一种用于热室乏燃料氧化挥发的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于乏燃料后处理技术领域，具体涉及一种用于热室乏燃料氧化挥发的装置及方法，用于乏燃料的氧化挥发处理，其中的装置包括设置在热室内的密封的加热炉体(2)和设置在所述加热炉体(2)内的反应罐(3)，所述加热炉体(2)能够在所述热室外进行远程控制；该装置结构简单，占地面积小，便于在热室内利用机械手进行操作，利用该装置及方法，可有效实现乏燃料的氧化及包壳与粉末的分离，极大方便了后续包壳与粉末的分析，对于推进氧化挥发相关研究具有重要意义。重要意义。重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种用于热室乏燃料氧化挥发的装置及方法


[0001]本专利技术属于乏燃料后处理
，具体涉及一种用于热室乏燃料氧化挥发的装置及方法。

技术介绍

[0002]传统乏核燃料后处理首端流程中，乏燃料溶解时，乏燃料中的氚会发生同位素交换从而转入溶解液中。一座年处理能力为800吨的后处理厂，一年所处理的乏燃料中氚的总量约为70g左右，假设氚全部以HTO的形式存在，则HTO质量约为500g，体积约0.5L。但是，在传统乏燃料后处理流程中，经后续流程处理后，氚最终被稀释至数万立方米低、中、高放废液中。当前，对于沿海后处理厂，含氚硝酸返回复用，含氚水则全部排放并利用洋流稀释。对于内陆后处理厂，高氚区硝酸、水复用，低氚区含氚废水通过高架最终排放到环境中。随着环境监管部门对涉核工厂排放的监管愈发严格，为保证我国后处理事业健康、良性发展，采取有效措施减少后处理厂向环境的排放刻不容缓。
[0003]目前来看，减少氚向环境的排放，最为经济的是在首端采用氧化挥发技术除氚，即在溶解之前将乏燃料在氧化气氛中加热至一定的温度，从而将乏燃料中UO2芯块氧化为U3O8粉末，此时，束缚在乏燃料中的氚会被释放并氧化，最终以HTO的形式挥发，通过对HTO进行捕集，实现氚的集中管理。
[0004]当前，针对氧化挥发的研究尚处于实验室阶段，研究内容主要涵盖两个方面，一方面是热实验研究，主要目的是获取真实乏燃料氧化挥发过程数据；另一方面是针对氧化挥发装置的研究，主要目的是为工程设备的设计提供支撑。对于热实验研究，其所用设备多为转炉或马弗炉。对于转炉，其主要缺点在于存在转动部件且体积较大，不利于热室内的安装、维修与转运；对于马弗炉，其主要缺点在于密闭性不好且氧化反应需在坩埚内进行，反应过程不能实现包壳与粉末的分离。考虑到乏燃料氧化挥发后需分别对包壳及粉末中的氚含量进行分析，为简化后续操作，有必要开发新的装置及方法在氧化挥发过程中即实现包壳与粉末的分离。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种用于热室内乏燃料氧化挥发的装置及方法，装置满足结构简单，占地面积小的要求，便于在热室内利用机械手进行操作，利用该装置及方法，可有效实现乏燃料的氧化及包壳与粉末的分离，极大方便后续包壳与粉末的分析，对于推进氧化挥发相关研究具有重要意义。
[0006]为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是一种用于热室乏燃料氧化挥发的装置，用于乏燃料的氧化挥发处理，其中，包括设置在热室内的密封的加热炉体和设置在所述加热炉体内的反应罐，所述加热炉体能够在所述热室外进行远程控制。
[0007]进一步，所述加热炉体为中空的圆柱体，总体尺寸小于φ240
×
270mm，包含炉体外壳，设置在所述炉体外壳内表面上的保温材料，还包括设置在所述保温材料内部的加热体；
所述加热体为电阻丝，所述保温材料选用耐火砖或玻璃纤维，所述保温材料内部设置有等温体，以确保所述反应罐温度分布均匀。
[0008]进一步，所述反应罐包括罐体，所述罐体的底端密封，所述罐体的上端开口延伸到所述加热炉体之外，在所述上端开口上还设有可拆卸的盖子；所述罐体的尺寸小于φ50
×
180mm；所述反应罐能够从所述加热炉体内取出；所述反应罐的整体材质选用316不锈钢。
[0009]进一步，在所述盖子上还设有进气口、电偶接口和出气口，所述电偶接口用于向所述反应罐内接入热电偶，所述进气口和所述出气口用于向所述反应罐内通入和排出反应气体。
[0010]进一步，所述盖子与所述罐体通过螺纹连接，距离所述罐体的上端开口2
‑
10mm的位置不设螺纹，以方便所述盖子的旋紧并保证所述反应罐的密封性，所述进气口和所述出气口为φ6mm的快接公头，并设置有球阀；所述盖子为正六边形，能够利用机械手夹持。
[0011]进一步，还包括设置在所述反应罐内的能够取出的吊篮，用于实现氧化挥发过程中乏燃料的包壳与粉末的分离；所述吊篮包括筛板，在所述筛板边缘环绕设置的支撑圆环，还包括设置在所述筛板上的提起杆；所述提起杆的底端与所述筛板固定连接，顶端位于所述罐体的上端开口位置；所述提起杆用于所述吊篮的转移，所述筛板用于所述包壳与所述粉末的分离，所述支撑圆环用于将所述包壳固定在所述吊篮上；所述吊篮的整体材质选用316不锈钢；所述支撑圆环采用整体加工方式；所述筛板上的筛孔当量直径为1
‑
3mm。
[0012]进一步，还包括控制器，所述控制器安放于所述热室之外，通过电连接器与所述热室内的所述加热炉体相连，采用PID方式控制所述加热炉体的升降温过程。
[0013]进一步，在所述加热炉体的所述炉体外壳上设有接线盒，所述控制器通过所述电连接器与所述接线盒连接，实现对所述加热炉体的升降温控制；在所述加热炉体的顶部边缘还设有炉体提手。
[0014]为达到以上目的，本专利技术还公开了一种用于以上所述的一种用于热室乏燃料氧化挥发的装置的一种用于热室乏燃料氧化挥发的方法，包括如下步骤：
[0015]步骤S1，利用机械手挑选若干段所述乏燃料，放入所述反应罐内的所述吊篮中，利用机械手将所述盖子旋紧，将所述热电偶插入所述电偶接口；
[0016]步骤S2，利用机械手将所述进气口与进气管连接以及将所述出气口与出气管连接，向所述反应罐内通入所述反应气体，通过所述控制器启动所述加热炉体的所述加热体，使得所述反应罐内的温度上升至目标温度400
‑
600℃；
[0017]步骤S3，保温4
‑
8h后，停止加热；
[0018]步骤S4，待所述反应罐内的温度降至100℃，停止通入所述反应气体；
[0019]步骤S5，利用所述机械手将所述热电偶、所述进气管和所述出气管拔出；利用机械手旋开所述盖子；利用机械手将所述吊篮取出，整体转移至包壳浸出装置，用于后续分析；
[0020]步骤S6，利用机械手将所述盖子盖好后，将所述反应罐整体转移至其他热室，其中的所述粉末留待后续分析使用。
[0021]进一步，
[0022]在所述步骤S1中，所述乏燃料长度为20
‑
30mm；
[0023]在所述步骤S2中，所述反应气体是氧气与氮气的混合气，氧气体积分数为20％
‑
100％；
[0024]在所述步骤S5中，所述吊篮需先经过轻微晃动后再取出。
[0025]本专利技术的有益效果在于：
[0026]1.本专利技术提供的热室乏燃料氧化挥发装置的主要部件如加热炉体2、反应罐3、吊篮4等均可采用采用机械手或专用工装快速更换。
[0027]2.本专利技术提供的热室乏燃料氧化挥发装置的主要部件如反应罐3、吊篮4等采用耐高温和耐硝酸的不锈钢材料，同时具有耐强辐照性能。
[0028]3.本专利技术的装置及方法，无需通过转动部件即可实现乏燃料的包壳与粉末的分离，便于后续包壳与粉末取样分析。
[0029]4.本专利技术的装置和方法，相比于传统的马本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于热室乏燃料氧化挥发的装置，用于乏燃料的氧化挥发处理，其特征是：包括设置在热室内的密封的加热炉体(2)和设置在所述加热炉体(2)内的反应罐(3)，所述加热炉体(2)能够在所述热室外进行远程控制。2.如权利要求1所述的一种用于热室乏燃料氧化挥发的装置，其特征是：所述加热炉体(2)为中空的圆柱体，总体尺寸小于φ240
×
270mm，包含炉体外壳(23)，设置在所述炉体外壳(23)内表面上的保温材料(21)，还包括设置在所述保温材料(21)内部的加热体(22)；所述加热体(22)为电阻丝，所述保温材料(21)选用耐火砖或玻璃纤维，所述保温材料(21)内部设置有等温体，以确保所述反应罐(3)温度分布均匀。3.如权利要求2所述的一种用于热室乏燃料氧化挥发的装置，其特征是：所述反应罐(3)包括罐体(31)，所述罐体(31)的底端密封，所述罐体(31)的上端开口延伸到所述加热炉体(2)之外，在所述上端开口上还设有可拆卸的盖子(33)；所述罐体(31)的尺寸小于φ50
×
180mm；所述反应罐(3)能够从所述加热炉体(2)内取出；所述反应罐(3)的整体材质选用316不锈钢。4.如权利要求3所述的一种用于热室乏燃料氧化挥发的装置，其特征是：在所述盖子(33)上还设有进气口(32)、电偶接口(34)和出气口(35)，所述电偶接口(34)用于向所述反应罐(3)内接入热电偶，所述进气口(32)和所述出气口(35)用于向所述反应罐(3)内通入和排出反应气体。5.如权利要求4所述的一种用于热室乏燃料氧化挥发的装置，其特征是：所述盖子(33)与所述罐体(31)通过螺纹连接，距离所述罐体(31)的上端开口2
‑
10mm的位置不设螺纹，以方便所述盖子(33)的旋紧并保证所述反应罐(3)的密封性，所述进气口(32)和所述出气口(35)为φ6mm的快接公头，并设置有球阀；所述盖子(33)为正六边形，能够利用机械手夹持。6.如权利要求5所述的一种用于热室乏燃料氧化挥发的装置，其特征是：还包括设置在所述反应罐(3)内的能够取出的吊篮(4)，用于实现氧化挥发过程中乏燃料的包壳与粉末的分离；所述吊篮(4)包括筛板(41)，在所述筛板(41)边缘环绕设置的支撑圆环(42)，还包括设置在所述筛板(41)上的提起杆(43)；所述提起杆(43)的底端与所述筛板(41)固定连接，顶端位于所述罐体(31)的上端开口位置；所述提起...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙艳东，刘方，白杨，郭建华，杨冬雪，袁中伟，李天驰，周佳，张秋月，晏太红，郑卫芳，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：