CN103400619B - 一种先进的1/4堆芯年换料装载方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及反应堆设计技术，具体涉及一种先进的1/4堆芯年换料装载方法。堆芯由177组燃料组件组成，所述压水堆核电站先进1/4堆芯年换料装载方法包括换料循环每次换料更换1/4堆芯即44组的燃料组件，即装入44组新燃料组件，卸除44组燃耗较深或富集度较低的已辐照燃料组件；新燃料组件布置于堆芯外区，已辐照的燃料组件布置于堆芯内区。该方法提高了177组燃料组件组成的压水堆堆芯的安全性和经济性。

Description

一种先进的1/4堆芯年换料装载方法
技术领域
本发明涉及反应堆设计技术，具体涉及一种先进的1/4堆芯年换料装载方法。
背景技术
在堆芯燃料管理中，在保证堆芯的安全性的基础上提高核燃料的使用率，因此，有必要实施先进的燃料管理措施，以提高堆芯燃料管理的安全性和经济性。
在177组燃料组件组成的压水堆堆芯中，燃料管理模式是，平衡循环采用4.45%富集度的燃料组件，每次换料采用1/3堆芯(68组)的新燃料组件，寿期长度为18个月。这种燃料管理模式的缺点是功率峰值因子的安全裕量小；最大卸料组件燃耗也很接近限值；且各个卸料组件燃耗值比较分散，最大卸料组件燃耗与平均卸料组件燃耗差值较大；平均卸料组件燃耗较低，经济性不够高等。为了进一步提高177组燃料组件组成的压水堆堆芯安全性和经济性，需要突破1/3堆芯换料的模式，采用1/4堆芯(44组组件)换料的模式。
发明内容
本发明的目的在于提供一种177组燃料组件组成的反应堆1/4堆芯年换料装载方法，从而提高压水堆堆芯的安全性和经济性。
本发明的技术方案如下：一种先进的1/4堆芯年换料装载方法，堆芯由177组燃料组件组成，首循环中按照富集度的不同分三区布置，三区燃料组件的235U的富集度依次为1.8％、2.0％和3.1％，燃料组件数依次为61、68和48组，最高富集度的燃料组件置于堆芯外区，较低富集度的两种燃料组件排列在堆芯内区，第一循环采用硼硅酸盐玻璃作为固体可燃毒物；换料循环（从第二循环开始）换料时采用1/4堆芯即44组的新燃料组件，卸除44组燃耗较深或富集度较低的已辐照燃料组件；新燃料组件布置于堆芯外区，已辐照的燃料组件布置于堆芯内区；其中，所述的堆芯外区是指堆芯最外圈挨着反射层的组件位置；所述的堆芯内区是指不挨着反射层的组件位置。
进一步，如上所述的先进的1/4堆芯年换料装载方法，其中，换料循环（从第二循环开始）换料所采用的新燃料组件235U富集度为4.0％～4.45％。
进一步，如上所述的先进的1/4堆芯年换料装载方法，其中，在首循环卸料时，所有硼硅酸盐玻璃的固体可燃毒物棒都移除，不再使用；为了进一步展平功率峰，换料循环使用含钆燃料棒中的钆作为固体可燃毒物。
进一步，如上所述的先进的1/4堆芯年换料装载方法，其中，换料循环使用的含钆燃料棒中Gd2O3重量百分比为8.0％，含钆燃料棒中235U富集度为2.3％～2.5％。
本发明的有益效果如下：本发明所提供的堆芯装载方法采用OUT-IN高泄漏堆芯装载方法，即换料时新燃料组件布置在堆芯最外圈或次外圈，功率峰值因子小，安全裕量大；选取合适的换料组件富集度，换料循环每次采用1/4堆芯的新燃料组件，平均卸料组件燃耗较高，各个卸料组件燃耗值之间离散度小，最大卸料组件燃耗与平均卸料组件燃耗差值较小，燃料组件的利用率高。该装载方法实现了此类型压水堆核电厂1/4堆芯年换料装载，提高了177组燃料组件组成的压水堆堆芯的安全性和经济性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的177组燃料组件组成的反应堆堆芯1/4年换料装载方法中平衡循环（第五循环）堆芯燃料组件布置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
177组燃料组件组成的反应堆堆芯由177组全M5材料的AFA3G燃料组件构成，堆芯燃料活性段高度为365.76cm，等效直径为322.80cm，高径比为1.13。每个全M5AFA3G燃料组件的燃料棒按17×17方阵排列，包含264根燃料棒、24根导向管和1根仪表管。
首循环中，初始堆芯燃料组件都是新燃料组件，按照235U的富集度不同分为三区，三区富集度分别为1.8％、2.0％和3.1％，燃料组件数依次为61、68和48组。富集度最高的燃料组件装载在堆芯外区，另外两种较低富集度的燃料组件按棋盘式布置在堆芯内区。其中，堆芯外区是指挨着反射层的组件位置，即堆芯最外圈的组件位置；堆芯内区是指不挨着反射层的组件位置，即除堆芯最外圈以外的组件位置。首循环采用硼硅酸盐玻璃作为固体可燃毒物，根据硼可燃毒物棒在燃料组件中的数量分为四种类型如下：8根、12根、16根和20根，共使用1248根硼硅酸盐玻璃可燃毒物棒。在首循环卸料时，所有硼硅酸盐玻璃的可燃毒物棒都移除，不再使用。过渡循环（第二、三、四循环）使用含钆燃料棒作为固体可燃毒物，固体可燃毒物棒的根数可见表二中的具体实例。平衡循环（第五、六、七、八循环）不使用固体可燃毒物，使用235U富集度为4.0％～4.45％的新燃料组件。过渡循环和平衡循环的选取也可以有其他方案，只要满足功率峰展平即可不再使用固体可燃毒物了，本实施例中提供的是最优方案。
从第二循环开始，每次装入44个富集度为4.0％～4.45％的新燃料组件，本实施例中选用富集度为4.1％的新燃料组件，同时卸除44个燃耗较深或富集度较低的已辐照燃料组件，卸除的44组已辐照燃料组件的具体位置没有固定的要求，工程人员可根据需要进行选择和调整。过渡循环使用的含钆燃料棒中Gd2O3重量百分比取8.0％，含钆燃料棒中235U富集度为2.3％～2.5％。
从第二循环开始，反应堆经过三次换料，到第五循环，达到平衡换料。
表一给出了从首循环到第八循环共八个循环中各批燃料组件数。
表一各批燃料组件数
图1是本发明实施例提供的177组燃料组件组成的堆芯1/4堆芯年换料装载方法中平衡循环堆芯燃料组件布置的示意图。
横坐标从右往左依次由A-R排列，纵坐标从上往下依次由1－15排列，在堆芯的A06、A07、A08、A09、A10、B04、B05、B11、B12、C04、C12、D02、D03、D13、D14、E02、E14、F01、F15、G01、G15、H01、H15、J01、J15、K01、K15、L02、L14、M02、M03、M13、M14、N04、N12、P04、P05、P11、P12、R06、R07、R08、R09、R10位置布置235U富集度为4.1％的新燃料组件，这种富集度的燃料组件均不含有含钆燃料棒。其它位置则布置已辐照过的燃料组件，图中用字母和数字组合来表示已辐照燃料组件在前一循环中的位置，例如D12表示该已辐照燃料组件在前一循环中的位置是D12。
堆芯装载优化设计布置是在基本安全准则的前提下，综合考虑了燃料管理性能参数和中子学参数得出的。八个循环的燃料管理计算结果如表二所示，中子学参数计算结果如表三所示。表四给出1/3堆芯换料模式和1/4堆芯换料模式的平衡循环(第八循环)相关参数的比较。
表二燃料管理计算结果
表三中子学参数计算结果
主要参数 数值
慢化剂密度系数－最大值，△k/k/g/cm3 0.4216
多普勒温度系数（绝对值最大值），pcm/℃ -4.110
多普勒温度系数（绝对值最小值），pcm/℃ -1.965
多普勒功率系数（低限值），pcm/％FP -6.828～-5.417(0%～100%)
多普勒功率系数（高限值），pcm/％FP -11.046～-9.770(0%～100%)
缓发中子份额－最大值 0.006713
缓发中子份额－最小值 0.004800
瞬发中子寿命（最大值），μs 27.122
以上初始堆芯装载方案满足基本设计参数：FDH≤1.65；FQ≤2.45和基本安全准则，其中FDH为焓升因子，FQ为热点因子。从表二和表三中的计算结果可以得出此方案所有循环中对新燃料组件的设计方案完全满足安全准则。
表四1/3堆芯换料模式和1/4堆芯换料模式比较
比较项目 1/3堆芯18个月换料 1/4堆芯年换料
燃料组件富集度，％ 4.45 4.10
每循环换料组件数目，组 68 44
可达循环长度，EFPD 473 316
平均年度换料组件数目，组 45.33 44
平均卸料组件燃耗，MWd/tU 46410 47449
最大卸料组件燃耗，MWd/tU 51637 51447
最大核焓升因子 1.579 1.526
最大热点因子 2.234 2.116
根据表四中相关参数的比较，可以确定1/4堆芯换料模式不仅进一步降低了最大核焓升因子、最大热点因子，和最大组件卸料燃耗，提高了安全裕量，同时也提高了核燃料的使用率，即较低的富集度的燃料组件获得了更高的平均卸料燃耗，提高了经济性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种先进的1/4堆芯年换料装载方法，堆芯由177组燃料组件组成，首循环中按照富集度的不同分三区布置，三区燃料组件的235U的富集度依次为1.8％、2.0％和3.1％，燃料组件数依次为61、68和48组，最高富集度的燃料组件置于堆芯外区，较低富集度的两种燃料组件排列在堆芯内区，第一循环采用硼硅酸盐玻璃作为固体可燃毒物；其特征在于：从第二循环开始的换料循环中，每次换料装入1/4堆芯即44组的新燃料组件，所采用的新燃料组件235U富集度为4.0％～4.45％，卸除44组燃耗较深或富集度较低的已辐照燃料组件，新燃料组件布置在堆芯外区，已辐照的燃料组件布置于堆芯内区；其中，所述的堆芯外区是指堆芯最外圈挨着反射层的组件位置；所述的堆芯内区是指不挨着反射层的组件位置。
2.如权利要求1所述的先进的1/4堆芯年换料装载方法，其特征在于：在首循环卸料时，所有硼硅酸盐玻璃的固体可燃毒物棒都移除，不再使用；为了进一步展平功率峰，换料循环使用含钆燃料棒作为固体可燃毒物。
3.如权利要求2所述的先进的1/4堆芯年换料装载方法，其特征在于：作为过渡循环的第二、三、四循环使用含钆燃料棒作为固体可燃毒物；作为平衡循环的第五、六、七、八循环不使用固体可燃毒物。
4.如权利要求2或3所述的先进的1/4堆芯年换料装载方法，其特征在于：换料循环使用的含钆燃料棒中Gd2O3重量百分比为8.0％，含钆燃料棒中235U富集度为2.3％～2.5％。
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