熔盐冷冻壁应用中关键工艺影响因素研究

在熔盐堆燃料干法处理流程中,处理设备面临着严重的材质腐蚀问题。熔盐冷冻壁技术被视为保护相关设备耐受化学腐蚀的有效方法,而冷冻壁厚度的稳定控制是干法处理流程应用冷冻壁技术实现处理工艺目的的关键。基于自行研制的冷冻壁实验装置,模拟了干法处理中熔盐冷冻壁的应用工况,考察了导热油进口温度、熔盐初始温度、加热器功率、冷冻壁初始厚度对冷冻壁厚度变化的影响,得到了各个因素的影响规律,并总结了最佳的应用工艺条件。利用热流量的变化分析了冷冻壁厚度变化的原因:热流量越大,冷冻壁厚度减小量越大,达到平衡时,热流量越大,冷冻壁平衡厚度越小。通过实验数据拟合得到了线热流密度与冷冻壁平衡厚度的关系式,平均相对误差11.2%。     

新颖形貌铜铟硫微晶的溶剂热合成及表征

采用乙醇溶剂热法以柠檬酸铜、柠檬酸铟配合物为前体,硫脲为硫源,在160℃反应24 h,合成了灯笼球形、中空球形等多种新颖形貌的铜铟硫纳米晶,较系统地研究了前体与硫源的配比、反应物浓度、反应时间、温度以及不同的硫源对产物的形貌和尺寸的影响.采用XRD、SEM、紫外-可见光谱等对产物进行了表征,结果表明产物晶化程度高且有较强的紫外吸收.     

基于ASPEN PLUS模拟生物质与煤气流床共气化工艺

基于ASPEN PLUS软件模拟平台,对生物质与煤气流床共气化过程进行模拟,考察操作条件及生物质与煤配比变化对气化性能的影响。模拟计算结果表明:与生物质单独气化相比,生物质与煤共气化能提高气化温度及气化效率;与煤单独气化相比,生物质可部分替代煤且不会明显改变气化效果,尽管气化温度略有下降,但混合物灰熔点的降低能很好弥补这一变化。生物质质量分数为20%,[O]/[C]摩尔比在1.1～1.3时气化效果最佳,气化温度约为1250℃,有效气产率1.92Nm~3/kg,煤气热值可达到11.5MJ/Nm~3,冷煤气效率79.7%。     

熔盐冷冻壁形成及控制实验研究

乏燃料干法后处理中高温熔盐化学工艺过程中存在设备腐蚀问题,以凝固盐层作为容器保护内衬的熔盐冷冻壁技术被认为是一种可行的解决方式。为开展该技术研究,自行研制并搭建了一套硝酸盐(40.0-7.0-53.0wt%Na NO2-Na NO3-KNO3)冷冻壁技术研究实验装置。该装置上熔盐运行温度150-250oC,熔盐最大流量500 L·h-1,循环导热油运行温度5-120oC,导热油流量1.5-15 m3·h-1。目前在该装置上开展了冷冻壁静态形成及平衡维持等工艺研究,实验中采用容器外壁循环导热油冷却换热实现冷冻壁的形成及维持,并试验了冷冻壁技术在熔盐静态工况下应用的工艺条件。冷冻壁形成平均速率可控制在0.2-0.5 mm·min-1。在冷冻壁静态形成过程中,随厚度增大,热交换量逐渐减小,同时冷冻壁层温差逐渐增大,并均呈衰减趋势变化;处于平衡维持状态时,径向温度分布、热流量及冷冻壁厚度均保持稳定,熔盐发热功率即为平衡状态时的热流量,其大小同时与外壁导热油的冷却热流量相等;实验还获得了较理想的静态应用工艺操作条件,为氟化物熔盐冷冻壁的研究及应用积累了经验。     

熔盐冷冻壁厚度测量方法

熔盐冷冻壁防腐蚀技术是采用凝固熔盐层阻止气液介质与金属器壁直接接触,冷冻壁厚度的准确监测及控制是其成功应用的关键。本文以混合硝酸盐熔盐为实验介质,研究了冷冻壁形成及维持过程中不同在线厚度监测方法,并与机械卡尺的直接测量值进行对比分析。结果表明,温度梯度推算法在非稳态及厚度较小时误差较大,在平衡维持态时则能较准确地判定厚度,但需要设置合适的热电偶组;冷却热量推算法可通过外夹套换热量及换热壁面温度推算冷冻壁厚度,但其稳定性及准确性取决于冷却量的精确衡算,其优点是不需增加额外设备;在线图像处理法能比较直观地反映冷冻壁厚度,但需要配备稳定可靠的高温摄像系统。鉴于未来熔盐冷冻壁应用是在无水无氧密闭容器中,这几种在线监测方法在真实高温熔盐化学体系的适用性还有待于进一步研究和评估。     

新颖形貌铜铟硫微晶的溶剂热合成及表征

采用乙醇溶剂热法以柠檬酸铜、柠檬酸铟配合物为前体,硫脲为硫源,在160℃反应24h,合成了灯笼球形、中空球形等多种新颖形貌的铜铟硫纳米晶,较系统地研究了前体与硫源的配比、反应物浓度、反应时间、温度以及不同的硫源对产物的形貌和尺寸的影响．采用XRD、SEM、紫外-可见光谱等对产物进行了表征,结果表明产物晶化程度高且有较强的紫外吸收．     

典型生物质剪切破碎生成颗粒的形状特征

借助光学显微镜和Image J图像处理软件,运用统计方法和分形理论对芦苇、稻秆、豆秸及松木4种生物质经剪切破碎后的颗粒的形状特征进行研究.结果发现:随着粒径的减小,生物质颗粒的长宽比及不同生物质颗粒长宽比之间的差异均变小.芦苇、稻秆、豆秸及松木4种生物质颗粒粒度为0.180～0.425mm时,平均长宽比分别为9.82、9.00、7.01和3.01,差异较大;粒度为0.096～0.125mm时,平均长宽比较接近,分别为2.42、2.70、2.59和2.49.4种生物质颗粒具有分形特性,在所研究的粒径范围内,分形维数处于0.8 ～0.9之间,且4种颗粒的分形维数随颗粒粒径的减小表现出减小趋势,但是松木颗粒的变化相对较小.     

熔盐冷冻壁传热平衡数值模拟及实验研究

在熔盐堆燃料干法处理流程中,处理设备面临着严重的材质腐蚀问题。熔盐冷冻壁技术被视为保护相关设备耐受化学腐蚀的有效方法。熔盐冷冻壁厚度及温度场分布对防护效果及相关干法工艺参数有重要影响,在中心冷却式冷冻壁实验装置上采用FLi Na K熔盐介质开展了冷冻壁维持的实验研究,采用中心冷棒空气冷却的方式得到了不同壁温下冷冻壁的厚度范围及反应釜内温度场分布。结合数值模拟计算了冷冻壁的传热平衡工况,并与实验值进行对比和分析,得到了较为适宜的冷冻壁厚度的调节工况。冷冻壁厚度控制工艺和釜内温度场分布可为冷冻壁工艺容器的设计提供参考。     

氟化物熔盐冷冻壁形成工艺研究

采用空气冷却的方式,在FLi Na K熔盐体系中开展了熔盐冷冻壁的形成工艺实验,考察了冷冻壁形成状态、温度分布及传热规律等。结果表明,冷冻壁形成过程中熔盐凝固界面沿逆热流方向逐渐推进,厚度增长速率与冷却热流量正相关,径向温度分布及传热规律均符合理论预期,但不同高度上换热不均导致轴向上冷冻壁厚度有一定差异,需考虑熔盐自然对流的影响并优化容器外壁换热方式。研究结果可为配置冷冻壁功能设备的设计尤其是换热器结构的优化提供数据支撑。     

高温熔盐在层流区的传热特性

高温熔盐在熔盐堆和太阳能储能等领域有广泛的应用前景,为研究熔盐堆乏燃料后处理的氟化挥发过程中熔盐的传热特性,本文基于三元硝酸盐与导热油的对流传热实验装置,对熔盐在层流区的传热特性进行了研究。根据实验数据对努塞尔数Nu计算关联式进行了评价,并在Sieder-Tate关联式基础上,利用实验数据进行拟合得到了新的计算关联式。通过Fluent6.3平台对新Nu关联式进行验算。与换热器内的温度场分布对比,发现新Nu计算关联式能较准确地预测熔盐在层流区的传热特性。