DE2344618A1 - PROCESS AND DEVICE FOR CRUSHING REFUELED COMBUSTION AND / OR INCUBATOR ELEMENTS FOR NUCLEAR REACTORS - Google Patents
PROCESS AND DEVICE FOR CRUSHING REFUELED COMBUSTION AND / OR INCUBATOR ELEMENTS FOR NUCLEAR REACTORSInfo
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Description
Kernforschungsanlage Julien Gesellschaft mit beschränkter HaftungNuclear Research Facility Julien Company with limited liability
Verfahren und Vorrichtung zum Zerkleinern von wiederaufzuarbeitenden Brenn- und/oder Brutelementen für KernreaktorenMethod and device for comminuting items to be reprocessed Fuel and / or breeding elements for nuclear reactors
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zerkleinern von wiederaufzuarbeitenden, für Kernreaktoren bestimmten Brenn- und/ oder Brutelementen, deren Brenn- und/oder Brutstoff in Graphitmasse eingebettet ist und die nach der Zerkleinerung ,einem Verbrennungsprozeß in einem Wirbelschichtofen unterworfen werden sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for comminuting fuel to be reprocessed, intended for nuclear reactors and / or breeding elements, their fuel and / or breeding material in graphite mass is embedded and after crushing, a combustion process be subjected in a fluidized bed furnace as well as on an apparatus for carrying out the process.
Die Erfindung findet in erster Linie dort Anwendung, wo als erste Teilschritte vor dem eigentlichen Wiederaufbereitungsverfahren ein mechanisches Zerstören der verbrauchten Brenn- und/oder Brutelemente und ein Abbrennen der die Brenn- und/oder Brutstoffe umgebenden Graphitmasse vorgenommen werden. Für den Verbrennungsprozeß hat sich die Behandlung in einem Wirbelschichtofen als besonders geeignet erwiesen. Ein Wirbelschichtofen verlangt aber, daß das ihm zugeführte Gut eine bestimmte, dem Wirbelschichtverfahren angepaßte Korngröße aufweist. Mit den herkömmlichen, bisher eingesetzten Zerkleinerungseinrichtungen, wie Backenbrechern, Hammermühlen und/oder Walzenbrechern kann diese Korngröße nur in mehreren aufeinanderfolgenden Zerkleinerungsschritten erreicht werden. Schwierigkeiten ergeben sich insbesondere dann, wenn Brenn- und/oder Brutelemente zerstört werden sollen, bei denen die Brenn- und/oder Brutstoffe in Graphitstäben oder Graphitblöcken von etwa prismatischer Form eingelagert sind. Die für solche Blöcke notwendigen Maulweiten der Zerkleinerungsmaschinen bedingen nachteilig schwere und teure Maschinen in der ersten Zerkleinerungsstufe und außerdem eine erhebliche AnzahlThe invention is primarily used where the first partial steps before the actual reprocessing process a mechanical destruction of the used fuel and / or breeding elements and a burning off of the fuel and / or breeding material surrounding graphite mass are made. For the combustion process, treatment in a fluidized bed furnace has proven to be proved particularly suitable. A fluidized bed furnace, however, requires that the material supplied to it has a certain, the fluidized bed process Has adapted grain size. With the conventional, previously used crushing devices, such as jaw crushers, Hammer mills and / or roll crushers can only achieve this grain size in several successive comminution steps will. Difficulties arise in particular when fuel and / or breeding elements are to be destroyed which the fuels and / or breeding materials in graphite rods or graphite blocks of approximately prismatic shape are embedded. The jaw widths of the shredding machines required for such blocks disadvantageously require heavy and expensive machines in the first shredding stage and also a considerable number
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weiterer Verarbeitungsschritte bis die Brennelementenbruchstücke die erforderliche Korngröße erreicht haben. Von großen Nachteil ist außerdem, daß die Brennelemtenblöcke bei ihrer Zerkleinerung insbesondere bei Verwendung von Backenbrechern in plattenartige Teile zerbrechen, die die Durchführung der nachfolgenden Zerkleinerungsvorgänge erheblich erschweren.further processing steps until the fuel element fragments have reached the required grain size. A major disadvantage is also that the Brennelemtenblocks in their crushing break into plate-like parts, especially when using jaw crushers, which carry out the following Make shredding processes considerably more difficult.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Zerkleinerung von Brenn- und/oder Brutelementen für Kernreaktoren zu schaffen, bei dem die Anzahl der notwendigen Zerkleinerungsaggregate und die Anzahl der entsprechend den Zerkleinerungsschritten zwischengeschalteten Sieb- und Transporteinrichtungen erheblich reduziert wird. Das Verfahren soll ein Zerkleinern der Brenn- und/oder Brutelemente in die für die Weiterverarbeitung optimal geeignete Korngröße in wenigen Arbeitsschritten ermöglichen.The object of the invention is to create a method for comminuting fuel and / or breeding elements for nuclear reactors, in which the number of shredding units required and the number of those interposed according to the shredding steps Sieving and transport facilities is significantly reduced. The method is intended to crush the burning and / or Enabling breeding elements in the most suitable grain size for further processing in just a few work steps.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Zerkleinern der Brenn- und/oder Brutelemente durch Zerfräsen erfolgt. Durch Fräsen kann die im nachfolgenden Verbrennungsvorgang erforderliche Korngröße ohne weiteres erreicht werden. Dabei werden die beim Präsvorgang üblicherweise als Abfallprodukt entstehenden Prässpäne als Endprodukt des Zerkleinerungsverfahrens verwertet und dem nachfolgenden Verbrennungsofen zugeführt .This object is achieved according to the invention in that the The fuel and / or breeding elements are comminuted by milling. The grain size required in the subsequent combustion process can easily be achieved by milling. The pulp, which is usually produced as a waste product during the preheating process, is used as the end product of the comminution process and fed to the subsequent incinerator .
Das erfindungsgemäße Zerkleinerungsverfahren kann vorteilhaft in einem Schritt durchgeführt werden, wobei die Brennelementenstäbe oder Brennelementenblöcke unmittelbar auf die dem Verbrennungsverfahren im Wirbelschichtofen angepaßte Korngröße zerfräst werden.The comminution process according to the invention can advantageously be used in be carried out in one step, the fuel rods or fuel assemblies directly to the combustion process adapted grain size are milled in the fluidized bed furnace.
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Je nach Beschaffenheit der wiederaufzuarbeitenden Brenn- und/oder Brutelemente kann es zweckmäßig sein, nach dem Zerfrasen eine Feinmahlung des Gutes vorzunehmen. Die Brenn- und/oder Brutelemente werden dann durch Zerfräsen zunächst nur grob zerkleinert und erst in einem späteren Arbeitsgang auf die dem Verbrennungsverfahren angepaßte Korngröße verarbeitet.Depending on the nature of the fuel and / or breeding elements to be reprocessed, it may be appropriate to use a To make fine grinding of the goods. The fuel and / or breeding elements are then initially only roughly comminuted by milling and only processed in a later operation to the grain size adapted to the combustion process.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßeη Verfahrens ist eine Anlage vorgesehen, die mit einer Zerkleinerungseinrichtung und mit einem als Wirbelschichtofen ausgebildeten Verbrennungsofen ausgerüstet ist, der in Transportrichtung des zu zerkleinernden Gutes gesehen der Zerkleinerungseinrichtung folgt, wobei die Zerkleinerungseinrichtung erfindungsgemäß mindestens ein mit Schneidzähnen versehenes Präswerkzeug aufweist und ein die Brenn- und/oder Brutelemente gegen die angreifenden Schneidkräfte des Fräswerkzeuges verspannendes Widerlager vorgesehen ist. In der erfindungsgemäßen Anlage werden die Brenn- und/oder Brutelemente in der Form, in der sie den Kernreaktoren entnommen werden, verarbeitet. Das Fräswerkzeug zerspant die Brennelementenblöcke vorteilhaft in einem Arbeitsschritt bis zu der Korngröße, die dem nachfolgenden VerbrennungsVorgang im Wirbelschichtofen optimal angepaßt ist. Als geeignete Fräswerkzeuge kommen alle Schneidwerkzeuge mit scharfen Zähnen oder mit an diesen angeordneten Messern zum Abheben von Spänen in Betracht. Die Erfindung läßt sich sowohl mit umlaufenden Fräsern bei radialer oder axialer Anordnung der Schneidzähne als auch mit feststehenden Fräserschneiden, an denen die Brennelemente vorbeigeführt werden, verwirklichen.A system is used to carry out the method according to the invention provided with a comminution device and a combustion furnace designed as a fluidized bed furnace is equipped, which, viewed in the direction of transport of the material to be shredded, follows the shredding device, wherein the shredding device according to the invention has at least one cutting tool provided with cutting teeth and a die Fuel and / or breeding elements provided against the cutting forces acting on the milling tool bracing abutment is. In the plant according to the invention, the fuel and / or breeding elements are removed in the form in which they are taken from the nuclear reactors are processed. The milling tool advantageously cuts the fuel assembly blocks in one work step up to the grain size, which the subsequent combustion process in Fluidized bed furnace is optimally adapted. Suitable milling tools are all cutting tools with sharp teeth or with knives arranged on these for lifting chips into consideration. The invention can be used both with rotating milling cutters with radial or axial arrangement of the cutting teeth as well as with fixed milling cutters on which the fuel assemblies be led by.
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Eine besonders vorteilhafte Zerkleinerungsanlage ist gemäß der Erfindung dadurch gegeben, daß das Präswerkzeug aus mindestens einer mit Schneidzähnen versehenen, drehend angetriebenen Fräswalze besteht, deren Drehsinn der Transportrichtung des zu zerkleinernden Gutes entgegengesetzt gerichtet ist. Mit dieser Anordnung lassen sich relativ hohe Schnittgeschwindigkeiten erreichen. Außerdem wird insbesondere bei Verwendung mehrerer Walzen für das Schneidwerkzeug ein Blockieren der bewegten Teile vermieden.A particularly advantageous comminution system is given according to the invention in that the pre-tool consists of at least a rotatingly driven milling drum provided with cutting teeth, the direction of rotation of which corresponds to the transport direction of the to be shredded Good is directed in the opposite direction. With this arrangement, relatively high cutting speeds can be achieved. In addition, especially when using several rollers for the cutting tool, blocking of the moving rollers Parts avoided.
Zur Verringerung der Antriebsleistung je Präswalze ist zweckmäßigerweise ein Fräswerkzeug vorgesehen, das aus zwei Walzenpaaren besteht, die in Transportrichtung des Gutes gesehen hintereinander so angeordnet sind, daß das erste Walzenpaar nur einen Teilbereich des Querschnittes der Brenn- und/oder Brutelemente, das nachfolgende Walzenpaar den restlichen Teil des Querschnittes zerfräst. Vorteilhaft ist dabei erfindungsgemäß das erste Walzenpaar in einem in Tranpsortrichtung des Gutes gerichtetem Drehsinn, das zweite Walzenpaar in entgegengesetztem Drehsinn angetrieben. Bei dieser Antriebsart der Fräswalzenpaare lassen sich die Hauptschnittkräfte weitgehend gegeneinander aufheben, was zu einer erheblichen Entlastung der Widerlager führt.It is advisable to reduce the drive power for each embossing roller a milling tool is provided, which consists of two pairs of rollers, one behind the other, viewed in the direction of transport of the goods are arranged so that the first pair of rollers only part of the cross-section of the fuel and / or breeding elements, the following pair of rollers mills the remaining part of the cross-section. It is advantageous according to the invention the first pair of rollers in a direction of rotation directed in the direction of transport of the goods, the second pair of rollers in the opposite direction Direction of rotation driven. With this type of drive for the milling drum pairs, the main cutting forces can largely be canceled out against each other, which leads to a considerable relief of the abutment.
In weiterer Ausbildung der Erfindung sind die Schneidzähne auf der Oberfläche der Fräswalzen nach Art einer oder mehrerer Gewindegänge angeordnet. Mit der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsanlage läßt sich die für den Verbrennungsvorgang im Wirbelschichtofen gewünschte Korngröße praktisch in einem Arbeitsschritt erreichen. Je nach Materialeigenschaft kann es zweckmäßig sein, der oder den Fräswalzen ein Feinmahlwerk nachzuschalten.In a further embodiment of the invention, the cutting teeth are on the surface of the milling drums in the manner of one or more threads arranged. With the crushing plant according to the invention the desired grain size for the combustion process in the fluidized bed furnace can be achieved practically in one work step. Depending on the material properties, it can be useful be to connect a fine grinder downstream of the milling drum (s).
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigenAn embodiment of the invention is shown in the drawing. Show it
Pig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Zerkleinerungseinrichtung der erfindungsgemäßen Anlage in schematischer DarstellungPig. 1 shows an embodiment of a comminuting device of the invention Schematic representation of the system
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mitFig. 2 shows an embodiment of the invention
zwei Fräswalzenpaaren in schematischer Dar-. stellungtwo pairs of milling drums in a schematic Dar-. position
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Fräswalzen nach Fig. 1 oder Fig. 23 shows an exemplary embodiment of the milling drums according to FIG. 1 or FIG. 2
Die Zerkleinerungseinrichtung gemäß Fig. 1 weist zwei Fräswal-The shredding device according to FIG. 1 has two milling drum
ej>· zen 1 und 2 und eine als Widerlager 3 ausgebildete Haltung 4 für die den Fräswalzen 1 und 2 zuzuführenden Brennelementen 5 auf. Die Halterung 1J ist in ihrer geometrischen Form dem Querschnitt der zu verarbeitenden Brennelemente 5 angepaßt und daher im hier vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem sechskantigen Hohlstab gefertigt. Die den Fräswalzen 1 und 2 zugekehrte Seite 6 der Halterung 4 ist so ausgebildet, daß zwischen Halterung 1J und den Oberflächen der Fräswalzen 1 und 2 ein etwa gleichmäßiger Abstand gegeben ist.ej> · zen 1 and 2 and a support 4 designed as an abutment 3 for the fuel assemblies 5 to be fed to the milling drums 1 and 2. The geometric shape of the holder 1 J is adapted to the cross section of the fuel assemblies 5 to be processed and is therefore made from a hexagonal hollow rod in the present exemplary embodiment. The the milling drums 1 and 2 facing side 6 of the holder 4 is designed so that the cutting rollers 1 and 2, an approximately uniform spacing is provided between the holder 1 J and the surfaces.
An jeweils gegenüberliegenden Seiten der Halterung 4 befinden sich Aussparungen 7 bis Io, durch die hindurch Vorschubeinrichtungen 11 bis lH geführt sind, die direkt mit der Oberfläche der Brennelemente 5 in Berührung stehen. Die FräswalzenOn opposite sides of the holder 4 are recesses 7 to Io through which feed devices 11 to 1H are guided, which are in direct contact with the surface of the fuel assemblies 5. The milling drums
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1 und 2 sind um ortsfeste Achsen 15 und 16 drehbar gelagert und stehen mit einem Antrieb in Verbindung, der den Präswalzen 1 und 2 einen Drehsinn 17, 18 erteilt, der der Transportrichtung 19 der Brennelemente 5 entgegengesetzt gerichtet ist. Die Präswalzen 1 und 2 werden umgeben von einem Behälter 2o, der in seinem unteren Teil mit einem Auslaß 21 für die Frässpäne vorgesehen ist.1 and 2 are rotatably mounted about fixed axes 15 and 16 and are connected to a drive which gives the embossing rollers 1 and 2 a direction of rotation 17, 18 that corresponds to the direction of transport 19 of the fuel assemblies 5 is directed in the opposite direction. The embossing rollers 1 and 2 are surrounded by a container 2o, which is shown in FIG its lower part is provided with an outlet 21 for the milling chips.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Als Fräswerkzeug sind vier Fräswalzen 22 bis 25 eingesetzt, von denen je zwei Präswalzen ein Walzenpaar 22, 23 und 24, 25 bilden. Die Walzenpaare sind in Transportrichtung 19 des Gutes gesehen hintereinander angeordnet. Jedes Walzenpaar zerfräst nur einen Teilquerschnitt der Brennelemente. Die Fräswalzenpaare werden gegenläufig angetrieben,wobei der Drehsinn des ersten Walzenpaares 22, 23 in Transportrichtung 19 des Gutes, der Drehsinn des zweiten Walzenpaares 24, 25 entgegengesetzt gerichtet ist.In Fig. 2, a further embodiment of the invention is shown. Four milling drums 22 to 25 are used as milling tools are used, of which two embossing rollers each form a pair of rollers 22, 23 and 24, 25. The roller pairs are in the transport direction 19 of the goods arranged one behind the other. Each pair of rollers mills only a partial cross-section of the fuel assemblies. the Pairs of milling drums are driven in opposite directions, the direction of rotation of the first pair of drums 22, 23 in the transport direction 19 of the goods, the direction of rotation of the second pair of rollers 24, 25 is opposite.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fräswalze dargestellt. Bei dieser Präswalze 26 sind die Schneidzähne 27 auf der Walzenoberfläche vorteilhaft nach Art einer oder mehrerer Gewindegänge angeordnet.In Fig. 3, an embodiment of a milling drum according to the invention is shown. The cutting teeth are in this embossing roller 26 27 advantageously arranged on the roller surface in the manner of one or more threads.
Der Zerkleinerungseinrichtung werden die zu verarbeitenden Brennelementenstäbe 5 über die Halterung 4 zugeführt und von dehner Oberfläche der Brennelemente 5 angreifenden Vorschubeinrichtungen 8 gegen die Fräswalzen 1 und 2 gedrückt. Die von den Fräswalzen 1 und 2 abgearbeiteten Frässpäne werden nach außen getragen und im Behälter 2o gesammelt. Von hier aus gelangen sie über den Ablauf 21 entweder direkt zum Wirbelschichtofen oder, wenn dem Fräsvorgang noch eine Feinmahlung folgt, in ein hierfür geeignetes Feinmahlwerk.The fuel rods to be processed are sent to the shredding device 5 fed through the bracket 4 and stretched by Surface of the fuel assemblies 5 attacking feed devices 8 pressed against the milling drums 1 and 2. The ones from the Milling chips processed by milling drums 1 and 2 are carried to the outside and collected in the container 2o. From here they can get Via the outlet 21 either directly to the fluidized bed furnace or, if the milling process is followed by fine grinding, in a for this purpose suitable fine grinder.
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Claims (1)
richtung des zerkleinernden Gutes gesehen der Zerkleinerungseinrichtung nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerungseinrichtung mindestens ein mit Schneidzähnen (27) versehenes Fräswerkzeug (1, 2) aufweist und daß ein die Brenn- und/oder Brutelemente (5) gegen die angreifenden Schneidkräfte des Fräswerkzeuges verspannendes Widerlager (3) vorgesehen ist.to
direction of the comminuting material is connected downstream of the comminution device, characterized in that the comminution device has at least one milling tool (1, 2) provided with cutting teeth (27) and that the combustion and / or incubation elements (5) counteract the cutting forces of the milling tool bracing abutment (3) is provided.
(1,2,26) besteht, deren Drehsinn (17,18) der Transportrichtung (19) des zu zerkleinernden Gutes entgegengesetzt gerichtet ist. 1 J. Plant according to claim 3, characterized in that the milling tool consists of at least one rotary driven stamping roller provided with cutting teeth (27)
(1,2,26), the direction of rotation (17,18) of the transport direction (19) of the material to be shredded is opposite.
Walzenpaar (22,23) nur einen Teilbereich des Querschnittes
der Brenn- und/oder Brutelemente, das nachfolgende Walzenpaar (24,25) den restlichen Teil des Querschnittes zerfräst. (22,23j 2h, 25), which, viewed in the direction of transport (19) of the goods, are arranged one behind the other so that the first
Pair of rollers (22,23) only part of the cross-section
the fuel and / or breeding elements, the subsequent pair of rollers (24, 25) milled the remaining part of the cross-section.
Walzenpaar in entgegengesetzem Drehsinn angetrieben ist.6. Plant according to claim 5, characterized in that the first pair of rollers (22,23) in a direction of rotation in the direction of transport (19) of the goods, the second
Roller pair is driven in opposite directions of rotation.
Oberfläche der Fräswalze (26) nach Art eines oder mehrerer Gewindegänge angeordnet sind.7. Plant according to one of claims 3 to 6, characterized in that the cutting teeth (27) on the
Surface of the milling drum (26) are arranged in the manner of one or more threads.
Feinmahlwerk nachgeschaltet ist.8. Plant according to one of claims 3 to 7, characterized in that the one or more milling drums
Fine grinder is connected downstream.
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Family Applications (1)
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Cited By (1)
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Legal Events
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| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |