CN204029402U - 一种批式乏燃料溶解装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于核燃料后处理技术，具体涉及一种批式乏燃料溶解装置，其结构包括溶解管、循环槽和进料溜槽，溶解管与循环槽之间通过循环管相连接，进料溜槽与溶解管的侧壁连接，溶解管内设有用于装载乏燃料短段的大吊篮，大吊篮下方设有用于截留从大吊篮掉落的细屑的小吊篮，在所述的溶解管内部设有固体中子吸收装置，所述的固体中子吸收装置分为上下两段，上段固体中子吸收装置位于大吊篮内部，下段固体中子吸收装置位于小吊篮内。本实用新型采用固体中子吸收装置结合限制几何尺寸的方法控制溶解装置的临界安全，提高了临界安全系数，处理能力更强，且节约废物处理成本。
Description
技术领域
本实用新型属于核燃料后处理技术，具体涉及一种批式乏燃料溶解装置。
背景技术
PUREX水法流程处理核电站乏燃料的过程中，首先需要将乏燃料剪切成一定长度的短段，溶解浸取燃料包壳内的UO2芯块，制备后续萃取过程所需的料液。溶解器的处理能力、溶解过程操控难易程度等都将直接决定核燃料后处理厂的年处理能力和经济效益。
批式溶解器在核燃料后处理过程中应用广泛，结构简单，生产方式灵活。但如果仅靠自身的几何尺寸控制临界安全，单个处理能力小。我国的动力堆乏燃料后处理中间试验厂(中试厂)采用的就是这种溶解器，每批操作不能完全处理一根乏燃料组件，总有部分残段暂存于剪切热室，其强放射性不但影响了工艺操作，还会对热室内的气路管道、电缆等非金属元件产生辐照损伤。
在国外的后处理厂中，英国的THORP厂和美国的巴威尔厂设计均采用批式溶解器，为了满足生产能力的要求，不得不在溶解液中加入可溶性的中子毒物硝酸钆辅助控制溶解器的临界安全。这样就额外增加了硝酸钆配制、送料系统，使工艺流程变得更为复杂。更为重要的是，加入的硝酸钆在萃取分离过程都将进入到高放废液中，而高放废液的储存、处理和处置成本高昂，因此硝酸钆的加入大大增加了后处理厂的经济成本。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有乏燃料批式溶解器所存在的不足，提供一种新型的批式乏燃料溶解装置，采用几何尺寸和固体中子吸收装置相结合的方法控制临界安全，同时满足提高乏燃料处理量的要求，能够一次完成一根乏燃料组件的溶解。
本实用新型的技术方案如下：一种批式乏燃料溶解装置，包括溶解管、循环槽和进料溜槽，溶解管与循环槽之间通过循环管相连接，进料溜槽与溶解管的侧壁连接，溶解管内设有用于装载乏燃料短段的大吊篮，大吊篮下方设有用于截留从大吊篮掉落的细屑的小吊篮，其中，在所述的溶解管内部设有固体中子吸收装置，所述的固体中子吸收装置分为上下两段，上段固体中子吸收装置位于大吊篮内部，下段固体中子吸收装置位于小吊篮内。
进一步，如上所述的批式乏燃料溶解装置，其中，所述的上段固体中子吸收装置为同轴多层结构的柱状部件，从外到内依次为中子毒物包裹层、固体中子毒物、慢化剂包裹层和慢化剂；所述的下段固体中子吸收装置为同轴多层结构的环状部件，从外到内依次为中子毒物包裹层、固体中子毒物、慢化剂包裹层和慢化剂。
进一步，如上所述的批式乏燃料溶解装置，其中，所述的上段固体中子吸收装置的上部呈锥形。
进一步，如上所述的批式乏燃料溶解装置，其中，所述的上段固体中子吸收装置与大吊篮之间在不同高度处分别设有支撑件。
进一步，如上所述的批式乏燃料溶解装置，其中，在所述循环槽侧壁上设有用于通入蒸汽或冷却剂的伴管，在所述溶解管的管壁外侧设有用于通入蒸汽或冷却剂的夹套。
进一步，如上所述的批式乏燃料溶解装置，其中，在所述的溶解管和进料溜槽的上端分别设有水封装置。
与现有的批式溶解器相比，本实用新型的溶解装置具有以下显著优点：
(1)生产能力大，每批次的处理能力达到500kg铀，可以一次完成一根动力堆乏燃料组件的溶解；
(2)采用固体中子吸收装置结合限制几何尺寸的方法控制溶解装置的临界安全，提高了临界安全系数，可以处理U235初始富集度更高、燃耗更高的乏燃料组件；
(3)与采用可溶中子毒物的批式溶解器相比，不会额外增加后续萃取过程的高放废液量，节约了废物处理成本；
(4)设备的整体高度较低，与中试厂溶解器相比，可降低设备室高度，节省土建投资成本。
附图说明
图1为本实用新型一种批式乏燃料溶解装置的纵剖示意图；
图2为本实用新型一种批式乏燃料溶解装置的俯视图；
图3为本实用新型一种批式乏燃料溶解装置溶解管大吊篮所在位置的平面剖视图。
图中，1.循环槽；2.溶解管；3.进料溜槽；4.大吊篮；5.小吊篮；6.上段固体中子吸收装置；7.下段固体中子吸收装置；8.乏燃料短段；9.夹套；10.伴管；11.循环管；12.水封装置；13.水封装置；14.中子毒物包裹层；15.固体中子毒物；16.慢化剂包裹层；17.慢化剂；18.支撑件；P1.排气管；P2.冷凝液回流管；P3.进液管；P4-P5.备用管；P6.排液管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
如图1，2所示，本实用新型所提供的批式乏燃料溶解装置，包括溶解管2、循环槽1和进料溜槽3，溶解管2与循环槽1之间通过循环管11相连接，进料溜槽3与溶解管2的侧壁连接，工艺管设置在溶解管2侧壁以及循环槽1上封头和下封头上。溶解管2是竖直的管状容器，底部是椭圆形封头，上端带有水封装置12，溶解管2的管壁外侧设有用于通入蒸汽或冷却剂的夹套9。循环槽1是弧形扁平容器，由几何尺寸控制临界安全，循环槽1两侧侧壁上设有用于通入蒸汽或冷却剂的伴管10。进料溜槽3是一根倾斜的管状容器，外面带有冷却夹套，上端设置水封装置13。
溶解管2内设有用于装载乏燃料短段8的大吊篮4，大吊篮4下方设有用于截留从大吊篮掉落的细屑的小吊篮5，大小吊篮的侧壁和底部均开孔。在所述的溶解管2内部设有固体中子吸收装置，所述的固体中子吸收装置分为上下两段，上段固体中子吸收装置6位于大吊篮4内部，下段固体中子吸收装置7位于小吊篮5内。
上段固体中子吸收装置为同轴多层结构的柱状部件，如图3所示，从外到内依次为中子毒物包裹层14、固体中子毒物15、慢化剂包裹层16和慢化剂17。根据处理的乏燃料组件及工艺条件的不同，包裹层14厚度以有效阻止固体中子毒物15外泄为限，固体中子毒物15厚度必须达到系统处于次临界状态的要求，慢化剂包裹层16和慢化剂17两层的厚度没有要求。上段固体中子吸收装置的上部为锥形，以保证乏燃料短段从溶解管上部掉落时能均匀散布在大吊篮内。上段固体中子吸收装置6与大吊篮4之间在不同高度处分别设有支撑件18，本实施例中，共有三个支撑件18在不同高度处互呈120°夹角设置，将上段固体中子吸收装置固定。
下段固体中子吸收装置7设置在小吊篮5内部，为同轴多层结构的环状部件，各层分布与上段固体中子吸收装置相似，从外到内依次为中子毒物包裹层、固体中子毒物、慢化剂包裹层和慢化剂。
循环槽上部设有进液管P3和排气管P1，以实现料液的注入与溶解尾气的排出。循环槽1与溶解管2之间设有上、中、下三个循环管11，循环槽底部设有回流管与溶解管连通。溶解管2外侧焊接有蒸汽夹套9(可分为多段)，下封头设排液管P6，溶解完成后可以排出溶解液。
工作状态时，大、小吊篮就位，料液通过进液管P3注入溶解装置，达到设定液位。向循环槽侧壁伴管和溶解管夹套内通入蒸汽，将料液加热到设定温度。乏燃料组件被剪切成一定长度的短段，连续地从进料溜槽掉落到大吊篮内与料液接触开始溶解。溶解过程中可以通过控制供给的蒸汽量来控制溶解反应在设定的温度下进行。溶解尾气处理系统可以保证溶解装置在设定的负压条件下工作。反应完全后，停止向伴管和夹套通入蒸汽，改为通冷却剂使溶解液冷却，溶解液冷却到所设温度后，通过排液管P6排出。重新加料液蒸煮大吊篮内的乏燃料包壳，一定时间后，将大吊篮提出并倒出其中的包壳。由于小吊篮内截留的细屑量很少，可以每隔几个批次之后倒出一次。
大、小吊篮在每运行若干个批次之后需进行检测，并根据实际情况进行维修或更换，以确保其结构完好，固体中子吸收装置没有因为磨损和腐蚀而损坏。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种批式乏燃料溶解装置，包括溶解管(2)、循环槽(1)和进料溜槽(3)，溶解管(2)与循环槽(1)之间通过循环管(11)相连接，进料溜槽(3)与溶解管(2)的侧壁连接，溶解管(2)内设有用于装载乏燃料短段(8)的大吊篮(4)，大吊篮(4)下方设有用于截留从大吊篮掉落的细屑的小吊篮(5)，其特征在于：在所述的溶解管(2)内部设有固体中子吸收装置，所述的固体中子吸收装置分为上下两段，上段固体中子吸收装置(6)位于大吊篮(4)内部，下段固体中子吸收装置(7)位于小吊篮(5)内。
2.如权利要求1所述的批式乏燃料溶解装置，其特征在于：所述的上段固体中子吸收装置(6)为同轴多层结构的柱状部件，从外到内依次为中子毒物包裹层(14)、固体中子毒物(15)、慢化剂包裹层(16)和慢化剂(17)。
3.如权利要求2所述的批式乏燃料溶解装置，其特征在于：所述的上段固体中子吸收装置(6)的上部呈锥形。
4.如权利要求2或3所述的批式乏燃料溶解装置，其特征在于：所述的上段固体中子吸收装置(6)与大吊篮(4)之间在不同高度处分别设有支撑件(18)。
5.如权利要求1所述的批式乏燃料溶解装置，其特征在于：所述的下段固体中子吸收装置(7)为同轴多层结构的环状部件，从外到内依次为中子毒物包裹层、固体中子毒物、慢化剂包裹层和慢化剂。
6.如权利要求1所述的批式乏燃料溶解装置，其特征在于：在所述循环槽(1)侧壁上设有用于通入蒸汽或冷却剂的伴管(10)，在所述溶解管(2)的管壁外侧设有用于通入蒸汽或冷却剂的夹套(9)。
7.如权利要求1所述的批式乏燃料溶解装置，其特征在于：在所述的溶解管(2)和进料溜槽(3)的上端分别设有水封装置(12、13)。
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