一种带有螺旋式推料装置的乏燃料元件段连续溶解器的制造方法
【专利摘要】一种带有螺旋式推料装置的乏燃料元件段连续溶解器，它包括溶解系统、溶解循环及过滤系统、废包壳排除系统和槽底积垢清除系统；其特征是：溶解系统主要由矩形托盘溶解槽、螺旋轴、长槽，隔板、冷却夹套、加热夹套、窄矩形屏蔽板、宽矩形屏蔽板组成，溶解槽通过支架固定在底板上；溶解槽的下方设置溶解循环及过滤系统，主要由溶解器左下方的П形平板槽、二极管泵及供料槽组成；溶解槽倾斜底面高端的下方设置废包壳排除系统，包括有废包壳出口支管及废包壳出口集流管；溶解槽内底部设置槽底积垢清除系统，包括转轴前吊架、锥齿轮传动、支座、钢刷轴、钢丝刷、转轴中间吊架、转轴后吊架，各部件依次连接。
【专利说明】
一种带有螺旋式推料装置的乏燃料元件段连续溶解器
技术领域
[0001]本发明涉及一种带有螺旋式推料装置的乏燃料元件段连续溶解器，属于核燃料循环后端乏燃料处理设备技术领域。
【背景技术】
[0002]乏燃料后处理厂用于对核电站反应堆卸出的乏燃料组件进行处理，回收可用的裂变材料来实现核燃料的闭路循环。迄今主流的动力堆乏燃料后处理工艺是HJREX流程，此流程的第一步是切断-浸取，而溶解器则是用于燃料浸取的关键设备。按其操作模式可分为批式溶解器和连续溶解器。批式溶解器机械结构相对简单，乏燃料的溶解速度不恒定且排气时有明显的气峰，溶解时需使用中子毒物。例如汉福特开发的槽式托盘溶解器，各槽间由空气或混凝土分隔来满足临界安全要求，装料时开启上盖，溶解结束后开盖卸出废包壳，装卸料操作非常繁琐，也易造成所在热室的污染。为了增大后处理能力，并且克服批式溶解的上述缺点，许多国家已研究开发了连续溶解器。早期开发的原型连续溶解器是封闭螺旋转动式溶解器，这类原型连续溶解器存在的新问题是封闭空间过小，不利于溶解尾气顺利排出，在改用开放式的螺旋结构后，仍会出现不溶性固体沉积物积留在螺旋与外套间隙之间，从而导致转动不畅。目前报道的国外开发成功并已投入运行的主要是法国的UP3，UP2-800及日本六个所后处理厂引进的法国同类技术。这类商业后处理厂化学首端处理使用的是一个带12个戽斗的勺轮扁平槽的勺轮式连续溶解器，该溶解器安装在高放溶解热室中。为了维修滚动部件和更换滚子，在高放溶解热室上方设置了专用的高放维修热室，需要时将溶解器的勺轮和上盖一同提升至维修热室中，该热室安装有主从机械手、一部50kN的桥式吊车和一部装有遥控机械手的遥控吊车，这种布置方式，采用的技术和设备都非常复杂，厂房设施庞大，建设、运行和维修成本非常高。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是针对上述问题而设计提供了一种带有螺旋式推料装置的乏燃料元件段连续溶解器；该溶解器由于采用了可正、反方向旋转的螺旋式推料装置，并在溶解及清洗过程中可进行适度的机械搅拌，这样可以有效的控制溶解速度，提高溶解效率；该溶解器由于在溶解槽上方设有合理的排气缓冲空间，可防止溶解液泡沫的形成；该溶解器可根据临界安全及热室设计要求在两个长槽间使用不同种类的中子慢化材料(如空气、混凝土、含硼聚乙烯)，提高了使用灵活性；由于已为该溶解器配置了积垢清除器，可及时清除溶解槽槽底的沉积物；该溶解器上安装有液面监测传感器和事故排放阀连锁，可确保每个溶解长槽的液面都在临界安全限值以下；由于该溶解器的盖板及其上的多条送料螺旋装置及驱动装置可同时吊离溶解槽，从而为溶解槽槽体的检查和焊接维修提供了可操作性；该溶解器结构设计合理，简化了设备结构，便于维修或更换、检查各焊接部件，方便操作，生产效率高，可大大降低建设、运行和维修成本。
[0004]为了达到上述目的，本发明是通过如下技术手段实现的:
[0005]—种带有螺旋式推料装置的乏燃料元件段连续溶解器，它包括溶解系统、溶解循环及过滤系统、废包壳排除系统、槽底积垢清除系统；其特征是:溶解系统设置有矩形托盘溶解槽及其底部等距平行分布的多个相互分隔的长槽，每一个溶解槽内都设置有一条螺旋轴，长槽及螺旋轴的轴线与水平面成一定倾斜角Θ，并从元件短段进料端向出料端抬升；溶解槽的下方设置溶解循环及过滤系统；溶解槽倾斜底面高端的下方设置废包壳排除系统；溶解槽内底部设置槽底积垢清除系统。
[0006]所述的长槽上方设置有满足临界安全要求高度的矩形开放空间，长槽之间设置有隔板和由中子慢化材料制成的中子屏蔽层，长槽底部设置有半圆槽底，半圆槽底下方设置有冷却夹套、冷却剂出口、加热剂出口，冷却夹套下方设置有加热夹套，加热剂出口左下方设置有加热剂入口和冷却剂入口，半圆槽底的下方最低处设置有倒空排液口，半圆槽底的下方最高处设置有清洗液入口和安全溢流出口，溶解槽槽壁左侧设置有窄矩形屏蔽板，槽壁右侧设置有宽矩形屏蔽板，螺旋轴悬挂在螺旋轴前吊架及螺旋轴后吊架下方，其名义外径与半圆槽底的直径相配，浸没在溶解液内的螺旋轴的低端滑动轴承由固定轴套、平键、回转轴套组成，螺旋轴前吊架和螺旋轴后吊架通过螺栓固定在槽盖上，槽盖上设置有进风过滤器，驱动缸与传动轴连接，传动轴下方设置锥齿轮，锥齿轮下方设置驱动轮组件和轴承盒，驱动轮组件左侧依次设置有惰轮组件、随动轮组件，驱动缸由锁紧装置固定在槽盖上，当采用驱动缸置于屏蔽墙外的方案时，锥齿轮座、连轴套、支承轴座、连接轴、万向联轴器、传动贯穿件、减速电机从左到右依次连接，槽盖用吊环起吊至溶解槽上方由定位销定位并用锁栓固定，槽盖上设置有液位计探头，每一个长槽的进料端通过另外的多管布料系统与另一台配套设备卧式剪切机的溜槽相连，溶解槽底低端一侧槽壁上设置有剪切短段入口和溶解液溢流出口，溶解槽槽壁上方周边设置有水封，水封槽壁以下设置有气体出口，溶解槽通过支架固定在底板上。
[0007]所述的溶解循环及过滤系统主要包括溶解器左下方的Π形平板槽、二极管栗、供料槽，Π形平板槽外部设置有平板槽中子屏蔽层，左侧设置有溶解滤液出口管，顶部设置有平板槽呼排口和安装孔，底部设置有二极管栗和倒空口，供料槽的上方设置有安装孔、真空口、供料槽呼排口、压空口，下方设置有供料槽倒空口以及与之相连的溶解液回流管、溶解液回流集流管、溶解液回流支管，溶解器左侧设置溶解液溢流出口、溶解液集流管、料液过滤器，料液过滤器内部设置有滤芯组件，底部设置有清洗液出口，溶解器左后方设置排空阀，其阀芯上方设置阀芯驱动缸，阀芯驱动缸由排空阀锁紧装置固定在阀体上，排空阀的进口管与多根倒空排液口通过排液集流管相连，出口管与料液过滤器相连。
[0008]所述的废包壳排除系统包含有废包壳出口集流管，废包壳出口集流管两侧设置废包壳出口支管。
[0009]所述的槽底积垢清除系统右侧设置锥齿轮传动，锥齿轮传动左侧设置钢刷轴，钢刷轴四周设置等距分布的钢丝刷，钢刷轴通过转轴前吊架、转轴中间吊架、转轴后吊架与支座连接。
[0010]工作原理
[0011]本溶解器的操作分为4个工序:加料、溶解、包壳清洗及包壳卸出。
[0012]在加料工序中，由多管布料系统依序对每一个长槽给料，剪切机切下的剪切短段通过剪切短段入口从螺旋轴的最低端加入，在每一个长槽加料时螺旋轴不旋转，每一个长槽都加入剪切短段后，驱动缸带动每一个长槽内的螺旋轴快速同向回转一周，将每一个长槽加入的短段同时向前推进一个螺距，直至与工艺要求的一次全部处理量相对应的短段全部加满每一个长槽为止。
[0013]在溶解工序中驱动缸按设定包壳移动速度的要求缓慢推动剪切短段前进，在前进过程中与溶剂(或清洗剂)逆流接触逐渐完成溶解工序(或漂洗过程)，在溶解过程中螺旋轴可正反转适当角度，使剪切短段在长槽内前后移动，从而对溶解及清洗过程实施适度的机械搅拌。与此同时，溶解液循环系统也在运行，此系统可实现溶解液位临界安全控制，并为溶解过程的工艺控制和调节提供必要的手段。在正常溶解循环中，先用前一循环通过溶解液回流管加入的贮存在Π形平板槽中的漂洗水和通过清洗液入口加入的新鲜硝酸配制成的初始溶剂，随着溶解过程的进行，U浓度升高的溶解液从每一个长槽的溶解液溢流出口通过溶解液集流管进入料液过滤器，去除不溶性残渣及固体颗粒后进入Π形平板槽，再通过二极管栗、供料槽和溶解液回流管再循环回每一个长槽，或根据工艺安排送入下一步料液处理制备工序。溶解液位临界安全控制通过液位计探头监测溢流液面和安全溢流液面，正常状态下溶解液通过螺旋轴低端的溶解液溢流出口和螺旋轴高端的安全溢流出口排出，一旦这两个管道系统堵塞导致液位上升，液位计探头就发出连锁信号将排空阀打开，每一个长槽的溶解液就会通过倒空排液口进入排液集流管，再通过料液过滤器后进入Π形平板槽。
[0014]溶解过程完成后将溶解液排出，从清洗液入口加入清洗剂漂洗废燃料包壳，在漂洗过程中螺旋轴可正反转适当角度，使剪切短段在长槽内前后移动，从而对清洗过程实施适度的机械搅拌。这一操作对防止溶解槽内壁结垢具有积极作用。根据工艺流程的布置，清洗剂可通过溶解液溢流出口送入Π形平板槽或通过清洗液出口送入专用贮槽(不在本发明范围)。
[0015]废包壳完成清洗后，连续转动螺旋轴，按不致引起废包壳在管道上搭桥堵塞的速度将废包壳推出，通过位于螺旋轴最高端的废包壳出口支管汇集入废包壳出口集流管，在检测残留的放射性后进行后续处理。
[0016]本发明主要具有以下有益效果:
[0017]1、该溶解器由于采用了可正、反方向旋转的螺旋式推料装置，并在溶解及清洗过程中可进行适度的机械搅拌，这样可以有效的控制溶解速度，提高溶解效率。
[0018]2、该溶解器由于在溶解槽上方设有合理的排气缓冲空间，可防止溶解液泡沫的形成；该溶解器可根据临界安全及热室设计要求在两个长槽间使用不同种类的中子慢化材料(如空气、混凝土、含硼聚乙烯)，提高了使用灵活性。
[0019]3、由于已为该溶解器配置了积垢清除器，可及时清除溶解槽槽底的沉积物；该溶解器上安装有液面监测传感器和事故排放阀连锁，可确保每个溶解长槽的液面都在临界安全限值以下。
[0020]4、由于该溶解器的盖板及其上的多条送料螺旋装置及驱动装置可同时吊离溶解槽，从而为溶解槽槽体的检查和焊接维修提供了可操作性。
[0021]5、该溶解器结构设计合理，简化了设备结构，便于维修或更换、检查各连接部件，方便操作，生产效率高，可大大降低建设、运行和维修成本。
【附图说明】
[0022]附图1是本发明一种带有螺旋式推料装置的乏燃料元件段连续溶解器的立面结构示意图；
[0023]附图2是本发明一种带有螺旋式推料装置的乏燃料元件段连续溶解器附图1的A向示意图；
[0024]附图3是本发明一种带有螺旋式推料装置的乏燃料元件段连续溶解器附图1的B-B础面不意图；
[0025]附图4是本发明一种带有螺旋式推料装置的乏燃料元件段连续溶解器附图1的C向示意图；
[0026]附图5是本发明一种带有螺旋式推料装置的乏燃料元件段连续溶解器附图1的D-D础面不意图；
[0027]附图6是本发明一种带有螺旋式推料装置的乏燃料元件段连续溶解器附图1的E-E剖面示意图；
[0028]附图7是本发明一种带有螺旋式推料装置的乏燃料元件段连续溶解器的专用积垢清除器主视示意图；
[0029]附图8是本发明一种带有螺旋式推料装置的乏燃料元件段连续溶解器的驱动缸布置在热室屏蔽墙外的不意图。
[0030]如图所示，上述一种带有螺旋式推料装置的乏燃料元件段连续溶解器的各部件连接结构由下列阿拉伯数字进行表示:
[0031]1.溶解槽、2.驱动缸、3.锁紧装置、4.进风过滤器、5.螺旋轴前吊架、6.槽盖、
7.轴承盒、8.螺旋轴、9.半圆槽底、10.中子屏蔽层、11.冷却剂出口、12.加热剂出口、13.长槽、14.安全溢流液面、15.溢流液面、16.液位计探头、17.气体出口、18.剪切短段入口、19.溶解液溢流出口、20.倒空排液口、21.加热剂入口、22.料液过滤器、23.排空阀、24.清洗液出口、25.支架、26.Π形平板槽、27.平板槽中子屏蔽层、28.二极管栗、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.压空口、36.底板、37.废包壳出口集流管、38.溶解液回流管、39.清洗液入口、40.安全溢流出口、41.安装孔、42.吊环、43.定位销、44.螺栓、45.溶解液集流管、46.排液集流管、47.隔板、48.水封、49.锁栓、50.窄矩形屏蔽板、51.冷却夹套、52.加热夹套、53.宽矩形屏蔽板、54.排空阀锁紧装置、55.阀芯驱动缸、56.阀芯、57.滤芯组件、58.溶解滤液出口管、59.冷却剂入口、60.溶解液回流集流管、61.溶解液回流支管、62.锥齿轮、63.传动轴、64.驱动轮组件、65.惰轮组件、66.随动轮组件、67.废包壳出口支管、68.回转轴套、69.平键、70.固定轴套、71.螺旋轴后吊架、72.转轴前吊架、73.锥齿轮传动、74.支座、75.钢刷轴、76.钢丝刷、77.转轴中间吊架、78.转轴后吊架、79.减速电机、80.传动贯穿件、81.万向联轴器、82.连接轴、83.支承轴座、84.连轴套、85.锥齿轮座。
[0032]下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的详细说明:
【具体实施方式】
[0033]实施例
[0034]如图1-8所示，一种带有螺旋式推料装置的乏燃料元件段连续溶解器，它包括溶解系统、溶解循环及过滤系统、废包壳排除系统、槽底积垢清除系统。
[0035]如图1-8所示，溶解系统设置有矩形托盘溶解槽I及其底部等距平行分布的多个相互分隔的长槽13，每一个溶解槽I内都设置有一条螺旋轴8，长槽13及螺旋轴8的轴线与水平面成一定倾斜角Θ，并从元件短段进料端向出料端抬升；溶解槽I的下方设置溶解循环及过滤系统；溶解槽I倾斜底面高端的下方设置废包壳排除系统；溶解槽I内底部设置槽底积垢清除系统。
[0036]如图1-3及图5、图8所示，长槽13上方设置有满足临界安全要求高度的矩形开放空间，长槽13之间设置有隔板47和由中子慢化材料制成的中子屏蔽层10，长槽13底部设置有半圆槽底9，半圆槽底9下方设置有冷却夹套51、冷却剂出口 11、加热剂出口 12，冷却夹套51下方设置有加热夹套52，加热剂出口 12左下方设置有加热剂入口 21和冷却剂入口59，半圆槽底9的下方最低处设置有倒空排液口 20，半圆槽底9的下方最高处设置有清洗液入口 39和安全溢流出口 40，溶解槽I槽壁左侧设置有窄矩形屏蔽板50，槽壁右侧设置有宽矩形屏蔽板53，螺旋轴8悬挂在螺旋轴前吊架5及螺旋轴后吊架71下方，其名义外径与半圆槽底9的直径相配，浸没在溶解液内的螺旋轴8的低端滑动轴承由固定轴套70、平键69、回转轴套68组成，螺旋轴前吊架5和螺旋轴后吊架71通过螺栓44固定在槽盖6上，槽盖6上设置有进风过滤器4，驱动缸2与传动轴63连接，传动轴63下方设置锥齿轮62，锥齿轮62下方设置驱动轮组件64和轴承盒7，驱动轮组件64左侧依次设置有惰轮组件65、随动轮组件66，驱动缸2由锁紧装置3固定在槽盖6上，当采用驱动缸置于屏蔽墙外的方案时，锥齿轮座85、连轴套84、支承轴座83、连接轴82、万向联轴器81、传动贯穿件80、减速电机79从左到右依次连接，槽盖6用吊环42起吊至溶解槽I上方由定位销43定位并用锁栓49固定，槽盖6上设置有液位计探头16，每一个长槽13的进料端通过另外的多管布料系统与另一台配套设备卧式剪切机的溜槽相连，溶解槽I底低端一侧槽壁上设置有剪切短段入口 18和溶解液溢流出口 19，溶解槽I槽壁上方周边设置有水封48，水封槽壁以下设置有气体出口 17，溶解槽I通过支架25固定在底板36上。
[0037]如图1-2及图4-5所示，溶解循环及过滤系统主要包括溶解器左下方的Π形平板槽26、二极管栗28、供料槽32，Π形平板槽26外部设置有平板槽中子屏蔽层27，左侧设置有溶解滤液出口管58，顶部设置有平板槽呼排口 29和安装孔41，底部设置有二极管栗28和倒空口 30，供料槽32的上方设置有安装孔41、真空口 31、供料槽呼排口 34、压空口 35，下方设置有供料槽倒空口 33以及与之相连的溶解液回流管38、溶解液回流集流管60、溶解液回流支管61，溶解器左侧设置溶解液溢流出口 19、溶解液集流管45、料液过滤器22，料液过滤器22内部设置有滤芯组件54，底部设置有清洗液出口 24，溶解器左后方设置排空阀23，其阀芯56上方设置阀芯驱动缸55，阀芯驱动缸55由排空阀锁紧装置54固定在阀体上，排空阀23的进口管与多根倒空排液口 20通过排液集流管46相连，出口管与料液过滤器22相连。
[0038]如图1、图5所示，废包壳排除系统包含有废包壳出口集流管37，废包壳出口集流管37两侧设置废包壳出口支管67。
[0039]如图7所示，槽底积垢清除系统右侧设置锥齿轮传动73，锥齿轮传动73左侧设置钢刷轴75，钢刷轴75四周设置等距分布的钢丝刷76，钢刷轴75通过转轴前吊架72、转轴中间吊架77、转轴后吊架78与支座74连接。
【主权项】
1.一种带有螺旋式推料装置的乏燃料元件段连续溶解器，它包括溶解系统、溶解循环及过滤系统、废包壳排除系统、槽底积垢清除系统；其特征是:溶解系统设置有矩形托盘溶解槽(I)及其底部等距平行分布的多个相互分隔的长槽(13)，每一个溶解槽(I)内都设置有一条螺旋轴(8)，长槽(13)及螺旋轴(8)的轴线与水平面成一定倾斜角Θ，并从元件短段进料端向出料端抬升；溶解槽(I)的下方设置有溶解循环及过滤系统；溶解槽(I)倾斜底面高端的下方设置有废包壳排除系统；溶解槽(I)内底部设置有槽底积垢清除系统。2.根据权利要求1所述的带有螺旋式推料装置的乏燃料元件段连续溶解器，其特征是:长槽(13)上方设置有满足临界安全要求高度的矩形开放空间，长槽(13)之间设置有隔板(47)和由中子慢化材料制成的中子屏蔽层(10)，长槽(13)底部设置有半圆槽底(9)，半圆槽底(9)下方设置有冷却夹套(51)、冷却剂出口(11)、加热剂出口(12)，冷却夹套(51)下方设置有加热夹套(52)，加热剂出口(12)左下方设置有加热剂入口(21)和冷却剂入口(59)，半圆槽底(9)的下方最低处设置有倒空排液口(20)，半圆槽底(9)的下方最高处设置有清洗液入口(39)和安全溢流出口(40)，溶解槽(I)槽壁左侧设置有窄矩形屏蔽板(50)，槽壁右侧设置有宽矩形屏蔽板(53)，螺旋轴(8)悬挂在螺旋轴前吊架(5)及螺旋轴后吊架(71)下方，其名义外径与半圆槽底(9)的直径相配，浸没在溶解液内的螺旋轴(8)的低端滑动轴承由固定轴套(70)、平键(69)、回转轴套￠8)组成，螺旋轴前吊架(5)和螺旋轴后吊架(71)通过螺栓(44)固定在槽盖(6)上，槽盖(6)上设置有进风过滤器(4)，驱动缸(2)与传动轴￠3)连接，传动轴￠3)下方设置锥齿轮(62)，锥齿轮￠2)下方设置驱动轮组件(64)和轴承盒(7)，驱动轮组件￠4)左侧依次设置有惰轮组件(65)、随动轮组件(66)，驱动缸⑵由锁紧装置(3)固定在槽盖(6)上，当采用驱动缸置于屏蔽墙外的方案时，锥齿轮座(85)、连轴套(84)、支承轴座(83)、连接轴(82)、万向联轴器(81)、传动贯穿件(80)、减速电机(79)从左到右依次连接，槽盖(6)用吊环(42)起吊至溶解槽⑴上方由定位销(43)定位并用锁栓(49)固定，槽盖(6)上设置有液位计探头(16)，每一个长槽(13)的进料端通过另外的多管布料系统与另一台配套设备卧式剪切机的溜槽相连，溶解槽(I)底低端一侧槽壁上设置有剪切短段入口(18)和溶解液溢流出口(19)，溶解槽(I)槽壁上方周边设置有水封(48)，水封槽壁以下设置有气体出口(17)，溶解槽(I)通过支架(25)固定在底板(36)上。3.根据权利要求1所述的带有螺旋式推料装置的乏燃料元件段连续溶解器，其特征是:溶解循环及过滤系统主要包括溶解器左下方的Π形平板槽(26)、二极管栗(28)、供料槽(32)，Π形平板槽(26)外部设置有平板槽中子屏蔽层(27)，左侧设置有溶解滤液出口管(58)，顶部设置有平板槽呼排口(29)和安装孔(41)，底部设置有二极管栗(28)和倒空口(30)，供料槽(32)的上方设置有安装孔(41)、真空口(31)、供料槽呼排口(34)、压空口(35)，下方设置有供料槽倒空口(33)以及与之相连的溶解液回流管(38)、溶解液回流集流管(60)、溶解液回流支管￠1)，溶解器左侧设置溶解液溢流出口(19)、溶解液集流管(45)、料液过滤器(22)，料液过滤器(22)内部设置有滤芯组件(54)，底部设置有清洗液出口(24)，溶解器左后方设置排空阀(23)，其阀芯(56)上方设置阀芯伺服缸(55)，阀芯伺服缸(55)由排空阀锁紧装置(54)固定在阀体上，排空阀(23)的进口管与多根倒空排液口(20)通过排液集流管(46)相连，出口管与料液过滤器(22)相连。4.根据权利要求1所述的带有螺旋式推料装置的乏燃料元件段连续溶解器，其特征是:废包壳排除系统包含有废包壳出口集流管(37)，废包壳出口集流管(37)两侧设置废包壳出口支管(67) ο5.根据权利要求1所述的带有螺旋式推料装置的乏燃料元件段连续溶解器，其特征是:槽底积垢清除系统右侧设置锥齿轮传动(73)，锥齿轮传动(73)左侧设置钢刷轴(75)，钢刷轴(75)四周设置等距分布的钢丝刷(76)，钢刷轴(75)通过转轴前吊架(72)、转轴中间吊架(77)、转轴后吊架(78)与支座(74)连接。
【文档编号】G21C19/46GK105895176SQ201510009119
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年1月1日
【发明人】杨宝光
【申请人】杨宝光