CN103357869A - 用于颗粒包覆的设备和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及颗粒包覆技术领域,尤其涉及一种用于颗粒包覆的设备和系统。该设备包括:上炉盖(2-4)、尾气管(2-5)、上电极(2-7)、膨胀节(2-9)、炉体(2-11)、下电极(2-14)、喷嘴(2-17)、下炉盖(2-19)、加热体(2-20)、保温套(2-21)、流化管(2-22);所述加热体与上电极、下电极连接,通过加热体一部分的薄厚、高低、大小的改变来控制集中发热的位置。该系统包括:所述用于颗粒包覆的设备、加热系统、气体配送系统、循环冷却水系统、真空系统、尾气分离及过滤系统、吸收塔系统、MTS供给系统。本发明提供的一种用于颗粒包覆的设备和系统,能够实现四层复合结构的燃料颗粒安全稳定生产,并能够同时进行尾气处理。
Description
技术领域
本发明涉及颗粒包覆技术领域,尤其涉及一种用于颗粒包覆的设备和系统。
背景技术
我国球床式高温气冷堆所使用的陶瓷型燃料元件直径为60mm,结构为球形包覆颗粒弥散在燃料区的石墨基体中。高温气冷堆核电站的固有安全性的第一道保证就是所使用的核燃料为TRISO型包覆颗粒。TRISO型包覆颗粒的包覆层由疏松热解碳层、内致密热解碳层、热解碳化硅层和外致密热解碳层组成。包覆层在设定温度下可以很好的阻止裂变产物逸出燃料颗粒。
高温气冷堆具有安全性、小型化、初始投资少和模块化建设等特点,具有很好的商业化前景。随着高温气冷堆的商业化发展,燃料元件的生产也走向规模化,这需要一套适应工业生产的安全、稳定、环保的颗粒包覆设备及系统。
发明内容
本发明实施例提供了一种用于颗粒包覆的设备和系统,能够实现四层复合结构的燃料颗粒安全稳定生产,并能够同时进行尾气处理。
一方面,本发明实施例提供了一种用于颗粒包覆的设备,包括:
上炉盖、尾气管、上电极、膨胀节、炉体、下电极、喷嘴、下炉盖、加热体、保温套、流化管。
所述加热体与上电极、下电极链接,通过加热体一部分的薄厚、高低、大小的改变来控制集中发热的位置。
所述膨胀节位于上电极的上下两侧,用于调节加热和冷却时的加热体与炉体相对高度。
进一步地,所述用于颗粒包覆的设备还包括:
炉顶观察孔、炉顶球阀、炉顶闸板阀、链接螺栓及绝缘保护套、绝缘板、炉体支架、下落导轨、限位器、气路分配装置、喷嘴固定件、下过渡电极、上过渡电极、上固定套筒。
进一步地,所述气路分配装置包括一个石墨腔体和一个气体分布装置,气体首先通过所述喷嘴通入所述石墨腔体,然后通过所述气体分布装置通入所述流化管中。
进一步地,所述下落导轨用于开炉操作和关炉操作;
所述开炉操作,包括将所述下炉盖通过所述下落导轨下落至一定高度,从所述炉体下方取出所述流化管及所述喷嘴;
所述关炉操作,包括将所述流化管及所述喷嘴从所述炉体下方装入,然后通过所述下落导轨将所述下炉盖上升至和所述炉体相接。
另一方面,本发明实施例提供了一种用于颗粒包覆的系统,包括:
上述用于颗粒包覆的设备,还包括加热系统、气体配送系统、循环冷却水系统、真空系统、尾气分离及过滤系统、吸收塔系统和MTS供给系统。
进一步地,所述加热系统用于提供低压大电流电源;
所述加热系统包括测温设备和温度控制器;
所述测温设备用于检测温度;
所述温度控制器用于控制低压大电流电源的输出功率。
进一步地,所述气体配送系统用于提供稳定的一定流量的气体,每种气体采用并联多路供气,每路用不同规格的流量计;
所述气体包括Ar、C2H2、C3H6、H2;
所述流量计用于控制所述气体的流量。
进一步地,所述循环冷却水系统用于提供稳定的冷却水,同时采用分流和汇流操作,对所述用于颗粒包覆的设备的上电极、下电极、炉体、下炉盖、上炉盖、膨胀节、喷嘴、观察孔、尾气管分别进行冷却,每一路都进行流量和温度测量。
所述循环冷却水系统包括流量测量设备和温度测量设备;
所述流量测量设备用于测量冷却水的流量;
所述温度测量设备用于测量冷却水的温度。
进一步地,所述真空系统用于真空抽气。
进一步地,所述尾气分离及过滤系统用于将尾气中的气体和固体分离,并对气体进行过滤;
所述尾气分离及过滤系统包括旋风分离器、袋式除尘器及精密过滤器。
进一步地,所述吸收塔系统用于吸收气体中的酸性成分;
所述吸收塔系统包括填料,并用液体喷雾进行气体吸收。
进一步地,所述MTS(Methyl-trichlorosilane,甲基三氯硅烷)供给系统用于提供稳定的MTS蒸汽。
本发明实施例中提供了的一种用于颗粒包覆的设备和系统,这套设备和系统能够安全、稳定的进行四层复合结构的燃料颗粒的工业化生产,同时还能进行尾气处理,不会对环境造成污染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用附图简单地介绍显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种用于颗粒包覆的设备示意图;
图中:2-1炉顶观察孔,2-2炉顶球阀,2-3炉顶闸板阀,2-4炉顶盖,2-5尾气管,2-6链接螺栓及绝缘保护套,2-7上电极,2-8绝缘板,2-9膨胀节,2-10炉体支架,2-11炉体,2-12下落导轨,2-13限位器,2-14下电极,2-15气体二次分配腔,2-16喷嘴固定件,2-17喷嘴,2-18下过渡电极,2-19下炉体盖板,2-20套筒状加热体,2-21保温套,2-22流化管,2-23上过渡电极,2-24上固定套筒。
图2为本发明实施例提供的一种用于颗粒包覆的系统示意图;
图中:1、气体配送系统,2、包覆反应器,3、真空系统,4、尾气分离及过滤系统,5、加热系统,6、吸收塔系统,7、MTS供给系统,8、循环冷却水系统。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
随着高温气冷堆的商业化发展,燃料元件生产业走向了规模化。高温气冷堆核电站固有安全性的第一道保证就是所使用的核燃料为TRISO型包覆颗粒,这种包覆颗粒可以在喷动床中采用高温化学气象沉积的方法制备得到,因此本发明实施例提供了一种用于颗粒包覆的设备和系统。
参见图1,本发明实施例提供了一种用于颗粒包覆的设备,该设备包括:
上炉盖2-4、尾气管2-5上电极2-7、膨胀节2-9、炉体2-11、下电极2-14、喷嘴2-17、下炉盖2-19、加热体2-20、保温套2-21、流化管2-22。
其中,加热体与上电极、下电极链接,通过加热体一部分的薄厚、高低、大小的改变来控制集中发热的位置。
膨胀节位于上电极的上下两侧,用于调节加热和冷却时的加热体与炉体相对高度。
参见图1,本发明实施例提供的一种用于颗粒包覆的设备,该设备还包括:
炉顶观察孔2-1、炉顶球阀2-2、炉顶闸板阀2-3、链接螺栓及绝缘保护套2-6、绝缘板2-8、炉体支架2-10、下落导轨2-12、限位器2-13、气路分配装置2-15、喷嘴固定件2-16、下过渡电极2-17、上过渡电极2-18、上固定套筒2-24。
参见图2,本发明实施例还提供了一种用于颗粒包覆的系统,该系统包括:
一种用于颗粒包覆的设备、加热系统、气体配送系统、循环冷却水系统、真空系统、尾气分离及过滤系统、吸收塔系统、MTS供给系统;
上述的一种用于颗粒包覆的设备是图1中的用于颗粒包覆的设备。
下面通过描述上述实施例中的一种用于颗粒包覆的设备和系统实现颗粒包覆的过程来进一步详细说明本发明实施例中的设备和系统。
首先,启动循环冷却水系统,然后进行各项检查,包括循环冷却水、各种气体(Ar、C2H2、C3H6、H2)压力、温度、压缩空气的压力是否符合正式生产的要求,启动MTS供给系统的加热恒温功能以及测温仪表。
启动真空系统将用于颗粒包覆的设备及用于颗粒包覆的系统的各管路抽真空,使达到设定的真空度,维持3分钟,观察线漏率是否达标,在线漏率达标后,启动气体配送系统,向用于颗粒包覆的设备及用于颗粒包覆的系统的各管路充入氩气作为保护气,待真空度达到一定值后,关掉真空系统及连接管路上的控制阀,继续充氩气接近一定值后,启动尾气分离及过滤系统,使氩气连续通过用于颗粒包覆的设备及相应的管路。
启动加热系统,使用于颗粒包覆的设备的稳定达到设定值并稳定一段时间,待温度稳定后,将燃料颗粒加入用于颗粒包覆的设备,观察设备压差的变化,并根据压差变化情况确定是否调整氩气流量。
当温度达到设定的疏松热解碳层的沉积温度时,开始疏松层的包覆,一段时间后疏松热解碳层包覆完毕;待取样完毕后开始调节加热系统的加热功率,使用于颗粒包覆的设备的温度达到设定的内致密热解碳层沉积温度,待温度稳定一段时间后,开始内致密热解碳层的包覆,一段时间后内致密热解碳层包覆完毕;待取样完毕后开始调节加热系统的加热功率,使炉温达到设定的热解碳化硅层沉积温度,同时启动吸收塔系统,并切换尾气管与尾气吸收塔连通,待温度达到设定值并稳定一段时间后,打开MTS供给系统管路上的控制阀,向用于颗粒包覆的设备内通入MTS蒸汽,开始热解碳化硅层的包覆,一段时间后热解碳化硅层包覆完毕;关闭氢气管路以及MTS供给系统管路上的控制阀,开始调节加热系统的电源加热功率,使用于颗粒包覆的设备的稳定降低至设定的外致密热解碳层沉积温度,同时切换尾气管与尾气分离及过滤系统连通,停止吸收塔系统的运转,待温度达到并温度一段时间后,开始外致密热解碳层的包覆,一段时间后外致密热解碳层包覆完毕;调节加热系统的电源加热功率为零,关闭加热系统,待包覆燃料颗粒冷却一段时间,取出包覆燃料颗粒,结束包覆燃料颗粒的制备过程。
可见,本发明实施例中提供了的一种用于颗粒包覆的设备和系统,这套设备和系统能够安全、稳定的进行燃料元件的工业化生产,同时还能进行尾气处理,不会对环境造成污染。
最后应说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中的部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不时相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (12)
1.一种用于颗粒包覆的设备,其特征在于,包括:
上炉盖(2-4)、尾气管(2-5)、上电极(2-7)、膨胀节(2-9)、炉体(2-11)、下电极(2-14)、喷嘴(2-17)、下炉盖(2-19)、加热体(2-20)、保温套(2-21)、流化管(2-22);
所述加热体(2-20)与上电极(2-7)、下电极(2-14)链接,通过加热体(2-20)一部分的薄厚、高低、大小的改变来控制集中发热的位置;
所述膨胀节(2-9)位于上电极(2-7)的上下两侧,用于调节加热和冷却时的加热体(2-20)与炉体(2-11)的相对高度。
2.根据权利要求1所述的用于颗粒包覆的设备,其特征在于,所述设备还包括:
炉顶观察孔(2-1)、炉顶球阀(2-2)、炉顶闸板阀(2-3)、链接螺栓及绝缘保护套(2-6)、绝缘板(2-8)、炉体支架(2-10)、下落导轨(2-12)、限位器(2-13)、气路分配装置(2-15)、喷嘴固定件(2-16)、下过渡电极(2-17)、上过渡电极(2-18)、上固定套筒(2-24)。
3.根据权利要求2所述的用于颗粒包覆的设备,其特征在于,所述气路分配装置(2-15)包括一个石墨腔体和一个气体分布装置,气体首先通过所述喷嘴通入所述石墨腔体,然后通过所述气体分布装置通入所述流化管中。
4.根据权利要求2所述的用于颗粒包覆的设备,其特征在于,所述下落导轨(2-12)用于开炉操作和关炉操作;
所述开炉操作,包括将所述下炉盖通过所述下落导轨下落至一定高度,从所述炉体下方取出所述流化管及所述喷嘴;
所述关炉操作,包括将所述流化管及所述喷嘴从所述炉体下方装入,然后通过所述下落导轨将所述下炉盖上升至和所述炉体相接。
5.一种用于颗粒包覆的系统,其特征在于,包括:
权利要求1-4任一项所述的用于颗粒包覆的设备,还包括加热系统、气体配送系统、循环冷却水系统、真空系统、尾气分离及过滤系统、吸收塔系统和MTS供给系统。
6.根据权利要求5所述的用于颗粒包覆的系统,其特征在于,所述加热系统用于提供低压大电流电源;
所述加热系统包括测温设备和温度控制器;
所述测温设备用于检测温度;
所述温度控制器用于控制低压大电流电源的输出功率。
7.根据权利要求5所述的用于颗粒包覆的系统,其特征在于,所述气体配送系统用于提供稳定的一定流量的气体,每种气体采用并联多路供气,每路用不同规格的流量计;
所述气体包括Ar、C2H2、C3H6、H2;
所述流量计用于控制所述气体的流量。
8.根据权利要求5所述的用于颗粒包覆的系统,其特征在于,所述循环冷却水系统用于提供稳定的冷却水,同时采用分流和汇流操作,对所述用于颗粒包覆的设备的上电极、下电极、炉体、下炉盖、上炉盖、膨胀节、喷嘴、观察孔、尾气管分别进行冷却,每一路都进行流量和温度测量;
所述循环冷却水系统包括流量测量设备和温度测量设备;
所述流量测量设备用于测量冷却水的流量;
所述温度测量设备用于测量冷却水的温度。
9.根据权利要求5所述的用于颗粒包覆的系统,其特征在于,所述真空系统用于真空抽气。
10.根据权利要求5所述的用于颗粒包覆的系统,其特征在于,所述尾气分离及过滤系统用于将尾气中的气体和固体分离,并对气体进行过滤;
所述尾气分离及过滤系统包括旋风分离器、袋式除尘器及精密过滤器。
11.根据权利要求5所述的用于颗粒包覆的系统,其特征在于,所述吸收塔系统用于吸收气体中的酸性成分;
所述吸收塔系统包括填料,并用液体喷雾进行气体吸收。
12.根据权利要求5所述的用于颗粒包覆的系统,其特征在于,所述MTS供给系统用于提供稳定的MTS蒸汽。
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