收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

熔盐堆燃料盐干法后处理中冷冻壁技术应用研究

周金豪  
【摘要】:干法后处理是实现熔盐堆核燃料循环利用的最佳选择,铀氟化挥发分离又是干法后处理工艺的核心技术之一。由于高温氟盐介质和强氧化性气体(F_2)的极端环境,氟化挥发过程中存在非常严重的腐蚀问题。腐蚀的发生既造成设备寿命缩短,又会增加燃料盐杂质含量,阻碍着氟化挥发技术的实用化进程。熔盐冷冻壁技术是解决铀氟化挥发工艺设备腐蚀问题的一种方案,通过传热控制在反应器内壁形成一层凝固盐层,防止气液腐蚀源与金属壁的直接接触,起到物理隔绝和防护的作用。冷冻壁技术的关键问题在于传热控制、厚度监测、形成维持及应用过程中稳定调节等。本文围绕熔盐冷冻壁技术应用关键问题,建立了专用实验装置和方法,采用理论分析、数值模拟、实验研究及试验验证等方法,对熔盐冷冻壁的传热物理模型、厚度监测及形成维持工艺、应用模式及防护性能等进行了系统研究。主要获得的结果如下:(1)建立了熔盐冷冻壁固液相基本传热物理模型,利用熔盐凝固相界面的移动描述了冷冻壁的形成过程及维持原理,获得了熔盐冷冻壁形成过程中凝固界面位置与时间的关系模型,计算方法和结果对实验研究及实际工艺参数的设定起到了很好的指导意义。(2)分别在非稳态传热及稳态传热工况中,开展了多种冷冻壁厚度监测方法研究,建立了基于热电偶测温的温度梯度推算法为主的冷冻壁厚度在线监测技术,测量误差可控制在30%以内,完全满足冷冻壁厚度监测需求。冷冻壁厚度监测方法的建立为工艺研究及其应用奠定了技术基础和保障。(3)通过实验考察了冷却传热速率对凝固盐的致密性、冷冻壁形成速率及冷冻壁平衡厚度的影响,获得了冷冻壁形成及维持中的传热规律及厚度控制工艺。结果表明,平均冷却功率在2~8 kW/m~2时,所形成的冷冻壁孔隙率在10%以下,强度约为12 MPa,冷冻壁形成速率可控制在0.2~0.5 mm/min范围,冷冻壁在5~50mm范围内的任意厚度均可维持稳定,冷冻壁与反应器内壁可均匀牢固贴合,能达到物理隔绝的目的。(4)开展了批次处理模式下冷冻壁应用模拟研究,考察了待处理熔盐温度、熔盐发热功率、冷却介质温度、冷冻壁初始厚度等对应用过程中冷冻壁厚度波动的影响,获得了各个因素的影响规律。试验了厚度反馈实时调节冷却介质流量来控制冷冻壁的波动,并在熔盐中添加硝酸钇进行了跟踪验证,结果表明,通过在线监测的厚度反馈实时调节冷却介质流量,可将厚度波动控制在±3 mm之内,冷冻壁层中Y元素的分布情况很好地反映了厚度波动变化历程。同时Y元素的分布也表明在冷冻壁固体盐层中不易发生物质迁移。(5)在500~510℃FLiNaK盐中,0.2 L/min 20%F_2/Ar鼓泡条件下,采用对比腐蚀实验的方式考察了冷冻壁防护性能。SS304、SS316L、Inconel 600及石墨受到冷冻壁防护(厚度5~10 mm)后,其腐蚀速率从直接暴露于熔盐内的57.94μm/h、25.3μm/h、8.1μm/h及49.5μm/h分别下降至1.37μm/h、0.43μm/h、0.17μm/h及0.34μm/h,均至少下降一个数量级以上,结果证明了冷冻壁具有良好的防护效果。综上所述,本论文在进行冷冻壁理论分析基础上开展了系列实验研究,建立了厚度在线监测方法,掌握了冷冻壁形成及维持的控制工艺,采用厚度反馈控制技术实现应用过程中的冷冻壁的稳定性控制,还获得了冷冻壁真实防护效果。本研究结果可为后续冷冻壁工艺容器的设计提供很好的实验数据支撑,同时为冷冻壁技术在干法处理工艺中的应用奠定了技术基础。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 阎立诚;杨金秀;朱鹦鹦;;NaF-CaCl_2-LiCl系熔盐相图的研究[J];金属学报;1987年04期
2 李瑞南,林声和,陈楷;熔盐合成PbBi_2Nb_2O_9的研究[J];电子元件与材料;1988年03期
3 刘小光;;碱性熔盐清洗[J];化学清洗;1988年03期
4 黎锡强;金属钛与熔盐的相互作用探讨[J];稀有金属;1989年06期
5 乔芝郁;段淑贞;;第二届中日双边熔盐化学和技术学术会议概况[J];上海金属.有色分册;1989年02期
6 叶云蔚;陆庆桃;;钕铁在NdCl_3-KCl熔盐中溶解行为的研究[J];上海金属.有色分册;1989年03期
7 乔芝郁;段叔贞;;日本熔盐化学研究的若干特点[J];上海金属.有色分册;1989年03期
8 ;第三届中日双边熔盐化学和技术学术会议征文通知[J];上海金属.有色分册;1989年01期
9 刘小光;;碱性熔盐清洗[J];化学清洗;1989年S1期
10 何业东;朱日彰;张文奇;于维平;张莉芳;马信清;;熔盐膜电解渗涂[J];中国腐蚀与防护学报;1989年02期
11 廖春发;汤浩;王旭;罗林生;房孟钊;;Na_3AlF_6-AlF_3-LiF-MgF_2-Al_2O_3-Nd_2O_3-CuO熔盐体系电导率的研究[J];稀有金属与硬质合金;2016年01期
12 琚成新;刘玲;;硫酸装置熔盐系统的设计及运行[J];硫酸工业;2010年04期
13 何小凤;李运刚;李智慧;;NaCl-KCl-NaF-SiO_2熔盐体系表面张力的研究[J];中国有色冶金;2008年06期
14 郭春泰,杨登五,唐定骧;熔盐化学研究的历史现状及未来[J];有色金属(冶炼部分);1990年06期
15 ;第六届国际熔盐化学和技术学会议[J];稀有金属;2002年01期
16 董自春;赵煜;赵静;;塔式光热电站熔盐吸热器关键技术研究[J];上海电气技术;2018年04期
17 李亮;李开华;苗庆东;徐宗宝;陈爱祥;夏建辉;;钛渣熔盐氯化过程熔盐成分合格率影响因素分析[J];轻金属;2016年02期
18 佟政富;;熔盐系统运行中存在的问题与对策[J];石油化工安全环保技术;2015年03期
19 刘沈龙;张保军;黄友奇;祁丹;蓝知惟;;离子交换增强熔盐添加剂除杂机理的研究[J];材料导报;2013年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 蔡君威;郑纯;庄志贤;;熔盐合成法制备铌镁酸铅粉末[A];94'全国结构陶瓷、功能陶瓷、金属/陶瓷封接学术会议论文集[C];1994年
2 唐谟堂;唐朝波;陈永明;杨建广;杨声海;何静;欧召;;一种很有前途的低碳清洁冶金方法—重金属低温熔盐冶金[A];低碳经济条件下重有色金属冶金技术发展研讨会——暨重冶学委会第六届委员会成立大会论文集[C];2010年
3 魏小兰;王维龙;杨建平;丁静;;多元氯化物熔盐的稳定性与腐蚀性研究[A];首届中国太阳能热发电大会论文集[C];2015年
4 秦利平;古映莹;叶红齐;;熔盐法合成片状氧化铝中熔盐的选择[A];中国化学会2005年中西部十五省(区)、市无机化学化工学术交流会论文集[C];2005年
5 李启明;唐忠锋;傅远;王纳秀;;熔盐堆用冷冻阀的热-结构特性研究[A];第十七届全国反应堆结构力学会议论文集[C];2012年
6 陆佳伟;朱群志;赵宏阳;;多元混合熔盐的制备及其性能研究[A];高等学校工程热物理第十九届全国学术会议论文集[C];2013年
7 陈荣;高苏;张启运;;中温铝钎剂相关三元熔盐体系研究[A];第十届全国相图学术会议论文集[C];2000年
8 苏涛;刘舒婷;刘一阳;刘洪涛;;高温熔盐原位结构研究[A];第十五届全国化学动力学会议论文集[C];2017年
9 刘沈龙;黄友奇;刘超英;傅国英;;KOH对玻璃离子交换增强作用的研究[A];2015年全国玻璃科学技术年会论文专集[C];2015年
10 胡华兵;刘木根;吴英;李肖莉;;ICP-AES法测定镨钕熔盐体系中锂的含量[A];第十五届全国稀土分析化学学术研讨会论文集[C];2015年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 何龙;熔盐堆稳态和瞬态核热耦合模型建立及安全特性研究[D];中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所);2018年
2 周金豪;熔盐堆燃料盐干法后处理中冷冻壁技术应用研究[D];中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所);2019年
3 钟阳;熔盐堆结构材料力学研究与分析[D];中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所);2019年
4 艾华;高温熔盐腐蚀的异质效应和离子价态研究[D];中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所);2019年
5 胡宪伟;NdF_3-LiF-Nd_2O_3系熔盐结构的研究与应用[D];东北大学;2009年
6 彭浩;氟熔盐体系腐蚀杂质及氧化物溶解行为的研究[D];中国科学院研究生院(上海应用物理研究所);2017年
7 程进辉;传蓄热熔盐的热物性研究[D];中国科学院研究生院(上海应用物理研究所);2014年
8 曾友石;氢及其同位素在熔盐中的渗透与扩散行为研究[D];中国科学院研究生院(上海应用物理研究所);2014年
9 戚威;基于钍基熔盐堆环境的核石墨研究[D];中国科学院研究生院(上海应用物理研究所);2017年
10 阮见;熔盐堆系统瞬态分析程序开发[D];中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所);2018年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王楚航;塔式太阳能热发电系统熔盐回路瞬态模拟分析[D];中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所);2018年
2 高蓉;合金氧化物在熔盐高温应用环境中的行为[D];中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所);2019年
3 尹月;氯化物熔盐热稳定性与熔盐热物性强化[D];华南理工大学;2018年
4 高肖肖;熔盐储罐的结构设计与性能研究[D];西北大学;2018年
5 王义豪;NaNO_3-KNO_3基熔盐高温传蓄热特性及其强化研究[D];上海大学;2018年
6 傅玮;复杂结构高温熔盐流动换热及热膨胀特性研究[D];南京理工大学;2018年
7 康俊鋆;高温熔盐泵水力优化设计及转子强度校核[D];江苏大学;2018年
8 陈维;三元硫酸熔盐的制备及性能研究[D];武汉理工大学;2016年
9 吴波;受限空间内熔盐相变蓄热动态特性数值模拟研究[D];北京工业大学;2018年
10 公维英;低温熔盐中镍及其合金的电化学制备及动力学过程研究[D];东北大学;2017年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 陈瑜;熔盐堆距离运营还有点远[N];科技日报;2017年
2 记者 邓万里;我国光热熔盐市场发展潜力巨大[N];经济参考报;2018年
3 本报记者 徐秋玲;熔盐蓄热 辛集试水[N];中国电力报;2017年
4 ;熔盐智能化生产线在德令哈投产[N];柴达木日报;2017年
5 朱学蕊;10MW钍基熔盐堆示范项目拟2025年开建[N];中国能源报;2014年
6 本报记者 谢文川;我国熔盐堆技术处于国际先进水平[N];中国电力报;2015年
7 记者 王希鹏 罗延京;100万吨熔盐项目开工奠基[N];柴达木日报;2014年
8 通讯员 宋汶秦 赵文丽;甘肃省首座塔式熔盐光热电站落户敦煌[N];中国电力报;2014年
9 燕希东 李化全;亚熔盐工艺助钛白行业绿色升级[N];中国有色金属报;2012年
10 高波;高温熔盐泵提高节能效率[N];中国化工报;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978