钢铁烟气CO催化剂失活机制及其改进方法研究进展

钢铁烧结烟气组成复杂,容易导致CO催化剂活性下降,因此抑制催化剂失活、延长催化剂寿命是亟须解决的关键问题。本文就CO催化剂的失活机理及其改进工艺进行综述,介绍各种毒害物质的作用机制及其对CO催化反应的影响,探究催化剂的失活机理并提出相应预防或恢复措施。催化剂失活主要包括化学中毒、黏结物阻隔、高温失活、水汽中毒、气固反应失效以及机械磨损等原因。结果表明:积碳、结焦和水化反应易在催化剂表面中毒,形成惰性覆盖层阻隔反应进行;长时间高温反应容易导致催化剂表面固结;气固反应中氧气或氯气会和金属活性相反应,形成挥发性氧化物或氯化物进入气相造成物质损耗。此外,采取气流吹拂或催化床层堆叠挤压会降低孔隙结构强度,引发颗粒破碎并粉尘化,影响催化剂的寿命。将金、银贵金属分散支撑在氧化铝或其他非贵金属载体表面,可以降低贵金属消耗量。贵金属在高温热处理中保持稳定的高分散状态,会在催化剂表面形成纳米颗粒,并和过渡金属协同作用造成晶格畸变,构筑活性位点,从而提高催化剂的活性和稳定性。通过工艺设计来轮换参与反应的催化剂是其活性再生的主要手段。将置换下来的废催化剂送入再生系统中,通过洗涤吹拂等方式清洗堵塞孔隙通道的沉积焦炭及侵占位点的毒素,可消除对CO催化氧化体系的阻碍。

堆芯中子学程序系统SARCS-4.0的开发及初步验证

开发了堆芯中子学程序系统SARCS-4.0,该程序系统能处理由任意方形燃料组件组成的堆芯;能计算铀钚、钍铀燃料循环;能计算硼、钆、铒、铪、银、铟、铕、钐等各类可燃毒物和含硼、铪、银-铟-铬、铕、镝等各类控制棒;具备堆芯核设计的基本功能。使用SARCS-4.0系统对超临界水冷反应堆(SCWR)堆芯进行计算以验证程序系统的计算准确性,结果表明,SARCS-4.0系统具有较高计算精度,该系统从功能上、精度上均适用于新型反应堆堆芯选型研究。

几种新型可燃毒物的特性以及在我国的应用前景

阐述了现代压水堆可燃毒物的设计要求，评价了几种新型可燃毒物的主要特性，提出了在我国研制和应用新型可燃毒物的具体建议。

超临界水冷堆CSR1000反应性控制方法研究

超临界水冷堆完全依靠可燃毒物及控制棒进行反应性控制,因而可燃毒物布置方案及控制棒管理方案是其堆芯设计的关键。通过燃料组件反应性计算分析,本文选取Er2O3作为与UO2燃料混合的可燃毒物,以及与沸水堆类似的十字形控制棒,然后利用三维堆芯物理热工耦合计算方法,进行控制棒管理方案设计,建立满足总体及安全性设计要求的超临界水冷堆CSR1000平衡循环堆芯,并对堆芯关键设计参数进行评价。

200MW低温供热堆的物理设计

介绍了200MW 低温供热堆的物理设计及使用的计算软件。讨论了堆芯装换料,水铀比的选取以及过剩反应性的控制等问题。并结合首炉堆芯设计着重论述了钆可燃毒物的特性及设计问题。

磷-氟-钢渣复合添加剂对水泥熟料烧成的影响

磷(P)或氟(F)的阴离子团可以促进硅酸盐水泥熟料的烧成,因此,利用P与F的复合效应,并引入钢渣做晶种,分析晶种与阴离子的复合对硅酸盐水泥熟料形成规律所产生的影响。结果表明:磷渣、钢渣与萤石的三元复合体系对熟料中游离氧化钙含量的改善作用明显优于单掺磷渣或钢渣与萤石二元复合体系的。当煅烧温度提高至1350℃或1450℃时,三元复合体系仍明显改善了生料的易烧性。三元复合体系可改善液相的粘度与矿物的形貌,促进3CaO.SiO2的形成和生长发育。热分析表明:与空白样相比,磷渣、钢渣与萤石的三元复合体系将碳酸盐分解峰值温度、反应起始温度和反应结束温度分别降低了50,15℃和55℃。

可燃毒物现状

以可燃毒物材料体系为研究对象,综述了可燃毒物材料的研究进展,介绍了可燃毒物材料的元素选择标准,并对各毒物特点进行了较为详尽的介绍。通过对比各可燃毒物材料,指出了其在核电应用中依然存在的问题,最后展望了其未来的发展前景。

FCM燃料压水堆弥散可燃毒物中子学分析

为将全陶瓷微胶囊封装(FCM)燃料应用于小型压水堆,对FCM燃料组件开展了可燃毒物中子学设计与分析。通过寿期初引入负反应性、寿期内消耗速率和寿期末残留3个方面,对弥散在SiC基体中的弥散型可燃毒物Gd2O3、Er2O3、Sm2O3、Eu2O3、Dy2O3及HfO2进行评价。FCM燃料中TRISO颗粒核芯直径达800μm,燃料颗粒自屏效应强烈,在RMC程序中引入随机介质计算功能,对FCM燃料进行随机几何建模,保证了反应性计算精度。分析表明:Er2O3可作为FCM燃料堆芯的候选可燃毒物,Gd2O3和Eu2O3需结合堆芯开展进一步研究,Sm2O3、Dy2O3及HfO2的反应性惩罚过大,不适合作为FCM燃料可燃毒物。

百万千瓦级压水堆核电站长燃耗堆芯钆可燃毒物优化研究

对百万千瓦级参考核电站长燃耗堆芯（１８个月换料）采用的可燃毒物（钆）含量与堆芯燃料管理主要结果进行了分析研究。该研究采用先进的燃料管理程序系统，对不同可燃毒物含量和不同可燃毒物棒根数的燃料组件进行了计算，给出了组件无限增殖因子（ｋｉｎｆ）随燃耗的变化关系，据此对参考堆芯采用相同的装载进行了４种方案燃料管理计算。计算结果表明，对于堆芯燃料管理，采用低可燃毒物含量、含可燃毒物棒数多的装载方案明显优于高可燃毒物含量、含可燃毒物棒少的堆芯装载方案。

负载型稀土复合氧化物燃烧催化剂的失活研究

本文探讨了负载型稀土复合氧化物燃烧催化剂在使用过程中失活的主要特征.通过XRD,TEM,BET比表面测定及不同使用期的活性测定.证实催化剂在使用后的4—8个月内,烧结是失活的主因;而XPS谱显示硫中毒有积累性,以SO_4^(2-)形式沉积于催化剂表面,构成了燃烧催化剂后期失活的主要因素.由于催化燃烧反应在较高的温度下进行,并充分供氧,所以积炭引起失活的可能性较小,这可以从孔容数据和一些电镜照片中得到证实.

IFBA/WABA可燃毒物元件的燃耗特性分析

针对AP1000反应堆采用的燃料元件表面涂硼毒物(IFBA)和湿式环状可燃毒物棒(WABA),分别采用蒙卡程序MCNP5和组件均匀化计算程序CASMO构建含可燃毒物的燃料组件计算模型,基于MCNP5分析了可燃毒物棒布置方式及数目对组件初始k_(inf)、局部功率分布的影响;基于CASMO分析了不同类型可燃毒物组件的燃耗特性。结果表明:在燃料表面涂硼作为可燃毒物具有良好的燃耗跟踪特性,燃耗寿期内k_(inf)变化较小且几乎没有残留;同时将含IFBA毒物燃料元件交叉布置可获得较小的组件初始k_(inf)值,并能更好地展平组件局部功率分布,但随IFBA涂层变厚,组件k_(inf)的变化率逐渐变小,但温度系数绝对值呈上升趋势。

溶胶–凝胶法制备核级ZrB2粉体

针对核级ZrB2–IFBA可燃毒物燃料的特点,以硼酸、硝酸氧锆作为B、Zr源,葡萄糖为C源,通过溶胶-凝胶技术和热碳还原工艺制备出核级ZrB2超微粉体。采用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、化学滴定仪等分析了样品的相组成、微观形貌和元素质量分数。结果表明,当Zr:B:C=1:2.2:6.5（摩尔比）时,在1300℃保温2 h后可获得平均粒径为0.41μm的超微ZrB2粉体,整个过程B损失率最低为10.6%（质量分数）,与现有工业化ZrB2粉末制备工艺相比,B损失率显著降低。

先进聚合物可燃毒物燃耗特性分析

针对当前新提出的先进聚合物材料(PACS),分析聚合物可燃毒物的材料特性与慢化特性,基于秦山核电厂与Crystal River Three两类堆型燃料组件,对比分析采用不同类型可燃毒物材料时组件的燃耗特性。结果表明:聚合物材料的慢化特性随含氢量呈线性变化关系,调节聚合物分子组成可以改变毒物的燃耗特性。相对传统的可燃毒物材料,先进聚合物可燃毒物体现了良好的毒物特性,全寿期具有更低的局部功率峰,在燃耗初期PACS聚合物可燃毒物有较低的初始k_(inf)值,而在燃耗后期释放高于1%的k_(inf)值,可燃吸收体核素B-10消耗更加充分,且具有较大的热通量,可提高热中子利用率,并促进裂变核素Pu的消耗。

反相色层分离电感耦合等离子体原子发射光谱法测定可燃毒物(Gd,U)O_2中12种微量元素

采用磷酸三丁酯-聚偏氟乙烯反相分配色层分离法使Al，Ca，Co，Cr，Fe，Mg，Mn，Mo，Ni，Sn，Ti，V，Gd与U分离，用电感耦舍等离子体原子发射光谱法测定Al，Ca，Co，Cr，Fe，Mg，Mn，Mo，Ni，Sn，Ti和V12种元素，大量Gd不干扰。取样100mg时，测定范围为20～640μg／g。方法已用于可燃毒物（Gd，U）O2中上述12种微量元素测定。回收率在94％～110%之间，相对标准偏差（RSD）为4．6%～9．2％。

球床高温气冷堆使用可燃毒物的方案探讨

为改善球床高温气冷堆在特定情况下功率分布的形状和峰值,可在燃料球内添加可燃毒物。本文分析两种可燃毒物的添加方式,燃料球石墨基体均匀添加可燃毒物和燃料球内添加可燃毒物颗粒。由于10B的强吸收性能,均匀添加可燃毒物的消耗速度过快,不易控制,而通过添加不同尺寸的可燃毒物颗粒可优化燃耗速度,有效改善堆芯功率分布的形状和峰值。

含有可燃毒物的压水堆核电站堆芯装料设计优化研究

含可燃毒物的压水堆装料优化是燃料管理优化研究中的难点,应用通常的脱耦方法和优化算法效率低、全局性差。研究提出局部脱耦方法用以简化问题规模、缩小搜索空间,选择特征统计算法进行优化方案的搜索。利用局部脱耦方法结合特征统计算法研制出压水堆核电站堆芯LP和BP耦合装料优化程序CSALPBP。使用该程序对大亚湾第10循环和第12循环进行了装料优化计算。结果表明CSALPBP程序在求解含可燃毒物的压水堆装料优化问题方面具有很高的搜索效率和很好的全局性,能够较好地解决含可燃毒物的压水堆堆芯装料优化难题。

颗粒型弥散可燃毒物反应性控制分析

本文从可燃毒物特性出发,分析了不同类型均匀毒物对栅元kinf的影响,同时分析了不同类型可燃毒物以不同半径颗粒形式存在时对栅元kinf的影响,指出对于吸收截面较大消耗速率较快的可燃毒物,可以根据反应性控制需要以一定半径的颗粒形式均匀弥散在燃料中,既能保证在寿期初不会对反应性造成过分压制,又能在寿期中使毒物缓慢消耗,使反应性得到逐渐释放,最后在寿期末由于其较大的吸收截面而消耗充分,反应性惩罚较小。本文为可燃毒物在反应性控制中的应用提供了另一条思路,具有一定的借鉴意义。

基于遗传算法的可燃毒物设计优化方法研究

可燃毒物可补偿寿期初过剩反应性及展平功率分布,因此对堆芯燃料组件设计具有重要意义。目前传统的优化设计主要依靠设计者的主观经验及判断,复杂耗时,其设计效率及可靠性急待改进。本文将多目标并行遗传算法应用于压水堆组件毒物选型优化,以反应性控制、功率分布和不同时期燃耗剩余等为目标,对可燃毒物材料类型、含可燃毒物燃料棒排列方式、毒物含量、轴向分层等决策变量进行优化,研究了遗传算法在燃料组件毒物多目标优化设计中的理论模型及实现方法。同时将遗传算法与蒙特卡罗粒子输运方法有机结合,应用到压水堆燃料组件设计中,得到了组件可燃毒物优化方案。针对二维和三维燃耗计算,分别筛选了13和40种优化方案。计算结果表明:Er_(2)O_(3)用作毒物的综合效果最好;Gd_(2)O_(3)、Eu_(2)O_(3)和Sm_(2)O_(3)的应用需结合堆芯方案开展进一步研究;HfO_(2)和Dy_(2)O_(3)不适合用作可燃毒物。该结果与通过人工搜索优化得到的结论基本一致。同时,三维轴向分层可为优化提供更多可选的材料种类方案,以部分毒物的分层布置方式可减小功率峰因子。本文研究为堆芯燃料/毒物设计提供了先进方法及工具。

含可燃毒物的压水堆堆芯装料优化

含可燃毒物的压水堆堆芯装料优化是燃料管理优化研究中的难点。应用通常的优化算法效率低、全局性差,特征统计算法更适合求解该优化问题。本研究克服了原特征统计算法装料优化将组件布置(LP)优化和新组件可燃毒物配置(BP)优化脱耦处理的缺陷,对LP和BP同时进行优化,结合堆芯分析程序CYCLE2D,成功地研制了压水堆LP和BP耦合优化程序CSALPBP。用该程序对大亚湾2号机组第10循环进行了堆芯装料优化计算。结果表明:CSALPBP程序具有很高的搜索效率和很好的全局性。

超临界水冷堆可燃毒物设计与分析

在超临界水冷堆中,为了减少控制棒的使用,采用加入可燃毒物的方式控制初始剩余反应性。目前广泛采用的是稀土氧化物弥散在燃料中的整体型可燃毒物设计。通过对比4种常用的稀土氧化物,选择Er2O3作为可燃毒物材料。分析了不同可燃毒物布置方案对组件性能的影响,在不同可燃毒物含量下对组件安全性进行了评价。分析了可燃毒物对堆芯性能的影响,发现加入可燃毒物有利于降低堆芯径向功率峰,但会增大轴向功率峰并使其往堆芯顶部偏移。通过对该现象的分析,提出了降低堆芯底部温度和增大轴向富集度梯度的改进措施。计算结果表明,优化后的堆芯轴向功率峰明显降低,从而降低了最大包壳温度。