RU2716137C1 - Установка для волоксидации отработавшего ядерного топлива - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к установке для переработки, а более конкретно к волоксидации, отработавшего ядерного топлива. Установка включает последовательно соединенные бункер-накопитель, барабан-волоксидатор, грохот и узел охлаждения порошка ОЯТ. Бункер-накопитель выполнен в виде трубы, ядерная безопасность которой достигается ее диаметром, а объем - ее длиной, достаточной для размещения в ней фрагментов одной отработавшей тепловыделяющей сборки (ОТВС). Барабан-волоксидатор выполнен в виде вертикального плоского барабана с ядернобезопасной толщиной 124 мм и внутренним диаметром 3200 мм и объемом 1м³. К боковым стенкам барабана по центральной оси приварены патрубки: к передней - загрузочный конический патрубок, к задней - цилиндрический патрубок со шнеком. Между боковыми стенками установлены прикрепленные к ним и обечайке лопатки и продольная перегородка, снабженная конусом, входящим в цилиндрический патрубок, и присоединенная радиальными ребрами к задней стенке, лопаткам и конусу с образованием секторальных полостей, сообщающихся с цилиндрическим патрубком. Лопатки выполнены наклонными таким образом, что при прямом вращении барабана они имеют острые углы наклона к обечайке - α и к передней стенке - β. Техническим результатом является единовременная волоксидация фрагментов одной ОТВС и повышение динамического воздействия на фрагменты при их перемешивании. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

Изобретение относится к области переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), в частности к средствам его термоокислительной обработки (волоксидации), проводимой после разделения твэлов на фрагменты.

После разделения тепловыделяющих элементов (твэлов) отработавшей тепловыделяющей сборки (ОТВС) реактора ВВЭР-1000 на установке (патент №2658295 МПК G21C 19/36) Опытно-Демонстрационного Центра (ОДЦ) ФГУП «Горно-химический комбинат» получают фрагменты твэлов, представляющие собой куски оболочек диаметром 9,1 мм и длиной не более 40 мм, заполненные топливными таблетками (далее по тексту - фрагменты). Проведение в последующем волоксидации с механической активацией фрагментов обеспечивает ряд фазовых переходов оксидов урана с изменением их кристаллической решетки, что приводит к разрушению топливных таблеток. В результате перекристаллизации ОЯТ происходит отгонка трития и летучих продуктов деления, облегчается высыпание частиц ОЯТ из кусков оболочек при их механической активации, что способствует разделению фрагментов на порошок ОЯТ и куски оболочек (далее по тексту - конструкционные материалы).

Более высокие значения отгонки трития и разрушения топливных таблеток до мелкодисперсного состояния достигаются при проведении двухстадийной волоксидации, например по патенту РФ №2579753 G21F 9/30, с общей продолжительностью обработки фрагментов 10-12 часов.

Известна установка для волоксидации ОЯТ, (печь вращающаяся, проект А. 13.865.000 разработки ОАО «СвердНИИхиммаш, г. Екатеринбург), содержащая питатель-дозатор, нагревательную камеру и установленную в ней реторту с приводом, узел отделения оболочек и раму с опорным и упорно-опорным узлами привода реторты. Конструкция установки представляет из себя вращающуюся печь ретортного типа, фрагменты в которую загружаются непрерывно с одной стороны реторты и выдаются непрерывно с противоположной стороны реторты.

Питатель-дозатор предназначен для загрузки фрагментов и подачи их в реторту печи. Он состоит из корпуса, конусообразной обечайки и поворотного патрубка с крышкой. Поворотный патрубок приводится в движение пневмоцилиндром. Фрагменты поступают в патрубок, расположенный на крышке корпуса и ссыпаются в поворотный патрубок, расположенный изначально горизонтально. Далее патрубок наклоняется относительно горизонтальной оси на 45°, пневмоцилиндр, продолжая движение, открывает крышку, образуя угол в 45° между плоскостью крышки и торцом поворотного патрубка. Фрагменты высыпаются из патрубка и скатываются по конусообразной обечайке в реторту, соединенную с питателем-дозатором через фланцевое соединение.

Реторта представляет собой цилиндрическую трубу общей длиной 7 м, с внутренним диаметром 293 мм. Длина обогреваемой части реторты равна 6 м. Реторта устанавливается с уклоном от 1° до 3° в сторону выгрузки фрагментов, частота вращения составляет 3 об/мин, а продолжительность нахождения фрагментов в реторте составляет 2 часа. Снаружи к реторте прикреплены два бандажа под опорные и упорные ролики, а также фланец, к которому присоединен зубчатый венец. По торцам к реторте приварены фланцы, на которых установлены уплотнительные кольца торцовых уплотнений. Зубчатый венец установлен на разгрузочном конце реторты и предназначен для передачи реторте крутящего момента от привода. Уплотнительные кольца торцовых уплотнений выполнены из графита и вращаются вместе с ретортой, скользя по неподвижным поверхностям колец питателя-дозатора и узла отделения оболочек.

Камера нагревательная служит для внешнего обогрева рабочей зоны реторты и выполнена в виде коробчатой конструкции прямоугольной формы. Узел отделения оболочек предназначен для разделения порошка ОЯТ от конструкционных материалов после проведения термоокислительной перекристаллизации. Он состоит из герметичного корпуса U-образной формы, соединенного патрубком с ретортой. В корпусе на упругих опорах подвешен желоб с закрепленными внутри него одно над другим двумя ситами: верхним и нижним. Желоб, в свою очередь, соединен со штоком вибратора, установленного на крышке корпуса. Желоб совершает вертикальные возвратно-поступательные движения. Продукт из реторты печи высыпается на наклонные вибрирующие сита. Верхнее сито представляет собой перфорированный лист с шириной щели 2 мм и служит для отделения крупных кусков конструкционных материалов от порошка ОЯТ.

Нижнее сито выполнено в виде рамки с сеткой с размером ячейки в свету 0,3-0,4 мм и служит для окончательного отделения мелкой фракции порошка ОЯТ от частиц конструкционного материала.

Рама предназначена для установки на нее нагревательной камеры, опорного и упорно-опорного узлов привода реторты, питателя-дозатора и узла отделения оболочек, а также для изменения угла наклона реторты относительно опорной поверхности.

Известная вращающаяся печь работает следующим образом.

Фрагменты подаются в питатель-дозатор, из которого порциями высыпаются из патрубка и скатываются по конусообразной обечайке в реторту. Также в реторту противотоком подается газ-реагент (воздух) с заданным расходом.

При вращении реторты, установленной под углом, фрагменты подвергаются механической активации (перемешиванию) и постепенно перемещаются в сторону узла отделения оболочек. Проходя по реторте, размещенной внутри нагревательной камеры, фрагменты нагреваются до 500°С, и оксид урана таблеток вступает в реакцию с кислородом воздуха. В результате происходит термоокислительная перекристаллизация таблеток ОЯТ, при которой происходят отгонка трития и высыпание частиц ОЯТ из кусков оболочек при их перемешивании.

Далее волоксидированное ОЯТ и конструкционные материалы из реторты печи поступает на наклонные вибрирующие сита. При их перемещении по ситам происходит разделение ОЯТ по крупности (фракциям). Частицы топлива, просыпаясь через сита, собираются на наклонном дне вибрирующего желоба и далее через патрубок без охлаждения поступают в транспортный контейнер, в котором затем передаются на растворение.

Известная вращающаяся печь выбрана заявителем в качестве прототипа.

К недостаткам известной вращающейся печи относится то, что фрагменты по реторте при ее вращении перемещаются непрерывно, а их скорость перемещения определяется углом, под которым установлена реторта при ее монтаже, что приводит к невозможности изменения продолжительности пребывания фрагментов в реторте и соответственно продолжительности волоксидации. Такой режим работы известной установки с непрерывным перемещением фрагментов в реторте и выгрузкой волоксидированного ОЯТ из нее не сможет обеспечить необходимую продолжительность обработки фрагментов 10-12 часов при проведении двухстадийного процесса волоксидации ОЯТ, так как продолжительность нахождения фрагментов в реторте составляет 2 часа.

Вращение реторты со скоростью 3 об/мин не может обеспечить интенсивного перемешивания фрагментов вследствие низкого динамического воздействия на фрагменты при их перемещении по гладкой внутренней поверхности реторты с внутренним диаметром 293 мм, что снижает интенсивность волоксидации ОЯТ и приводит к неполному высыпанию ОЯТ из кусков оболочек.

Кроме того, загрузка фрагментов в реторту требует их дозированной подачи и установки для этой цели питателя-дозатора сложной конструкции с поворотным патрубком, приводимым в движение пневмоцилиндром, частота движений которого регулируется системой управления. Частое открытие и закрытие шиберов при дозировании фрагментов с таблетками топлива приведет к быстрому абразивному износу уплотнительных поверхностей шиберов.

Торцовые уплотнения известной установки с применением вращающихся уплотнительных колец из графита, скользящих по неподвижным поверхностям сопрягаемых колец питателя-дозатора и узла отделения оболочек, не обеспечивают надежность и долговечность при работе с порошками ОЯТ.

Технический результат - единовременная волоксидация с необходимой продолжительностью фрагментов одной ОТВС и повышение динамического воздействия на фрагменты при их волоксидации.

Для достижения указанного технического результата в известной установке волоксидации, содержащей камеру волоксидации, размещенную в нагревателе и снабженную бандажами, опирающимися на опорные ролики, установленными на раме, узел отделения оболочек и привод вращения камеры, установка включает последовательно соединенные бункер-накопитель, выполненный в виде трубы, ядерная безопасность которой достигается ее диаметром, а объем для размещения в ней фрагментов одной ОТВС - ее длиной, и камеру волоксидации, выполненную в виде вертикального барабана, ядерная безопасность которого достигается его шириной, а объем, превышающий объем бункера - накопителя, - его диаметром.

К боковым стенкам барабана по центральной оси присоединены патрубки, к передней - загрузочный конический патрубок, задней - цилиндрический патрубок со шнеком.

Между боковыми стенками установлены прикрепленные к ним и обечайке лопатки, и продольная перегородка, снабженная конусом, входящим в цилиндрический патрубок, и присоединенная радиальными ребрами к задней стенке, лопаткам и конусу с образованием секторальных полостей между перегородкой и задней стенкой, сообщающихся с цилиндрическим патрубком.

Лопатки установлены наклонно к обечайке и между стенками таким образом, что при прямом вращении барабана лопатки имеют острые углы наклона α к обечайке, между стенками - острые углы наклона β к передней стенке, а привод вращения барабана выполнен реверсивным.

В частном случае исполнения объем барабана превышает объем бункера-накопителя в 4-5 раз.

В другом частном случае исполнения бандаж, установленный на цилиндрическом патрубке и опирающийся на опорные ролики, зафиксирован верхними роликами рычажных прижимов.

В другом частном случае острые углы наклона α и β равны 60 и 45 градусов соответственно.

В другом частном случае узел отделения оболочек содержит грохот с разгрузочным бункером, к которому присоединены узел выгрузки конструкционных материалов и узел охлаждения и выгрузки волоксидированного ОЯТ.

В другом частном случае соединения неподвижных и вращающихся узлов установки снабжены лабиринтными уплотнениями с наддувом через них воздуха или азота.

Последовательное соединение бункера-накопителя, выполненного в виде трубы, ядерная безопасность которой достигается ее диаметром, а объем для размещения в ней фрагментов одной ОТВС - ее длиной, и камеры волоксидации, выполненной в виде вертикального барабана, ядерная безопасность которого достигается его шириной, а объем, превышающий объем бункера-накопителя, - его диаметром, позволяет сначала разместить в бункере-накопителе, а затем единовременно загрузить в барабан фрагменты, полученные при разрезании твэлов одной ОТВС. В результате создается возможность проведения единовременной волоксидации фрагментов, в том числе и двухстадийной с общей продолжительностью 10-12 часов, позволяющей получить более высокую степень отгонки трития и разрушение топливных таблеток до мелкодисперсного состояния и обеспечивающей проектную производительность ОДЦ - 2 ОТВС в сутки.

Превышение объемом барабана объема бункера-накопителя увеличивает диаметр барабана и обеспечивает при загрузке барабана фрагментами одной ОТВС его неполное заполнение. При этом неполное заполнение и увеличенный диаметр барабана позволяют при вращении барабана увеличить длину и длительность пересыпания фрагментов по барабану и, тем самым, повысить интенсивность перемешивания фрагментов.

Присоединение по центральной оси к боковым стенкам барабана конического патрубка загрузки и цилиндрического патрубка выгрузки со шнеком позволяет использовать патрубки и по назначению, и в качестве вращающихся опор барабана, установив на патрубки бандажи, опирающиеся на опорные ролики, а также звездочки цепной и цевочной передач.

Установка между боковыми стенками прикрепленных к ним и обечайке лопаток позволяет повысить интенсивность перемешивания фрагментов за счет захватывания и поднятия лопатками, вращающимися вместе с барабаном, части фрагментов и ссыпания на их место фрагментов, расположенных в барабане над ними.

Установка лопаток наклонно к обечайке таким образом, что при прямом вращении барабана лопатки имеют острые углы наклона а к обечайке, позволяет поднимать слой фрагментов, расположенный между лопатками, до тех пор, пока лопатки не повернутся вместе с барабаном на угол, при котором фрагменты будут падать с лопаток, что при увеличенном диаметре барабана увеличивает и высоту падения фрагментов.

При этом под прямым вращением барабана принято его вращение по часовой стрелке, если смотреть на барабан со стороны цилиндрического патрубка.

Тем самым, более интенсивное перемешивание и падение фрагментов позволяют значительно повысить динамическое воздействие на фрагменты и интенсифицировать процесс волоксидации и высыпания порошка ОЯТ из кусков оболочек.

Установка между боковыми стенками продольной перегородки, снабженной конусом, входящим в цилиндрический патрубок со шнеком, и присоединенной радиальными ребрами к задней стенке, лопаткам и конусу с образованием секторальных полостей между перегородкой и задней стенкой, сообщающихся с цилиндрическим патрубком, позволяет разделить барабан на две полости: переднюю, соединенную с коническим патрубком загрузки, и заднюю, секторальные полости в которой соединены с цилиндрическим патрубком выгрузки.

Установка лопаток с острым углом β между лопаткой и передней стенкой позволяет получить при прямом вращении барабана сдвигающее усилие на фрагменты, действующее вдоль лопатки к ее острому углу, и перемещающее фрагменты от задней стенки к передней, что приводит к преимущественному падению фрагментов с лопаток в переднюю полость. При попадании фрагментов в заднюю полость и цилиндрический патрубок, они будут возвращаться его шнеком через секторальные полости снова в барабан. В результате при прямом вращении барабана осуществляется интенсивное перемешивание фрагментов без их выдачи из барабана, что позволяет проводить единовременную волоксидацию с необходимой продолжительностью фрагментов одной ОТВС, в том числе и двухстадийную с общей продолжительностью 10-12 часов.

Если при прямом вращении барабана лопатки имеют острые углы наклона α к обечайке, а между стенками - острые углы наклона β к передней стенке, то при обратном вращении барабана (против часовой стрелки, если смотреть на барабан со стороны цилиндрического патрубка) лопатки будут иметь тупой угол наклона (180° - α) к обечайке, и острый угол наклона β к задней стенке. Это позволяет получить при обратном вращении барабана сдвигающее усилие на фрагменты, действующее вдоль лопатки к ее острому углу, и перемещающее фрагменты от передней стенки к задней, что приводит к падению фрагментов в заднюю полость, где фрагменты по секторальным полостям попадают в цилиндрический патрубок и шнеком выдаются из барабана далее.

В результате загрузка и перемешивание фрагментов при волоксидации проводится прямым вращением барабана с необходимой продолжительностью, а выдача волоксидированного ОЯТ и конструкционных материалов из барабана -обратным вращением барабана при помощи реверсивного привода.

Превышение объемом барабана объема бункера-накопителя в 4-5 раз, достижимое только за счет увеличения его диаметра, позволяет при вращении барабана увеличить длину пересыпания фрагментов по барабану и высоту падения фрагментов с лопаток и, тем самым, повысить динамическое воздействие на фрагменты и интенсивность высыпания проволоксидировавшего ОЯТ из кусков оболочек. При этом повышается интенсивность волоксидации вследствие более свободного доступа газа-реагента к остающемуся ОЯТ внутри фрагментов.

Фиксирование бандажей, установленных на патрубках и опирающихся на опорные ролики, верхними роликами рычажных прижимов позволяет предотвратить сход барабана с опорных роликов при заклинивании одного из них, а также в результате сейсмических воздействий.

Установление значения острого угла наклона а лопаток к обечайке в 60° позволяет осуществлять ссыпание фрагментов и порошка ОЯТ с лопатки при ее повороте с барабаном на угол, превышающий 120°, считая от вертикальной оси, при достижении лопаткой верхнего положения.

При этом перемешивание фрагментов в барабане при прямом вращении барабана заключается в захвате и поднятии лопатками фрагментов с последующим их высыпанием с лопаток, что, с учетом диаметра барабана, превышающего 3 м, и скорости его вращения - 20 об/мин, позволяет значительно повысить динамическое воздействие на фрагменты и, тем самым, интенсифицировать извлечение проволоксидировавшего ОЯТ из фрагментов, а также повысить степень отгонки трития.

Установление значения острого угла наклона β лопаток относительно передней стенки в 45 градусов позволяет осуществлять одинаковые сдвиг и ссыпание фрагментов и порошка ОЯТ по плоскости лопаток к передней стенке барабана при прямом вращении, и к задней стенке - при обратном вращении.

Включение в узел отделения оболочек грохота с разгрузочным бункером, к которому присоединены узел выгрузки конструкционных материалов и узел охлаждения и выгрузки волоксидированного ОЯТ позволяет произвести раздельную выгрузку конструкционных материалов, охлаждение и выгрузку охлажденного порошка ОЯТ в растворитель.

Снабжение соединений неподвижных и вращающихся узлов установки лабиринтными уплотнениями с наддувом через них воздуха или азота позволяет предотвратить аэрозольное загрязнение бокса, в котором размещена установка волоксидации, а также повысить долговечность и надежность в работе ее уплотнений.

Предлагаемая установка волоксидации иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 - фиг. 9.

На фиг. 1 показан общий вид установки в разрезе;

на фиг .2 - общий вид установки, вид сверху;

на фиг. 3 - бункер-накопитель;

на фиг. 4 - барабан-волоксидатор в разрезе;

на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 4;

на фиг. 6 - вид Г на фиг. 4;

на фиг. 7 - грохот в разрезе;

на фиг. 8 - узел охлаждения;

на фиг. 9 - разрез В-В на фиг. 4.

Предлагаемая установка волоксидации (см. фиг. 1 и 2) состоит из последовательно соединенных бункера-накопителя 1, барабана-волоксидатора 2, промежуточного бункера 3, грохота 4 с разгрузочным бункером 5, узла 6 охлаждения и выгрузки порошка ОЯТ. Бункер-накопитель 1 снабжен патрубком 7 загрузки, разгрузочный бункер 5 - патрубком 8 выдачи конструкционных материалов, а узел 6 охлаждения - патрубком 9 выгрузки волоксидированного порошка ОЯТ.

Бункер-накопитель 1 (см. фиг. 3) состоит из бункера 10, выполненного из трубы с наружным диаметром 273 мм и толщиной стенки 11 мм, вибратора 11 и виброопор 12. Диаметр бункера-накопителя 1 выбран, исходя из условий ядерной безопасности, а длина - для получения его объема, позволяющего принять с установки разделения твэлов (на чертежах не показана) фрагменты 13 от одной ОТВС, объем которых составляет 0,18 м³. В верхней части бункер-накопитель 1 герметизируется шибером, принадлежащим установке разделения твэлов, а в нижней части шибером 14. Для недопущения передачи вибрации от бункера 10 на присоединяемое к нему оборудование, на верхнюю и нижнюю часть его установлены сильфонные узлы 15.

Барабан-волоксидатор 2 (см. фиг. 4, 5 и 6) представляет собой сварной стальной плоский барабан 16 из коррозионностойкой стали с ядернобезопасной толщиной 124 мм и внутренним диаметром 3200 мм. Полный объем барабана 16 составляет 1 м³. Барабан 16 состоит из обечайки 17 и боковых стенок, передней 18 и задней 19, к которым по центральной оси приварены загрузочный конический патрубок 20 и цилиндрический патрубок 21 соответственно, причем цилиндрический патрубок 21 снабжен шнеком 22. К обечайке 17 прикреплены наклонные лопатки 23. Внутри барабана 16 посредине его установлена продольная перегородка 24, делящая барабан 16 на две полости: переднюю 25 и заднюю 26, расположенные между перегородкой 24 и передней стенкой 18 и между перегородкой 24 и задней стенкой 19 соответственно. Перегородка 24 снабжена конусом 27, входящим в цилиндрический патрубок 21. Перегородка 24 (фиг. 5) присоединена радиальными ребрами 28 к задней стенке 19, к лопаткам 23 и к конусу 27 с разделением задней полости 26 на ряд секторальных полостей 29. Лопатки 23 установлены под углом α=60° к обечайке 17 и под углом β=45° между боковыми стенками 18 и 19.

К коническому 20 и цилиндрическому 21 патрубкам прикреплены бандажи 30 и 31 соответственно, установленные на опорные ролики 32, смонтированные на раме 33. Вращение барабана 16 осуществляется с помощью цепной передачи 34, состоящей из установленных на коническом патрубке 20 ведомой звездочки 35, а на раме 33 - ведущей звездочки 36, соединенных между собой двухрядной цепью 37. Ведущая звездочка 36 соединена кинематически с реверсивным приводом вращения, вынесенным в обслуживаемую зону (на чертежах не показан). К бандажу 31 присоединена звездочка 38 резервной цевочной передачи 39, привод которой также вынесен в обслуживаемую зону (на чертежах не показан). Для предотвращения схода барабана 16 с опорных роликов 32 в случае заклинивания одного из них, а также в результате сейсмического воздействия, барабан 16 фиксируется на них (фиг. 6) верхними роликами 40 рычажных прижимов 41.

Барабан 16 снаружи закрывается нагревателем 42, состоящим из теплоизоляционного материала и проволочного нагревателя, облицованного коррозионностойкой сталью.

Промежуточный бункер 3 соединяет цилиндрический патрубок 21 барабана 16 с расположенным ниже грохотом 4 и служит для передачи фрагментов оболочек и порошка ОЯТ из барабана 16 в грохот 4.

Грохот 4 с разгрузочным бункером 5 (см. фиг. 7) предназначен для разделения волоксидированного порошка ОЯТ и конструкционных материалов ОТВС, направления порошка ОЯТ в узел 6 охлаждения и выгрузки порошка, а конструкционных материалов в разгрузочный бункер 5 и далее на отмывку. Грохот 4 состоит из разгрузочного бункера 5, стационарно закрепленного на раме 43, и вращающегося корпуса 44, установленного с уклоном 3° и опирающегося на катки 45. Внутри корпуса 44 размещается вращающаяся вместе с ним внутренняя просеивающая перфорированная труба 46 с отверстиями 47.

Разгрузочный бункер 5 и вращающийся корпус 44 снабжены неподвижным и вращающимся фланцами 48 и 49 соответственно, между которыми установлено торцовое лабиринтное уплотнение 50, со штуцером 51 наддува азота.

Узел 6 охлаждения и выгрузки порошка ОЯТ (см. фиг. 8) предназначен для снижения температуры волоксидированного порошка ОЯТ перед выгрузкой его на растворение. Узел охлаждения 6 представляет собой плоскую стальную конусообразную емкость 52 ядернобезопасной толщины 124 мм с патрубками 53 и 9 загрузки и выгрузки порошка ОЯТ соответственно. Угол наклона емкости 52, устанавливаемой на раме 54 составляет 40°. Сверху и снизу емкости 52 располагаются рубашки 55 охлаждения с патрубками 56 и 57 для входа и выхода воды соответственно. В нижней части емкости установлен вибратор 58. На патрубок 9 установлен шибер 59.

Заявляемая установка работает следующим образом.

После разделения твэлов на установке разрезания получаемые фрагменты твэлов ссыпаются в бункер - накопитель 1 через загрузочный патрубок 7 и накапливаются в бункере 10 до окончания разрезания всех твэлов одной ОТВС. Для выгрузки бункера 10 открывают шибер 14, включают вибратор 11 и привод прямого вращения барабана 16, при этом все фрагменты объемом 0,18 м³ ссыпаются через загрузочный конический патрубок 20 в барабан-волоксидатор 2, размещаясь в нижней части вращающегося барабана 16 объемом 1 м³ в передней и задней полостях 25 и 26 между лопатками 23. После полного опорожнения бункера 10 шибер 14 закрывают и продолжают заполнение бункера 10 фрагментами 13 следующей ОТВС.

Включают в работу нагреватель 42. Процесс волоксидации ОЯТ проводят при температуре 480°С барабана 16, а также подаче в него нагретого до 480°С газа-реагента (воздуха или смеси воздуха с кислородом), при этом в барабане 16 системой вентиляции поддерживается разрежение от 100 до 200 Па.

При прямом вращении барабана 16 (против часовой стрелки, если смотреть на барабан 16 со стороны конического патрубка 20) лопатки 23 захватывают и поднимают (см. фиг. 9) нижние слои фрагментов 13, а на их место поступают фрагменты, расположенные в барабане 16 выше. Так как при прямом вращении барабана 16 лопатки имеют острые углы наклона а относительно обечайки, то они поднимают слой фрагментов 13, расположенный между лопатками 23, до тех пор, пока лопатки 23 не повернутся вместе с барабаном 16 на угол, при котором фрагменты 13 будут падать с лопаток 23. Оставшиеся в центральной части барабана 16 фрагменты 13 будут пересыпаться, занимая место фрагментов 13, поднятых лопатками 23. Интенсивное перемешивание фрагментов 13 способствует повышению эффективности волоксидации, а их падение с лопаток 23, с учетом диаметра барабана 16, составляющего 3200 мм, приводит к значительным динамическим усилиям на фрагменты 13. Все это способствует высыпанию проволоксидировавшего ОЯТ из оболочек фрагментов, постоянно освобождая доступ газа-реагента к остающемуся во фрагментах 13 непроволоксидировавшему топливу. Одновременно при прямом вращении барабана 16 лопатки 23, установленные под острым углом β=45° к передней стенке 18 сдвигают фрагменты 13 вдоль лопаток 23 от задней стенки 19 к передней 18, что приводит к падению фрагментов в переднюю полость 25 между перегородкой 24 и передней стенкой 18.

После выхода на температурный режим при активном перемешивании фрагментов 13 и прокачке через них горячего газа-реагента системой управления включается отсчет продолжительности двухстадийной волоксидации, продолжающейся 10-12 часов.

Об окончании процесса волоксидации сигнализирует выравнивание концентрации кислорода в газе-реагенте на входе и на выходе барабана 16, а также резкое снижение концентрации криптона в отходящем газе-реагенте, фиксируемое в системе газоочистки.

После завершения двухстадийной волоксидации для выгрузки смеси волоксидированного ОЯТ и конструкционных материалов барабан 16 переключают на обратное вращение и включают вращение грохота 4.

При обратном вращении барабана 16 лопатки 23 захватывают и поднимают смесь за счет угла наклона (180 - α) = 120° лопаток 23, при этом по мере подъема смесь будет сначала смещаться по лопаткам 23 за счет угла β=45° в сторону задней полости 26 и ссыпаться в секторальные полости 29 между радиальными ребрами 26, а затем направляться конусом 27 в цилиндрический патрубок 21, где подхватывается шнеком 22 и через промежуточный бункер 3 передается в грохот 4. После полного опорожнения барабана 16 осуществляют прием в него фрагментов 13 следующей ОТВС из бункера накопителя 1 и начинают проведение процесса волоксидации.

Одновременно смесь волоксидированного ОЯТ и конструкционных материалов, поступившая из промежуточного бункера 3 в грохот 4, попадает во внутреннюю перфорированную трубу 46, перемещаясь вниз по которой порошок ОЯТ проваливается через отверстия 47 диаметром 5 мм и по вращающемуся корпусу 44 поступает в патрубок 47 выхода волоксидированного ОЯТ, соединенный с узлом 6 охлаждения порошка ОЯТ. Конструкционные материалы по внутренней трубе 46 поступают через разгрузочный бункер 5 в патрубок 8 выдачи конструкционных материалов.

Порошок волоксидированного ОЯТ ссыпается в конусообразную емкость 52 узла 6 охлаждения волоксидированного порошка ОЯТ, где осуществляется его охлаждение до 80°С перекачиваемой через верхнюю и нижнюю рубашки 55 охлаждающей водой, после чего открывают шибер 59, включают вибратор 58 и выдают порошок на растворение.

Claims (6)

1. Установка волоксидации фрагментов отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), содержащая камеру волоксидации, размещенную в нагревателе и снабженную бандажами, опирающимися на опорные ролики, установленные на раме, узел отделения оболочек и привод вращения камеры, отличающаяся тем, что установка включает последовательно соединенные бункер-накопитель, выполненный в виде трубы, ядерная безопасность которой достигается ее диаметром, а объем для размещения в ней фрагментов одной отработавшей тепловыделяющей сборки (ОТВС) - ее длиной, и камеру волоксидации, выполненную в виде вертикального барабана, ядерная безопасность которого достигается его шириной, а объем, превышающий объем бункера-накопителя - его диаметром, к боковым стенкам барабана по центральной оси присоединены патрубки: к передней - загрузочный конический патрубок, к задней -цилиндрический патрубок со шнеком, между боковыми стенками установлены прикрепленные к ним и обечайке лопатки и продольная перегородка, снабженная конусом, входящим в цилиндрический патрубок, и присоединенная радиальными ребрами к задней стенке, лопаткам и конусу с образованием секторальных полостей между ребрами, перегородкой и задней стенкой, сообщающихся с цилиндрическим патрубком, привод вращения барабана выполнен реверсивным, а лопатки установлены наклонно к обечайке и между стенками таким образом, что при прямом вращении барабана лопатки имеют острые углы наклона α к обечайке, а между стенками - острый угол наклона β к передней стенке.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что свободный объем барабана превышает свободный объем бункера-накопителя в 4-5 раз.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что бандаж, установленный на цилиндрическом патрубке и опирающийся на опорные ролики, зафиксирован верхними роликами рычажных прижимов.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что острые углы наклона - α относительно обечайки и β относительно передней стенки равны 60 и 45 градусам соответственно.

5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что узел отделения оболочек содержит грохот с разгрузочным бункером, к которому присоединены узел выгрузки конструкционных материалов и узел охлаждения и выгрузки волоксидированного ОЯТ.

6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что соединения неподвижных и вращающихся узлов установки снабжены лабиринтными уплотнениями с наддувом через них воздуха или азота.

Images