Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
Из-за малого объема внутренней полости вращающегося ротора и меньших, чем в диффузионной ступени, давлении и тонкого слоя плотного газа центрифуги имеют незначительное заполнение VFe. Поэтому в равновесный режим каскад центрифуг может переводиться через очень короткое время после запуска, что является важным преимуществом центрифуг по сравнению с газодиффузионным каскадом. На центрифужном заводе малы потери времени для установления нового равновесного режима, его каскады могут
маневреннее перестраиваться на новый режим работы. В то же время необходимость иметь столь огромное количество механически высоконапряженных и высокоточных по классу исполнения центрифуг создает особые проблемы обеспечения надежной эксплуатации центрифужного завода.
В идеальном каскаде число параллельно соединенных в отдельные блоки центрифуг, одинаковых по конструкции, может быть довольно значительным. Эти блоки представляют собой разделительную ступень, подобную газодиффузионной ступени, и различаются значениями концентраций хх и ху. Необходимое число ступеней можно вычислить по теории Коэна [см. формулы (8.18) — (8.20)]:
z-z 4-z --!—In ^1-*»)
— *-обог ~ Победи — 111
'ступ Xy(I Xx)
Число ступеней обратно пропорционально коэффициенту обогащения или квадрату окружной скорости. Но так как коэффициент обогащения центрифуг может быть в несколько десятков раз выше коэффициента обогащения диффузионной ступени, то необходимое число ступеней при центрифужном методе соответственно будет меньше. Однако расход газа через одиночную центрифугу очень мал (миллиграммы в секунду). Внутренний циркуляционный поток также невелик. Поэтому в условиях вращения роторов в вакууме с очень малыми потерями на трение затраты мощности на прокачку газа в центрифугах в 20—30 раз меньше, чем в газодиффузионных установках при той же разделительной работе. Повышение окружной скорости как главного фактора увеличения коэффициента обогащения и разделительной работы центрифуги очень сильно влияет на все технико-экономические параметры центрифужного метода. Поэтому стремятся увеличить скорости вращения роторов, не снижая надежности и ресурса их работы.
Выше были рассмотрены основные параметры, характеризую* щие центрифугу — коэффициент разделения или обогащения и разделительная способность (мощность) в единицах разделительной работы. При разработке новой конструкции центрифуг эти параметры, очевидно, определяются и подтверждаются экспериментально как для единичной центрифуги, так и для блока центрифуг или целого каскада.
Для иллюстрации сказанного приведем данные примерного расчета центрифужного завода производительностью 1 млн. ЕРР/год. Предположим, что он будет состоять из одинаковых центрифуг с разделительной мощностью 3 ЕРР/год (считая &=0,10, расход — 0,072 кг/ч). Пусть этот завод предназначен для получения урана 3%-ного обогащения при питании природным ураном и при содержании 235U в отвале 0,2%. Удельная разделительная работа для получения 1 кг такого урана согласно табл. 7.2 равна —•4,3 ЕРР.
Рассчитанное по формулам (8.18) и (8.19) необходимое число ступеней составляет 22, из них 12—в обогатительной ветви и 10 — в обеднительной. Для аналогичного по мощности и парамет-
рам диффузионного завода потребовалось бы около 1605 ступеней [при є=0,017 (см. табл. 8.2)].
Необходимое число центрифуг при КПД=0,96 составит ,—'350 000. Такой центрифужный завод позволит в год получить 230 т обогащенного до 3 % урана (27 кг/ч) при расходе 1270 т/год природного урана (—'150 кг U/ч или 220 кг UFe/ч). Завод может быть скомплектован из центрифуг в виде каскада, приближающегося к идеальному. Количество центрифуг может быть уменьшено, если применить более производительные машины.
Некоторые экономические оценки. По оценкам английских, немецких (ФРГ) и голландских специалистов экономичность и конкурентоспособность центрифужного метода по сравнению с газодиффузионным может быть обеспечена при разделительной мощности единичной центрифуги более 2—3 ЕРР/год, при ресурсе ее работы не менее 10 лет и надежности эксплуатации, характеризующейся выходом из строя не более 1 % центрифуг в год *.
Расчеты фирмы «Юренко-Сентек» показывают, что созданные в ФРГ, Нидерландах и Великобритании центрифуги обеспечивают необходимую экономичность центрифужного завода при разделительной мощности 200—250 тыс. ЕРР/год. Такими модулями можно последовательно наращивать мощность центрифужного завода. Для ввода в строй диффузионного завода необходимо не менее 6 лет, а для ввода оптимального модуля центрифужного завода разделительной мощностью 1,1 млн. ЕРР/год — 3 года.
Сравнение технико-экономических показателей обоих конкурирующих методов (см. табл. 7.6) показывает принципиальные преимущества центрифужной технологии, среди которых особо следует отметить небольшую удельную энергоемкость этой технологии, в 25—30 раз меньшую, чем у газодиффузионного метода. Поэтому в структуре себестоимости разделительной работы на центрифугах затраты на энергию составляют только 3—5% вместо 45—55% на газодиффузионном заводе.
