ВРАЩАЮЩАЯСЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ГАЗООБРАЗНЫХ РЕАГЕНТОВ Российский патент 1998 года по МПК C01G43/25 G21C3/62 

Изобретение относится к вращающимся печам, в которых осуществляются газообразные реакции с целью получения твердого продукта. Изобретение более точно, хотя и не исключительно, относится к вращающимся печам, используемым в производстве порошка двуокиси урана, для последующей его переработки в ядерные топливные таблетки.

В одном из известных типов вращающихся печей парообразный шестифтористый уран подается вместе с водяным паром во входной торец печи. В результате реакции между шестифтористым ураном и водяным паром возникает промежуточный продукт в виде фтористого уранила, который с помощью шнекового питателя подается в обогреваемый вращающийся барабан. Протекая через указанный барабан, фтористый уранил вступает в реакцию с водородом и водяным паром, подаваемыми в противотоке. В результате указанной реакции фтористый уранил восстанавливается в порошкообразную двуокись урана, выгружаемую с выходного торца печи.

Отходящие газы, образующиеся в печи во время указанных реакций, движутся по направлению к входному торцу печи и попадают в фильтрующую воронку, расположенную над шнековым питателем. Сверху указанной воронки расположены несколько фильтровальных узлов, предназначенных для извлечения твердых частиц из газообразных реагентов.

Практически большинство частиц фтористого уранила циркулирует в области входного торца печи в течение времени, достаточного для того, чтобы указанные частицы смогли расти и агломерироваться, приобретая дендритное строение. В конечном счете эти частицы выпадают из реакционных газов и попадают на шнековый питатель, который подает указанные частицы в барабан печи.

Авторы предлагаемого изобретения нашли, что фильтрующая воронка может быть уменьшена по высоте с помощью нижеописанной конструкции без ухудшения качества производимого продукта и отрицательного влияния на реакцию, протекающую в области входного торца печи.

Аналогичную конструкцию имеет вращающаяся печь для производства твердых материалов из газообразных реагентов (заявка Франции N 2310315, МПК C 01 G 43/02, G 21 C 3/62, 1977). Указанная печь включает входное, выходное устройство, вращающийся барабан, расположенный между указанными входным и выходным устройствами, средство для введения в указанное входное устройство газообразных реагентов, в результате реагирования которых образуется твердый продукт, входное устройство указанной печи включает вращающееся шнековое подающее устройство для подачи твердого продукта в указанный барабан.

Целью изобретения является создание вращающейся печи, имеющей усовершенствованное входное устройство.

Цель достигается тем, что в описанной выше вращающейся печи для производства твердых материалов из газообразных реагентов, входное устройство включает фильтр для извлечения твердых частиц из реакционных газов, образующихся в печи, который охватывает по крайней мере частичное указанное вращающееся шнековое подающее устройство и расположен вплотную к нему.

Шнековое подающее устройство предпочтительно включает спиральные лопасти, осуществляющие очистку фильтра. Указанный фильтр может также включать пористое металлическое или керамическое тело в форме кольцевой манжеты, окружающей фильтр. Газы, выходящие из печи и проходящие через фильтр, могут удаляться из камеры, окружающей фильтр снаружи, по трубам, сообщающимся с этой камерой.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения твердым продуктом, производимым предлагаемой печью, является порошок двуокиси урана.

Газообразные реагенты, вводимые в указанное входное устройство, являются предпочтительно шестифтористым ураном и водяным паром, вступающими в реакцию друг с другом с образованием промежуточного продукта, а именно твердого фтористого уранила. Имеются средства для подвода водяного пара и водорода к указанному выходному устройству для их дальнейшего движения внутри указанного барабана по направлению к указанному входному устройству, во время которого указанный водяной пар и водород реагируют с фтористым уранилом с получением указанного порошка двуокиси урана.

Шестифтористый уран и водяной пар можно вводить во входное устройство через входной патрубок, снабженный внутренней трубкой, окруженной кольцевым каналом так, чтобы один из реагентов подавался по этой внутренней трубке, а другой реагент - по кольцевому каналу. Предпочтительно осуществлять подачу шестифтористого урана по внутренней трубке, а подачу водяного пара - по кольцевому каналу.

На фиг. 1 изображена вращающаяся печь в сборе, схематично; на фиг. 2 - входное устройство вращающейся печи, схематично в разрезе; на фиг. 3 - поперечный разрез по линии III-III.

Вращающаяся печь (фиг. 1), предназначенная для производства порошка двуокиси урана, включает входное устройство 1, собственно вращающуюся печь 2 и выходное устройство 3. Входное устройство 1 включает входной патрубок 4 для реакционного газа, к которому подсоединены труба 5 для подачи водяного пара и труба 6 для подачи парообразного шестифтористого урана. Выходное устройство 3 включает форсунку 7 подачи водяного пара, форсунку подачи водорода (не показана) и бункер 8, в который выгружается порошок двуокиси урана. Собственно вращающаяся печь 2 включает несколько отдельных секций 9 с регулируемой температурой, благодаря чему достигается требуемый температурный профиль в печи. Вращающееся уплотнение 10 расположено между входным устройством 1 и собственно вращающейся печью 2, а вращающееся уплотнение 11 находится между печью 2 и выходным устройством 3. Приводное устройство 12, находящееся у входного торца печи, вращает зубчатое колесо 13, приводящее во вращение цилиндрический барабан 14, находящийся внутри вращающейся печи 2. Барабан 14 вращается в опоре 15, расположенной у выходного торца печи.

Хотя вращающаяся печь, предлагаемая в настоящем изобретении, изображена на прилагаемых чертежах в горизонтальном положении, на практике она занимает наклонное положение от входного к выходному устройству с целью лучшего протекания реагентов по направлению к выходному торцу печи.

Как показано на фиг. 2, входное устройство 1 состоит из корпуса 16, в котором находится загрузочное приспособление предпочтительно шнековый питатель 17 или любой другой винтовой (шнековый) транспортер. В данном конкретном случае шнековый питатель (загрузчик) включает четыре спиральные лопатки 18, приваренные к несущим кольцам 19. У заднего конца шнекового питателя 17 лопатки 18 приварены к кольцевой торцевой плите 20, с помощью которой питатель крепится на узле 21 подшипника и сальника, расположенном на задней торцевой стенке корпуса 16.

Своим передним концом шнековый питатель 17 входит во внутреннюю втулку 22 уплотнения 10. Несущее кольцо 23 приварено к передним концам лопаток 18. Короткие спиральные лопатки 24 приварены к внутренней поверхности внутренней втулки 22, жестко связанной с зубчатым колесом 13, которое в свою очередь жестко связано с барабаном 14 с помощью плиты крепления 25. На внутренней поверхности барабана 14 предусмотрены прямые подъемные насадки 26, назначение которых описывается ниже.

Кольцевой фильтр 28, расположенный в корпусе 16, охватывает шнековый питатель 17, а его внутренняя поверхность расположена с зазором по отношению к наружным кромкам спиральных лопаток 18. Фильтр 28 полностью охватывает шнековый питатель и предпочтительно содержит пористый металл, полученный спеканием. Хотя фильтр 28 предпочтительно полностью охватывает шнековый питатель, можно предположить, что при частичном охватывании питателя фильтром можно достичь тех же результатов. Диаметр шнекового питателя и фильтра можно подобрать из расчета необходимой скорости рециркуляции частиц фтористого уранила. Внутри корпуса 16 образована камера 29 для приема газов, прошедших через фильтр 28, которые затем удаляются из камеры 29 по двум трубам 30.

Предлагаемая печь для производства порошковой двуокиси урана работает следующим образом.

Пары шестифтористого урана подают по входной трубе 6, а водяной пар - по трубе 5 во входной патрубок 4. Предпочтительно указанный патрубок имеет внутреннюю трубку 4,a, окруженную коаксиальным наружным кольцевым каналом 4, b. Шестифтористый уран поступает по внутренней трубке 4,a, а водяной парило кольцевому каналу 4, b. Шестифтористый уран и водяной пар, поступающие из патрубка 4, взаимореагируют, находясь в шнековом питателе 17, в виде тонких струек, направляемых к входному торцу барабана 14. Результатом вышеуказанной реакции является твердый промежуточный продукт в виде фтористого уранила, подаваемого затем во вращающийся барабан 14 с помощью вращающегося шнекового питателя 17. Шнековый питатель 17, внутренняя втулка 22 и барабан 14 приводятся во вращение зубчатым колесом 13, вращение которому сообщается приводом 12.

Проходя внутри барабана 14, фтористый уранил вступает в реакцию со смесью водяного пара и водорода, вводимых с выходного торца печи и подаваемых в противотоке. Ворошащее и переворачивающее действие, оказываемое подъемными насадками 26 на фтористый уранил, способствует эффективному контакту между твердыми и газообразными реагентами и эффективному превращению фтористого уранила в порошковую двуокись урана. Качество порошковой двуокиси урана зависит от правильного регулирования температурного профиля в трех зонах 9 в диапазоне 500 - 800^oC. Порошок двуокиси урана выгружается в бункер 8 и в дальнейшем может быть переработан в ядерные топливные таблетки.

Отходящие газы, а именно избыток водорода, азот, фтористый водород и водяной пар, выделяемые во время вышеописанного процесса, направляются к входному устройству 1 и пропускаются через фильтр 28 для удаления твердых частиц. Профильтрованные газы попадают в камеру 29, откуда они удаляются по выпускной трубе 30 для дальнейшей переработки.

Кроме осуществления подачи фтористого уранила в барабан 14<лопатки 18 шнекового питателя снимают излишний материал с внутренней поверхности фильтра 28, благодаря чему фильтр постоянно остается чистым, что продлевает срок его службы и сокращает операции по уходу за ним.

Следует учесть, что указанный фильтр может быть изготовлен из любого подходящего материала, например из пористой керамики, рассчитанной на работу в высокотемпературных средах. Предпочтительно, чтобы фильтр был быстросъемным для облегчения замены отработавшего фильтра новым.

Хотя предлагаемое изобретение конкретно касается вращающихся печей, используемых для производства порошка двуокиси урана, оно применимо также в аналогичных аэрозольных реакторах для получения других твердых продуктов. Одним из примеров является производство порошка двуокиси титана, при котором реагентами, подаваемыми во входной патрубок 4, являются пары четыреххлористого титана и водяной пар.

Вращающаяся печь предназначена для получения двуокиси урана из шестифтористого урана и имеет входное устройство и обогреваемый вращающийся барабан. Шестифтористый уран реагирует с водяным паром во входном устройстве печи с образованием фтористого уранила, который подается во вращающийся барабан с помощью вращающегося шнекового подающего устройства. Находясь в барабане, фтористый уранил вступает с водяным паром и водородом, подаваемыми в противотоке, с получением целевого продукта - двуокиси урана. Фильтр, изготовленный из пористого металла или пористой керамики, плотно охватывает шнековый питатель для излучения твердых частиц из отходящих из печи газов. Фильтр очищается с помощью спиральных лопаток, предусмотренных в шнековом подающем устройстве. Порошок двуокиси урана, получаемый в предлагаемой печи, может быть переработан в ядерные топливные таблетки. Такое выполнение вращающейся печи для производства материала из газообразных реагентов позволит усовершенствовать ее входное устройство без ухудшения качества производимого продукта. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Вращающаяся печь для производства твердых материалов из газообразных реагентов, включающая входное устройство, выходное устройство, вращающийся барабан, расположенный между указанными входным и выходным устройствами, средство для введения в указанное входное устройство газообразных реагентов, в результате реагирования которых образуется твердый продукт, входное устройство указанной печи включает вращающееся шнековое подающее устройство для подачи твердого продукта в указанный барабан, отличающаяся тем, что она снабжена фильтром для извлечения твердых частиц из реакционных газов, образующихся в печи, который охватывает по крайней мере частично указанное вращающееся шнековое подающее устройство и расположен вплотную к нему. 2. Печь по п. 1, отличающаяся тем, что шнековое подающее устройство включает спиральные лопасти, осуществляющие очистку фильтра. 3. Печь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что указанный фильтр включает пористое металлическое тело. 4. Печь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что указанный фильтр включает пористое керамическое тело. 5. Печь по любому из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что указанный фильтр включает кольцевую манжету, охватывающую шнековое подающее устройство. 6. Печь по любому из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что указанный фильтр помещен в корпус, представляющий собой камеру для приема газов, прошедших через указанный фильтр, с трубой, сообщающейся с указанной камерой, для удаления из нее указанных газов. 7. Печь по любому из пп.1 - 6, отличающаяся тем, что входное устройство имеет входной патрубок, снабженный внутренней трубкой, окруженной кольцевым каналом так, что один из газообразных реагентов подается по этой внутренней трубке, а другой - по кольцевому каналу.