CN114642890A - 一种硝酸铀酰雾化干燥热解脱硝制备uo3的热风分布装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及天然铀纯化技术领域，具体涉及六水合硝酸铀酰溶液热解脱硝制备高活性UO3的热风分布装置。该装置为上柱下锥形状，上部圆柱状部分上端开有供料入口，供料入口设置有供料装置安装法兰；圆柱状部分的侧面切向开一顺时针方向的热风进口，下部锥状部分内置导流板；下部锥状部分下端开有热风出口。上部圆柱状部分圆形截面中心布置进料管。下部锥状部分下锥角为90°。导流板沿顺时针方向45°布置。本发明以天然气和过量空气燃烧产生的高温、高速气体作为热风，将硝酸铀酰料液进行干燥脱水和热解脱硝。
Description
技术领域
本发明涉及天然铀纯化技术领域，具体涉及六水合硝酸铀酰溶液热解脱硝制备高活性UO3的热风分布装置，是将高浓度的硝酸铀酰溶液通过供料装置雾化后喷入脱硝反应器，发生脱硝反应制备出高活性的UO3装置的热风分布装置。
背景技术
上世纪六十年代以来，我国逐步建立了比较完善的铀纯化生产工艺体系。采用的生产工艺为传统的AUC法：三碳酸铀酰铵[(NH4)4UO2(CO3)3]在不接触空气的条件下，经煅烧直接转化为UO2。二十世纪九十年代，四〇四厂进行了中试规模的硝酸铀酰溶液热解脱硝制备二氧化铀的工程化应用研究，制备出了合格的二氧化铀产品。但是，在铀转化生产工艺氢氟化试验阶段，制备的二氧化铀投入氢氟化流化床运行时存在连续稳定性差的技术问题。
核燃料供应为了满足我国核电发展的需求，同时提升核燃料生产技术，2015年，中核四0四有限公司建成了铀纯化转化生产线，采用流化床制备UO3。实践证明由脱硝流化床产出的UO3产品比表面积较小，颗粒粒径分布不均，堆密度较大，经后续铀转化工艺氢氟化工程验证，脱硝流化床制备的UO3反应活性差，物料流化效果差，需用过量的HF完成流化，无法满足现有工艺控制下氢氟化流化床的连续稳定运行，须将UO3水合活化后，才能满足后续氢还原和氢氟化生产工艺要求。
在国内、外铀纯化转化生产技术的发展中，体现在开发新的工艺路线、提高关键设备生产能力及运行可靠性，降低检修维护频次、降本增效、节能减排等方面。根据目前国内铀纯化技术领域中铀氧化物制备工艺中掌握的技术及积累的经验，设计适用于天然铀氧化物制备的雾化干燥工艺设备，开展雾化干燥热解脱硝试验，探索影响脱硝设备稳定性的因素，可以促进我国天然铀纯化的发展，增大产能，缩短工艺流程，改进工艺路线，同时为堆后铀的热解脱硝提供参考。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硝酸铀酰雾化干燥热解脱硝制备UO3的热风分布装置，天然铀氧化物制备的雾化干燥反应器中，热风分布尤为重要，在反应器中，切向进入的高速热风让硝酸铀酰溶液快速脱水、发生脱硝反应，高速气流及时将水汽带走，同时高速气流形成的涡流能在局部形成负压，并且雾状液滴与燃烧产生的高温气体在温度和湿度上存在较大“梯度”，这种“梯度”强化了气液两相间的热传递过程，从而增大了产品UO3的比表面积，提高反应活性，优化铀转化工艺控制，缩短铀纯化工艺路线，促进铀纯化转化工艺的优化发展。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种硝酸铀酰雾化干燥热解脱硝制备UO3的热风分布装置，该装置为上柱下锥形状，上部圆柱状部分上端开有供料入口，供料入口设置有供料装置安装法兰；圆柱状部分的侧面切向开一顺时针方向的热风进口，下部锥状部分内置导流板；下部锥状部分下端开有热风出口。
上部圆柱状部分圆形截面中心布置进料管。
下部锥状部分下锥角为90°。
导流板沿顺时针方向45°布置。
本发明所取得的有益效果为：
本发明设计了采用雾化干燥技术作为硝酸铀酰热解脱硝的反应器的热风分布装置，以天然气和过量空气燃烧产生的高温、高速气体作为热风，将硝酸铀酰料液进行干燥脱水和热解脱硝。该热风分布器特点如下所述：
1)天然气燃烧产生的高温气体，通过热风分布器将热风分布在脱硝反应器中，不仅解决了硝酸铀酰料液脱硝反应所需的热量，更为料液的雾化提供了动力，通过控制脱硝反应器内水蒸气分压，可实现对产品活性的控制。
2)热风分布器结构简单，与传统的内加热式脱硝流化床相比，反应器内部无电加热管等内部加热元件，使脱硝反应器结构紧凑，便于检修维护。
3)通过天然气燃烧室出口气体温度的控制，可实现脱硝反应器内温度控制，控制方式简单易行。
4)液滴雾化为一次雾化，弱化雾化喷嘴的雾化作用，仅利用高速涡流的作用，增大硝酸铀酰溶液雾滴直径，在保持UO3颗粒比表面积的前提下，提高了UO3颗粒产品的平均粒径和堆密度，使产品UO3颗粒更有利于后续工序使用。
5)在脱硝反应器中，切向进入的高速热风让硝酸铀酰溶液快速脱水、发生脱硝反应，高速气流及时将水汽带走。同时高速气流形成的涡流能在局部形成负压，雾状液滴与燃烧产生的高温气体在温度和湿度上存在较大“梯度”，这种“梯度”强化了气液两相间的热传递过程，从而增大了产品UO3的比表面积，提高了UO3反应活性。
附图说明
图1是本发明热风分布装置结构示意图；
图2是本发明热风分布装置简化示意图；
图中：1—热风进口；2—供料装置安装法兰；3—导流板；4—热风出口；5—供料入口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明为上柱下锥形状，上部圆柱状部分，圆形截面中心布置进料管(含热水冷却套管)，圆柱状部分上端开有供料入口5，供料入口5设置有供料装置安装法兰2；在圆柱状部分的侧面，切向开一顺时针方向(俯视)的热风进口1，用于连接热风源管道。下部锥状部分下锥角为90°，内置俯视顺时针方向45°(俯视)导流板3；下部锥状部分下端开有热风出口4。
在硝酸铀酰雾化干燥热解脱硝技术应用中，根据硝酸铀酰处理能力进行物料衡算及热量衡算，根据衡算结果进行设备设计加工，建立硝酸铀酰气流式雾化干燥热解脱硝制备高活性UO3工艺试验***。在干燥脱硝反应器中，硝酸铀酰完成脱硝反应，生产UO3产品。热风分布器作为干燥脱硝反应器的关键设施，具体实施方式如下所述：
1、根据设备处理能力，通过热量衡算及物料衡算设计燃烧室及脱硝反应器等主设备，根据主设备干燥脱硝反应器的尺寸设计加工热风分布器。
2、为了调整脱硝反应器的高度，热风分布器与反应器主体之间有一个短节。供料装置贯穿于热风分布器中，供料装置的喷嘴(位于供料装置末端)与热风分布器出口端基本平齐。
3、硝酸铀酰物料通过供料装置输送至喷嘴处，天然气与过量空气在燃烧室(热风炉)中燃烧产生高温气体，高温气体从热风分布器切向进入，经导流板高温气体呈涡流状，涡流高温气体将喷嘴中的硝酸铀酰溶液彻底雾化，通过控制进料量及热风量，可以控制物料雾化液滴，从而控制产品UO3的粒径。
4、在脱硝反应器中，高速涡流热风在雾化硝酸铀酰溶液的同时，将硝酸铀酰溶液快速脱水，快速发生脱硝反应，高速气流及时将水汽带走；高速热风气体形成的涡流气流能在局部形成负压，雾状液滴与燃烧产生的高温气体在温度和湿度上存在较大“梯度”，这种“梯度”强化了气液两相间的热传递过程，从而增大了产品UO3的比表面积，提高了UO3反应活性。
为改善UO3颗粒产品的物性，液滴雾化效果设计为一次雾化，弱化雾化喷嘴的雾化作用，仅利用高速涡流的作用，增大雾滴直径，在保持UO3颗粒比表面积的前提下，提高了UO3颗粒产品的平均粒径和堆密度，UO3颗粒更满足后续工序要求。
Claims (4)
1.一种硝酸铀酰雾化干燥热解脱硝制备UO3的热风分布装置，其特征在于：该装置为上柱下锥形状，上部圆柱状部分上端开有供料入口，供料入口设置有供料装置安装法兰；圆柱状部分的侧面切向开一顺时针方向的热风进口，下部锥状部分内置导流板；下部锥状部分下端开有热风出口。
2.根据权利要求1所述的硝酸铀酰雾化干燥热解脱硝制备UO3的热风分布装置，其特征在于：上部圆柱状部分圆形截面中心布置进料管。
3.根据权利要求1所述的硝酸铀酰雾化干燥热解脱硝制备UO3的热风分布装置，其特征在于：下部锥状部分下锥角为90°。
4.根据权利要求1所述的硝酸铀酰雾化干燥热解脱硝制备UO3的热风分布装置，其特征在于：导流板沿顺时针方向45°布置。
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