Результат интеллектуальной деятельности: ЛИНИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАБЛЕТИРОВАННОГО ТОПЛИВА ДЛЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Изобретение относится к атомной промышленности и может найти применение на предприятиях изготовления таблетированного топлива - таблеток - из диоксида урана UO₂ для тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) ядерных реакторов.

Известно получение таблетированного ядерного топлива путем подготовки порошков смешением порошка со связующим, предварительного уплотнения, грануляции и подготовки гранул для прессования и спекания (см. Патент США № 4436677, кл. G 21 с 21/00, 1982 г.).

Недостатком является большое количество пылящих операций при подготовке порошка, уплотнения, прессования, грануляции, что приводит к серьезным затруднениям при изготовлении ядерного топлива с точки зрения экологии и потерям через вентиляцию. Потери через вентиляцию ведут к загрязнению радиоактивной пылью воздушной среды, что создает угрозу здоровью населению. В патенте не раскрыта система газоочистки от радиоактивной пыли. Известно изготовление таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов смешением с сухим связующим, прессованием и удалением связующего со спеканием в газообразной восстановительной среде (см. Патент GB № 2320800 от 01.07.98 г., МКИ G 21 с 3/62, 50 с.). Недостатком является большое количество пылящих операций при подготовке порошка, уплотнения, прессования, грануляции, измельчения, что ведет к повышению экологической опасности производства из-за пыления. В патенте не раскрыта система газоочистки от радиоактивной пыли.

Известна линия изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов, включающая:

- агрегат смешения порошков диоксида урана UO₂ с сухим связующим,

- агрегат прессования таблеток из смеси порошков диоксида урана UO₂, сухого связующего и оксида урана U₃O₈,

- агрегат спекания таблеток в виде печи тоннельного типа в восстановительной среде с продвижением лодочек с таблетками через три температурные зоны,

- агрегат мокрого шлифования поверхности таблеток и агрегат их сушки (см. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. Под редакцией Ф.Г.Решетникова. М.: Энергоатомиздат, 1995 г. Книга 1, стр.93-95, 98-99, 101-102).

В процессе изготовления таблетированного топлива неизбежно получение брака таблеток, который необходимо перерабатывать. В линии-прототипе этот агрегат отсутствует. В линии не раскрыта система газоочистки от радиоактивной пыли, а отсутствие газоочистки как таковой создает угрозу здоровью персоналу.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является линия изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов, включающая:

- агрегат смешения порошков диоксида UO₂, оксида U₃O₈ и сухого связующего,

- агрегат прессования таблеток,

- агрегат спекания таблеток в восстановительной среде,

- агрегат мокрого шлифования таблеток,

- агрегат сушки таблеток,

- агрегат окисления брака таблеток в горячей газообразной окислительной среде до оксида U₃O₈ и транспортные средства проводки продукции с агрегата на агрегат (см. Патент Российской Федерации RU 2158030, МПК 7 G 21 c 3/62, 21/10 от 18.11.1998 г., опубл. 20.10.2000 г. Способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов и устройство для его осуществления). В линии не раскрыта система газоочистки от радиоактивной пыли, а ее отсутствие создает угрозу здоровью как персоналу, так и населению.

Известно, что уран является α-активным материалом, обладающим высокой степенью радиотоксичности. Если частицы попадают внутрь организма, то они быстро поглощаются и, оставаясь там в течение длительного времени, облучают ткани человека, вызывая их разрушение (внутреннее облучение) и заболевание лучевой лейкопенией (см. А.С.Займовский, В.В.Калашников, И.С.Головнин. Тепловыделяющие элементы атомных реакторов. М.: Государственное издательство литературы в области атомной науки и техники. 1962 г., стр. 329-330).

Технической задачей является защита персонала от внутреннего облучения и снижение потерь радиоактивного сырья за счет его улавливания.

Эта техническая задача решается тем, что в линии изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов, включающей:

- агрегат смешения порошков диоксида UO₂, оксида U₃O₈ и сухого связующего;

- агрегат прессования таблеток;

- агрегат спекания таблеток в восстановительной среде;

- агрегат мокрого шлифования таблеток;

- агрегат сушки таблеток;

- агрегат окисления брака таблеток в горячей газообразной окислительной среде до порошка оксида U₃O₈ и транспортные средства проводки продукции с агрегата на агрегат,

согласно изобретению агрегаты смешения порошков диоксида UO₂, оксида U₃O₈ с сухим связующим, прессования таблеток, шлифования таблеток, их сушки и окисления брака таблеток до порошка оксида U₃O₈ снабжены газоочистной системой, включающей грубую, среднюю и тонкую очистку от радиоактивной пыли отходящих газов из перечисленных выше агрегатов, при этом газоочистная система грубой очистки выполнена в виде циклона с завихрителем на первой выхлопной трубе, с цилиндроконическим корпусом с обратной конусностью, расширяющейся к нижней части, соединенной с большим основанием конусного бункера, внутри которого соосно ему и циклону с зазорами на кронштейнах размещен пылеулавливатель, выполненный из совмещенных большими основаниями конусных частей, где верхняя конусная часть имеет вторую выхлопную трубу и скаты, а основание днища нижней конусной части выполнено глухим со вторыми скатами и на стенках конусной нижней части непосредственно над основанием днища по образующей выполнены тангенциально расположенные отверстия, газоочистная система средней очистки сообщена с улиткой циклона и выполнена в виде бункера и рукавных фильтров в нем с механизмом их встряхивания, а газоочистная система тонкой очистки сообщена с одной стороны с выхлопной трубой рукавных фильтров, а с другой - с вентилятором и выполнена из сменных фильтров из тонковолокнистой ткани.

Другим отличием является то, что завихритель на первой выхлопной трубе расположен на некотором расстоянии от нижнего торца выхлопной трубы в зоне конусного уширения корпуса и выполнен в виде конуса с уширением к нижней части корпуса.

Вторая выхлопная труба имеет диаметр меньше диаметра первой выхлопной трубы.

В качестве тонковолокнистой ткани использована ткань ФПП (фильтровальное полотно Петрянова).

Предложенная линия изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов с использованием предложенной газоочистной системы от радиоактивной пыли позволит на стадии грубой очистки очистить отходящие газы на 80-88%, на стадии средней очистки на рукавных фильтрах очистить на 10-18% и на стадии тонкой очистки на фильтрах очистить остальные 2%.

Такая газоочистная система с максимальным улавливанием радиоактивной пыли в циклоне также позволит увеличить срок службы как рукавных фильтров, так и фильтров на ткани ФПП, т.е. увеличится срок службы до их наполнения, соответственно снизится их расход и уменьшится количество таких фильтров, поступаемых на извлечение из них урана.

На чертежах представлена:

Фиг.1 - линия изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов; Фиг.2 - циклон грубой очистки;

Фиг.3 - улитка выхлопной трубы циклона грубой очистки, разрез Б-Б;

Фиг.4 - циклон грубой очистки, разрез А-А.

Линия изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов включает агрегат 1 смешения порошков диоксида урана UO₂, оксида урана U₃O₈ и сухого связующего (показано пунктирной линией), агрегат 2 прессования таблеток, агрегат 3 спекания таблеток в восстановительной среде, агрегат 4 мокрого шлифования таблеток, агрегат 5 сушки таблеток, агрегат 6 окисления брака таблеток в горячей газообразной окислительной среде до порошка оксида урана U₃O₈, транспортные средства 7, 8 проводки продукции с агрегата на агрегат.

Агрегаты смешения 1 порошков диоксида урана UO₂, оксида урана U₃O₈ с сухим связующим, прессования 2 таблеток, шлифования 4 таблеток после спекания 3 и окисления 6 брака таблеток до порошка оксида урана U₃O₈ снабжены газоочистной системой 9, включающей грубую, среднюю и тонкую очистку от радиоактивной пыли отходящих газов из перечисленных выше агрегатов. Газоочистная система грубой очистки выполнена в виде циклона 10 с завихрителем 11 на первой выхлопной трубе 12, с цилиндроконическим корпусом с обратной конусностью 13, расширяющейся к нижней части, соединенным с большим основанием конусного бункера 14, внутри которого соосно ему и циклону 10 с зазорами 15 на кронштейнах 16 размещен пылеулавливатель 17, выполненный из совмещенных большими основаниями конусных частей, где верхняя конусная часть 18 имеет вторую выхлопную трубу 19 и скаты 20, а основание днища 21 нижней конусной части 22 выполнено глухим и на стенках конусной нижней части 22 по образующей выполнены тангенциально расположенные отверстия 23.

К нижней части конусного бункера 14 закреплен съемный сборник 24. В верхней части выхлопная труба 12 снабжена улиткой 25, а циклон 10 в верхней части снабжен второй улиткой 26, сообщенной с агрегатами 1, 2, 4, 6 воздуховодами 27.

Газоочистная система средней очистки сообщена с улиткой 25 циклона 10 и выполнена в виде бункера 28 и рукавных фильтров 29 в нем с механизмом 30 их встряхивания. В нижней части бункер 28 снабжен съемным сборником 31.

Газоочистная система тонкой очистки сообщена с одной стороны с выхлопной трубой 32 рукавных фильтров 29, а с другой с вентилятором 33 и выполнена из сменных фильтров 34 из тонковолокнистой ткани ФПП (фильтровальное полотно Петрянова). Завихритель 11 на первой выхлопной трубе 12 расположен на некотором расстоянии от нижнего торца выхлопной трубы, равным 1/4-1/5 диаметра Д выхлопной трубы 12, в зоне корпуса 13 с обратной конусностью (уширение корпуса) и выполнен в виде конуса с уширением к нижней части корпуса. Вторая выхлопная труба 19 имеет диаметр меньше на 1/3-1/4 диаметра первой выхлопной трубы 12. В качестве тонковолокнистой ткани для фильтра 34 тонкой очистки использована ткань ФПП (фильтровальное полотно Петрянова). Глухое днище 21 пылеулавливателя 17 снабжено вторыми скатами 35. В газоочистной системе 9 предусмотрен вентилятор 33, который устанавливается соосно улитке 25 для улучшения газоотсоса.

Линия изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов работает следующим образом.

Из агрегата 1 смешения порошков диоксида урана UO₂, оксида U₃O₈ с сухим связующим, агрегата 2 прессования таблеток, агрегата 4 мокрого шлифования таблеток после их спечения в агрегате 3, из агрегата 5 сушки таблеток после мокрого шлифования, из агрегата 6 окисления брака таблеток до порошка U₃O₈ отходящие газы по воздуховоду 27 поступают в газоочистную систему 9.

В газоочистной системе в циклоне 10 отходящие газы от выше перечисленных агрегатов 1, 2, 4, 5, 6 подвергаются грубой очистке от взвешенных твердых частиц диоксида UO₂ и оксида U₃O₈. В отличие от традиционных циклонов с цилиндроконическим корпусом с сужающейся книзу конусной частью у циклона 10 конусная часть расширяется книзу. Газовый поток со взвешенными в нем частицами со сравнительно большой скоростью вводится во вторую улитку 26. Огибая первую выхлопную трубу 12, поток в виде вращающейся нисходящей спирали направляется по цилиндрической части корпуса циклона 10 вниз и, встречаясь с завихрителем 11, имеющим конусную, расширяющуюся книзу часть, меняет направление. Основная часть взвешенных в отходящих газах твердых частиц UO₂ и U₃O₈ по инерции отбрасывается к стенке корпуса с обратной конусностью 13 и попадает через зазоры 15 в конусный бункер 14 и в съемный сборник 24, откуда по мере накопления выводится и используется для подшихтовки в пресс-порошок. Благодаря уширению конусной части 13 циклона 10 поток теряет скорость, очищается от взвешенных твердых частиц UO₂, U₃O₈, которые падают на конусную поверхность 18 пылеулавливателя 17, закрепленного к корпусу кронштейнами 16, и по скатам 20 через зазоры 15 поступают в конусный бункер 14 и в съемный сборник 24, а очищенный поток газа по 1-й выхлопной трубе 12 через 1-ю улитку 25 поступает на среднюю газоочистку. Образовавшаяся пылегазовая смесь в конусном бункере 14 через тангенциально расположенные отверстия всасывается в пылеулавливатель 17 и 23, образует в нем центробежно вращающийся восходящий поток. Благодаря тому, что пылеулавливатель 17 выполнен из двух состыкованных между собой большими основаниями конусных частей 22 и 18, то при вращении пылегазового восходящего потока в пылеулавителе 17 твердые частицы UO₂, U₃O₈ будут отбрасываться на конусную нижнюю часть 22, стекать по ней до глухого днища 21 и по скатам 35 поступать в съемный сборник 24, а очищенный газовый поток по второй выхлопной трубе 19 выводится из пылеуловителя, теряет скорость, вследствие чего происходит выпадение взвешенных частиц UO₂, U₃O₈ на конусную поверхность 18, по которой эти частицы стекают на скаты 20, и по зазору 15 попадают в съемный сборник 24. Из улитки 25 после грубой очистки поток газа поступает в бункер 28, откуда после фильтрации на рукавных фильтрах 29 выводится через выхлопную трубу 32, а по мере накопления пыли на рукавных фильтрах 29 механизмом 30 последние встряхиваются и пыль попадает в съемный сборник 31. После средней очистки газ из выхлопной трубы 32 поступает на тонкую очистку на сменных фильтрах 34 из тонковолокнистой ткани ФПП. Газоочистная система 9 снабжена вентилятором 33, с помощью которого идет вытяжка запыленных газов от агрегатов изготовления таблетированного топлива и работает газоочистная система. Для улучшения газоотсоса от агрегатов непосредственно на циклоне 10 соосно улитке 25 установлен второй вентилятор 33, который и обеспечивает устойчивый газоотсос от агрегатов и эффективную работу газоочистной системы.