颗粒机生产线设备
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包覆燃料颗粒筛分研究
发布时间：2013-04-07 21:47 来源：未知
1、引 言
目前国际上对原子能反应堆的安全性提出了越来越高的要求。高温气冷堆作为固有安全性好、热效率高、经济性好的新型反应堆正受到广泛的关注。包
覆燃料颗粒是高温气冷燃料元件中最重要的组成部分。包覆燃料颗粒的镀层是阻挡反应堆中裂变产物逸出的最主的屏障，对保证反应堆的安全起着至关重要的作用。
包覆燃料颗粒由二氧化铀核心和四层包覆镀层组成。包覆燃料颗粒弥散到石墨基体里，经过压制、成形、加工、热处理等多道工序，最后制成核反应堆的燃料元件。为保证燃料元件的质量，在制造燃料元件时要求每个元件的含铀量满足设计要求，这样不仅对包覆燃料颗粒各镀层的密度等物性有明确的设计指标，对镀层厚度和颗粒的尺寸也有极严格的要求．刊。因此包覆燃料颗粒在生产中要进行筛分，这是提高燃料元件质量的重要工序之一。作者对包覆燃料颗粒的筛分设备和工艺进行了研究。
2、颗粒筛分的要求
包覆燃料颗粒的二氧化铀核芯是用溶胶凝胶方法制造的，因此，生产出的燃料核芯颗粒直径大小不同，也不是绝对的圆球型。用这样的燃料核芯在流化床沉积炉中用化学气相沉积方法制造包覆燃料颗粒时．几百万个颗粒在流化床沉积炉中喷动并依次沉积上4层镀层，每个颗粒镀层的厚度不会完全一致，因而生产出的包覆燃料颗粒的直径就有差别。每炉生产的包覆燃料颗粒中除符合设计要求的产品外，还有尺寸偏大或偏小的次品。颗粒直径过小，通常是碎片、芯球直径小或镀层过薄造成的，这样的颗粒极易破损或已经破损；颗粒直径过大，可能是芯球直径大或镀层过厚造成的。包覆燃料颗粒生产过程中由于机械损伤会造成极少量颗粒的破碎，也会产生～些粉末及片状沉积物，并混有脱落下的流化床壁上的沉积碎片。这样的次品颗粒如混^燃料元件的压制生产线中，不仅影响燃料元件中含铀量的准确性．而且易在压制生产时造成包覆燃料颗粒的破损，影响燃料元件的质量，必须筛选除去。
根据高温气冷堆包覆燃料颗粒的设计规范，应筛选出直径在0.8mm～l*o mm之间的包覆燃料颗粒产品，除去不符合设计要求的次品包覆燃料颗粒、粉末及片状沉积物，在筛分时还要尽量减少颗粒的冲击及磨损，尽可能地降低颗粒损失，提高回收率，以便减少铀的损失。在保持较高的筛分效率的前提-下，要努力提高筛分工序的生产率。
筛分过程一般用筛分效率来评价。筛分效率是反映筛分过程质量的一个重要的综合指标，通常影响筛分效率的因素有物料性质、筛分设备性能及筛分操作的工艺条件。因此，为了提高筛分效率，要选择合适的筛分设备并优化操作的工艺。
3、包覆燃料颗粒性质
包覆的工艺条件决定包覆燃料颗粒的形状不可能是标准的球形。如果颗粒的长短轴相差过大，就有可能一些颗粒以短轴尺寸挤出透到筛下，而一些颗粒由于长轴尺寸大干筛孔尺寸而留在筛上。这样筛分成品中会夹有偏大或偏小的次品颗粒，而次品颗粒中也会混入少量合格的产品，各种情况都可能出现，这些都会影响筛分效率。
流化床包覆炉生产出的包覆燃料颗粒直径尺寸呈现正态分布，如物料中较多的颗粒直径尺寸接近筛网尺寸时，颗粒会堵塞筛孔，使筛子的有效筛分面积降低，筛分效率会明显降低。包覆燃料颗粒的性质直接影响筛分效率。因而，要不断改进包覆工艺，尽量减少包覆燃料颗粒直径尺寸的偏差，制备出尺寸均匀、球型度好的高质量的包覆燃料颗粒。
经过对包覆工艺的研究，严格控制各工艺参数，现生产的包覆燃料颗粒的球形度已达到0.86以上，其直径尺寸的偏差小于72μm。
4、筛分机的选择
筛分机可分为固定筛和运动筛2大类，固定筛的筛面按一定倾角放置，物料在重力作用下通过筛面，倾角越大，处理量越高，筛分效率越低。固定筛对颗粒作用力最小，但筛分效率很难提高，且物料易堵塞。
运动筛又可以分为圆筒筛、摇动筛、振动筛、共振筛等等。实验室中常用的振动分级筛对颗粒的作用力大，生产率低，而且筛面易被物料堵塞，不易清理。圆筒筛对颗粒有磨损，但振动小，颗粒受外力小，而且筒外装滚刷，筛面可在筛分的同时清扫，不易堵塞，筛分效率高，机械装置简单，占地小，适合于在放射性工作场所使用。
根据包覆燃料颗粒设计技术要求，在生产中选用WTS250型圆筒筛，两个筛筒的网孔尺寸分别选为0.8 mm和1.0mm。筛网是用不锈钢丝编织而成，金属丝有一定的弹性，在运动过程中会产生微小的颤动，颗粒不易卡住，减少了堵塞网孔现象。圆筒筛内加装螺旋导流板，改善颗粒在筛面的分布并可延长颗粒通过筛面的时间，提高筛分效率。筛分时，包覆燃料颗粒由中心均匀进入0.8 mm筛筒中，先筛出直径偏小的次品颗粒，筛上颗粒再通过1.0 mm的筛筒透筛出成品颗粒，未透过筛面被排出的颗粒就是直径偏大的出品颗粒。
5、筛分工艺
正确地选择筛分操作工艺条件是提高筛分效率的关键。理论上小于筛孔的物料应能全部通过筛孔，但由于颗粒尺寸的不规则及筛孔的偏差，筛下产物中．会混有大于筛孔尺寸的颗粒。筛上产物中，也会混有小于筛孔尺寸的颗粒。因此测定筛分效率时，需要分别测定筛下产物中小于筛孔粒级的产物的质量分数，和筛上产物中小于筛孔粒级产物的质量分数，然后和筛分的物料中实际小于筛孔粒级产物的质量分数做比较和计算得出。测定筛分效率是很复杂和烦琐的。在对包覆燃料颗粒筛分的操作工艺进行研究时，鉴于包覆工艺比较稳定，产品颗粒的尺寸分布也相对接近。经反复研究测定得出，在成品率很高的情况下，筛分效率和包覆燃料颗粒的筛分产率数值接近。而筛分工艺中测定和计算包覆燃料颗粒的筛分产率比较方便，因此，可用筛出的包覆燃料颗粒成品的筛分产率来评价包覆燃料颗粒的筛分工艺。成品颗粒的筛分产率即成品颗粒的重量对筛分颗粒的总重量的比值。
采用相同工艺条件下生产的包覆燃料颗粒．在颗粒的给料速率为7.5 kg/h～l00 kg/h和筛分机的滚筒转速为15 r/min～40 r/min的条件下进行筛分工艺参数试验。筛分后的包覆燃料颗粒分为成品颗粒(0.8mm～1.O mm)，偏大颗粒(>1.0mm)和偏小颗粒《0.8 mm)3类，分别用天平称重，计算出各类颗粒的筛分产率，并用光电测长仪检验各类颗粒的尺寸。试验结果如图1所示。
由图1可知，滚筒转速及给料速率会影响成品颗粒的筛分产率。随着滚筒转速升高，筛分出的成品颗粒筛分产率降低。滚筒转速高时，颗粒在滚筒内受到较大的切向力，影响颗粒从筛孔中透筛落下，而且颗粒通过滚筒的速度较快，台格的颗粒会混入偏大的颗粒中，因此成品颗粒的筛分产率较低。当滚筒转速低于15r/min，同时给料速率又大于66kg/h时，成品颗粒的筛分产率高达99%。经用光电测长仪测定，成品颗粒中有一些偏小的颗粒没有筛出。由于绐料速率过大，转速又低，颗粒在滚筒中运动慢，分散不开，堆积较厚，偏小的颗粒没有全透筛出来，颗粒的筛分产高，但混有偏小的次品颗粒，筛分的效率实际上并不高，而且成品中混人偏小的包覆燃料颗粒时，会造成包覆燃料颗粒的破损率偏高。总之，筛分的颗粒在滚筒中的运动以及受力的状态是很复杂的，和滚筒转速、给料速率及颗粒的性质都有关。
为了选定筛分工艺参数，不仅要使成品颗粒的筛分产率高，而且要分别测定成品颗粒、偏大颗粒和偏小颗粒的尺寸，确认绝大多数的合格颗粒在成品颗粒内，使铀的损失减到最小；同时为减少颗粒破损的概率，筛分的工艺参数要尽量使成品颗粒中不混入偏小的颗粒，而且要减轻颗粒相互的碰撞，减少筛分工序中造成的颗粒破损。在一定意义上来说，包覆燃料颗粒筛分的质量最终要由测定包覆燃料颗粒的破损率来判别。
经反复试验，包覆燃料颗粒的最佳筛分工艺参数为：筛筒转速15r／min，给料速率30 kg/h～40kg/h，其成品颗粒筛分产率高达98%以上，筛分效率也高，且破损率低达10-6数量级。满足了包覆燃料颗粒设计技术要求。
6、结束语
经过筛分工艺试验，分析研究了包覆燃料颗粒筛分过程的各影响因素，得出了最佳的筛分工艺参数，筛选出合格的包覆燃料颗粒，破损率均在10 -数量级以下，筛选后的包覆颗粒成品筛分产率达98%以上．减少了铀的损失。
三门峡富通新能源生产销售的木屑滚筒筛主要和木屑颗粒机生产线配套使用。
