乏燃料后處理過程中的脫硝流化床的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種乏燃料后處理過程中脫硝流化床，該流化床包括床體（2）、流化加熱小室（1）、尾氣排放小室（3）、反吹組件（4）以及氣液雙流體霧化噴嘴（5）；所述床體（2）下端與流化加熱小室（1）上端連接，床體（2）上端與尾氣排放小室（3）下端連接，床體（2）上表面設(shè)有中空區(qū)域，所述反吹組件（4）安放在床體（2）上表面的中空區(qū)域上，所述氣液雙流體霧化噴嘴（5）出液端與床體（2）下部的側(cè)壁相連通。采用該流化床能夠?qū)⒎θ剂虾筇幚碇械南跛徕欟Ｈ芤好撓踔苽淙趸?；結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠。
【專利說明】乏燃料后處理過程中的脫硝流化床
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于流化床領(lǐng)域，具體涉及一種乏燃料后處理過程中的脫硝流化床，該流化床用于在乏燃料后處理中將UO2 (N03)2溶液脫硝制備U03。
【背景技術(shù)】
[0002]流化床是兩步法制備UO2流程的關(guān)鍵設(shè)備，在國內(nèi)外普遍采用。但將乏燃料后處理中的U02(N03)2溶液脫硝制備UO3，未得到廣泛應(yīng)用，由于UO3運行費用低，廢水廢氣處理簡單，以及UO3性質(zhì)較穩(wěn)定，適合貯存，所以上世紀七十年代，我國開展了硝酸有限流態(tài)化脫硝制備三氧化鈾的中間工廠規(guī)模的研究工作。
實用新型內(nèi)容
[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型提供一種乏燃料后處理過程中的脫硝流化床，通過內(nèi)部加熱能夠?qū)O2 (N03)2溶液加熱脫硝制備三氧化鈾。
[0004]為達到以上目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是:提供一種乏燃料后處理過程中的脫硝流化床，所述流化床包括床體、流化加熱小室、尾氣排放小室、反吹組件以及氣液雙流體霧化噴嘴；所述床體下端與流化加熱小室上端連接，床體上端與尾氣排放小室下端連接，床體上表面設(shè)有中空區(qū)域，所述反吹組件安放在床體上表面的中空區(qū)域上，所述氣液雙流體霧化噴嘴的出液端與所述床體下部的側(cè)壁相連通。
[0005]進一步，所述流化加熱小室包括氣體分布機構(gòu)以及連接在氣體分布機構(gòu)上的加熱器，氣體分布機構(gòu)包括外筒和設(shè)在外筒頂部的氣體分布板，外筒的側(cè)壁上設(shè)有流化氣進口，外筒的底部連接有法蘭，法蘭的下端設(shè)有與其連接的法蘭蓋；加熱器自上而下貫穿氣體分布板與法蘭蓋，并分別與氣體分布板和法蘭蓋連接。
[0006]進一步，所述氣體分布板上設(shè)有風(fēng)帽，風(fēng)帽的頭部伸出氣體分布板外，風(fēng)帽伸出氣體分布板外的部分設(shè)有流化氣出口。
[0007]進一步，所述外筒內(nèi)流化氣進口上方設(shè)有橫截面為圓形預(yù)分布板，所述預(yù)分布板外周與外筒內(nèi)壁連接，預(yù)分布板上設(shè)有進氣孔。
[0008]進一步，所述加熱器包括加熱棒和套裝在加熱棒下部外圍的套座；套座上部連接在氣體分布板上且其上端伸出氣體分布板外；套座下部連接法蘭蓋且伸出法蘭蓋外；套座上、下部的內(nèi)表面與加熱棒外表面固接，加熱棒設(shè)在套座內(nèi)的部分與套座內(nèi)壁形成加熱器環(huán)腔；套座中部沿周向設(shè)有液化氣入口，套座上部伸出氣體分布板外的部分設(shè)有流化氣出□。
[0009]進一步，所述床體包括殼體、設(shè)在殼體上端的法蘭蓋以及設(shè)在殼體下端的法蘭；所述殼體包括下部為筒狀的反應(yīng)段、中部為椎體形狀的過渡段以及上部為筒狀的擴大段；殼體擴大段的側(cè)壁上以及殼體反應(yīng)段的側(cè)壁上均設(shè)有卸料口。
[0010]進一步，所述反吹組件包括腔室、與所述床體上表面中空區(qū)域相適配的基座、文丘里管以及過濾管；所述文丘里管固定在基座上，文丘里管下端與所述過濾管連接，文丘里管上端與所述腔室連接。
[0011]進一步，所述氣液雙流體霧化噴嘴包括料液進入管、接頭、料液出液管、噴頭、噴頭座以及霧化氣進入管；所述料液進入管、接頭及料液出液管依次首尾相連通；所述噴頭安裝在料液出液管的出液端；在所述料液出液管外套設(shè)有外管，所述外管穿設(shè)并固定在噴頭座上；外管與料液出液管的進液端之間、噴頭座與料液出液管的出液端之間，依次形成大直徑的環(huán)隙空腔和小直徑的環(huán)隙空腔；霧化氣進入管的出口與所述大直徑的環(huán)隙空腔相連通。
[0012]進一步，所述噴頭座包括前支撐板和后支撐板，所述前支撐板與后支撐板由多根螺桿連接，所述噴頭容置在前支撐板的中心錐孔內(nèi)。
[0013]進一步，所述尾氣排放小屋的側(cè)壁上設(shè)有尾氣排放管。
[0014]本實用新型的有益技術(shù)效果在于:
[0015](I)采用本實用新型的流化床，通過在床體下方設(shè)有流化加熱小室，能夠?qū)Υ搀w的內(nèi)部進行加熱，提高了供熱溫度和供熱效率，保證了床體的內(nèi)部溫度；在床體上方設(shè)有反吹組件，能夠?qū)Υ搀w內(nèi)產(chǎn)生的尾氣進行過濾且能夠?qū)⒏街谶^濾管上的固體粉末吹落；在床體的下部設(shè)有氣液雙流體霧化噴嘴，能夠?qū)碜粤弦嘿A槽的物料，霧化后形成均勻的小液滴送進床體；
[0016](2)結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型乏燃料后處理過程中的脫硝流化床的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是圖1中流化加熱小室的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2a是圖2中I處的放大圖；
[0020]圖2b是圖2中II處的放大圖；
[0021]圖2c是圖2中III處的放大圖；
[0022]圖2d是圖2中加熱器的放大圖；
[0023]圖2e是圖2d中IV處的放大圖；
[0024]圖2f是圖2d中V處的放大圖；
[0025]圖2g是圖2d中VI處的放大圖；
[0026]圖2h是圖2中風(fēng)帽的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3是圖1中床體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3a是圖3中法蘭蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖4是圖1中反吹組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4a是圖4的剖視圖；
[0031]圖4b是圖4a中文丘里管的放大圖；
[0032]圖5是圖1中氣液雙流體霧化噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖6是圖5的側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖，對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細的描述。[0035]如圖1所示，是本實用新型提供的乏燃料后處理過程中的脫硝流化床，該流化床包括流化加熱小室1、床體2、尾氣排放小室3、反吹組件4及氣液雙流體霧化噴嘴5 ;床體2的下端與流化加熱小室I上端連接，床體2上端與尾氣排放小室3下端連接；床體2的上表面設(shè)有中空區(qū)域21-1，反吹組件4安放在中空區(qū)域上，氣液雙流體霧化噴嘴5的出液端與床體2側(cè)壁相連通。
[0036]如圖2所示，是流化加熱小室的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]該流化加熱小室I包括氣體分布機構(gòu)以及連接在氣體分布機構(gòu)上的加熱器11，氣體分布機構(gòu)包括外筒12和設(shè)在外筒12頂部的氣體分布板13,外筒12的側(cè)壁上設(shè)有流化氣進口 14，外筒12的底部連接有法蘭15，法蘭15的下端設(shè)有與其連接的法蘭蓋16 ;加熱器11自上而下貫穿氣體分布板13與法蘭蓋16，并分別與氣體分布板13和法蘭蓋16連接。該流化加熱小室I主要功能是為床體內(nèi)部脫硝反應(yīng)加熱。為了保證內(nèi)腔與外部大氣之間的密封，在法蘭15與法蘭蓋16之間的連接處設(shè)有密封襯墊101、102，如圖2a、2b所示。氣體分布板13的底面邊緣處設(shè)有環(huán)槽A，外筒12的頂部與環(huán)槽A配合，如圖2c所示。
[0038]為了防止流化氣經(jīng)流化氣進氣口 14進入外筒12內(nèi)布氣不均勻，在外筒內(nèi)流化氣進氣口 14上方設(shè)有橫截面為圓形預(yù)分布板19，預(yù)分布板19外周與外筒12內(nèi)壁連接，預(yù)分布板19上設(shè)有若干進氣孔，開孔率為5%。
[0039]如圖2d所示，是加熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]加熱器11包括加熱棒11-1和套裝在加熱棒11-1下部外圍的套座11-2;套座11-2上部連接在氣體分布板13上且其上端伸出氣體分布板13外；套座11-2下部連接法蘭蓋16且伸出法蘭蓋16外；套座11-2上、下部的內(nèi)表面與加熱棒11-1外表面固接，如圖2g所示，加熱棒11-1設(shè)在套座11-2內(nèi)的部分與套座11-2內(nèi)壁形成加熱器環(huán)腔11-3 ;套座11_2中部沿周向設(shè)有若干直圓孔11-4，為流化氣的進口，如圖2f所示，套座11-2上部伸出氣體分布板13外的部分設(shè)有斜孔11-5，為流化氣的出口，如圖2e所示。其中，套座11_2下端設(shè)有外螺紋，法蘭蓋16上設(shè)有圓孔，加熱器穿過法蘭蓋上的圓孔后，通過鎖緊螺母緊固。
[0041]在氣體分布板13上設(shè)有風(fēng)帽17，如圖2、2h所示，它是實現(xiàn)流態(tài)化的關(guān)鍵部件；風(fēng)帽17的頭部伸出氣體分布板13外，風(fēng)帽17伸出氣體分布板13外的部分設(shè)有斜孔18，作為流化氣出口 ；由于風(fēng)帽17與氣體分布板13加工精度較高，配合間隙較小，流化氣通過時氣量損失可以忽略不計。
[0042]如圖3所示,是床體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]床體2包括殼體、設(shè)在殼體頂端的法蘭蓋21以及設(shè)在殼體底端的法蘭22 ;殼體包括下部為筒狀的反應(yīng)段23、中部為椎體形狀的過渡段24以及上部為筒狀的擴大段25 ;上部擴大段25側(cè)壁上以及下部反應(yīng)段23的側(cè)壁上均設(shè)有卸料管26、27。床體2是容納物料、反應(yīng)后容納尾氣及脫硝反應(yīng)的場所。其中，底端的法蘭22與上述流化加熱小室I上的氣體分布板13緊固連接，通過密封襯墊進行密封，隔絕內(nèi)外氣氛；法蘭蓋21上表面設(shè)有多個中空區(qū)域21-1，中空區(qū)域優(yōu)選六個，如圖3a所示。
[0044]尾氣排放小室3為下端具有法蘭、上端具有上蓋的筒狀結(jié)構(gòu)，該尾氣排放小室3能夠存放及排放反應(yīng)后的尾氣，其下端法蘭通過螺栓與床體頂端的法蘭蓋21連接。尾氣排放小室3的側(cè)壁上設(shè)有尾氣排放管，床體2內(nèi)產(chǎn)生的尾氣通過尾氣排放管排出。
[0045]如圖4、4a所示,是反吹組件的結(jié)構(gòu)示意圖；[0046]反吹組件4包括腔室41、與床體上表面中空區(qū)域相適配的基座42、文丘里管44以及過濾管43 ;文丘里管44固定在基座42上，文丘里管44下端與過濾管43連接，文丘里管44上端與腔室41相連通。腔室41的頂端設(shè)有通孔，通孔上安裝反吹管，該反吹管通過尾氣排放小室伸出室外。反吹組件4安裝在床體2上表面的法蘭蓋21中空區(qū)域21-1上，反吹時每兩個對角區(qū)域為一組，輪次進行反吹，反吹間隔2分鐘，每次反吹時間為I秒。
[0047]文丘里管44包括接頭44-1、噴嘴44-2、喉管44-3、壓蓋44-4以及套座44_5 ;套座44-5與基座42下表面通過螺釘固定在一起，套座44-5與基座42之間設(shè)有襯墊，實現(xiàn)對內(nèi)外氣氛進行密封；喉管44-3安放在套座44-5內(nèi)，喉管44-3底部與套座連接，壓蓋44_4與基座的上表面通過螺釘固定在一起，壓蓋44-4與基座之間設(shè)有襯墊，實現(xiàn)內(nèi)外氣氛的密封。壓蓋內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，壓蓋頂端和底端均具有通孔，壓蓋頂端的通孔通過接頭44-1安裝噴嘴44-2，噴嘴44-2與喉管44-3設(shè)置在同一中心線上。
[0048]其中，過濾管43是高溫下由金屬多孔材料燒結(jié)而成的管材，排氣管向外抽氣時，過濾管內(nèi)形成負壓，床體內(nèi)的氣體進入過濾管，由于過濾管濾孔與絲網(wǎng)縱橫交錯，固體粉末被截留，附著在過濾管外壁上，形成濾餅。
[0049]反吹組件利用氣體動壓原理脈動式進行反吹。腔室與接頭通過接管焊接在一起，來自儲氣罐的反吹氣進入腔室后，通過接管進入過濾管。氣體進入過濾管時由于速度突然增大,過濾管內(nèi)氣體壓力增大,將過濾管外壁的濾餅吹落。反吹組件的另一個功能是通過過濾管43對尾氣進行過濾。
[0050]如圖5、6所示，是氣液雙流體霧化噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051]氣液雙流體霧化噴嘴5包括料液進入管51、接頭52、料液出液管53、噴頭54、噴頭座55以及霧化氣進入管56 ;料液進入管51、接頭52及料液出液管53依次首尾相連通；噴頭54安裝在料液出液管53的出液端；在料液出液管53外套設(shè)有外管57，外管57穿設(shè)并固定在噴頭座55上；外管57與料液出液管53的進液端之間、噴頭座55與料液出液管53的出液端之間，依次形成大直徑的環(huán)隙空腔58和小直徑的環(huán)隙空腔59 ;霧化氣進入管56的出口與大直徑的環(huán)隙空腔58相連通。
[0052]噴頭座55包括前支撐板和后支撐板,前支撐板55-1與后支撐板55_2由多根螺桿55-3連接，噴頭54容置在前支撐板55-1的中心錐孔內(nèi)。噴頭座55通過調(diào)節(jié)螺桿55_3實現(xiàn)軸向和周向的固定，通過旋擰螺母，可以調(diào)節(jié)噴頭座的軸向位置。
[0053]接頭52外周設(shè)有第一螺母61和第二螺母62，第一螺母61設(shè)有周向凹槽，通過螺紋連接方式與接頭連接，定位螺釘60擰入第二螺母62的螺紋孔，頭部插入第一螺母61的凹槽，通過軸向調(diào)節(jié)第二螺母62的位置來調(diào)節(jié)噴頭的軸向位置。接頭與第二螺母之間填充密封物料63，該密封物料63將進氣腔一端密封，使得霧化氣通過霧化氣進氣管進入大直徑的環(huán)隙空腔后只能向噴頭的方向流動，當(dāng)霧化氣進入腔室流動到噴頭處時，由于氣體通道橫截面的突然收縮變小，氣速將增大很多，氣體通過噴頭之后在噴頭座內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)的氣渦，料液在高速氣流的沖擊下，破碎成小液滴，形成霧化料液。
[0054]噴嘴核心部件是噴頭座55與噴頭54,對同心度要求較高。若同心度不佳,貝U氣體出口環(huán)隙不均，溶液霧化后產(chǎn)生的霧滴大小就不均勻，加熱脫硝后產(chǎn)生的三氧化鈾顆粒粒徑分布不均,所以安裝時要保證噴頭座55與噴頭54的同心度。
[0055]來自料液貯槽的硝酸鈾酰溶液，經(jīng)噴嘴霧化后送入床體，料液涂覆在流化了的“種子”上不斷長大，直至它們作為產(chǎn)品離開設(shè)備為止。噴嘴質(zhì)量的好壞，不僅影響產(chǎn)品粒度的大小和分布，在一定程度還影響著床層的流化質(zhì)量。
[0056]流化床是兩步法制備UO2流程的關(guān)鍵設(shè)備，其主要功能是將UO2 (N03) 2溶液加熱脫硝，生成U03。其基本工作原理是UO3粉末預(yù)先充床作為底料，通入流化氣后將底料流化。流化了的“沸騰”顆粒作為種子，料液經(jīng)過一個氣動雙流體霧化噴嘴霧化后噴入流化床。料液涂覆在這些種子上不斷長大，直至它們作為產(chǎn)品離開設(shè)備為止。
[0057]起始時，按照氣密性試驗要求檢查完流化床氣密性后開啟流化加熱小室，之后開啟尾氣排放小室，將床體內(nèi)抽至負壓。流化床開始通入少許流化氣，氣液雙流體霧化噴嘴開始通入少許霧化氣，防止充床時物料堵塞氣孔，此時打開進料閥，利用負壓沖床。將流化氣、霧化氣、反吹氣調(diào)節(jié)至規(guī)定值，調(diào)節(jié)加熱電壓至滿功率時的50%，加熱10分鐘后調(diào)節(jié)為滿功率時90%?95%繼續(xù)升溫。當(dāng)床溫超過規(guī)定值20°C?30°C后，以流量的50%?70%向床內(nèi)進熱水，2?3分鐘后通過氣液雙流體霧化噴嘴向床體內(nèi)供料；生成的物料根據(jù)床層壓力從上、下卸料管26、27卸出。
[0058]本實用新型的乏燃料后處理過程中的脫硝流化床并不限于上述【具體實施方式】，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案得出其他的實施方式，同樣屬于本實用新型的技術(shù)創(chuàng)新范圍。
【權(quán)利要求】
1.乏燃料后處理過程中的脫硝流化床，其特征是:所述流化床包括床體(2)、流化加熱小室(I)、尾氣排放小室(3)、反吹組件(4)及氣液雙流體霧化噴嘴(5);所述床體(2)下端與流化加熱小室(I)上端連接，床體(2)上端與尾氣排放小室(3)下端連接；床體(2)上表面設(shè)有中空區(qū)域，所述反吹組件(4)安放在床體(2)上表面的中空區(qū)域上；所述氣液雙流體霧化噴嘴(5)的出液端與所述床體(2)下部的側(cè)壁相連通。
2.如權(quán)利要求1所述的乏燃料后處理過程中的脫硝流化床，其特征是:所述流化加熱小室(I)包括氣體分布機構(gòu)以及連接在氣體分布機構(gòu)上的加熱器(11 )，氣體分布機構(gòu)包括外筒(12)和設(shè)在外筒(12)頂部的氣體分布板(13)，外筒(12)的側(cè)壁上設(shè)有流化氣進口(14)，外筒(12)的底部連接有法蘭(15)，法蘭(15)的下端設(shè)有與其連接的法蘭蓋(16);加熱器(11)自上而下貫穿氣體分布板(13)與法蘭蓋(16)，并分別與氣體分布板(13)和法蘭蓋(16)連接。
3.如權(quán)利要求2所述的乏燃料后處理過程中的脫硝流化床，其特征是:所述氣體分布板(13)上設(shè)有風(fēng)帽(17)，風(fēng)帽(17)的頭部伸出氣體分布板(13)外，風(fēng)帽(17)伸出氣體分布板(13 )外的部分設(shè)有流化氣出口( 18 )。
4.如權(quán)利要求3所述的乏燃料后處理過程中的脫硝流化床，其特征是:所述外筒(12)內(nèi)流化氣進口(14)上方設(shè)有橫截面為圓形的預(yù)分布板(19)，所述預(yù)分布板(19)外周與外筒(12)內(nèi)壁連接，預(yù)分布板(19)上設(shè)有進氣孔。
5.如權(quán)利要求4所述的 乏燃料后處理過程中的脫硝流化床，其特征是:所述加熱器(11)包括加熱棒(11-1)和套裝在加熱棒(11-1)下部外圍的套座(11-2);套座(11-2)上部連接在氣體分布板(13)上且其上端伸出氣體分布板(13)外；套座(11-2)下部連接法蘭蓋(16)且伸出法蘭蓋(16)外；套座(11-2)上、下部的內(nèi)表面與加熱棒(11-1)外表面固接，加熱棒(11-1)設(shè)在套座(11-2)內(nèi)的部分與套座(11-2)內(nèi)壁形成加熱器環(huán)腔(11-3);套座(11-2)中部沿周向設(shè)有液化氣入口( 11-4)，套座(11-2)上部伸出氣體分布板(13)外的部分設(shè)有流化氣出口(11-5)。
6.如權(quán)利要求1所述的乏燃料后處理過程中的脫硝流化床，其特征是:所述床體(2)包括殼體、設(shè)在殼體上端的法蘭蓋(21)以及設(shè)在殼體下端的法蘭(22);所述殼體包括下部為筒狀的反應(yīng)段(23)、中部為椎體形狀的過渡段(24)以及上部為筒狀的擴大段(25);殼體擴大段(25)的側(cè)壁上以及殼體反應(yīng)段(23)的側(cè)壁上均設(shè)有卸料口(26、27)。
7.如權(quán)利要求1所述的乏燃料后處理過程中的脫硝流化床，其特征是:所述反吹組件(4)包括腔室(41)、與所述床體(2)上表面中空區(qū)域相適配的基座(42)、文丘里管(44)以及過濾管(43);所述文丘里管(44)固定在基座(42)上，文丘里管(44)下端與所述過濾管(43)連接，文丘里管(44)上端與所述腔室(41)連接。
8.如權(quán)利要求1所述的乏燃料后處理過程中的脫硝流化床，其特征是:所述氣液雙流體霧化噴嘴(5)包括料液進入管(51)、接頭(52)、料液出液管(53)、噴頭(54)、噴頭座(55)以及霧化氣進入管(56);所述料液進入管(51)、接頭(52)及料液出液管(53)依次首尾相連通；所述噴頭(54)安裝在料液出液管(53)的出液端；所述料液出液管(53)外套設(shè)有外管(57)，所述外管(57)穿設(shè)并固定在噴頭座(55)上；外管(57)與料液出液管(53)的進液端之間、噴頭座(55)與料液出液管(53)的出液端之間，依次形成大直徑的環(huán)隙空腔(58)和小直徑的環(huán)隙空腔(59);霧化氣進入管(56)的出口與所述大直徑的環(huán)隙空腔(58)相連通。
9.如權(quán)利要求8所述的乏燃料后處理過程中的脫硝流化床，其特征是:所述噴頭座(55 )包括前支撐板(55-1)和后支撐板(55-2 )，所述前支撐板(55_1)與后支撐板(55-2 )由多根螺桿(55-3 )連接，所述噴頭(54 )容置在前支撐板(55-1)的中心錐孔內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1所述的乏燃料后處理過程中的脫硝流化床，其特征是:所述尾氣排放小屋(3)的側(cè)壁上設(shè)有尾 氣排放管。
【文檔編號】C01G43/01GK203794648SQ201420068417
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月17日
【發(fā)明者】劉海軍, 吳華 申請人:中國核電工程有限公司