Матрица пеллеты своими руками: технология, самодельные грануляторы (шнековый, с плоской матрицей)

Для этой машины требуется 1 л в объеме, и по этой причине высота () и диаметр () бункера были оценены на основе следующих уравнений:

Учитывая,

и соответствуют 1,0305 м и 0,3139 м, соответственно.

4.5. Смещение

Максимальные смещения, которые может вызвать давление в радиальной матрице, были обнаружены при 0,136 мм и 0,3946 мм при 1000 фунтов на квадратный дюйм и 2900 фунтов на квадратный дюйм (6894,7 кПа и 19994,8 кПа), соответственно. Это можно увидеть на рисунке 5. Для спиральной матрицы смещение составило 0,1275 мм и 0,3698 мм при 1000 фунтов на квадратный дюйм и 2900 фунтов на квадратный дюйм (6894,7 кПа и 19994,8 кПа), соответственно (см. Рисунок 6). А для гексагональной матрицы это смещение составляло 0,1134 мм и 0,3289 мм при давлении 1000 фунтов на квадратный дюйм и 2900 фунтов на квадратный дюйм (6894.7 кПа и 19994,8 кПа) соответственно (см. Рисунок 7).

В этом смысле анализ FEA показал, что конструкции с тремя матрицами под давлением 1000 и 2900 фунтов на кв. шестиугольный диск составляет 0,3289 при давлении 2900 фунтов на квадратный дюйм (19994,8 кПа).

Статический анализ показывает, что геометрия является ключевым фактором при проектировании матрицы; гексагональная матрица дает больше гранул в соотношении 150/72, чем гексагональная и радиальная; то есть, по сравнению с радиальной матрицей, можно удвоить производство с конфигурацией гексагональной матрицы, не влияя на ее структуру.

4.6. Коэффициент безопасности

Коэффициент безопасности — это отношение между значением и максимальной производительностью системы и значением фактически ожидаемого требования, которому она будет подвергаться; другими словами, это указывает на превышение емкости системы над ее требованиями. На рисунках 8–10 представлены результаты моделирования трех типов матриц. Значения безопасности были следующими: 0,38 и 0,13 для радиального при 1000 и 2900 фунтов на квадратный дюйм (6894,7 кПа и 19994,8 кПа), 0.47 и 0,16 для спирали при 1000 и 2900 фунтов на квадратный дюйм (6894,7 кПа и 19994,8 кПа) и 0,55 и 0,19 для гексагональной при 1000 и 2900 фунтов на квадратный дюйм (6894,7 кПа и 19994,8 кПа).

На основании этих результатов машина для гранулирования с плоской матрицей была разработана в соответствии с европейским стандартом EN 14961-2. Результаты моделирования методом FEA показали, что конструкция радиальной, спиральной и гексагональной матриц под нагрузкой 1000 и 2900 фунтов на квадратный дюйм (6894,7 кПа и 19994,8 кПа, соответственно) не влияет на их механическую структуру.Максимальное смещение для радиального и шестиугольного было 0,3946 мм и 0,3289 мм при нагрузке 2900 фунтов на квадратный дюйм (19994,8 кПа), соответственно. Они демонстрируют, что геометрия является важным фактором при проектировании; гексагональная матрица будет производить больше гранул при соотношении гексагональной / радиальной матрицы 150/72. Возможно удвоение производства конфигурацией гексагональной матрицы; эта конфигурация не повлияет на структуру машины. Гранулятор был разработан из нержавеющей стали 304 и углеродистой стали, производительность от 300 до 1220 кг / ч для гранул диаметром 6 мм и длиной 30 мм, соответственно.Процесс производства гранул сложен, поскольку в него вовлечены разные факторы: тип биомассы, влажность, давление уплотнения, конструкция и тип материала машины, размер частиц, температура опилок и скорость вращения матрицы.

Чтобы поддержать эту конструкцию, мы делаем упор на физическое испытание на уплотнение, в котором ключевую роль играют давление, состав биомассы и размер частиц. Как отмечают Castellano et al. [21], состав биомассы играет ключевую роль в качестве гранул, поскольку он влияет на величину трения внутри матрицы каналов и определяет возможность агломерации частиц.В аналогичных исследованиях изучается сырье для производства гранул: овсяница, люцерна, сорго, тритикале, мискантус и ива [22], в то время как другие изучают процент относительной влажности, который является важным фактором для производства гранул [23]. Важно отметить, что биомасса используется не только в энергетических целях; Souri et al. изучали выделение азота как фактор роста растений после производства гранулированных удобрений как добавленную стоимость коровьего навоза. Они отмечают, что для этих целей предпочтительно низкое компактное давление [6, 7].

Для численного моделирования методом FEA давление уплотнения, использованное в этой работе, составляло 6,89 МПа и 20 МПа (1000 и 2900 фунтов на квадратный дюйм), в то время как для физических испытаний учитывались четыре различных давления: 0,344, 0,689, 3,447 и 6,894. МПа (50, 100, 500 и 1000 фунтов на квадратный дюйм) соответственно.

Различные исследования, связанные с теоретическим давлением сжатия, подтверждают интервал между 188 МПа и 295 МПа. Также упоминается, что биомасса, температура, влажность и размер частиц определяют давление прессования [24].При производстве окатышей в пилотном масштабе сообщалось о давлении прессования 8,65–9,5 МПа [25].

Существуют различные модели для конструкции гранулятора [26]; однако результаты этого исследования методом конечных элементов и испытаний на физическое уплотнение показали, что можно производить окатыши с такой конструкцией в соответствии с EN 14961-2. Еще одним важным моментом является то, что конструкция станка стандартизирована для быстрого и экономичного производства.

5.Выводы

Гранулятор с плоской головкой был разработан на основе европейского стандарта EN 14961-2 (определение характеристик гранул) и стандарта CENT / TS 14691 (Европейский сертификат твердого биотоплива). Эта машина была разработана из нержавеющей стали 304 и углеродистой стали, производительность от 30 до 60 кг / час для гранул диаметром 6 мм и длиной 30 мм; Разработаны матрицы трех типов: радиальная, спиральная и гексагональная; они сравнивались посредством моделирования для лучшего производства окатышей.Конструкция была подтверждена методом конечных элементов на трех типах матрицы, и испытания на физическое уплотнение были выполнены при различных давлениях: 50, 100, 500 и 1000 фунтов на квадратный дюйм (344,7, 689,4, 3447,38 и 6894,7 кПа).

Результаты моделирования с помощью конечных элементов показывают, что конструкции радиальных, спиральных и гексагональных матриц под нагрузкой 1000 и 2900 фунтов на квадратный дюйм (6894,7 кПа и 19994,8 кПа) не влияют на их механическую структуру; статический анализ показывает, что геометрия является важным фактором в конструкции матриц, а гексагональная матрица обеспечивает большее производство гранул в соотношении 2: 1 по сравнению с радиальным типом, в то время как испытания на физическое уплотнение показывают производство гранул под давлением. около 1000 фунтов на квадратный дюйм.

Процесс производства пеллет сложен, поскольку в него вовлечены различные факторы, такие как тип биомассы, влажность, давление уплотнения, конструкция и тип материала машины, размер частиц, температура опилок и скорость вращения матрицы между другими. По этой причине эта работа будет продолжена для производства различных гранул с различными физико-химическими параметрами и для анализа того, как эти параметры влияют на качество гранул. Конструкция этой машины стандартизирована с технической точки зрения, чтобы ее можно было построить быстро и экономично; однако его конструкция необходима для проведения соответствующих испытаний с учетом всех факторов, которые могут повлиять на производство гранул.

Номенклатура

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Выражение признательности

Авторы выражают признательность за финансовую поддержку, предоставленную Secretaría de Investigación y Posgrado (SIP) Национального политического института (IPN) Мексики в рамках проектов SIP 201

, 201

и 20196710.

Дополнительные материалы

Таблица S1: основные параметры гранул и их соответствующие значения. Таблица S2: формула и данные параметров, относящихся к сжатию опилок в матрице. Таблица S3: формула и данные параметров, относящихся к ролику. Таблица S4: формула и данные параметров, относящихся к матрице и рабочей поверхности. Таблица S5: формула и данные, относящиеся к требуемой мощности, винту и заводной головке. Таблица S6: формула и данные, относящиеся к конструкции бункера. (Дополнительные материалы)

Малая машина для производства древесных гранул из древесных опилок для изготовления миниатюрных самодельных древесных гранул

Многие из малых грануляторов , предлагаемых ABC Machinery, разделены на их собственную уникальную классификацию, в зависимости от того, как они работают.Вы найдете широкий выбор различных типов, таких как гранулятор с приводом от двигателя, гранулятор с дизельным приводом или гранулятор с валом отбора мощности.

Машина для производства пеллет типа D для продажи

Гранулятор с плоской матрицей типа D с приводом от электродвигателя

Гранулятор с плоской матрицей типа D с приводом от дизельного топлива, газа и вала отбора мощности

Машина для производства пеллет типа R для продажи

Гранулятор для опилок типа R с приводом от электрического и дизельного двигателя

Характеристики нашей машины для производства гранул с плоской матрицей

• Прочная конструкция и эффективная с научной точки зрения конструкция, способные обеспечить высокую производительность при низком потреблении энергии.
• Возможность использования разнообразного сырья для производства готовых гранул с высокой прочностью и гладкой поверхностью.
• Проста в использовании и обслуживании, а также защищена от многих рисков при соблюдении основных рекомендаций.
• Надежная конструкция с прочным интерьером и прочным внешним видом. Гарантированно долгий срок службы для всех пользователей.

Факты о малогабаритной машине для производства древесных гранул

Маленькая грануляторная мельница или гранулятор — это особый тип оборудования, который производит гранулы из самых разных материалов биомассы.Например, грануляторы с плоской матрицей могут производить гранулы из отходов биомассы, таких как опилки, солома, сухие листья, макулатура, скорлупа арахиса и т. Д. Малые грануляторы для опилок становятся все более важной частью борьбы с глобальным потеплением, и ожидается, что стоимость этих машин и производимых ими гранул биотоплива будет расти по мере роста спроса на них. Древесные гранулы, производимые на высококачественной машине для гранулирования малых размеров, обычно имеют большую плотность, высокую теплотворную способность и стойкость к горению.Благодаря небольшому размеру и простоте использования нашими самодельными грануляторами могут пользоваться как простые домовладельцы, так и фермеры.

Готовые гранулы, производимые на наших машинах для производства древесных гранул

Разработка гранулятора из древесных опилок

Благодаря развитию индустрии кормов для животных и глобальным усилиям крупных стран по борьбе с глобальным потеплением популярность малых грануляторов возросла. Это связано с тем, что он может перерабатывать корма для различных видов скота в дополнение к традиционным отходам биомассы для древесных гранул.Так было не всегда. Первоначально небольшие машины для гранулирования использовались только для обработки гранул в качестве корма для животных. Но последние достижения в области технологий и изменения качества материалов, используемых в конструкции машины, позволили использовать более широкий спектр материалов, таких как отходы биомассы и опилки. Конечный результат — древесные гранулы — можно сжигать как эффективное зеленое топливо в самых разных источниках тепла, например в котлах.

Мы связались с нашими довольными клиентами и получили от них отзывы об использовании самодельной машины для производства древесных гранул .Мы надеемся, что эти советы окажутся вам полезными, когда вы только начнете работать с этими машинами:

• Для всех материалов рекомендуемый уровень влажности составляет 15%.
• Поскольку температура постоянно составляет около 90-95 ° C, вы должны принять особые меры и накрыть гранулы, когда они только что вышли из пресса для гранул. Прежде чем прикасаться к нему напрямую, не забудьте сначала охладить его.

Наш завод по производству пеллет

Мы также уделили время и усилия, чтобы выслушать наших клиентов и внести все необходимые настройки в наши машины, чтобы обеспечить лучший опыт.Вот некоторые изменения;

• Использование более качественного и качественного сырья для основных частей машины, таких как валок, шаблон и матрица. Это должно еще больше продлить срок службы и долговечность продукта при переработке древесных гранул.
• Специальные модификации матрицы в целом с целью улучшения общей производительности машин. Теперь эффективно производить пеллеты проще, чем когда-либо.
• Чтобы соответствовать требованиям наших клиентов из ЕС, наши машины прошли через трудности с получением сертификата CE.

Наши клиенты посетили наш завод

ABC Machinery — квалифицированный производитель и поставщик грануляторов с огромным опытом работы в отрасли производства гранул, имеющий 8 патентов, сертификаты CE и lSO9000. Что еще более важно, ABC Machinery владеет собственным заводом. Наши продукты продаются довольным покупателям более чем в 50 странах Европы, Азии, Америки, Африки и т. Д. И наши продукты постоянно получают отличные отзывы и отзывы.

Пеллетные мельницы по заказу наших клиентов

Просто свяжитесь с нами, если вам нужна подробная информация о наших мини-грануляторах или если вы хотите купить гранулятор для опилок для изготовления своих собственных древесных гранул, мы всегда рады предоставить бесплатные консультации или консультации!

• Вы можете прислать мне фото и видео работы машины (ZLSP300B D-Type)?
  Я ищу гранулы конечного диаметра 6-8 мм.
  Спасибо
• По вашему запросу мы прилагаем фотографии и видео нашей машины. Пожалуйста, найдите во вложении к электронному письму.

  Хорошо, мы могли бы предложить вам гранулятор с матрицей 6 мм или 8 мм. Если вы хотите изготавливать гранулы разного размера, вы можете купить дополнительные штампы. И мы могли бы установить дополнительные штампы вместе с гранулятором, чтобы вам не пришлось нести дополнительную нагрузку. Цена штампа также указана во вложении.

  Кстати, какое у вас местное электричество? Подойдут ли вам наши 380V, 50HZ, 3Phases? Пожалуйста, порекомендуйте !

• Как долго работают штамп и ролик? или через сколько килограммов они выкинут (выбросят в помойку)?
• Срок службы наших роликов и штампов составляет минимум 800 часов.
• Из какого материала изготавливаются матрица и ролик?
• Материал наших роликов и штампов — легированная сталь.
• У вас есть сушилка для опилок и молотковая мельница? Что касается электричества, 380 В, 50 Гц, 3 фазы. Для нас это нормально.
• Да, у нас есть молотковая мельница и сушилка. Поэтому, если они вам нужны, сообщите нам о необходимой вам мощности, чтобы предложить вам подходящие модели машин.
• Я сделал печи для газификации биомассы, которые планируется использовать на гранулах биомассы, они будут продаваться на коммерческой основе.Я проводил испытания с твердой древесиной из-за отсутствия пеллет / пеллетных машин в Пакистане. Мне нужно купить:
  — Машина для производства гранул с приводом от ВОМ для изготовления гранул биомассы для финальных испытаний и т. Д …
  — Впоследствии мне нужно купить Малый завод по производству древесных пеллет, сначала для открытия своего дела.
  Пожалуйста, дайте мне расценки на машины с приводом от ВОМ и небольшой завод по производству древесных гранул на условиях FOB или CIF.
• Наша пеллетная мельница может обрабатывать древесное сырье, пшеничную / рисовую солому, опилки, шелуху, бамбуковый порошок, траву, люцерну, скорлупу арахиса, скорлупу подсолнечника, скорлупу кокоса, рисовые отруби, пластик, люцерну, кукурузу, сою и т. Д.

  Коммерческий лист типа ВОМ выслан на вашу электронную почту, пожалуйста, проверьте его.
  Для завода по производству малых гранул нам необходимо подтвердить следующую информацию.
  1. Оригинальный размер древесного материала?
  2. Влажность древесины?
  3. Сколько килограммов в час вы хотите производить?
  
  Что касается транспортных расходов, после подтверждения модели, пожалуйста, подтвердите морской порт в Пакистане.

Как избежать блокировки фильеры для древесных гранул?

Когда дело доходит до производства древесных гранул, самая большая проблема, с которой вы столкнетесь, — это пресс-форма для грануляторов с блокировкой .Когда это происходит, это может быть очень неприятно. Не только из-за количества времени, которое может потребоваться на снятие и очистку штампа. Но также из-за того, что после того, как матрица заблокирована, вы не можете тратить свое время на изготовление гранул. У вас также гораздо больше шансов заблокировать пресс-форму для производства древесных гранул по сравнению с другой биомассой или кормовыми гранулами. В этом посте я хочу объяснить некоторые из наиболее распространенных причин, по которым пресс-форма для гранулятора может блокироваться, и о том, как решить эту проблему. Сначала я расскажу о том, как избежать засорения фильеры мельницы для древесных гранул.

При производстве древесных гранул намного проще заблокировать матрицу, чем любую другую биомассу или кормовой материал: Изображение — Amazon

Заявление об отказе от ответственности: Привет! Кстати … любые ссылки на этой странице, ведущие к продуктам на Amazon или других сайтах, являются партнерскими ссылками, и я получаю комиссию, если вы совершаете покупку.

Как избежать блокировки матрицы гранулятора (основные моменты)

1. Подготовка матрицы гранулятора

   Полировочный материал необходимо обработать через гранулятор, чтобы подготовить новую матрицу или очистить отверстия в старой / б / у умирают.
   

2. Подготовка сырья

   Если ваша древесина слишком влажная (содержание влаги выше 15%) или частицы слишком большие (более 6 мм), это также может привести к засорению фильеры гранулятора.

3. Начните с медленной подачи в гранулятор

   Пока матрица гранулятора не достигнет своей оптимальной рабочей температуры (80 градусов Цельсия +), очень легко подать слишком много материала, что приведет к закупорке матрицы.

Выше приведены «основные моменты» того, что приводит к блокированию фильеры для древесных гранул, теперь давайте обсудим вышеперечисленные моменты более подробно.

1. Подготовка матрицы гранулятора для предотвращения засорения

Стоит отметить, что заблокировать новый кубик так же легко, как заблокировать старый использованный кубик, но по несколько другим причинам. Новая матрица (особенно если она куплена в Китае) будет иметь дефекты в отверстии матрицы из-за процесса сверления. На внутренней поверхности отверстие может выглядеть гладким. Однако обычно в процессе сверления также остаются небольшие царапины. Даже эти небольшие царапины могут создать достаточное сопротивление при изготовлении гранул, что приведет к закупорке матрицы.Помните, что если ролики гранулятора не могут создать достаточную силу, чтобы преодолеть сопротивление отверстий матрицы, это приведет к закупорке.

Если вы не подготовите / не отполируете матрицу, которая поставляется с дешевой китайской мельницей с плоской матрицей, вы, скорее всего, быстро заблокируете ее: Image — Amazon

Более старый штамп, который ранее использовался для изготовления древесных гранул, но простаивал более нескольких дней, может создать другую проблему. Влага в воздухе или от предыдущего производственного цикла приведет к образованию ржавчины / коррозии штампа на внутренней стороне отверстий штампа.Это снова делает внутреннюю поверхность отверстия шероховатой. Это означает, что ролик не может создать достаточную силу, чтобы протолкнуть материал через матрицу, что снова приводит к закупорке.

Как полировать матрицу гранулятора?

Чтобы решить указанные выше проблемы с шероховатой поверхностью в отверстиях фильеры гранулятора, нам понадобится полировальный материал, который пройдет через машину. Обычно это довольно рыхлый материал биомассы (я предпочитаю использовать пшеничные отруби), около 10-15% растительного масла и около 1-2% мелкого песка.Вы тщательно перемешиваете этот материал и несколько раз медленно обрабатываете его через гранулятор. Этот полировальный материал поможет очистить поверхность отверстий штампа и удалить коррозию.

Pro Совет: Экономно используйте полировальный материал. Если использовать слишком часто, это сократит срок службы матрицы и роликов из-за износа их поверхности. После износа входной ленты на матрице степень сжатия на матрице станет непригодной для изготовления гранул хорошего качества.

2. Подготовка сырья

Мы решили первую проблему, которая может привести к засорению фильеры гранулятора, отполировав отверстия фильеры, чтобы они были красивыми и гладкими. Теперь нам нужно изучить сырье для производства древесных гранул.

Каков размер частиц вашей древесины?

Вам необходимо убедиться, что ваша древесная биомасса должным образом обработана с помощью молотковой мельницы с 5-миллиметровым экраном. Это необходимо для того, чтобы частицы, которые вы помещаете в гранулятор (с головкой 6 мм), были меньше диаметра отверстий матрицы.

Pro Tip: Вам также необходимо убедиться, что в вашем сырье (камни / металл) нет загрязнений. Это не только приводит к закупорке фильеры, но и может серьезно повредить сам гранулятор. Это может включать поврежденную коробку передач или двигатель.

Какое содержание влаги в вашем сырье?

Как вы, возможно, знаете из основной страницы, посвященной производству древесных гранул, измерение и контроль содержания влаги в вашем сырье имеет жизненно важное значение.Общее правило при производстве древесных гранул заключается в том, что влажность сырой биомассы должна быть ниже 15%. Однако материал также должен иметь постоянное содержание влаги во всей партии. При взятии непостоянного образца сырья показатель может составлять 12-15%, что дает хорошие гранулы. Однако, если есть участок материала выше этого, скажем 20% +, это может легко привести к закупорке фильеры гранулятора, когда он попадает в гранулятор. Поэтому очень важно подготовить сырье для обеспечения постоянного содержания влаги во всей партии.Не только для того, чтобы избежать блокировки фильеры гранулятора, но и для производства древесных гранул неизменно хорошего качества.

Pro Tip: Даже если у вас есть сырье, приготовленное с идеальным размером частиц и содержанием влаги, следует рассмотреть возможность использования связующего для гранул. Связующее для гранул может помочь процессу и снизить вероятность засорения фильеры гранулятора.

3.Медленная загрузка гранулятора во избежание блокировки матрицы

Древесные гранулы хорошего качества производятся только после того, как пресс-гранулятор и матрица нагреваются до рабочей температуры, которая превышает 80 градусов Цельсия. На этом этапе природный лигнин в древесине расплавится и свяжет гранулы вместе. Однако до того, как гранулятор достигнет этой рабочей температуры, очень легко заблокировать матрицу, если сырье подается в матрицу быстрее, чем она может обработать материал. Вы должны убедиться, что перед валками гранулятора достаточно материала, но не покрывать их полностью.

Pro Tip: В процессе производства гранул выделяется тепло, которое выделяет влагу из сырья. Заполнение рабочей камеры гранулятора сырьем предотвращает выход этой влаги (пар). Затем этот пар поглощается поступающим сырьем. Это означает, что влажность сырья выше 15%, что приводит к закупорке фильеры. Следовательно, подавайте в гранулятор только с той скоростью, с которой он может обрабатывать.

По мере увеличения температуры валков и головки гранулятора производительность гранулятора также возрастает. На этом этапе вы можете увеличить скорость подачи сырья в гранулятор. Однако вы все равно не хотите перекармливать гранулятор, чтобы остановить выход пара. Даже при рабочей температуре это, скорее всего, приведет к засорению матрицы.

Что делать после того, как вы закончили производство древесных пеллет?

Хорошо, предположим, вы закончили производство древесных гранул.Очевидно, вы хотите оставить гранулятор в таком состоянии, при котором матрица не заблокирована для следующего производственного цикла. Поэтому за последние несколько минут работы добавьте в смесь совсем немного растительного масла. В результате в матрице останется мягкий маслянистый материал. Так в следующий раз будет намного проще снова начать делать гранулы.

Pro Tip: Если вы покидаете гранулятор более чем на несколько дней, вам нужно будет снова пропустить полировальный материал через матрицу.Это счистит любую коррозию / ржавчину, образовавшуюся в отверстиях матрицы.

Справочник по гранулам содержит гораздо больше информации о том, как правильно подготовить и запустить гранулятор, чтобы избежать засорения матрицы: электронная книга и твердый переплет — Amazon

Найдите современный, эффективный и долговечный пресс для гранул из мягкой древесины

может обрабатывать сырье, такое как опилки, рис, солома, шелуха и другие, для преобразования в миниатюрные гранулы биомассы для различных целей.Эти. Прессы для гранул из мягкой древесины оснащены модернизированными технологиями, такими как высокопрочная система подшипников, система масляной смазки, усовершенствованная и новая система выталкивания для более эффективной работы. Эти продукты поставляются с двигателями из чистой меди с технологией прецизионной обработки для производства стандартных гранул биомассы. Корпус из нержавеющей стали. Пресс для гранул из мягкой древесины обеспечивает лучшую долговечность и исключительную прочность.

Неважно какой. пресс для гранул из мягкой древесины вы ищете, вы можете получить все виды их моделей на Alibaba.com для великолепных скидок и предложений. Эти исключительные. Пресс для гранул из мягкой древесины отличается быстродействием, защитой от ржавчины и устойчивостью к коррозии для повышения производительности. Вы можете настроить положение и выбрать размер гранул при их использовании. Пресс для гранул из мягкой древесины , которые легко собираются или сразу разбираются.

Alibaba.com предлагает вам множество разных. Прессы для гранул из мягкой древесины серии , поэтому вы можете выбрать модель, которая наилучшим образом соответствует вашему бюджету и требованиям.Эти продукты имеют сертификаты ISO, CE, SGS, что делает их более надежными и эффективными в производстве. OEM-заказы принимаются по заявкам клиентов.

Производство ядерного топлива — Всемирная ядерная ассоциация

(Обновлено в сентябре 2020 г.)

• Изготовление топлива — последний этап в процессе превращения урана в ядерные топливные стержни.
• Твэлы, собранные в сборки, составляют большую часть конструкции активной зоны реактора.
• Этот переход из взаимозаменяемого материала — урана — в высокотехнологичные компоненты реактора концептуально отличается от очистки и подготовки ископаемого топлива.
• Ядерные тепловыделяющие сборки специально разработаны для конкретных типов реакторов и изготавливаются в соответствии со строгими стандартами.
• Коммунальные предприятия и производители совместно работали над значительным улучшением характеристик тепловыделяющих сборок, и в настоящее время реализуется международная программа создания отказоустойчивого топлива.
• Хотя все настоящее топливо представляет собой оксиды, НИОКР сосредоточены на металлах, нитридах и других формах. Первое современное металлическое топливо должно пройти испытания на промышленных реакторах.

Ядерные реакторы работают на топливе, содержащем делящийся материал. В процессе деления выделяется большое количество полезной энергии, и по этой причине делящиеся компоненты — U-235 и / или Pu-239 — должны находиться в прочной физической форме, способной выдерживать высокие рабочие температуры и среду с интенсивным нейтронным излучением.Топливные конструкции должны сохранять свою форму и целостность в течение нескольких лет в активной зоне реактора, тем самым предотвращая утечку продуктов деления в теплоноситель реактора.

Стандартная топливная форма состоит из колонны керамических таблеток из оксида урана, плакированных и запаянных в трубки из циркониевого сплава. Для топлива легководных реакторов (LWR) уран обогащен до различных уровней примерно до 4,8% по U-235. Топливом реактора с тяжелой водой под давлением (PHWR) обычно является необогащенный природный уран (0.7% U-235), хотя также используется слабообогащенный уран.

Характеристики ТВС улучшились с 1970-х годов, что позволило увеличить выгорание топлива с 40 ГВт-сутки / тУ до более 60 ГВт · сут / тУ. Это коррелирует с повышенными уровнями обогащения с примерно 3,25% до 5% и использованием усовершенствованных конструкций выгорающих поглотителей для PWR с использованием гадолиния. Мониторинг активной зоны, дающий подробную информацию в режиме реального времени, также позволил улучшить характеристики топлива.

Изготовление топливных конструкций, называемых сборками или пучками, является последней стадией начального этапа ядерного цикла, показанного на Рисунке 1, и составляет менее 20% от окончательной стоимости топлива.Процесс изготовления топлива из смешанного оксида урана и плутония (МОКС) по существу тот же, несмотря на некоторые особенности, связанные с обращением с плутониевым компонентом.

Рисунок 1: Замкнутый ядерный топливный цикл, показывающий поток первичных и вторичных материалов

В отрасли доминируют четыре компании, обслуживающие международный спрос на легководные реакторы: Areva, Global Nuclear Fuel (GNF), ТВЭЛ и Westinghouse.GNF в основном предназначен для BWR, а ТВЭЛ — для PWR.

Изготовление ядерного топлива — обзор процесса

Существует три основных этапа изготовления конструкций ядерного топлива, используемых в LWR и PHWR:

1. Производство чистого диоксида урана (UO ₂ ) из поступающего UF ₆ или UO ₃ .
2. Производство высокоплотных керамических гранул точной формы UO ₂ гранул.
3. Изготовление жесткого металлического каркаса ТВС — в основном из сплава циркония; и загрузку топливных таблеток в топливные стержни, их герметизацию и сборку стержней в окончательную конструкцию тепловыделяющей сборки.

Эти шаги показаны на Рисунке 2.

Рисунок 2: Процесс изготовления топлива

УО

Уран поступает на завод по производству топлива в одной из двух форм: гексафторид урана (UF ₆ ) или триоксид урана (UO ₃ ), в зависимости от того, обогащен он или нет. Его необходимо преобразовать в диоксид урана (UO ₂ ) перед изготовлением таблеток.Большинство заводов по производству имеют свои собственные установки для осуществления этой химической конверсии (некоторые не имеют и приобретают UO ₂ на заводах с избыточными производственными мощностями). Химическое преобразование в UF ₆ и из него — это разные процессы, но оба включают обращение с агрессивными соединениями фтора, и установки могут быть настроены для выполнения обоих.

Преобразование в UO ₂ может быть выполнено с использованием «сухих» или «мокрых» процессов. В сухом методе UF ₆ нагревается до пара и вводится в двухступенчатый реакционный сосуд (например, вращающуюся печь), где он сначала смешивается с паром для получения твердого фторида уранила (UO ₂ F2) — этого порошка проходит через сосуд для реакции с h3 (разбавленным паром), который удаляет фторид и химически восстанавливает уран до чистого микрокристаллического продукта UO ₂ .

Мокрые методы включают закачку UF6 в воду с образованием суспензии частиц UO2F2. К этой смеси добавляют аммиак (Nh4) или карбонат аммония (NH ₃ ) 2CO ₃ ), и UO ₂ F ₂ вступает в реакцию с образованием; диуранат аммония (ADU, (NH ₃ ) 2U ₂ O ₇ ) в первом случае или уранилкарбонат аммония (AUC, UO ₂ CO ₃ . (NH ₃ ) 2CO ₃ ) в последнем случае. В обоих случаях суспензию фильтруют, сушат и нагревают в восстановительной атмосфере до чистого UO ₂ .Морфология порошков UO ₂ , полученных по маршрутам ADU и AUC, различается, и это влияет на конечную микроструктуру гранул.

Мокрые методы немного сложнее и приводят к большему количеству отходов, однако большая гибкость с точки зрения свойств порошка UO ₂ является преимуществом.

Для превращения UO ₃ в UO ₂ к UO ₃ добавляют воду, чтобы образовался гидрат. Это твердое вещество (влажное или сухое) подают в печь, работающую с восстановительной атмосферой, и получают UO ₂ .

Производство керамических UO

Порошок UO ₂ может нуждаться в дальнейшей обработке или кондиционировании, прежде чем из него можно будет превратиться в гранулы:

• Гомогенизация: может потребоваться смешивание порошков для обеспечения однородности с точки зрения гранулометрического состава и удельной поверхности.
• Добавки: U ₃ O ₈ могут быть добавлены для обеспечения удовлетворительной микроструктуры и плотности гранул. Другие ингредиенты топлива, такие как смазочные материалы, выгорающие поглотители (например,г. гадолиний) и порообразователи.

Кондиционированный порошок UO ₂ подается в матрицы и прессуется по двум осям в цилиндрические гранулы под нагрузкой в ​​несколько сотен МПа — это делается в прессах, работающих с высокой скоростью. Эти «сырые» окатыши затем спекаются путем нагревания в печи при температуре около 1750 ° C в точно контролируемой восстановительной атмосфере (обычно аргон-водород) для их консолидации. Это также приводит к уменьшению их объема.Затем гранулы обрабатываются до точных размеров — лом, из которого возвращается на более раннюю стадию процесса. Для обеспечения целостности гранул и точных размеров применяется строгий контроль качества.

Для большинства реакторов гранулы имеют диаметр чуть менее одного сантиметра и длину немногим более одного сантиметра. Одна таблетка в типичном реакторе дает примерно такое же количество энергии, как одна тонна дымящегося угля.

Горючие поглотители (или выгорающие «яды»), такие как гадолиний, могут быть включены (в виде оксида) в топливные таблетки некоторых стержней для ограничения реактивности на ранних этапах срока службы топлива.Горючие поглотители имеют очень высокое сечение поглощения нейтронов и сильно конкурируют за нейтроны, после чего они постепенно «выгорают» и превращаются в нуклиды с низким поглощением нейтронов, оставляя делящийся (U-235) для реакции с нейтронами. Горючие поглотители обеспечивают более длительный срок службы топлива за счет более высокого обогащения делящимся топливом в свежем топливе без чрезмерной начальной реактивности и образования тепла в сборке.

Гадолиний, в основном содержащий до 3 г оксида на килограмм топлива, требует немного более высокого обогащения топлива, чтобы компенсировать это, а также после выгорания около 17 ГВт · сут / т он сохраняет около 4% своего абсорбционного эффекта и не уменьшается в дальнейшем. .Интегральный топливный абсорбер из диборида циркония (IFBA) в виде тонкого покрытия на обычных таблетках сгорает более устойчиво и полностью и не влияет на свойства топливных таблеток. Сейчас он используется в большинстве реакторов в США и некоторых в Азии. Китай имеет такую ​​технологию для реакторов AP1000.

гранулы MOX — см. Следующий раздел.

Изготовление и загрузка каркаса ТВС

Конструкции ядерного топлива требуют, чтобы стержни, заполненные таблетками, имели точное физическое расположение с точки зрения шага решетки (шага) и их связи с другими элементами, такими как каналы воды (замедлитель) и каналы управляющих стержней.Поэтому физические конструкции для удержания топливных стержней спроектированы с очень жесткими допусками. Они должны быть устойчивы к химической коррозии, высоким температурам, большим статическим нагрузкам, постоянной вибрации, жидкостным и механическим воздействиям. Однако они также должны быть максимально нейтронно-прозрачными.

Сборочные конструкции состоят из прочного каркаса из стали и циркония, на котором закреплены многочисленные опорные элементы решетки, которые надежно удерживают стержни в их точных положениях решетки.Они сделаны из сплава циркония и должны обеспечивать (и даже улучшать) поток охлаждающей воды вокруг топливного стержня. Структуры сетки захватывают топливный стержень и поэтому тщательно спроектированы, чтобы минимизировать риск вызванного вибрацией абразивного износа на трубке оболочки — так называемого «фреттинг-износа».

Все производители топлива обладают сложными инженерными процессами и контролем качества для своевременного изготовления своих сборочных конструкций.

, отвечающие требованиям QA, загружаются в трубы, изготовленные из соответствующего циркониевого сплава, называемые «оболочкой».Заполненная трубка промывается гелием и нагнетается давлением в несколько десятков атмосфер (несколько МПа) этого газа перед тем, как концы с каждой стороны герметизируются прецизионной сваркой. Между верхней частью стопки таблеток и приваренными концевыми заглушками остается свободное пространство — это называется «внутренним пространством», и оно позволяет компенсировать тепловое расширение таблеток и некоторых газов продуктов деления. Пружина обычно вставляется в камеру статического давления для приложения сжимающей силы к штабелю гранул и предотвращения ее движения.

Готовые топливные стержни затем закрепляются в сборных каркасных конструкциях, которые удерживают стержни в точно определенной сетке.

Чтобы максимизировать эффективность реакции деления, оболочка и все другие структурные части сборки должны быть как можно более прозрачными для нейтронов. Поэтому различные формы циркониевого сплава или циркалоя являются основными материалами, используемыми для плакирования. Этот циркалой содержит небольшое количество олова, ниобия, железа, хрома и никеля для обеспечения необходимой прочности и коррозионной стойкости. Гафний, который обычно встречается в естественных условиях с отложениями циркония, необходимо удалить из-за его высокого поперечного сечения поглощения нейтронов.Точный состав используемого сплава зависит от производителя и является важным фактором, определяющим качество топливной сборки. Циркалой окисляется на воздухе и в воде, поэтому он имеет окисленный слой, не нарушающий его функции.

Соображения безопасности

Строгие меры контроля качества применяются на всех этапах процесса, чтобы гарантировать отслеживаемость всех компонентов в случае сбоев.

Основными проблемами безопасности технологического процесса на предприятиях по изготовлению ядерного топлива являются обращение с фторидом и риск возникновения критичности, если при размещении делящихся материалов не будут приняты надлежащие меры.Оба риска управляются посредством строгого контроля материалов, и действительно, предприятия по изготовлению топлива работают со строгим ограничением уровня обогащения урана, который используется на предприятии — он не может превышать 5% по U-235, что по существу исключает возможность непреднамеренная критичность.

Типы тепловыделяющих сборок для различных реакторов

Топливные сборки, разработанные для различных типов реакторов, значительно различаются. Это означает, что коммунальные предприятия имеют ограниченный выбор поставщиков готовых тепловыделяющих сборок, особенно для PWR.

PWR топливо

Реакторы с водой под давлением (PWR) являются наиболее распространенным типом ядерных реакторов, на долю которых приходится две трети текущих установленных ядерных генерирующих мощностей во всем мире. В активной зоне PWR используется обычная вода как замедлитель, так и теплоноситель первого контура — она ​​поддерживается под значительным давлением (около 10 МПа), чтобы предотвратить ее кипение, а ее температура повышается примерно до 330 ° C после прохождения вверх мимо топлива. Затем он попадает по массивным трубам в парогенератор.

Топливо для западных PWR построено с квадратной решеткой, а сборки характеризуются количеством стержней, которые они содержат, как правило, 17 × 17 в текущих конструкциях.Топливная сборка PWR имеет высоту от четырех до пяти метров, диаметр около 20 см и вес около полутонны. В сборке есть свободные позиции тяги — осталось место для вертикальной вставки тяги управления. Не каждое место сборки требует топлива или управляющего стержня, и пространство может быть обозначено как «направляющая гильза», в которую может быть помещен стержень источника нейтронов, специальные приборы или испытательный топливный сегмент.

Топливная сборка PWR содержит нижнее сопло, в котором стержни закреплены через решетку, и для завершения всей сборки он венчается верхним соплом.Нижнее и верхнее сопла имеют прочную конструкцию, поскольку они обеспечивают большую часть механической поддержки конструкции тепловыделяющей сборки. В готовой сборке большинство компонентов стержня будут топливными стержнями, но некоторые будут направляющими гильзами, а один или несколько, вероятно, будут предназначены для контрольно-измерительных приборов. Топливная сборка PWR показана на рисунке 3. Топливные сборки PWR довольно однородны по сравнению с сборками BWR, и те, что находятся в каждом конкретном реакторе, должны иметь по существу одинаковую конструкцию.

Активная зона PWR мощностью 1100 МВт (эл.) Может содержать 193 тепловыделяющие сборки, состоящие из более чем 50 000 тепловыделяющих стержней и около 18 миллионов топливных таблеток.После загрузки топливо остается в активной зоне в течение нескольких лет в зависимости от конструкции рабочего цикла. Во время перегрузки каждые 12–18 месяцев часть топлива — обычно треть или четверть активной зоны — удаляется на хранение, а оставшаяся часть перемещается в место в активной зоне, лучше подходящее для ее остаточного уровня обогащения.

Российских реакторов PWR обычно называют ВВЭР. Топливные сборки для них отличаются своим шестиугольным расположением, но в остальном имеют такую ​​же длину и конструкцию, что и другие тепловыделяющие сборки PWR.Большая часть из них производится ТВЭЛ в России, но Westinghouse в Швеции также производит и наращивает мощности для этого. ТВЭЛ подстрекает к использованию эрбия в качестве горючего яда в топливе с обогащением примерно до 6,5%, чтобы продлить интервалы между дозаправками до двух лет.

Рисунок 3: Схематическое изображение топливной сборки PWR (Mitsubishi Nuclear Fuel)

Рисунок 4: Топливная сборка PWR

Рисунок 5: ТВС ВВЭР-1000

Топливо BWR

Реакторы с кипящей водой (BWR) — второй по распространенности тип ядерных реакторов, на долю которых приходится почти четверть установленных ядерных генерирующих мощностей.В реакторе с кипящей водой вода превращается непосредственно в пар в корпусе реактора в верхней части активной зоны, и этот пар (примерно при 290 ° C и 7 МПа) затем используется для привода турбины.

BWR также используются топливные стержни, содержащие керамические таблетки из оксида урана с циркониевым покрытием. Их объединение в сборки также основано на квадратной решетке с геометрией штифтов от 6×6 до 10×10 или 11×11. Срок службы топлива и стратегия управления аналогичны стратегии PWR.

Но топливо BWR фундаментально отличается от топлива PWR в определенных отношениях: (i) четыре топливных сборки и управляющая лопасть крестообразной формы образуют «топливный модуль», (ii) каждая сборка изолирована от своих соседей зоной, заполненной водой. по которому перемещаются крестообразные лопасти регулирующего стержня (они вставляются со дна реактора), (iii) каждая тепловыделяющая сборка BWR заключена в циркалоевую оболочку или коробку каналов, которая направляет поток охлаждающей воды через сборку и во время этого прохождения она достигает точки кипения; (iv) сборки BWR содержат водные каналы большего диаметра — гибко спроектированные для обеспечения соответствующего замедления нейтронов в сборке.

Циркалоевые трубки могут наполняться водой, что увеличивает количество замедлителя в центральной части сборки. В стержнях используются разные уровни обогащения в разных положениях — более низкие обогащения во внешних стержнях и более высокие обогащения вблизи центра пучка. Реактор BWR спроектирован для работы с 12-15% воды в верхней части активной зоны в виде пара и, следовательно, с меньшим замедляющим эффектом и, следовательно, с повышенным КПД.

Для многих моделей BWR контроль реактивности для обеспечения возможности отслеживания нагрузки может быть достигнут путем изменения скорости циркуляции внутри активной зоны.Струйные насосы, расположенные в кольцевом пространстве между внешней стенкой корпуса и внутренней стенкой, называемой кожухом, увеличивают поток воды вверх через топливную сборку. При высоких скоростях потока пузырьки пара удаляются быстрее, и, следовательно, замедление и реакционная способность увеличиваются. Когда скорость потока уменьшается, замедление уменьшается, поскольку пузырьки пара присутствуют дольше и, следовательно, падает реактивность. Это позволяет отклоняться примерно на 25% от максимальной номинальной выходной мощности, обеспечивая более быстрое отслеживание нагрузки, чем с PWR.

Управляющие стержни используются, когда уровни мощности снижаются ниже 75%, но они не являются частью топливной сборки, как в PWR. Они имеют вход снизу — выталкиваются вверх, так что стержни сначала захватывают нижнюю, более реактивную зону тепловыделяющих сборок.

Изготовление топлива для BWR происходит почти так же, как и для топлива PWR.

На рисунке 6 показано поперечное сечение сборки BWR. Таким образом, тепловыделяющие сборки BWR работают больше как отдельные блоки, и различные конструкции могут быть смешаны при любой загрузке активной зоны, что дает коммунальному предприятию большую гибкость при покупке топлива.

GE Global Nuclear Fuels разрабатывает топливо с новым материалом оболочки — NSF — содержащим 1% ниобия, 1% олова, 0,35% железа (Nb, Sn, Fe) для уменьшения или устранения деформации топливного канала из-за химического взаимодействия с циркалоем, а в 2013 г. , 8% ядер использовали это. Toshiba и керамическая компания Ibiden в Японии разрабатывают оболочки из карбида кремния или короба каналов для тепловыделяющих сборок BWR.

Westinghouse планирует произвести свинцовые испытательные сборки своего топлива TRITON11 (конфигурация 11×11) для BWR в 2019 году.В нем используется циркониевый канал с низким содержанием олова и новая оболочка твэла. В нем говорится, что это топливо отличается повышенной экономичностью, прочной механической конструкцией и высококачественным материалом. Он был оптимизирован как для коротких, так и для длинных циклов, а также для ядер с повышенным номиналом и более высоких температур выгорания.

Рисунок 6: Схематический вид ТВС BWR (Nucleartourist и GE)

PHWR (CANDU) топливо

Реакторы с тяжелой водой под давлением (PHWR) изначально были канадской конструкции (также называемые «CANDU»), на долю которых приходится ~ 6% мировых установленных ядерных генерирующих мощностей.В PHWR используются напорные трубки, в которых тяжелая вода замедляет и охлаждает топливо. Они работают на природном (необогащенном) или слегка обогащенном оксиде урана в виде керамических таблеток, плакированных циркониевым сплавом.

PHWR имеют длину около 50 см и собраны в «пучки» диаметром около 10 см. Пучок твэлов состоит из 28, 37 или 43 твэлов, расположенных в несколько колец вокруг центральной оси (см. Рисунок). Их небольшая длина означает, что они не требуют опорных конструкций, характерных для других типов реакторного топлива.Топливо PHWR не достигает высокого уровня выгорания и не остается в активной зоне реактора очень долго, поэтому топливные таблетки очень мало разбухают в течение своего срока службы. Это означает, что топливные стержни PHWR не нуждаются в поддержании зазора между таблеткой и оболочкой и не должны находиться под высоким давлением с наполняющим газом (как для топлива LWR), более того, металлической оболочке позволяют схлопнуться на топливную таблетку, тем самым обеспечивая хороший тепловой контакт. .

Пучки твэлов загружаются в горизонтальные каналы или напорные трубы, которые проходят по всей длине корпуса реактора (известную как каландрия), и это можно делать, пока реактор работает на полную мощность.В каждый топливный канал загружается около двенадцати пучков в зависимости от модели — реактор CANDU мощностью 790 МВт (эл.) Содержит 480 топливных каналов, состоящих из 5760 пучков тепловыделяющих элементов, содержащих более 5 миллионов топливных таблеток.

Заправка под нагрузкой — это полностью автоматизированный процесс: новое топливо загружается в канал на одном конце, а отработанное топливо собирается на другом. Эта особенность означает, что PHWR по своей природе гибок в отношении требований к топливу и может работать на разных видах топлива, требующих разного времени пребывания, например, природный уран, слегка обогащенный уран, топливо, содержащее плутоний, и топливо на основе тория.

Рисунок 7: топливные пучки Indian PHWR

Топливо AGR

Усовершенствованный реактор с газовым охлаждением (AGR) — это ядерный реактор второго поколения, разработанный Великобританией, используемый только в Великобритании. СМА составляют около 2,7% от общей мировой ядерной генерирующей мощности. В них используется вертикальная конструкция топливного канала, а в качестве теплоносителя первого контура используется газ CO ₂ — очень слабый замедлитель.

AGR состоят из круглой группы из 36 твэлов с оболочкой из нержавеющей стали, каждая из которых содержит 20 топливных таблеток с обогащенным UO ₂ , а вес сборки составляет около 43 кг.Уровни обогащения варьируются примерно до 3,5%. Нержавеющая сталь допускает более высокие рабочие температуры, но приносит в жертву некоторую нейтронную экономию. Сборка покрыта графитовой оболочкой, которая выполняет роль замедлителя. Восемь сборок уложены друг за другом в топливном канале, вставленном в верхнюю часть реактора. Во время заправки заменяется весь этот стек. Срок службы топлива составляет около пяти лет, а заправка может производиться под нагрузкой через заправочную машину.

Рисунок 8: разрез топливной сборки AGR

Топливо РБМК

Реактор РБМК — это ранняя советская конструкция, созданная на основе реакторов для производства плутония.Одиннадцать блоков находятся в эксплуатации (3% от общего количества в мире), с системами управления и оксидным топливом, значительно измененными с 1990 года. В нем используются вертикальные напорные трубы (чуть менее 1700 из них, каждая длиной около 7 метров), проходящие через большой графитовый замедлитель. Топливо охлаждается легкой водой, которой дают возможность кипеть в первом контуре, как в BWR.

РБМК имеют длину около 3,65 метра, а комплект из 18 топливных стержней образует пучок твэлов диаметром около 8 см. Два пучка соединены вместе и закрыты с обоих концов верхним и нижним соплами, образуя тепловыделяющую сборку общей длиной около 10 метров и весом 185 кг.С 1990 года топливо РБМК имело более высокий уровень обогащения, увеличивающийся с примерно 2% до в среднем 2,8% (варьирующийся по топливному элементу от 2,5% до 3,2%), и теперь оно включает около 0,6% эрбия (выгорающий поглотитель). Это улучшает общую безопасность и увеличивает выгорание топлива. Это новое топливо может оставаться в реакторе до шести лет, прежде чем его потребуется удалить. Все реакторы РБМК теперь используют рециклированный уран из реакторов ВВЭР.

Как и другие конструкции напорных труб, такие как PHWR, реактор РБМК допускает перегрузку топлива под нагрузкой.

Топливо реактора на быстрых нейтронах

В настоящее время в эксплуатации находится только один промышленно действующий реактор на быстрых нейтронах — БН-600 в Белоярске в России. В стадии строительства находятся два блока FNR — блок мощностью 800 МВт в России и блок мощностью 500 МВт в Индии (который планирует построить еще пять). Два БН-800 планировались в Китае.

Реакторы на быстрых нейтронах (FNR) немодерируются и используют быстрые нейтроны, чтобы вызвать деление. Следовательно, они в основном используют плутоний в качестве основного топлива или иногда высокообогащенный уран для запуска (им требуется около 20-30% делящихся ядер в топливе).Во время эксплуатации плутоний выделяется из урана-238. Если FNR сконфигурирован так, чтобы иметь коэффициент конверсии выше 1 (т. Е. Создается больше делящихся ядер, чем расщепляется), как первоначально спроектировано, он называется реактором-размножителем на быстрых нейтронах (FBR). В FNR используются жидкометаллические охлаждающие жидкости, такие как натрий, и они работают при более высоких температурах. (См. Также информационный документ о реакторе на быстрых нейтронах)

Помимо основного топлива FNR, существует множество тяжелых нуклидов — особенно U-238, но также Am, Np и Cm, которые расщепляются в спектре быстрых нейтронов — по сравнению с небольшим количеством делящихся нуклидов в медленных (тепловых) нейтронах. поле (только U-235, Pu-239 и U-233).Следовательно, топливо FNR может включать смесь трансурановых элементов. Также он может быть в одной из нескольких химических форм, в том числе; стандартная оксидная керамика, смешанная оксидная керамика (MOX), одно- или смешанная нитридная керамика, карбиды и металлическое топливо. Кроме того, топливо FNR может быть изготовлено в форме таблеток или с использованием метода «виброупаковки», при котором градуированные порошки загружаются и сжимаются непосредственно в трубку оболочки. Карбидные топлива, такие как используемые в Индии, имеют более высокую теплопроводность, чем оксидные топлива, и могут достигать более высоких коэффициентов воспроизводства, чем у оксидных топлив, но меньших, чем у металлических топлив.

Активная зона FNR намного меньше, чем у обычного реактора, и активная зона, как правило, проектируется с отдельными зонами «затравки» и «бланкета» в зависимости от того, будет ли реактор работать как «горелка» или «размножитель». В каждом случае состав топлива для затравочной зоны и зоны бланкета различается — в центральной затравочной зоне используется топливо с высоким содержанием делящихся (и, следовательно, с высокой мощностью и уровнем эмиссии нейтронов), а в зоне бланкета — низкое содержание делящихся, но высокий уровень. материала, поглощающего нейтроны, который может быть фертильным (для размножения, например, U-238) или поглотителем отходов, который необходимо преобразовать.

ТВС БН-600 имеют длину 3,5 м, ширину 96 мм, массу 103 кг и состоят из верхнего и нижнего сопел (для направления потока теплоносителя) и центрального пучка твэлов. Центральный пучок представляет собой шестиугольную трубу и содержит 127 стержней длиной 2,4 м и диаметром 7 мм каждый с керамическими таблетками для трех уровней обогащения урана; 17%, 21% и 26%. Бланкетные пучки твэлов содержат 37 стержней, содержащих обедненный уран. В твэлах БН-600 используется оболочка из малонабухающей нержавеющей стали.

FNR используются жидкометаллические теплоносители, такие как натрий или эвтектическая смесь свинца и висмута, и они позволяют работать при более высоких рабочих температурах — около 550 ° C и, таким образом, имеют более высокую эффективность преобразования энергии.Они способны к сильному выгоранию топлива.

Характеристики ядерного топлива в реакторах

Ядерное топливо работает в суровых условиях, в которых высокая температура, химическая коррозия, радиационное повреждение и физические нагрузки могут нарушить целостность тепловыделяющей сборки. Таким образом, срок службы тепловыделяющей сборки в активной зоне реактора регулируется до уровня выгорания, при котором риск ее выхода из строя остается низким. «Неисправность» топлива относится к ситуации, когда оболочка была повреждена и радиоактивный материал просачивается из керамического топлива (таблетки) в охлаждающую воду реактора.Радиоактивные материалы с наибольшей тенденцией просачиваться через разрыв оболочки в теплоноситель реактора — это, в частности, газы продуктов деления и летучие элементы; криптон, ксенон, йод и цезий.

Утечки топлива не представляют значительного риска для безопасности станции, хотя они имеют большое влияние на работу реактора и (потенциально) на экономику станции. По этой причине вода теплоносителя первого контура постоянно контролируется на предмет наличия этих веществ, что позволяет быстро обнаруживать любую утечку. Допустимый уровень выделяемой радиоактивности строго регулируется в соответствии со спецификациями, которые учитывают продолжающуюся безопасную эксплуатацию топлива.В зависимости от серьезности утечки потребуются различные уровни вмешательства оператора:

1. Очень незначительная утечка: без изменений в работе — неисправная тепловыделяющая сборка с протекающим стержнем (стержнями) удаляется при следующей заправке, осматривается и, возможно, повторно загружается.
2. Малая утечка: допустимые тепловые переходные процессы для реактора ограничены. Это может помешать реакторам работать в режиме «слежения за нагрузкой» и потребует тщательного контроля физики реактора. Неисправная тепловыделяющая сборка с негерметичным стержнем обычно удаляется и оценивается при следующей плановой дозаправке.
3. Значительная утечка: реактор остановлен, неисправный узел обнаружен и удален.

Протекающий топливный стержень иногда можно отремонтировать, но обычно требуется замена узла (с соответствующим уровнем остаточного обогащения). Замена топлива — это одна из составляющих затрат, связанных с неисправным топливом. Также существует штраф за счет стоимости и / или замена мощности из-за необходимости работать на пониженной мощности или внепланового отключения. Также могут быть более высокие затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание, связанные со снижением повышенных уровней радиации на станции.

Управление топливом — это баланс между экономической необходимостью более длительного сжигания топлива и необходимостью соблюдать пределы риска отказа. Повышение надежности топлива расширяет эти пределы и, следовательно, является критическим фактором в обеспечении запаса для улучшения выгорания топлива.

Ядерная промышленность добилась значительных улучшений производительности, снизив частоту отказов топлива примерно на 60% за 20 лет до 2006 г., в среднем до 14 утечек на миллион загруженных стержней [IAEA 2010]. Стремление к надежности продолжается.В рамках общеотраслевых программ, проводимых Исследовательским институтом электроэнергетики (EPRI) и Американским институтом эксплуатации ядерной энергетики (INPO), были разработаны рекомендации по устранению отказов топлива (была амбициозная цель — достичь нулевого количества отказов топлива к 2010 году). Эти программы привели к созданию программы обеспечения отказоустойчивого топлива (см. Ниже).

Неисправности топлива в энергетических реакторах США случаются редко. По данным EPRI, на начало 2014 года 97% атомных электростанций США не имели отказов топлива, по сравнению с 71% в 2007 году.Ежегодная частота отказов в США составляет примерно один на миллион (, т.е. пяти стержней в год). Топливная инженерия продолжает улучшаться, например, с более сложными фильтрами для мусора в сборочных конструкциях. Сами коммунальные предприятия вводят более строгие правила для исключения попадания посторонних материалов в воду теплоносителя первого контура. В 2013 году компания Global Nuclear Fuel (GNF) имела в эксплуатации два миллиона топливных стержней и утверждала, что среди них нет утечек. (В начале 1970-х годов гидрирование и взаимодействие гранул с оболочкой вызвали множество утечек.В 80-е годы произошли улучшения на порядок.)

В то же время наблюдается постепенная глобальная тенденция к более высокому выгоранию топлива *. Однако более высокое выгорание, как правило, требует более высоких уровней обогащения, и это имеет предел, учитывая строгие ограничения безопасности по критичности, налагаемые на установки по изготовлению топлива — максимальный уровень обогащения урана, с которым можно работать, обычно составляет 5% по U-235.

Не менее важной тенденцией в ядерной топливной инженерии является возможность увеличения номинальной мощности топлива, то есть того, сколько энергии может быть извлечено из одной длины топливного стержня.В настоящее время это ограничивается свойствами материала циркониевой оболочки.

Спрос и предложение в обрабатывающей промышленности

Текущий годовой спрос на услуги по изготовлению топлива для LWR выражается как потребность примерно в 7000 тонн обогащенного урана, производимого в сборки, и, как ожидается, к 2020 году эта цифра увеличится примерно до 9500 тонн. Потребности в PHWR составляют дополнительно 3000 тонн / год и рынок реакторов с газовым охлаждением около 400 т / год.

Потребности в услугах по изготовлению топлива будут расти примерно в соответствии с ростом ядерных генерирующих мощностей.Однако на требования к изготовлению также влияют изменения в стратегии эксплуатации реакторов и управления топливом, которые частично обусловлены техническими усовершенствованиями самого процесса изготовления топлива. Например, выгорание выгорания LWR неуклонно увеличивалось, поскольку усовершенствования в конструкции топлива сделали это возможным, и это привело к снижению потребности в производстве, поскольку топливо остается в реакторе в течение более длительного периода (хотя существует предел того, насколько далеко выгорает топливо). могут быть увеличены, не обращаясь к пределу обогащения 5%, установленному для запасов безопасности по критичности на заводах по изготовлению топлива).Параллельное внимание всей отрасли к повышению топливных характеристик и надежности также снизило потребность в топливе для замены дефектных узлов.

Планы по строительству большого количества новых реакторов влияют на спрос на производственные мощности двояко. Спрос на перезагрузку увеличивается в соответствии с новой установленной мощностью реактора, обычно от 16 до 20 тонн в год на ГВт. Кроме того, первые ядра создают временную пиковую нагрузку, поскольку требуемое количество примерно в три-четыре раза больше, чем количество перезагружаемой партии в эксплуатируемых в настоящее время LWR (а часть обогащения меньше).Среднее обогащение первого керна составляет около 2,8%.

Производство топлива по всему миру

Услуги по изготовлению топлива не закупаются таким же образом, как, например, закупка обогащения урана. Ядерные тепловыделяющие сборки представляют собой высокотехнологичные изделия, изготавливаемые по индивидуальным требованиям каждого клиента. Они определяются физическими характеристиками реактора, эксплуатацией реактора и стратегией управления топливным циклом предприятия, а также национальными или даже региональными требованиями к лицензированию.

Большинство основных производителей топлива также являются поставщиками реакторов (или принадлежат им), и они обычно поставляют исходные активные зоны и раннюю перезагрузку для реакторов, построенных по их собственным проектам. Однако рынок топлива LWR становится все более конкурентным, и для большинства видов топлива в настоящее время существует несколько конкурирующих поставщиков — в первую очередь, возможно, российский производитель ТВЭЛ конкурирует в производстве западного топлива для PWR, а западные производители топлива могут производить топливо для ВВЭР. В начале 2016 года 41% украинского топлива для ВВЭР поставлялось шведской компанией Westinghouse.В мае 2016 года компания Global Nuclear Fuel — Americas договорилась с ТВЭЛ о разработке конструкции топлива TVS-K в США для реакторов Westinghouse PWR. ТВЭЛ также планирует продавать топливо в Европе и квалифицировал свинцовые сборки на заводе Ringhals в Швеции.

В настоящее время мощности по производству топлива для всех типов топлива LWR во всем мире значительно превышают спрос. Очевидно, что изготовление топлива не станет узким местом в обозримой цепочке поставок для любого ядерного возрождения. Избыточные производственные мощности увеличиваются такими странами, как Китай, Индия и Южная Корея, стремящимися к достижению самодостаточности.

В мае 2014 года в отчете персонала Европейской комиссии было высказано предположение, что в качестве условия инвестиций любой реактор, не входящий в ЕС, построенный в ЕС, должен иметь более одного источника топлива. Европейская стратегия энергетической безопасности ЕС от мая 2014 г. призывает: «В идеале также должна иметь место диверсификация производства тепловыделяющих сборок, но это потребует некоторых технологических усилий из-за различных конструкций реакторов». В июне 2015 года Программа исследований и обучения Евратома предоставила Westinghouse и восьми европейским партнерам 2 миллиона евро «на обеспечение безопасности поставок ядерного топлива для реакторов российской конструкции в ЕС», особенно типов ВВЭР-440.Концептуальный проект был завершен в мае 2017 года на основе топлива, предоставленного Westinghouse компании Loviisa в 2001-07 годах.

LWR по производству топлива во всем мире показаны в таблице 1. Производственные мощности по обратному преобразованию распределены особенно неравномерно. Для некоторых производителей это узкое место. Некоторые производители вообще не имеют перерабатывающих мощностей и вынуждены покупать такие услуги на рынке, в то время как другие, имеющие избыточные мощности, даже продают порошок UO2.

Таблица 1: Мировые мощности по изготовлению топлива LWR, т / год

* Включает прибл.220 ттм для реакторов РБМК
** Включает прибл. 200 ттм для реакторов AGR

Источник: Отчет Всемирной ядерной ассоциации по ядерному топливу за 2019 год, таблица 8.2
Обратите внимание: приведенные выше цифры примерно на 40% превышают производственные мощности, которые удовлетворяют спрос.

Таблица 2: Мировые мощности по изготовлению топлива PHWR, т / год

Источник: Отчет Всемирной ядерной ассоциации по ядерному топливу за 2019 год, таблица 8.6, из МАГАТЭ

В последние годы в отрасли изготовления топлива для LWR были произведены рационализации, в том числе:

• Когда Westinghouse Electric была куплена Toshiba, Казатомпром приобрел 10% этой доли (впоследствии продал Toshiba).
• Global Nuclear Fuels была создана как совместное предприятие General Electric, Toshiba и Hitachi, хотя в 2018 году Toshiba продала свою 14% долю Hitachi, увеличив свою долю до 40%. Есть два «филиала» GNF-A (Америка) и GNF-J (Япония) с разными структурами собственности.Наиболее известен по топливу BWR.
• Toshiba приобрела 52% Nuclear Fuel Industries (NFI) в Японии, а затем согласилась выкупить оставшуюся часть у Sumitomo (24%) и Furukawa (24%), чтобы сделать ее полной собственностью.
• Mitsubishi Heavy Industries и AREVA (30%) приобрели компанию Mitsubishi Nuclear Fuel и создали совместное предприятие по производству топлива в США.
• Казатомпром и AREVA договорились о строительстве завода по производству топлива мощностью 1200 т / год в Казахстане. *

* «Казатомпром» заявил, что к 2030 году он намерен обеспечить до одной трети мирового рынка изготовления топлива, причем Китай станет одним из первых основных клиентов.

Вторичная поставка из рецикла

В настоящее время около 100 т регенерированного урана (RepU) в год производится на МСЗ в Электростали, Россия (мощность 250 т / год) по контрактам AREVA. Одна производственная линия на заводе AREVA в Риме, Франция имеет лицензию на производство 150 т RepU в топливо в год, и сборки PWR этого типа уже были доставлены на реакторы во Франции, Бельгии и Великобритании, а некоторое количество порошка RepU было отправлено из Россия в Японию. Ограниченная емкость RepU и повышенная емкость RepU (ЕСВ) существуют и в других местах.

В настоящее время почти все коммерческое МОКС-топливо производится на заводе AREVA MELOX в Маркуле. Обладая производительностью 195 тонн в год и высокой производительностью, этот завод помогает не только экономить уран и потребность в обогащении, но и высвобождает рыночные мощности по производству LWR.

Британский завод по производству МОКС-топлива в Селлафилде имел проектную мощность 120 т / год, но был снижен до 40 т / год и никогда не достигал этого уровня надежной производительности до закрытия в 2011 году. Российский завод по производству МОКС-топлива в Железногорске для реакторов на быстрых нейтронах начал работу в 2015 году. .Японский завод по производству МОКС-топлива в Роккашо-Мура планируется ввести в эксплуатацию к 2022 году, а завод по производству МОКС-топлива в США в Саванна-Ривер должен был производить МОКС-топливо из оружейного плутония, но этот проект в настоящее время свернут.

Рынок МОКС-топлива в последнее время несколько ослаб в связи с прекращением его использования в Бельгии, Германии и Швейцарии (мораторий), а продолжающаяся загрузка МОКС-топлива в Японии уменьшилась после аварии на Фукусиме.

Таблица 3: Мировые мощности по изготовлению МОКС-топлива, т / год

* Ввод в эксплуатацию к 2022 году
Источник: Отчет Всемирной ядерной ассоциации по ядерному топливу за 2019 год, таблица 8.7, обновлено

МОКС-топливо

Топливо из смеси оксида урана и оксида плутония (МОКС) используется примерно в 30 легководных энергетических реакторах в Европе и примерно в 10 в Японии. Он состоит из обедненного урана (около 0,2% U-235), большие количества которого остаются после обогащения урана, и оксида плутония, получаемого в результате химической обработки отработанного ядерного топлива (на заводе по переработке). Этот плутоний является реакторным и содержит около одной трети неделящихся изотопов.

На заводе по изготовлению МОКС-топлива два компонента энергично смешиваются в высокоэнергетической мельнице, которая тщательно перемешивает их, так что порошок превращается в основном в единый «твердый раствор» (U, Pu) O2. МОКС-топливо, содержащее около 7% плутония ректорного качества, эквивалентно обычному обогащенному урановому топливу. Процесс прессования и спекания во многом такой же, как и для топливных таблеток UO2, хотя для защиты рабочих от самопроизвольного выброса нейтронов из компонента Pu-240 требуется некоторая пластиковая защита.

Вибропакетированное МОКС-топливо (VMOX) — это российский вариант производства МОКС-топлива, при котором порошки смешанных (U, Pu) O2 и UO2 загружаются и упаковываются в трубы оболочки, где они спекаются на месте при собственной рабочей температуре. Это избавляет от необходимости производить окатыши с высокими геометрическими допусками, которые включают измельчение и лом, с которыми сложнее справиться для топлива, содержащего плутоний. Российские источники говорят, что виброупакованное топливо легче утилизировать.

Топливо РЕМИКС

REMIX (из регенерированной смеси) производится непосредственно из неразделенной смеси рециклированного урана и плутония из переработанного отработанного топлива с урановой добавкой НОУ (до 17% по U-235), составляющей около 20% смеси. .Это дает топливо с примерно 1% Pu-239 и 4% U-235, которое может выдерживать выгорание 50 ГВт-сутки / т в течение четырех лет. Отработанное топливо REMIX через четыре года содержит около 2% Pu-239 * и 1% U-235, и после охлаждения и переработки неотделенные уран и плутоний снова рециркулируют после добавления НОУ, что компенсирует равные изотопы обоих элементов. .

РЕМИКС может быть повторно переработано со 100% загрузкой активной зоны в существующих реакторах ВВЭР-1000 и, соответственно, переработано много раз — до пяти раз, так что с тремя загрузками в обращении реактор может проработать 60 лет на одном и том же топливе. , с перезарядкой НОУ.РЕМИКС может служить заменой существующему реакторному топливу, хотя он еще не коммерциализирован. Цикл REMIX может быть изменен, исходя из приведенных выше цифр, в зависимости от необходимости.

* увеличение на 68% по сравнению со 104% в топливном цикле МОКС, согласно данным Tenex.

Топливо высокотемпературного реактора TRISO

Высокотемпературные реакторы (HTR) работают при температуре от 750 до 950 ° C и обычно охлаждаются гелием. Топливо для них представляет собой частицы TRISO (триструктурно-изотропные) диаметром менее миллиметра.Каждый из них имеет ядро ​​(около 0,5 мм) из оксикарбида урана (или диоксида урана) с обогащением урана до 20% по U-235, хотя обычно меньше. Он окружен слоями углерода и карбида кремния, что обеспечивает удержание продуктов деления, устойчивое до очень высоких температур. Испытания в двух лабораториях США подтвердили, что большинство продуктов деления надежно остаются в частицах TRISO примерно до 1800 ° C.

Эти частицы могут быть расположены в HTR двумя способами: блоками — гексагональными «призмами» графита; или в гальках размером с бильярдный шар из графита, заключенных в карбид кремния, каждый из которых содержит около 15 000 топливных частиц и 9 г урана.Так или иначе, замедлитель — графит. В HTR потенциально можно использовать топливо на основе тория, такое как высокообогащенный или низкообогащенный уран с Th, U-233 с Th и Pu с Th. Большой опыт работы с ториевым топливом был получен в HTR.

Главный завод по изготовлению топлива HTR находится в Баотоу в Китае, северном филиале China Nuclear Fuel Element Co Ltd. С 2015 года это производит 300 000 топливных камушков в год для HTR-PM, строящегося в Шидаоване. Предыдущее производство было в Германии в небольших масштабах.

В США компания BWX Technologies в Линчбурге, штат Вирджиния, производит высокоэффективное низкообогащенное (HALEU) топливо TRISO в техническом масштабе, финансируемое Министерством энергетики США (DOE), а в октябре 2019 года компания объявила о расширении до коммерческий масштаб в течение трех лет. В марте 2020 года Министерство энергетики заключило контракт с BWXT на производство топлива HALEU TRISO для поддержки разработки проекта реактора трансформации (TCR) Министерства энергетики. HTR мощностью 3 МВт должен быть построен в Окриджской национальной лаборатории (ORNL) в Теннесси, чтобы продемонстрировать снижение затрат на развертывание «с использованием быстрого передового подхода к производству.«Министерство энергетики предполагает, что реактор будет спроектирован и построен с использованием 3D-печати и достигнет критичности к 2023 году». Для соблюдения этого графика и внедрения новой парадигмы проектирования и развертывания ядерных систем используется гибкий подход к проектированию, производству и испытаниям. «Активная зона реактора состоит из покрытых нитридом урана топливных частиц внутри усовершенствованной структуры карбида кремния. Топливные блоки перемежаются элементами замедлителя из гидрида иттрия.

X-energy владеет заводом по изготовлению пилотного топлива TRISO в ORNL.В ноябре 2019 года X-energy и GNF договорились о создании коммерческого производства HALEU TRISO на заводе GNF в Уилмингтоне в Северной Каролине. Ожидается, что это позволит производить топливо TRISO «значительно более высокого качества и по ценам, которые значительно ниже, чем у других потенциальных производителей». Он потенциально мог бы поставлять Министерству обороны США микрореакторы и НАСА для ядерных тепловых двигателей. X-energy основывается на топливной технологии TRISO, разработанной в рамках Программы квалификации топлива для усовершенствованных газовых реакторов Министерства энергетики США в рамках двух соглашений о сотрудничестве с Министерством энергетики.

X-energy также имеет соглашения с Centrus Energy в США о разработке технологии изготовления TRISO для карбид уранового топлива и с NFI в Токай в Японии, у которого есть запас топлива HTR 400 кгU / год для HTTR Японии 30 МВт. NFI должна поставить оборудование для завода X-Energy TRISO-X в ORNL, что может потребовать перемещения всего завода.

X-energy подает заявку на получение гарантии по кредиту от правительства для коммерциализации цепочки поставок топлива на основе TRISO и, как ожидается, подаст заявку на лицензию для коммерческого завода к середине 2021 года, хотя теперь это может быть прерогативой GNF.

Топливо низкообогащенное высокопробирное прочее

В связи с рядом проектов малых модульных реакторов (SMR) внимание обращается на потребность в высокопробном низкообогащенном уране (HALEU) с уровнями обогащения от 5% до 20% по U-235. В США Министерство энергетики (DOE) предлагает преобразовать металлический HALEU в топливо для исследовательских и опытно-конструкторских целей в Комплексе материалов и топлива Национальной лаборатории штата Айдахо и / или Центре ядерных технологий и инженерии штата Айдахо, чтобы поддержать разработку нового реактора. технологии с более высокой эффективностью и более длительным сроком службы активной зоны.HALEU может быть металлическим или оксидным.

HALEU может быть произведен с использованием существующей технологии центрифуг, но для этого потребуется принять ряд мер, а также для деконверсии и изготовления топлива. Также потребуются новые транспортные контейнеры, поскольку контейнеры для сегодняшнего обогащенного UF ₆ не могут быть использованы из-за соображений критичности.

Передовая технология ядерного топлива

Деятельность по разработке топлива в атомной отрасли в основном сосредоточена на повышении надежности стандартных оксидных урановых топлив с циркониевой оболочкой.Однако все больше исследований и разработок прилагаются к эволюционным формам топлива, которые могут предложить значительные улучшения с точки зрения безопасности, обращения с отходами и экономики эксплуатации, а также позволяют развертывать новые типы реакторов.

Аварийно-устойчивое топливо

Аварийно-устойчивое топливо (ATF) — это термин, используемый для описания новых технологий, повышающих безопасность и характеристики ядерного топлива. ATF может включать использование новых материалов и конструкций для оболочек и топливных таблеток.

Framatome, GE / GNF и Westinghouse разрабатывают концепции ATF при финансовой поддержке Министерства энергетики США (DOE). С 2012 года Министерство энергетики поддерживает разработку концепций ATF в рамках своей программы Enhanced Accident Tolerant Fuel (EATF). Его цель заключается в разработке новых материалов оболочки и топлива, которые могут лучше выдерживать потерю активного охлаждения в активной зоне, сохраняя или улучшая характеристики топлива и экономичность во время нормальной эксплуатации. Приоритетом программы EATF является минимизация образования водорода.

Совместная программа Министерства энергетики США использует исследовательский реактор Halden в Норвегии для испытания топливных стержней ATF, а также усовершенствованный испытательный реактор (ATR) и перезапущенную испытательную установку переходных реакторов (TREAT) в Национальной лаборатории Министерства энергетики штата Айдахо (INL). В феврале 2017 года Министерство энергетики выделило Framatome (затем Areva) 10 миллионов долларов на срок 2 года для этапа 2 программы, и аналогичное финансирование предоставляется GE Hitachi и Westinghouse.

Framatome на втором этапе своей программы PROtect Enhanced ATF с 2017 года разрабатывает концепцию ядерного топлива с использованием покрытой хромом оболочки из циркониевого сплава (M5) в сочетании с топливными таблетками, легированными хромом.Ожидается, что топливо лучше удерживает газы деления и улучшит взаимодействие таблеток с оболочкой, а оболочка будет лучше сопротивляться высокотемпературному окислению. Дистанционная решетка GAIA, удерживающая топливные стержни, также имеет высокую механическую стойкость к истиранию. В июне 2018 года Министерство энергетики объявило об испытаниях ATF Framatome в усовершенствованном испытательном реакторе в Национальной лаборатории Айдахо. Первые полные испытательные сборки этого топлива GAIA с оболочкой M5 и таблетками с повышенным содержанием хрома были загружены в Vogtle 2 компании Southern Nuclear в марте 2019 года.Exelon планирует загрузить две полные топливные сборки GAIA в Calvert Cliffs 2 в марте 2021 года. Entergy также планирует использовать их в Арканзасе 1. Они также будут иметь покрытые хромом оболочки из циркаллоя и топливные таблетки, легированные хромом. Усовершенствованным топливом BWR Framatome является Atrium. Framatome также продолжает работу над оболочкой из карбида кремния и планирует использовать эту оболочку на таблетках, легированных хромом, в сборках для испытаний свинца примерно в 2022 году.

GE Hitachi с GNF разрабатывает два типа ATF: покрытие из ферритного / мартенситного стального сплава ( e.г. Fe-Cr-Al), известный как IronClad, и циркониевую оболочку с покрытием, известную как ARMOR. Оба предназначены для обычного топлива UO ₂ и предназначены для обеспечения стойкости к окислению и превосходного поведения материала в ряде условий в BWR. Оболочка IronClad Fe-Cr-Al имеет лучшую механическую прочность при высоких температурах, удерживает газы деления лучше, чем циркониевый сплав, и имеет меньший потенциал образования водорода в случае аварии. Циркониевая оболочка с покрытием ARMOR обеспечивает повышенную защиту твэлов от истирания осколками.

GNF были первыми, разработанными в рамках программы ATF, которые были загружены в коммерческий реактор во время весенней дозаправки люка 1 компании Southern Nuclear в марте 2018 года. Это были свинцовые испытательные стержни IronClad без топлива и свинцовые испытательные стержни с топливом и циркониевой оболочкой с покрытием ARMOR. . Завод Exelon в Клинтоне загрузил свинцовые испытательные сборки в январе 2020 года, как с циркониевой оболочкой с покрытием ARMOR, так и с тремя разновидностями GNF IronClad, которые являются первыми сборками оболочки на основе ферритной стали, работающими на топливе, которые будут установлены в промышленном реакторе.

Westinghouse в июне 2017 года запустил EnCore ATF. На заводе Exelon в Байроне компания производит первые испытательные стержни EnCore, в которые в сентябре 2019 года будет вставлена ​​свинцовая испытательная сборка. Первоначальное топливо EnCore состоит из топливных таблеток из силицида урана высокой плотности внутри циркониевой оболочки с тонким покрытием из хрома, что делает его химически более устойчивым. (Силицид урана — U ₃ Si ₂ — топливо для исследовательских реакторов также разрабатывается в INL.На втором этапе топливные таблетки силицида урана будут в композитной оболочке с керамической матрицей из карбида кремния с температурой плавления 2800 ° C, и эти испытательные сборки могут быть загружены в реактор к 2022 году. наградами Министерства энергетики США компании Westinghouse и группы партнеров, включая General Atomics, несколько национальных лабораторий Министерства энергетики, Southern Nuclear Operating Company и Exelon.

Westinghouse заявила, что возникнет экономия затрат, поскольку силицид урана обеспечивает до 20% более высокую плотность урана и гораздо более высокую теплопроводность, которая не ухудшается при облучении, как UO ₂ , поэтому при каждой перегрузке необходимо заменять меньшее количество тепловыделяющих сборок. .На втором этапе EnCore более высокая термостойкость оболочки из карбида кремния может привести к пересмотру нормативных требований, и Westinghouse рассматривает это как «изменение правил игры».

После испытаний свинцовых испытательных сборок Westinghouse намеревается сделать полные количества перезарядки доступными с 2027 года. ATF представляют ряд производственных проблем, и, учитывая связанные с этим нейтронно-физические ограничения, может потребоваться обогащение более 5%, несмотря на более высокую плотность урана в топливо.

Топливная компания Росатома ТВЭЛ планирует предложить своим потребителям АТФ к началу 2020-х годов. ТВЭЛ разрабатывает ATF для использования в реакторах ВВЭР Росатома и в западных реакторах типа PWR. Испытания прототипов сборок — одного ВВЭР и одного для западных PWR — начались в начале 2019 года на исследовательском реакторе МИР в Государственном научно-исследовательском институте атомных реакторов в Димитровграде. Каждая сборка состоит из 24 твэлов с различными комбинациями материалов оболочки и топливного состава. Для первоначальных испытаний топливные таблетки были изготовлены из диоксида урана, а также из уран-молибденового сплава, которые имеют более высокую плотность и теплопроводность.После облучения несколько твэлов из каждой ТВС извлекаются для исследований после облучения и заменяются новыми твэлами с различными комбинациями материалов оболочки и топливных таблеток для дальнейших испытаний.

В конце 2019 года Росатом сообщил, что на Новосибирском заводе химических концентратов ТВЭЛ изготовлены три ТВС-2М, каждая из которых содержит двенадцать твэлов ATF. Сборки планируется загрузить в один из реакторов ВВЭР-1000 в Ростове в начале 2020 года.Топливные стержни ATF содержат таблетки диоксида урана с оболочкой из циркониевого сплава с хромовым покрытием или хромоникелевого сплава. Оба варианта делают облицовку более термостойкой.

Группа экспертов Агентства по ядерной энергии ОЭСР по ATF для легководных реакторов рассматривает материалы оболочки и активной зоны, уделяя особое внимание их фундаментальным свойствам и поведению в нормальных условиях эксплуатации и аварийных условиях, как описано выше для программы под руководством США. Рассматриваются как современные материалы и компоненты сердечника, в частности инновационные материалы оболочки (покрытые и улучшенные сплавы на основе Zr, SiC и SiC / SiC композиты, усовершенствованные стали и тугоплавкие металлы), так и нетопливные компоненты (усовершенствованные управляющие стержни, коробчатый канал BWR). .Подгруппа фокусируется на конструкции топлива для рассмотрения трех категорий инновационных видов топлива: улучшенного UO ₂ , топлива с высокой плотностью и топлива с покрытыми частицами, такого как топливо HTR, описанное выше.

Металлическое топливо

Независимо от Министерства энергетики США и международной программы ATF, Lightbridge разрабатывает усовершенствованную концепцию металлического топлива, которое может иметь характеристики аварийной устойчивости.

Металлическое топливо использовалось в некоторых более ранних реакторах, таких как конструкция UK Magnox, а также в двух быстрых реакторах США, с добавлением 5-10% циркония.Но более высокая температура плавления оксида урана сделала его предпочтительным топливом для всех реакторов на протяжении полувека. * По крайней мере, в США металлическое топливо не производилось с 1980-х годов.

* UO ₂ имеет очень высокую температуру плавления — 2865 ° С (по сравнению с чистым металлическим ураном — 1132 ° С).

Однако металл имеет гораздо лучшую теплопроводность, чем оксид керамики, и недавние исследования вернулись к металлическим топливным формам. Компания Babcock & Wilcox Nuclear Energy работала с Lightbridge над созданием экспериментальной установки для металлического топлива из сплава Zr-U 50:50 (по массе) с ураном, обогащенным почти до 20%, и имеющей многолепестковую и спирально закрученную геометрию стержня. .Повышенное обогащение компенсирует снижение начальной делящейся нагрузки и производного плутония. Температура плавления сплава составляет около 1600 ° C, а средняя рабочая температура в топливе составляет до 370 ° C (а не около 1250 ° C в обычном оксидном топливе), теплопроводность в пять раз лучше, чем у оксидного топлива. BWXT в США завершила оценку осуществимости и подготовила план изготовления образцов топлива.

Каждый топливный стержень Lightbridge состоит из центрального вытеснителя из циркония, окруженного четырехлепестковым топливным сердечником с металлической оболочкой, прикрепленной к нему.У шестиугольных ТВС для ВВЭР ТВС трехлепестковый. Форма стержня обеспечивает увеличенную площадь поверхности для теплопередачи, а площадь между лепестками способствует разбуханию во время облучения. Стержень имеет большую конструктивную целостность, чем токовые трубки с керамическими гранулами внутри. Поворот примерно на 180 ° на протяжении примерно метра означает, что штанги расположены самостоятельно, обеспечивая при этом хорошие характеристики потока. Топливо работает с более высокой удельной мощностью, чем оксидное топливо, и целевое выгорание составляет 21 атомный процент, что примерно в три раза больше, чем у оксидного топлива.Он подходит для всех LWR и, как ожидается, даст прирост мощности около 17% для существующих PWR и до 30% для новых, разработанных для более высокой плотности мощности и с более длительным топливным циклом. Помимо патентов США и России, в июне 2015 года конструкция была запатентована в Южной Корее, где Lightbridge видит «значительный потенциальный рынок», а в июле 2017 года эта патентная защита была расширена, чтобы охватить как металлическую четырехлепестковую конструкцию, так и ее изготовление. из пудры. К ноябрю 2017 года он был запатентован в Японии, Китае (четыре патента), Южной Корее и Канаде.

Lightbridge также договорился с Canadian Nuclear Laboratories о производстве такого металлического топлива в Чок-Ривер в Канаде и его испытаниях на реакторе NRU. Ожидалось, что в рамках соглашения в начале 2016 года будут изготовлены и описаны прототипы топливных стержней с использованием обедненного урана, а образцы топлива для облучения с использованием обогащенного урана будут изготовлены позднее в том же году. При условии окончательного одобрения Норвежского агентства по радиационной защите Lightbridge будет испытывать топливо в условиях прототипа PWR в водяном контуре под давлением норвежского исследовательского реактора Halden мощностью 25 МВт (кипящий тяжеловодный реактор).Первоначальный этап радиационных испытаний должен был начаться в 2017 году с использованием коротких образцов для оценки проводимости и продолжаться около трех лет с использованием топливных стержней диаметром 70 см для оценки оболочки и распухания. Испытания направлены на достижение выгорания, необходимого для ввода свинцовых испытательных сборок (LTA) в промышленный энергетический реактор. Ожидается, что заключительный этап облучения, необходимый для перезагрузки партии и полной активной зоны с 10% -ным увеличением мощности и 24-месячным циклом, займет еще два года и будет завершен, когда ДСС начнут работать в активной зоне промышленного энергетического реактора. около 2020 года.

В апреле 2015 года группа электроэнергетических компаний, представляющих половину ядерных генерирующих мощностей США, написала в Комиссию по ядерному регулированию письмо, в котором официально выразила интерес к металлическому топливу Lightbridge, заявив, что, по их мнению, это топливо дает возможности для значительного повышения безопасности и экономики топливного цикла. Консультативный совет по топливу для ядерной энергетики (NUFAB) планирует испытать топливо в действующем реакторе PWR примерно в 2020 году.

В марте 2016 года Lightbridge заключила эксклюзивное соглашение о совместной разработке с Areva NP, чтобы создать совместное предприятие 50:50, которое будет разрабатывать, производить и коммерциализировать тепловыделяющие сборки на основе технологии металлического топлива.В ноябре он объявил о соглашении об основных условиях для совместного предприятия в США, создав «жизнеспособный и четко определенный путь коммерциализации», охватывающий тепловыделяющие сборки для большинства типов легководных реакторов, включая реакторы с водой под давлением (за исключением ВВЭР), кипящую воду. реакторы, малые модульные реакторы и исследовательские реакторы. В сентябре 2017 года было подписано обязывающее соглашение с Areva Inc (для New NP) о создании совместного предприятия в Северной Америке. Совместное предприятие Lightbridge и Framatome * было официально создано в январе 2018 года и получило название Enfission.Коммерческие продажи топлива ожидались к 2026 году. Однако в 2019 году Lightbridge попыталась закрыть совместное предприятие, а в начале 2020 года искала новых партнеров. Права интеллектуальной собственности на топливо остаются за Enfission.

* Новый НП был переименован в Framatome в январе 2018 года.

Lightbridge работает с четырьмя американскими ядерными энергосистемами, и в конце 2016 года с одной из них было подписано письмо о намерениях относительно демонстрации свинцовой испытательной топливной сборки на коммерческом реакторе в США, возможно, к 2021 году.

В США Национальная лаборатория Айдахо (INL) испытывала изготовление металлического топлива методом экструзии для так называемого реактора бегущей волны (TWR) TerraPower. Топливо в нем рассчитано на перестановку, но без пополнения в течение 40 лет.

Разрабатываемое ториево-урановое топливо

С начала 1990-х годов в России действует программа по разработке торий-уранового топлива на базе Курчатовского института в Москве с участием американской компании Lightbridge Corporation и финансирования правительства США для разработки топлива для российских реакторов ВВЭР-1000.В то время как в обычном топливе используется обогащенный оксид урана по всей тепловыделяющей сборке, новая конструкция имеет съемную центральную часть и конструкцию бланкета с топливными стержнями из металлического урана-циркония в центре и таблетками из уран-ториевого оксида в обычных тепловыделяющих элементах вокруг него. Th-232 в бланкете улавливает нейтроны, превращаясь в U-233, который расщепляется и расщепляется на месте. Материал бланкета остается в реакторе в течение девяти лет, но центральная часть сжигается только три цикла (как в обычном ВВЭР, 3 или 4 цикла.5 лет в зависимости от интервала дозаправки). Повторная обработка бланкета не предусмотрена как из-за трудностей, связанных с использованием ториевого топлива, так и из-за наличия значительного количества U-232 в бланкете. Двухэлементная тепловыделяющая сборка имеет ту же геометрию, что и обычный ВВЭР.

Вариант этой конструкции использует топливные стержни из плутоний-циркониевого металла в центральной заправочной сборке и ранее был известен как установка для сжигания плутония.

Прочие разработки в области топлива

Другие топливные технологии, которые кажутся особенно многообещающими и которые могут быть коммерчески внедрены в обозримом будущем, включают:

• Облицовки из керамики или циркония с покрытием, предотвращающие неблагоприятное взаимодействие пара и циркония при очень высокой температуре
• Оксидное топливо с высокой теплопроводностью, которое может быть достигнуто добавлением таких добавок, как оксид бериллия (BeO).Более высокая проводимость обеспечивает более высокий запас прочности и может допускать более высокие рабочие мощности.
• Топливо на основе тория, включая смешанное торий-плутониевое (Th-MOX) топливо, которое может обеспечить высокий коэффициент использования рециклированного плутония.
• Другое цельнометаллическое топливо и кольцевое топливо LWR, обеспечивающее большее охлаждение и, следовательно, безопасное, высокую удельную мощность для топлива и улучшенную экономичность.
• Топливо с гранулированными частицами с покрытием, предназначенное для достижения высоких уровней безопасности для топлива, которое можно оставлять в легководном реакторе на очень длительные периоды времени, тем самым достигая высокого выгорания компонентов рециркулированных отходов плутония и / или актинидов.

Работа ведется по каждой из этих новых топливных технологий.

Примечания и ссылки

Общие ссылки

Всемирная ядерная ассоциация, Отчет о ядерном топливе (ранее Отчет о мировом рынке ядерного топлива )
Кок, Кеннет (редактор), 2009 г., Справочник по ядерной инженерии (главы 2, 3, 4, 9), CRC Press
Nuclear Engineering International, сентябрь 2010 г., данные по конструкции топлива
Мэлоун, Дж. И др., Усовершенствованное металлическое топливо для легководных реакторов Lightbridge Corporation, Nuclear Technology 180, декабрь 2012 г.
Заявление комиссара Джеффри С.Меррифилд на брифинге Комиссии по ядерному регулированию США по характеристикам ядерного топлива 24 февраля 2005 г., Комиссия по ядерному регулированию, № S-05-002
Кушнер, М. П., Изготовление ядерного топлива для коммерческой выработки электроэнергии , Сделки IEEE по энергетическим устройствам и системам, том PAS-93, выпуск 1, стр. 244-247, январь 1974 г.
Веб-сайт Westinghouse Springfields
Страница производственного процесса на заводе в Токай на веб-сайте Mitsubishi Nuclear Fuel
Заключительный этап обработки в разделе Nuclear 101 на веб-сайте Cameco
Совместные усилия для новых топливных станций, World Nuclear News, 28 октября 2010 г.
Areva, Mitsubishi, совместное предприятие по изготовлению топлива, World Nuclear News, 18 февраля 2009 г.
Единый топливный магазин приходит в Азию, World Nuclear News, 6 октября 2009 г.
Westinghouse покупает японского производителя топлива, World Nuclear News, 30 апреля 2009 г.
Westinghouse подводит итоги цепочки поставок в области технологий, топлива и поставок, World Nuclear News, 19 января 2011 г.
Скоро решение о новом заводе по производству МОКС-топлива в Великобритании, World Nuclear News, 14 января 2011 г.
Камагин, Д., Модификация и усовершенствование конструкции ТВС РБМК-1500, Отчет Игналинской Молодежной Ядерной Ассоциации (2003)
Страница «Ядерная продукция» на сайте ТВЭЛ
Подробнее о технических аспектах изготовления топлива, в основном о сварке циркалоя, см .: Peter Rudling et al. , Сварка циркониевых сплавов, Отчет по специальной теме IZNA7, Advanced Nuclear Technology International, октябрь 2007 г.
Сайт Lightbridge

Спортивные товары Прочие рыболовные кормушки Встроенные кормушки Matrix Evolution x 5

Utilizamos cookies para asegurar que damos la mejor experiencecia al usuario en nuestro sitio web.Si Continúa utilizando este sitio asumiremos que acepta la política de cookies. Pinche aquí para más información.

Встроенные питатели для гранул Matrix Evolution x 5. Пять встроенных питателей для гранул Evolution. чтобы обеспечить отличный сервис .. Состояние: Новое: Совершенно новый, неиспользованный, неоткрытый и неповрежденный товар в оригинальной розничной упаковке (если применима упаковка). Если товар поступает напрямую от производителя, он может быть доставлен не в розничной упаковке, например, в простой коробке или коробке без надписи или полиэтиленовом пакете.См. Список продавца для получения полной информации. Просмотреть все определения условий ： Элемент: Кормушка для пеллет ， MPN: ： Не применяется ： Подтип: ： Встроенный ， Виды рыб: ： Все пресноводные, лещ, карп, голавль ： Тип: ： Карповая рыбалка ， Бренд: ： Матрица ： Модель : ： Кормушка для гранул ， Техника ловли: ： Кормушка ： Тип рыбалки: ： Грубая рыбалка ，

Встроенные питатели гранул Matrix Evolution x 5

Встроенные питатели гранул Matrix Evolution x 5

Встроенные питатели для гранул Matrix Evolution x 5, x 5 Встроенные питатели для гранул Matrix Evolution, пять встроенных питателей для гранул Evolution, чтобы обеспечить отличный сервис, обновление интернет-магазина модной одежды не повышает цену. Оптовые онлайн-магазины заказывают заказы на сумму более 15 долларов с бесплатной доставкой Easy Payments.Удивительно низкие цены. Пеллетные питатели x 5 Matrix Evolution Inline seedmakers.com.

Встроенные питатели гранул Matrix Evolution x 5

цвета являются приблизительными значениями реальных цветов. Наш широкий выбор предлагает бесплатную доставку и бесплатный возврат. Я думаю, вы можете попробовать завязать наш галстук-бабочку на воротнике, LKIMNJ Boys Swim Trunks Blue Bear Astronaut Quick Dry Bathing Suits Beach Board Shorts: Clothing, Lieferumfang: D-link Backup-Router. Встроенные питатели гранул Matrix Evolution x 5 .Сверхмощный кабель Cheaboom M8 Натяжение троса (M8, 025 «X 1/4» X 12 «; Внешняя глубина: 0. Изготовленные на заказ погодоустойчивые виниловые вывески для баннеров Поднимите свои рекламные усилия на новый уровень с помощью наших сверхпрочных виниловых баннеров Vibram Мужская обувь FiveFingers Bikila LS, черный / серый, размер 46. Линейные питатели для гранул Matrix Evolution x 5 , Нам нужно от 8 до 14 дней на подготовку и отправку. Наш широкий выбор дает право на бесплатную доставку и бесплатный возврат, Наслаждайтесь зимой и всем остальным он может бросить на вас это супер тепло.• Большие размеры: 5 дюймов в длину и 3 дюйма в ширину. Встроенные питатели гранул Matrix Evolution x 5 . Если вам нужны разные цвета. Ваш вклад будет направлен непосредственно на обеспечение производства этих инструментов для поэтической медитации. Этот SVG можно использовать для чего угодно, мы приносим свои извинения, но мы не предлагаем возврат средств, если выбран этот вариант, и вы не получите свой заказ, поскольку у нас нет возможности отслеживать где или что могло случиться с вашим заказом, так как это самый дешевый вариант почтовой связи из Австралии, Встроенные питатели для гранул Matrix Evolution x 5 , ★ Вы просмотрите и запросите изменения или утвердите дизайн. НАПЕЧАТАНО НА КАРТОЧКЕ появится на 8×10, ♥ ЧТО МОЖНО И НЕ МОЖНО НАСТРОИТЬ, с полой ручкой удобно держать в течение длительного времени, Inline Pellet Feeders Matrix Evolution x 5 .Мольба ручной работы своими руками: вы можете использовать несколько разноцветных проводов, обернутых вокруг металлических колец с цветочными обручами, чтобы изменить внешний цвет, рассмешить кого-то с этой уникальной рождественской открыткой. SUGLORY Небесные банкноты для похорон Фестиваль Цинмин и Фестиваль голодных призраков.

Встроенные питатели гранул Matrix Evolution x 5