放射性废物冷坩埚玻璃固化技术发展分析

冷坩埚技术作为第四代玻璃固化工艺,已成为最有应用前景的玻璃固化技术。本文阐述了冷坩埚技术的原理及应用特点,概述了国际冷坩埚玻璃固化技术研发现状,并对其涉及的关键技术进行了分析,在此基础上提出了我国发展冷坩埚技术的设想。     

冷坩埚技术处理动力堆乏燃料高放废液的应用前景分析北大核心CSCD

随着我国核电技术的发展,对动力堆乏燃料高放废液玻璃固化的需求变得越来越迫切。本文梳理了冷坩埚技术处理动力堆乏燃料高放废液的应用前景,针对冷坩埚在处理动力堆乏燃料高放废液方面的技术优势、设计优势以及工艺优势做出了详细阐述,并基于国外冷坩埚高放废液玻璃固化研究进展的分析,对冷坩埚技术未来发展提出了建议。     

冷坩埚玻璃固化技术及应用

介绍了法国、韩国、俄罗斯冷坩埚玻璃固化技术在核领域中的研究与工程应用,以期为我国冷坩埚技术的开展提供借鉴和参考。     

玻璃固化用冷坩埚底部结构设计对电磁场影响的模拟分析

冷坩埚玻璃固化技术是高放废液玻璃固化技术的重点研究方向之一。坩埚底作为冷坩埚的重要部件,影响冷坩埚的透磁性、密封性、强度和漏料工艺。为提高冷坩埚漏料效率,需要增强漏料口附近的磁感应强度。本文使用COMSOL Multiphysics软件建立了冷坩埚电磁感应模型,研究了坩埚底结构设计对冷坩埚内部磁场和电磁损耗的影响。模拟结果显示：改变坩埚底部分瓣数对坩埚内部磁场、坩埚底部磁场和坩埚底电磁损耗的影响较小;增加开缝宽度可有效增强坩埚内部磁场,降低坩埚底的电磁损耗,并使玻璃熔体的加热效率增加约6%;增加开缝深度可增加坩埚底部中心附近玻璃域的磁感应强度和底部玻璃熔体的电磁损耗占比。     

冷坩埚玻璃固化技术研究进展

正中国原子能科学研究院从"十二五"末开始承担了"冷坩埚玻璃固化试验装置研制及搅拌等关键技术研究"项目,研究重点是针对冷坩埚玻璃固化过程中的关键技术进行攻关,建立起一套直径500 mm的冷坩埚玻璃固化试验装置,并进行工艺研究,获得工艺运行参数,为下一步冷台架的建立运行打好基础。2017年项目组主要开展了冷坩埚试验装置中搅拌系统的研制、尾气处理装置的安装和调试,并与冷坩埚玻璃固化试验装置其他系统连接,建成了完整的冷坩埚玻璃固化试验装置,对整套     

法国高放废液玻璃固化技术最新进展

对法国高放废液玻璃固化技术现场及文献调研情况进行了介绍。详细阐述了法国旋转煅烧炉+热熔炉/冷坩埚技术的最新应用进展、玻璃固化设施的运行状况,可为我国高放废液玻璃固化技术路线的选择提供参考。     

模拟高放废液冷坩埚玻璃固化熔制工艺对尾气挥发影响的研究

<正>冷坩埚是最新一代高放废液玻璃固化技术,其利用电磁感应原理将放射性废物与玻璃珠进行加热熔制,形成性能稳定的固化体。在冷坩埚玻璃熔制过程中,由于温度较高,通常大于1 000℃,会产生较多的尾气,易挥发的放射性物质(当前为模拟放射性废物)如Cs等,以及玻璃骨架元素如B、Si等,都会伴随尾气挥发,从而影响冷坩埚玻璃固化产品的性能。     

日本高放废液玻璃固化技术

本文介绍了日本东海后处理厂和六所村后处理厂的玻璃固化设施和运行情况,以及针对当前玻璃固化中出现的熔炉底部出料口堵塞、乏燃料储存池泄露等问题,日本在固化设施、运行方式、原料组分等方面采取的措施。在未来的研究计划中,日本将侧重于低放废物玻璃固化研究的标准制定,冷坩埚以及等离子体固化等先进技术的研发,同时加强配方研究及先进工艺流程的开发,从而实现玻璃固化的减容性和经济性,其经验和教训对我国玻璃固化的发展有重要的借鉴意义。     

法、韩玻璃固化中间试验设施正式启动

【欧洲核学会《核新闻网》1 999年 1 0月 1 9日报道】　法国圣戈班新技术公司( SGN)与韩国电力公司 ( Kepco)的核电技术公司共同开发的一个冷坩埚玻璃固化中间试验设施日前正式启动。该设施距汉城南 1 50公里 ,为处理和调整中、低放废物模拟待建工业规模设施的运行。其目的是验证工业规模的冷坩埚玻璃固化工艺在技术上的可行性及其经济性。这是SGN和 Kepco投资 1 0 0 0万美元的联合R&D计划的组成部分 ,旨在将此工艺用于核电厂产生的废物。该技术由法国原子能委员会 ( CEA)开发 ,由 SGN公司使之应用于工业。法、韩玻璃固化中间试验设…     

冷坩埚玻璃固化熔炉埚底的三维电磁分析

利用ANSYS有限元分析软件建模并分析了冷坩埚玻璃固化熔炉埚底结构以及埚底与感应线圈之间的距离对冷坩埚内电磁场分布的影响。计算结果表明,磁通密度、电流密度和焦耳热密度在玻璃熔体的表面中部区域最大,在中心和底部区域最低。对埚底进行分瓣有利于降低埚底的屏蔽效应,分为3瓣时,玻璃的发热量提高了12.7%。埚底与感应线圈距离在10~15 cm时,冷坩埚对玻璃物料的加热效率较高。     

Ф100冷坩埚玻璃固化高频电源多物理场耦合仿真研究

高频电源是冷坩埚高放废液玻璃固化系统的重要组成部件,但由于每套高频电源参数出厂后参数不可调节且价格昂贵,因此一直未能开展电源参数对冷坩埚的匹配性研究,无法确定高频电源的最优参数组合以及最佳匹配状态。利用价格低廉且参数可微调的小型高频电源建立Ф100冷坩埚实验装置并开展电源与埚体的匹配性规律研究是解决上述问题的有效途径,但由于实验变量过多,实验测量可获取的有效数据较少,因此本文开展了Ф100冷坩埚玻璃固化高频电源多物理场耦合的仿真研究,利用COMSOL,以电流强度、频率、线圈匝数等条件为变量开展对熔融玻璃液的温度场、流场及磁场的多场耦合仿真。结果表明,适当增加电流强度和频率可改善熔制能力,适当增加线圈直径、间距、匝数可提高能量利用率,线圈高度处于中部位置偏下可提高温度场磁场分布,圆形线圈及冷坩埚较椭圆形更具优势。与实验结果相比,经过初步电源参数优化后的冷坩埚熔池体积提高了22.8%、平均温度提高了35%,较大幅度地改善了冷坩埚的熔制效果。     

冷坩埚埚体的参数设计

埚体结构的优化设计是冷坩埚固化减容技术研究课题的关键点之一。电磁冷坩埚技术的核心在于坩埚结构和电磁场的合理设计，以使其具有良好的透磁和低涡流损耗特性，在熔体中产生大的感应涡流，从而使冷坩埚的应用效果达到最佳。     

法国阿格厂建成冷坩埚感应熔炉

<正>【法国《核综论》2010年第3期报道】2010年6月17日,阿海珐集团(Areva)在阿格(LaHague)厂举行了冷坩埚感应熔炉落成仪式,这项核废物玻璃固化创新技术是法国原子能与替代能源委员会(CEA)和阿海珐25年合作研究的成果。阿海珐在一份公报中表示,这项"高放废物玻璃固化技术世界第一"。     

冷坩埚熔融装置中高频电源的研究设计

冷坩埚感应熔炉工艺是核废物处理技术的第四代工艺技术。该工艺技术具有工作温度高、使用寿命长、处理的废物范围广、产生的二次废物少等优点。冷坩埚玻璃固化熔融装置主要由高频电源感应系统、机械系统（坩埚本体及附属结构）、尾气处理系统、冷却系统和仪表控制系统组成。其中，高频电源感应系统是该装置的重要组成部分之一，高频电源如不能提供合适的频率、功率及其它合理的运行参数，整个装置将不能正常的运行，熔体也无法得到很好处理。     

基于ANSYS的冷坩埚感应线圈设计及电磁分析

冷坩埚玻璃固化技术是目前最新一代的高放废液玻璃固化工艺。感应线圈是冷坩埚熔炉的关键部件之一,其设计合理与否直接关系到冷坩埚能否顺利运行。目前世界各国的冷坩埚装置对感应线圈的截面形状、匝数、匝间距等参数采取过不同的设计,对这些设计参数进行计算分析对指导我国冷坩埚研制具有重要意义。本工作基于ANSYS软件对感应线圈的电磁场进行有限元分析,结果表明,加载高频交变电流的感应线圈的电磁场具有以下分布规律：高频电流表现出集肤效应和邻近效应,电流集中于线圈表面,电流密度峰值出现在线圈的最上端和最下端;磁通密度轴向分量（B_y）在径向上由线圈内边缘附近向线圈包围的中心区衰减,纵向上与电流密度的分布类似,B_y在线圈上下两端处出现峰值,在线圈高度覆盖的范围之外,磁通密度迅速衰减。本工作进一步结合法国阿海珐公司、美国爱达荷实验室和印度巴巴哈原子能中心的冷坩埚的感应线圈设计方式,建立了不同截面形状、匝数和匝间距的感应线圈模型,经过计算发现矩形截面线圈的磁场分布均匀性要优于圆形截面线圈;在感应线圈总高度相同的前提下,匝数的变化对线圈的磁场分布几乎没有影响;匝间距的增加会降低径向和纵向的磁通密度及其均匀性。综上,建议感应线圈采用密绕型矩形截面设计,匝间距设计为2.5~5 mm。     

冷坩埚玻璃固化启动过程数值分析

使用COMSOL有限元计算软件对熔池直径500 mm、高365 mm的电磁冷坩埚玻璃固化模型的启动过程进行了数值分析,研究了垂直方向环状启动加热块数量和位置分布对启动过程中加热速率、加热效率和温度分布的影响。计算结果表明,启动加热块距离坩埚底部250～300 mm时加热效率较高,增加垂直方向启动加热块的分布数量有利于在启动过程中加快升温速率、快速提高磁感应加热效率、加强玻璃熔体温度均匀程度和扩大玻璃熔体体积。     

冷坩埚玻璃固化熔炉启动工艺研究

中国原子能科学研究院已建成一套 ø500冷坩埚玻璃固化实验装置,为建立与该装置相匹配的石墨环启动工艺,使用正交实验法研究了感应器高度、石墨环位置及石墨环半径对冷坩埚启动过程的影响,并研究了石墨环质量对启动过程的影响。结果表明,当感应器高度为90 mm、石墨环高度为50%或55%、石墨环半径为177 mm、石墨环质量为110 g时,启动效果最好。     

冷坩埚玻璃固化模拟高放废液的24 h连续运行实验研究

中国原子能科学研究院已建立了一套冷坩埚玻璃固化原理实验装置,为检验设备设计的性能、各组成单元的匹配情况及生产的模拟固化体产品的性能,2015年进行了24 h的连续运行实验。实验中模拟高放废液和基础玻璃组成均以固体化学试剂形式预先混好后进料。连续运行实验结果表明,整个运行过程中整体装置性能参数稳定,熔制温度控制在(1 200±50) ℃,进料速率为6～10 kg/h,共卸料16次,每次启动卸料和停止卸料时间重复性好。对产生的玻璃固化体进行了主要性能测试,结果表明所测试固化体的性能满足我国行业标准的要求。     

冷坩埚玻璃固化启动过程数值分析

使用COMSOL有限元计算软件对熔池直径500 mm、高365 mm的电磁冷坩埚玻璃固化模型的启动过程进行了数值分析，研究了垂直方向环状启动加热块数量和位置分布对启动过程中加热速率、加热效率和温度分布的影响。计算结果表明，启动加热块距离坩埚底部250~300 mm时加热效率较高，增加垂直方向启动加热块的分布数量有利于在启动过程中加快升温速率、快速提高磁感应加热效率、加强玻璃熔体温度均匀程度和扩大玻璃熔体体积。     

法国研究人员对混合废物玻璃固化抱有希望

【美国《核废物新闻》1996年3月14日报道】 四位法国研究人员认为,有关混合放射性废物和化学危险废物玻璃固化的进一步研究将证明“极有希望”,因为该工艺技术废物减容的方法可靠。 法国原子能委员会(CEA)和新技术总公司的官员于今年2月27日在特斯康96’废物管理大会上研讨了冷坩埚玻璃固化的多种应用。