空気予熱器出口ガス温度２３が空気予熱器出口ガス温度設定値２５と等しくなるよう制御が行われる。
【００２３】
この結果、ガスタービン負荷３０が低く、その排ガスＧ１’流量が少なく、ボイラ本体１から排出されるトータルのボイラ排ガスＧ３流量も少ない場合には、空気予熱器入口ガスダンパ２２の開度が開き気味となるある範囲内で調節される一方、ガスタービン負荷３０が高く、その排ガスＧ１’流量が多く、ボイラ本体１から排出されるトータルのボイラ排ガスＧ３流量も多い場合には、空気予熱器入口ガスダンパ２２の開度が絞り気味となるある範囲内で調節されることとなり、コンバインドサイクル運転開始後、空気予熱器出口ガス温度２３が空気予熱器出口ガス温度設定値２５に対してオーバシュートとアンダシュートとを繰り返すことが抑制され、空気予熱器出口ガス温度設定値２５に収束しやすくなり、制御性がよくなると共に、空気予熱器出口ガス温度２３が空気予熱器出口ガス温度設定値２５を大きく上回ってしまうようなこともなくなり、空気予熱器１９にも悪影響が及ぼされなくなる。
【００２４】
こうして、コンバインドサイクル運転開始後の空気予熱器出口ガス温度２３の空気予熱器出口ガス温度設定値２５に対するオーバシュートとアンダシュートとを抑制し得、制御性の向上を図り得ると共に、空気予熱器出口ガス温度２３が空気予熱器出口ガス温度設定値２５を大きく上回ることをなくして、空気予熱器１９に悪影響を及ぼすことを防止し得る。
【００２５】
尚、本発明の排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御方法及び装置は、上述の図示例にのみ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において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２６】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御方法及び装置によれば、コンバインドサイクル運転開始後の空気予熱器出口ガス温度の空気予熱器出口ガス温度設定値に対するオーバシュートとアンダシュートとを抑制し得、制御性の向上を図り得ると共に、空気予熱器出口ガス温度が空気予熱器出口ガス温度設定値を大きく上回ることをなくして、空気予熱器に悪影響を及ぼすことを防止し得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例の全体概要構成図である。
【図２】図１に示される上限関数発生器に設定された関数を表わす線図である。
【図３】図１に示される下限関数発生器に設定された関数を表わす線図である。
【図４】従来例の全体概要構成図である。
【符号の説明】
１          ボイラ本体
１ａ        火炉
３          押込通風機
１３          ガスタービン
１９          空気予熱器
２０          バイパスダクト
２２          空気予熱器入口ガスダンパ
２３          空気予熱器出口ガス温度
２４          温度計
２５          空気予熱器出口ガス温度設定値
２６          空気予熱器出口ガス温度偏差
２７          減算器
２８          開度指令
２８’        制限開度指令
２９          比例積分調節器
３０          ガスタービン負荷
３１          開度上限値
３２          上限関数発生器
３３          開度下限値
３４          下限関数発生器
３５          高低信号制限器
Ｇ１        燃焼用空気
Ｇ１’      排ガス
Ｇ３        ボイラ排ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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