技術領域
[0001] 本
發(fā)明涉及一種帶有螺旋式推料裝置的乏燃料元件段連續(xù)溶解器,屬于核燃料循環(huán)后端乏燃料處理設備技術領域。
背景技術
[0002] 乏燃料后處理廠用于對核電站反應堆卸出的乏
燃料組件進行處理,回收可用的裂變材料來實現(xiàn)核燃料的閉路循環(huán)。迄今主流的動
力堆乏燃料后處理工藝是PUREX流程,此流程的第一步是切斷-浸取,而溶解器則是用于燃料浸取的關鍵設備。按其操作模式可分為批式溶解器和連續(xù)溶解器。批式溶解器機械結構相對簡單,乏燃料的溶解速度不恒定且排氣時有明顯的氣峰,溶解時需使用
中子毒物。例如漢福特開發(fā)的槽式托盤溶解器,各槽間由空氣或
混凝土分隔來滿足臨界安全要求,裝料時開啟上蓋,溶解結束后開蓋卸出廢包殼,裝卸料操作非常繁瑣,也易造成所在熱室的污染。為了增大后處理能力,并且克服批式溶解的上述缺點,許多國家已研究開發(fā)了連續(xù)溶解器。早期開發(fā)的
原型連續(xù)溶解器是封閉螺旋轉動式溶解器,這類原型連續(xù)溶解器存在的新問題是封閉空間過小,不利于溶解尾氣順利排出,在改用開放式的螺旋結構后,仍會出現(xiàn)不溶性固體
沉積物積留在螺旋與外套間隙之間,從而導致轉動不暢。目前報道的國外開發(fā)成功并已投入運行的主要是法國的UP3,UP2-800及日本六個所后處理廠引進的法國同類技術。這類商業(yè)后處理廠化學首端處理使用的是一個帶12個戽斗的勺輪扁平槽的勺輪式連續(xù)溶解器,該溶解器安裝在高放溶解熱室中。為了維修滾動部件和更換滾子,在高放溶解熱室上方設置了專用的高放維修熱室,需要時將溶解器的勺輪和上蓋一同提升至維修熱室中,該熱室安裝有主從機械手、一部50kN的橋式吊車和一部裝有遙控機械手的遙控吊車,這種布置方式,采用的技術和設備都非常復雜,廠房設施龐大,建設、運行和維修成本非常高。
發(fā)明內(nèi)容
[0003] 本發(fā)明的目的是針對上述問題而設計提供了一種帶有螺旋式推料裝置的乏燃料元件段連續(xù)溶解器;該溶解器由于采用了可正、反方向旋轉的螺旋式推料裝置,并在溶解及清洗過程中可進行適度的機械攪拌,這樣可以有效的控制溶解速度,提高溶解效率;該溶解器由于在溶解槽上方設有合理的排氣緩沖空間,可防止溶解液
泡沫的形成;該溶解器可根據(jù)臨界安全及熱室設計要求在兩個長槽間使用不同種類的中子慢化材料(如空氣、混凝土、含
硼聚乙烯),提高了使用靈活性;由于已為該溶解器配置了積垢清除器,可及時清除溶解槽槽底的沉積物;該溶解器上安裝有液面監(jiān)測
傳感器和事故排放
閥連
鎖,可確保每個溶解長槽的液面都在臨界安全限值以下;由于該溶解器的蓋板及其上的多條送料螺旋裝置及驅動裝置可同時吊離溶解槽,從而為溶解槽槽體的檢查和
焊接維修提供了可操作性;該溶解器結構設計合理,簡化了設備結構,便于維修或更換、檢查各焊接部件,方便操作,生產(chǎn)效率高,可大大降低建設、運行和維修成本。
[0004] 為了達到上述目的,本發(fā)明是通過如下技術手段實現(xiàn)的:
[0005] 一種帶有螺旋式推料裝置的乏燃料元件段連續(xù)溶解器,它包括溶解系統(tǒng)、溶解循環(huán)及過濾系統(tǒng)、廢包殼排除系統(tǒng)、槽底積垢清除系統(tǒng);其特征是:溶解系統(tǒng)設置有矩形托盤溶解槽及其底部等距平行分布的多個相互分隔的長槽,每一個溶解槽內(nèi)都設置有一條螺旋軸,長槽及螺旋軸的軸線與
水平面成一定傾斜
角θ,并從元件短段進料端向出料端抬升;溶解槽的下方設置溶解循環(huán)及過濾系統(tǒng);溶解槽傾斜底面高端的下方設置廢包殼排除系統(tǒng);溶解槽內(nèi)底部設置槽底積垢清除系統(tǒng)。
[0006] 所述的長槽上方設置有滿足臨界安全要求高度的矩形開放空間,長槽之間設置有隔板和由中子慢化材料制成的中子屏蔽層,長槽底部設置有半圓槽底,半圓槽底下方設置有冷卻夾套、冷卻劑出口、加熱劑出口,冷卻夾套下方設置有加熱夾套,加熱劑出口左下方設置有加熱劑入口和冷卻劑入口,半圓槽底的下方最低處設置有倒空排液口,半圓槽底的下方最高處設置有清洗液入口和安全溢流出口,溶解槽槽壁左側設置有窄矩形屏蔽板,槽壁右側設置有寬矩形屏蔽板,螺旋軸懸掛在螺旋軸前吊架及螺旋軸后吊架下方,其名義外徑與半圓槽底的直徑相配,浸沒在溶解液內(nèi)的螺旋軸的低端
滑動軸承由固定軸套、平鍵、回
轉軸套組成,螺旋軸前吊架和螺旋軸后吊架通過
螺栓固定在槽蓋上,槽蓋上設置有進
風過濾器,驅動缸與
傳動軸連接,傳動軸下方設置錐
齒輪,
錐齒輪下方設置
驅動輪組件和軸承盒,驅動輪組件左側依次設置有
惰輪組件、隨動輪組件,驅動缸由鎖緊裝置固定在槽蓋上,當采用驅動缸置于屏蔽墻外的方案時,錐齒輪座、連軸套、支承軸座、連接軸、萬向
聯(lián)軸器、傳動貫穿件、減速
電機從左到右依次連接,槽蓋用吊環(huán)起吊至溶解槽上方由
定位銷定位并用鎖栓固定,槽蓋上設置有液位計
探頭,每一個長槽的進料端通過另外的多管布料系統(tǒng)與另一臺配套設備臥式剪切機的溜槽相連,溶解槽底低端一側槽壁上設置有剪切短段入口和溶解液溢流出口,溶解槽槽壁上方周邊設置有水封,水封槽壁以下設置有氣體出口,溶解槽通過
支架固定在
底板上。
[0007] 所述的溶解循環(huán)及過濾系統(tǒng)主要包括溶解器左下方的∏形平板槽、
二極管泵、供料槽,∏形平板槽外部設置有平板槽中子屏蔽層,左側設置有溶解濾液出口管,頂部設置有平板槽呼排口和安裝孔,底部設置有二極管泵和倒空口,供料槽的上方設置有安裝孔、
真空口、供料槽呼排口、壓空口,下方設置有供料槽倒空口以及與之相連的溶解液
回流管、溶解液回流集流管、溶解液回流支管,溶解器左側設置溶解液溢流出口、溶解液集流管、料液過濾器,料液過濾器內(nèi)部設置有
濾芯組件,底部設置有清洗液出口,溶解器左后方設置排空閥,其閥芯上方設置閥芯驅動缸,閥芯驅動缸由排空閥鎖緊裝置固定在
閥體上,排空閥的進口管與多根倒空排液口通過排液集流管相連,出口管與料液過濾器相連。
[0008] 所述的廢包殼排除系統(tǒng)包含有廢包殼出口集流管,廢包殼出口集流管兩側設置廢包殼出口支管。
[0009] 所述的槽底積垢清除系統(tǒng)右側設置
錐齒輪傳動,錐齒輪傳動左側設置
鋼刷軸,鋼刷軸四周設置等距分布的鋼絲刷,鋼刷軸通過轉軸前吊架、轉軸中間吊架、轉軸后吊架與支座連接。
[0010] 工作原理
[0011] 本溶解器的操作分為4個工序:加料、溶解、包殼清洗及包殼卸出。
[0012] 在加料工序中,由多管布料系統(tǒng)依序對每一個長槽給料,剪切機切下的剪切短段通過剪切短段入口從螺旋軸的最低端加入,在每一個長槽加料時螺旋軸不旋轉,每一個長槽都加入剪切短段后,驅動缸帶動每一個長槽內(nèi)的螺旋軸快速同向回轉一周,將每一個長槽加入的短段同時向前推進一個
螺距,直至與工藝要求的一次全部處理量相對應的短段全部加滿每一個長槽為止。
[0013] 在溶解工序中驅動缸按設定包殼移動速度的要求緩慢推動剪切短段前進,在前進過程中與
溶劑(或
清洗劑)逆流
接觸逐漸完成溶解工序(或漂洗過程),在溶解過程中螺旋軸可正反轉適當角度,使剪切短段在長槽內(nèi)前后移動,從而對溶解及清洗過程實施適度的機械攪拌。與此同時,溶解液循環(huán)系統(tǒng)也在運行,此系統(tǒng)可實現(xiàn)溶解液位臨界安全控制,并為溶解過程的工藝控制和調(diào)節(jié)提供必要的手段。在正常溶解循環(huán)中,先用前一循環(huán)通過溶解液回流管加入的貯存在∏形平板槽中的漂洗水和通過清洗液入口加入的新鮮
硝酸配制成的初始溶劑,隨著溶解過程的進行,U濃度升高的溶解液從每一個長槽的溶解液溢流出口通過溶解液集流管進入料液過濾器,去除不溶性殘渣及固體顆粒后進入∏形平板槽,再通過二極管泵、供料槽和溶解液回流管再循環(huán)回每一個長槽,或根據(jù)工藝安排送入下一步料液處理制備工序。溶解液位臨界安全控制通過液位計探頭監(jiān)測溢流液面和安全溢流液面,正常狀態(tài)下溶解液通過螺旋軸低端的溶解液溢流出口和螺旋軸高端的安全溢流出口排出,一旦這兩個
管道系統(tǒng)堵塞導致液位上升,液位計探頭就發(fā)出連鎖
信號將排空閥打開,每一個長槽的溶解液就會通過倒空排液口進入排液集流管,再通過料液過濾器后進入∏形平板槽。
[0014] 溶解過程完成后將溶解液排出,從清洗液入口加入清洗劑漂洗廢燃料包殼,在漂洗過程中螺旋軸可正反轉適當角度,使剪切短段在長槽內(nèi)前后移動,從而對清洗過程實施適度的機械攪拌。這一操作對防止溶解槽內(nèi)壁
結垢具有積極作用。根據(jù)工藝流程的布置,清洗劑可通過溶解液溢流出口送入∏形平板槽或通過清洗液出口送入專用貯槽(不在本發(fā)明范圍)。
[0015] 廢包殼完成清洗后,連續(xù)轉動螺旋軸,按不致引起廢包殼在管道上搭橋堵塞的速度將廢包殼推出,通過位于螺旋軸最高端的廢包殼出口支管匯集入廢包殼出口集流管,在檢測殘留的
放射性后進行后續(xù)處理。
[0016] 本發(fā)明主要具有以下有益效果:
[0017] 1、該溶解器由于采用了可正、反方向旋轉的螺旋式推料裝置,并在溶解及清洗過程中可進行適度的機械攪拌,這樣可以有效的控制溶解速度,提高溶解效率。
[0018] 2、該溶解器由于在溶解槽上方設有合理的排氣緩沖空間,可防止溶解液泡沫的形成;該溶解器可根據(jù)臨界安全及熱室設計要求在兩個長槽間使用不同種類的中子慢化材料(如空氣、混凝土、含硼聚乙烯),提高了使用靈活性。
[0019] 3、由于已為該溶解器配置了積垢清除器,可及時清除溶解槽槽底的沉積物;該溶解器上安裝有液面監(jiān)測傳感器和事故排放閥連鎖,可確保每個溶解長槽的液面都在臨界安全限值以下。
[0020] 4、由于該溶解器的蓋板及其上的多條送料螺旋裝置及驅動裝置可同時吊離溶解槽,從而為溶解槽槽體的檢查和焊接維修提供了可操作性。
[0021] 5、該溶解器結構設計合理,簡化了設備結構,便于維修或更換、檢查各連接部件,方便操作,生產(chǎn)效率高,可大大降低建設、運行和維修成本。
附圖說明
[0022] 附圖1是本發(fā)明一種帶有螺旋式推料裝置的乏燃料元件段連續(xù)溶解器的立面結構示意圖;
[0023] 附圖2是本發(fā)明一種帶有螺旋式推料裝置的乏燃料元件段連續(xù)溶解器附圖1的A向示意圖;
[0024] 附圖3是本發(fā)明一種帶有螺旋式推料裝置的乏燃料元件段連續(xù)溶解器附圖1的B-B剖面示意圖;
[0025] 附圖4是本發(fā)明一種帶有螺旋式推料裝置的乏燃料元件段連續(xù)溶解器附圖1的C向示意圖;
[0026] 附圖5是本發(fā)明一種帶有螺旋式推料裝置的乏燃料元件段連續(xù)溶解器附圖1的D-D剖面示意圖;
[0027] 附圖6是本發(fā)明一種帶有螺旋式推料裝置的乏燃料元件段連續(xù)溶解器附圖1的E-E剖面示意圖;
[0028] 附圖7是本發(fā)明一種帶有螺旋式推料裝置的乏燃料元件段連續(xù)溶解器的專用積垢清除器主視示意圖;
[0029] 附圖8是本發(fā)明一種帶有螺旋式推料裝置的乏燃料元件段連續(xù)溶解器的驅動缸布置在熱室屏蔽墻外的示意圖。
[0030] 如圖所示,上述一種帶有螺旋式推料裝置的乏燃料元件段連續(xù)溶解器的各部件連接結構由下列阿拉伯數(shù)字進行表示:
[0031] 1.溶解槽、2.驅動缸、3.鎖緊裝置、4.進風過濾器、5.螺旋軸前吊架、6.槽蓋、7.軸承盒、8.螺旋軸、9.半圓槽底、10.中子屏蔽層、11.冷卻劑出口、12.加熱劑出口、
13.長槽、14.安全溢流液面、15.溢流液面、16.液位計探頭、17.氣體出口、18.剪切短段入口、19.溶解液溢流出口、20.倒空排液口、21.加熱劑入口、22.料液過濾器、23.排空閥、
24.清洗液出口、25.支架、26.∏形平板槽、27.平板槽中子屏蔽層、28.二極管泵、29.平板槽呼排口、30.倒空口、31.真空口、32.供料槽、33.供料槽倒空口、34.供料槽呼排口、
35.壓空口、36.底板、37.廢包殼出口集流管、38.溶解液回流管、39.清洗液入口、40.安全溢流出口、41.安裝孔、42.吊環(huán)、43.定位銷、44.螺栓、45.溶解液集流管、46.排液集流管、
47.隔板、48.水封、49.鎖栓、50.窄矩形屏蔽板、51.冷卻夾套、52.加熱夾套、53.寬矩形屏蔽板、54.排空閥鎖緊裝置、55.閥芯驅動缸、56.閥芯、57.濾芯組件、58.溶解濾液出口管、59.冷卻劑入口、60.溶解液回流集流管、61.溶解液回流支管、62.錐齒輪、63.傳動軸、
64.驅動輪組件、65.惰輪組件、66.隨動輪組件、67.廢包殼出口支管、68.回轉軸套、69.平鍵、70.固定軸套、71.螺旋軸后吊架、72.轉軸前吊架、73.錐齒輪傳動、74.支座、75.鋼刷軸、76.鋼絲刷、77.轉軸中間吊架、78.轉軸后吊架、79.減速電機、80.傳動貫穿件、81.萬向聯(lián)軸器、82.連接軸、83.支承軸座、84.連軸套、85.錐齒輪座。
[0032] 下面結合
實施例和
說明書附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明:
具體實施方式
[0033] 實施例
[0034] 如圖1-8所示,一種帶有螺旋式推料裝置的乏燃料元件段連續(xù)溶解器,它包括溶解系統(tǒng)、溶解循環(huán)及過濾系統(tǒng)、廢包殼排除系統(tǒng)、槽底積垢清除系統(tǒng)。
[0035] 如圖1-8所示,溶解系統(tǒng)設置有矩形托盤溶解槽1及其底部等距平行分布的多個相互分隔的長槽13,每一個溶解槽1內(nèi)都設置有一條螺旋軸8,長槽13及螺旋軸8的軸線與水平面成一定傾斜角θ,并從元件短段進料端向出料端抬升;溶解槽1的下方設置溶解循環(huán)及過濾系統(tǒng);溶解槽1傾斜底面高端的下方設置廢包殼排除系統(tǒng);溶解槽1內(nèi)底部設置槽底積垢清除系統(tǒng)。
[0036] 如圖1-3及圖5、圖8所示,長槽13上方設置有滿足臨界安全要求高度的矩形開放空間,長槽13之間設置有隔板47和由中子慢化材料制成的中子屏蔽層10,長槽13底部設置有半圓槽底9,半圓槽底9下方設置有冷卻夾套51、冷卻劑出口11、加熱劑出口12,冷卻夾套51下方設置有加熱夾套52,加熱劑出口12左下方設置有加熱劑入口21和冷卻劑入口59,半圓槽底9的下方最低處設置有倒空排液口20,半圓槽底9的下方最高處設置有清洗液入口39和安全溢流出口40,溶解槽1槽壁左側設置有窄矩形屏蔽板50,槽壁右側設置有寬矩形屏蔽板53,螺旋軸8懸掛在螺旋軸前吊架5及螺旋軸后吊架71下方,其名義外徑與半圓槽底9的直徑相配,浸沒在溶解液內(nèi)的螺旋軸8的低端
滑動軸承由固定軸套70、平鍵69、回轉軸套68組成,螺旋軸前吊架5和螺旋軸后吊架71通過螺栓44固定在槽蓋6上,槽蓋6上設置有進風過濾器4,驅動缸2與傳動軸63連接,傳動軸63下方設置錐齒輪62,錐齒輪
62下方設置驅動輪組件64和軸承盒7,驅動輪組件64左側依次設置有惰輪組件65、隨動輪組件66,驅動缸2由鎖緊裝置3固定在槽蓋6上,當采用驅動缸置于屏蔽墻外的方案時,錐齒輪座85、連軸套84、支承軸座83、連接軸82、萬向聯(lián)軸器81、傳動貫穿件80、減速電機79從左到右依次連接,槽蓋6用吊環(huán)42起吊至溶解槽1上方由定位銷43定位并用鎖栓49固定,槽蓋6上設置有液位計探頭16,每一個長槽13的進料端通過另外的多管布料系統(tǒng)與另一臺配套設備臥式剪切機的溜槽相連,溶解槽1底低端一側槽壁上設置有剪切短段入口18和溶解液溢流出口19,溶解槽1槽壁上方周邊設置有水封48,水封槽壁以下設置有氣體出口17,溶解槽1通過支架25固定在底板36上。
[0037] 如圖1-2及圖4-5所示,溶解循環(huán)及過濾系統(tǒng)主要包括溶解器左下方的∏形平板槽26、二極管泵28、供料槽32,∏形平板槽26外部設置有平板槽中子屏蔽層27,左側設置有溶解濾液出口管58,頂部設置有平板槽呼排口29和安裝孔41,底部設置有二極管泵28和倒空口30,供料槽32的上方設置有安裝孔41、真空口31、供料槽呼排口34、壓空口35,下方設置有供料槽倒空口33以及與之相連的溶解液回流管38、溶解液回流集流管60、溶解液回流支管61,溶解器左側設置溶解液溢流出口19、溶解液集流管45、料液過濾器22,料液過濾器22內(nèi)部設置有濾芯組件54,底部設置有清洗液出口24,溶解器左后方設置排空閥23,其閥芯56上方設置閥芯驅動缸55,閥芯驅動缸55由排空閥鎖緊裝置54固定在閥體上,排空閥23的進口管與多根倒空排液口20通過排液集流管46相連,出口管與料液過濾器22相連。
[0038] 如圖1、圖5所示,廢包殼排除系統(tǒng)包含有廢包殼出口集流管37,廢包殼出口集流管37兩側設置廢包殼出口支管67。
[0039] 如圖7所示,槽底積垢清除系統(tǒng)右側設置錐齒輪傳動73,錐齒輪傳動73左側設置鋼刷軸75,鋼刷軸75四周設置等距分布的鋼絲刷76,鋼刷軸75通過轉軸前吊架72、轉軸中間吊架77、轉軸后吊架78與支座74連接。