UO2核芯还原炉设计模拟研究

以N-S方程和k-ε湍流模型为基础,针对UO2核芯颗粒制备过程中的焙烧还原炉设备,采用计算流体力学方法模拟考察了南非和国内正在使用的两种还原炉体设计及入流速度对内部流场的影响。从模拟结果中可发现,两种炉体设计均无法实现气流在轴向上的均匀分布,而是呈现出炉体顶部气量大、底部气量小的分布状态,这是导致颗粒还原不均匀的原因之一,且这种不均匀性随气速增加变化不大。在分析轴向压力变化影响径向气流分布的基础上对还原炉体进行了改进,提出了一种新型设计,模拟结果证实改进后的炉体设计能够实现径向气流在轴向上更为均匀的分布,因而可推定该新型炉体设计可使炉内不同轴向高度处的颗粒还原更加均匀。

UO_2核芯制备过程中分散滴球喷嘴内流动均匀性模拟研究

运用计算流体动力学(CFD)方法模拟了UO2核芯颗粒制备过程中分散滴球步骤涉及的喷嘴腔体内部流场,特别对每个喷头出口的流量通量均匀性进行分析研究。系统考察实际生产过程中可能影响喷头流量通量均匀性的4种可能性因素:入流方向、喷孔的分布位置、喷孔的水平度和喷孔的大小。从模拟结果中可以发现,喷孔的大小是相对最关键因素,是导致颗粒尺寸不均匀的主要原因之一,在实际生产制作中要尤其关注喷头孔径的加工尺寸。流动方程理论验证了上述模拟结果的正确性。

注凝成型制备UO2陶瓷燃料核芯

高温气冷堆采用UO2微球作为燃料核芯,目前的主要制备方法采用溶胶凝胶工艺.为简化工艺流程、减少废液量,本工作研究采用注凝成型工艺制备UO2陶瓷微球.研究表明:该工艺具有工艺简单、废液量少等优点.分析了溶胶凝胶和注凝工艺过程中的化学变化,研究了影响陶瓷微球直径的因素.采用该工艺制备出的UO2微球平均直径为710 μm,n(O)/n(U)≤2.01,密度为10.70 g/cm3.

高温气冷堆UO_2燃料芯核振动分选设备

介绍了高温气冷堆UO2燃料芯核振动分选设备的结构,并对设备的工作原理进行了分析,同时指出了影响分选效果的几个因素。设备运行结果表明:分选设备性能达到了预期设计要求。

催化剂对注凝成型工艺制备UO2陶瓷微球的影响

研究采用注凝成型工艺制备高温气冷堆UO2燃料元件核芯中胶凝催化剂的加入方式和用量对凝胶过程及小球球形度的影响.结果表明:将催化剂加入到浆料的分散介质中,既可有效降低浆料固化所需温度,又可避免浆料提前固化,对微球球形度有很好的促进作用.随着催化剂加入量的增加,浆料所需的固化温度逐渐降低,当催化剂用量达到介质总量的1.5%(体积比)时,浆料固化温度可降低至50℃.

外凝胶法制备UO_2核芯工艺中胶液沉淀分析与微球直径控制

简述了清华大学核研院使用外凝胶法大批量制备高温气冷堆燃料元件UO2核芯工艺,以及工艺中遇到的煮胶步骤发生沉淀和产品粒径控制问题。对沉淀物的XRD分析得到了沉淀物的主要物相,研究发现煮胶步骤中煮胶温度和尿素的加入速度是造成煮胶沉淀的主要原因,通过工艺改进解决了煮胶沉淀问题。另外,通过精确控制分散步骤的压力,有效避免了二次球的产生,保证了UO2核芯粒径的精确控制。

UO_2凝胶球陈化洗涤干燥工艺研究

通过加入预陈化过程、控制陈化时的升温速率,使凝胶球内外完全胶凝且均匀一致;通过洗涤时去离子水温度及洗涤次数的控制,避免小球开裂,减少废液量;通过干燥时真空度与温度的调节,避免小球开裂,均匀干燥。采用重络酸钾滴定的方法测量了陈化液中NO3-浓度随陈化时间的变化,进而判定陈化结束的时间;测量了洗液中NO3-浓度,进而判定洗涤过程是否结束。采用该陈化洗涤干燥工艺顺利完成了多批次的验证试验,最终制备出了满足设计要求的UO2核芯。所采用的陈化洗涤干燥3个工艺步骤在一台设备中顺序完成,适用于大批量UO2凝胶球(～3kgU/批次)的制备,可用于规模化的生产。

焙烧装置的研制

高温气冷堆核电示范工程燃料元件生产线是国家重大专项之一,也是世界首条工业化规模高温气冷堆核燃料元件生产线。焙烧工艺是制备UO2核心关键工艺之一,工作温度为500℃左右。高温气冷堆核燃料元件实验线焙烧工艺使用原型设备焙烧还原一体装置,可实现高温气冷堆核燃料元件焙烧球和还原球的制备。该设备操作周期长、产量低、产品合格率低、冷却速度慢、气体分配均匀性差,不适合被烧球的工业化生产。为满足工业化高温气冷堆核燃料元件生产需求,需要研制一台适合于工业化规模的生产的焙烧装置。经过设计、安装、调试和生产运行,新设计焙烧装置各项参数和性能达到了设计要求,可以制备出合格的产品。该设备操作简单,满足了高温气冷堆核电示范工程核燃料元件生产线工业化生产的要求,填补了高温气冷堆核燃料元件焙烧工艺工业化处理设备的空白。