RU2258964C2 - Способ переработки твердого керамического ядерного топлива и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ переработки твердого керамического ядерного топлива и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2258964C2 RU2258964C2 RU2003111003A RU2003111003A RU2258964C2 RU 2258964 C2 RU2258964 C2 RU 2258964C2 RU 2003111003 A RU2003111003 A RU 2003111003A RU 2003111003 A RU2003111003 A RU 2003111003A RU 2258964 C2 RU2258964 C2 RU 2258964C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- vibration
- oxidation
- nuclear fuel
- products
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области производства твердого керамического ядерного топлива. Сущность изобретения: способ переработки твердого керамического ядерного топлива включает его диспергирование путем окисления потоками воздуха, подаваемыми под слой нагретого топлива. При этом на окисление топлива подают два потока воздуха, один из которых закрывают во время вибрационного выпуска продуктов. Вибрационный выпуск продуктов диспергирования из слоя топлива осуществляют периодически с выделением из них мелкодисперсного порошка. Устройство для переработки твердого керамического ядерного топлива включает вертикальный трубчатый многоступенчатый виброреактор с каскадом размещенных друг над другом сит-решеток с вмонтированными пересыпными трубками и сепаратор порошка. Преимущества изобретения заключаются в повышении качества переработки топлива. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области производства твердого керамического ядерного топлива, в частности к способам переработки бракованных спеченных таблеток диоксида урана в мелкодисперсный порошок закиси-окиси урана.
Известен способ переработки ядерного топлива путем пропускания через слой таблеток нагретого потока газа-окислителя, выноса с потоком из слоя частиц закиси-окиси урана и осаждения их в циклоне (1). Недостатками этого способа являются низкая технологичность процесса, обусловленная частым «зашлаковыванием» слоя и его зачисткой, высокие энергозатраты на нагрев газового потока, необходимость использования сложной системы охлаждения и очистки отходящих газов.
Известен способ переработки керамического ядерного топлива, заключающийся в окислении таблеток во вращающейся горизонтальной печи и выделении из продуктов окисления мелкодисперсной закиси-окиси урана путем просева на сите (2). Недостатками данного способа являются высокие материалоемкость и энергоемкость процесса, а также сравнительно низкие керамические свойства закиси-окиси урана, обусловленные длительным пребыванием ее в реакционной зоне.
Наиболее близким к предлагаемому является способ переработки керамического ядерного топлива, включающий диспергирование топлива путем окисления воздухом, подаваемым под слой нагретого топлива, вибрационный выпуск продуктов диспергирования из слоя и выделение из них мелкодисперсного порошка (3). Недостатком способа-прототипа является сравнительно небольшой выход целевого продукта, так как при постоянной вибрации из слоя топлива наряду с кондиционными мелкими частицами порошка удаляется значительная доля недоокисленных крупных частиц. Другим недостатком является сравнительно низкая интенсивность процесса, обусловленная невозможностью подавать на окисление избыточный поток воздуха из-за уноса частиц целевого продукта из слоя, подвергаемого воздействию вибрации.
Известно устройство для переработки керамического ядерного топлива (3) - прототип. Оно состоит из вертикального трубчатого виброреактора с размещенным внутри каскадом сит-решеток, газораспределительной системой, входными и выходными патрубками и сепаратора порошка (3). Основными недостатками устройства являются высокая вероятность «зашлаковывания» слоя топлива на ситах-решетках из-за отсутствия средств ограничения его высоты и сравнительно низкий выход целевого продукта, обусловленный наличием в продуктах реакции значительной доли недоокисленной крупной фракции порошка. К другим недостаткам относятся неудобство эксплуатации устройства из-за трудности демонтажа сит-решеток при их зачистке и замене, а также отсутствие системы предварительного нагрева газового потока и распределения его по ситам-решеткам виброреактора.
Настоящее техническое решение направлено на:
- совершенствование технологии переработки твердого керамического ядерного топлива;
- создание нового устройства по переработке твердого керамического ядерного топлива.
Поставленная задача достигается тем, что в процессе переработки твердого керамического ядерного топлива вибрационный выпуск продуктов диспергирования из слоя топлива осуществляют периодически, при этом на окисление подают два потока воздуха, один из которых закрывают во время вибровыпуска продуктов, а сита-решетки устройства для переработки топлива снабжают пересыпными трубками.
Получение наиболее оптимальных условий переработки твердого керамического ядерного топлива достигается тем, что согласно изобретению:
- время между вибрационными выпусками продуктов диспергирования t1 задают отрезком не более 15 мин, преимущественно 5...10 мин, а длительность вибровыпусков t2 отрезком не более 10 мин, преимущественно 3...5 мин.
- потоки воздуха на окисление топлива подают с расчетом на следующие удельные расходы: непрерывный поток Q1=50...100 м3/м2 час, перекрываемый поток Q2=100...200 м3/м2 час.
Способ переработки твердого керамического ядерного топлива согласно изобретению заключается в следующем.
В обогреваемый шахтной печью виброреактор периодически сбрасывают порции твердого керамического ядерного топлива в виде таблеток диоксида урана, которые располагаются на сите-решетке.
Таблетки нагреваются и окисляются. Окисление происходит за счет подачи потока воздуха под слой нагретого топлива. При наложении вибрации осуществляются удаление из слоя продуктов диспергирования и выделение из них мелкодисперсного порошка.
Согласно изобретению удаление продуктов диспергирования проводят периодически, причем для интенсификации процесса на окисление топлива подают два потока воздуха, один из которых закрывают во время вибрационного выпуска продуктов диспергирования.
За время между двумя последовательными вибрационными выпусками t1≤15 мин поверхность таблеток покрывается лишь небольшим слоем продуктов диспергирования, и уменьшение скорости окисления за счет затрудненной диффузии кислорода через этот слой незначительно. При наложении вибрации продукты диспергирования удаляются, реакционная поверхность таблеток обновляется и окисление протекает с прежней скоростью. Длительность отдельного вибровыпуска продуктов диспергирования t2 определяется конструкцией аппарата, его производительностью и параметрами накладываемой вибрации и в целом не должно превышать длительности промежутка между двумя последовательными выбровыпусками, то есть составлять не более ~10 мин, преимущественно t2=3...5 мин.
Поток воздуха с расходом Q1=50...100 м3/м2 час обеспечивает непрерывное поступление в виброреактор кислорода в количестве, стехиометрически необходимом для переработки топлива с приемлемой производительностью (~5...15 кг/час). Дополнительная подача второго потока воздуха значительно интенсифицирует процесс окисления и при удельном расходе Q2=100...200 м3/м2 час не вызывает заметного выноса частиц окисленного продукта из слоя с потоком отходящих газов.
С целью получения оптимальной конструкции, реализующей способ переработки твердого керамического топлива, согласно изобретению предлагается:
- каскад сит-решеток дополнить каскадом полок с перегородками и расположить его под нижним ситом-решеткой;
- каскады сит-решеток и полок объединить в корзину, вставляемую в виброреактор в виде отдельного узла;
- виброреактор снабдить привариваемым снаружи к корпусу змеевиковым теплообменником;
- внутри виброреактора разместить коллектор с сопловыми отверстиями для одновременного подвода воздуха под все сита-решетки и полки корзины.
При наличии на ситах-решетках пересыпных трубок удается избежать «зашлаковывания» топлива на решетках, возникающее в основном при повышенной дозировке топлива в виброреактор. Дополнительное окисление на полках с перегородками продуктов диспергирования топлива, прошедших через отверстия нижнего сита-решетки, позволяет повысить выход целевого продукта. При объединении каскадов сит-решеток и полок в корзину, вставляемую в виброреактор в виде отдельного узла, значительно облегчаются операции зачистки и замены решеток и полок. Наличие теплообменника и коллектора с сопловыми отверстиями улучшает подвод тепла и воздуха к топливу внутри виброреактора.
На чертеже изображена принципиальная блок-схема устройства для переработки твердого керамического ядерного топлива. Оно состоит из виброреактора 1, обогреваемого шахтной печью 4, и сепаратора порошка 15. Внутри виброреактора находятся корзина 5 с ситами-решетками 7, в которые вмонтированы пересыпные трубки 6, и полками 10, а также коллектор 11 с сопловыми отверстиями 9. Коллектор 11 соединяется с патрубком 3 подачи в виброреактор воздуха змеевиком 8, приваренным снаружи к корпусу реактора. В виброреактор подается непрерывный поток воздуха Q1 по линии с расходометром 13, а по линии с запорным клапаном 12 и расходомером 14 подается перекрываемый поток воздуха Q2. В состояние вибрации с вертикальными колебаниями реактор приводится с помощью двух вибровозбудителей 2, которые в автоматическом режиме включаются после запирания клапана 12 и выключаются в моменты его открытия.
Устройство для переработки керамического ядерного топлива работает следующим образом. Суммарный (непрерывный и перекрываемый) поток воздуха нагревается в змеевиковом теплообменнике 8 до температуры 350...500°С, поступает в коллектор 11 и через сопловые отверстия 9 вдувается под сита-решетки 7 и полки 10 корзины 5. В виброреактор на верхнее сито-решетку сбрасывается порция топливных таблеток и окисляется в течение времени t1=5...15 мин. Затем клапан 12 запирает поток воздуха с расходом Q2, включаются вибровозбудители 2 и в течение времени t2=3...10 мин происходит виброотряхивание корзины 5, после чего вибровозбудители 2 выключаются, запорный клапан 12 открывается, и рабочий цикл повторяется. При виброотряхивании происходит перераспределение топлива и продуктов его диспергирования на ситах-решетках и полках и выгрузка последних из виброреактора. Причем за счет ограничения толщины слоев топлива высотами пересыпных трубок предотвращается «зашлаковывание» топлива на ситах-решетках, а за счет перегородок увеличивается время пребывания продуктов диспергирования на полках и тем самым происходит наиболее полное их доокисление. Выходящие из виброреактора продукты диспергирования разделяются в сепараторе 15 на мелкую - целевой продукт закиси-окиси урана - и крупную фракции. Мелкая фракция направляется на подшихтовку к валовому порошку диоксида урана в производстве топливных таблеток, крупная - возвращается на повторную переработку.
Пример. В трубчатом (диаметр трубы 250 мм) виброреакторе с каскадом из трех сит-решеток (ширина щелей в решетках 8 мм, 4 мм и 2 мм, соответственно) и трех полок с перегородками проводили переработку бракованных спеченных таблеток диоксида урана диаметром 11,46 мм при следующих условиях: температура 420°С, расходы потоков воздуха на окисление: непрерывного 3 м3/час, перекрываемого 5 м3/час, промежуток времени между вибрационными выпусками продуктов диспергирования t1=7 мин, длительность вибровыпусков t2=5 мин, параметры вибрации: ускорение 4g (g - ускорение свободного падения), частота 50 Гц, размер ячейки сетки в сепараторе 150 мкм. При производительности виброреактора 6 кг/час по таблеткам в этих условиях получали порошок закиси-окиси урана с выходом 95-98%. Порошок на 90-95% состоял из частиц с размером <50 мкм, имел удельную поверхность 0,8-1,0 м2/г и кислородный коэффициент 2,62-2,66. Данный порошок пригоден для использования на операции подшихтовки при изготовлении топливных таблеток диоксида урана.
Реализация заявляемых технических решений позволяет существенно повысить эффективность переработки твердого керамического ядерного топлива и значительно увеличить выход порошка в годную продукцию.
Литература
1. Авторское свидетельство СССР №1082200, кл. G 21 С 19/44, 1984.
2. А.А.Майоров, И.Б.Браверман. Технология получения порошков керамической двуокиси урана. - М.: Энергоатомиздат, 1985, с.118.
3. Патент Великобритании №1297/158, кл. C 01 G 43/02, 1972.
Claims (8)
1. Способ переработки твердого керамического ядерного топлива, включающий его диспергирование путем окисления потоком воздуха, подаваемым под слой нагретого топлива, вибрационный выпуск из слоя продуктов диспергирования и выделение из них мелкодисперсного порошка, отличающийся тем, что вибрационный выпуск продуктов диспергирования из слоя топлива осуществляют периодически, а на окисление топлива подают два потока воздуха, один из которых закрывают во время вибрационного выпуска продуктов.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что время между вибрационными выпусками продуктов задают отрезком не более 15 мин, преимущественно отрезком 5...10 мин, а длительность вибрационных выпусков отрезком не более 10 мин, преимущественно 3...5 мин.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что потоки воздуха на окисление топлива подают с расчетом на следующие удельные расходы: непрерывный поток - 50...100 м3/(м2ч), перекрываемый поток - 100...200 м3/(м2ч).
4. Устройство для переработки твердого керамического ядерного топлива, включающее вертикальный трубчатый многоступенчатый виброреактор с каскадом размещенных друг над другом сит-решеток и сепаратор порошка, отличающийся тем, что в сита-решетки вмонтированы пересыпные трубки.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что виброреактор дополнительно снабжен расположенным под нижним ситом-решеткой каскадом полок с перегородками.
6. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что каскады сит-решеток и полок объединены в корзину, вставляемую в виброреактор в виде отдельного узла.
7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что виброреактор снабжен приваренным снаружи к корпусу змеевиковым теплообменником.
8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что внутри виброреактора размещен коллектор с сопловыми отверстиями.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003111003A RU2258964C2 (ru) | 2003-04-18 | 2003-04-18 | Способ переработки твердого керамического ядерного топлива и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003111003A RU2258964C2 (ru) | 2003-04-18 | 2003-04-18 | Способ переработки твердого керамического ядерного топлива и устройство для его осуществления |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003111003A RU2003111003A (ru) | 2004-10-10 |
| RU2258964C2 true RU2258964C2 (ru) | 2005-08-20 |
Family
ID=35846300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003111003A RU2258964C2 (ru) | 2003-04-18 | 2003-04-18 | Способ переработки твердого керамического ядерного топлива и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2258964C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2716137C1 (ru) * | 2019-10-18 | 2020-03-06 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") | Установка для волоксидации отработавшего ядерного топлива |
-
2003
- 2003-04-18 RU RU2003111003A patent/RU2258964C2/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АГЕЕНКОВ А.Т., САВЕЛЬЕВ В.Ф. "Окислительное разрушение брикетированного ядерного горючего в аппарате с кипящим слоем". Атомная энергия, т.35, вып.5, 1973, с.362-363. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2716137C1 (ru) * | 2019-10-18 | 2020-03-06 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") | Установка для волоксидации отработавшего ядерного топлива |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10576438B2 (en) | System for producing high-purity granular silicon | |
| CN1043967C (zh) | 离心式分离器 | |
| US4300921A (en) | Apparatus and method for removing finely divided solids from gases | |
| RU2258964C2 (ru) | Способ переработки твердого керамического ядерного топлива и устройство для его осуществления | |
| JPH1057737A (ja) | ガス中に含まれるミストの回収方法及びその装置 | |
| KR102071312B1 (ko) | 다결정질 실리콘 증착용 반응기 | |
| JP4512029B2 (ja) | 原子燃料ウランスクラップ回収装置 | |
| JP7295590B1 (ja) | ガス流れ誘導によって捕集可用領域の拡張が可能な反応副産物捕集装置 | |
| CN110357104A (zh) | 一种碳化硼回收装置 | |
| JP3075862U (ja) | スラグ粒の熱交換装置 | |
| CN209476245U (zh) | 用于制备颗粒的反应装置 | |
| CN114452754B (zh) | 一种用于水泥窑废气中的氯化钾定向结晶提纯装置及方法 | |
| CA2290618C (en) | Improving the flow field in the inlet plenum of a fluidised bed | |
| JPS62237939A (ja) | 多段噴流層装置 | |
| CN109433119A (zh) | 用于制备颗粒的反应装置及制备颗粒的方法 | |
| WO2021045636A1 (ru) | Реакционная камера для получения порошка диоксида урана методом восстановительного пирогидролиза гексафторида урана | |
| RU2638975C2 (ru) | Способ получения дисперсного нитрида алюминия, установка и реакционная камера для его осуществления | |
| RU2631076C2 (ru) | Реакционная камера установки для получения дисперсного нитрида алюминия | |
| TW478955B (en) | Combustion gas refining method and device of rising tube circulation type particle bed | |
| JPH09210564A (ja) | 排ガス乾式除塵装置 | |
| CN217247660U (zh) | 一种高温气固分离器 | |
| JPS60244310A (ja) | 濾過装置 | |
| SU884735A2 (ru) | Устройство дл измельчени твердых материалов | |
| RU2255385C2 (ru) | Линия изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов | |
| RU167692U1 (ru) | Дисперсионно-пленочная стекловаренная печь |