CN103871528B - 一种压水堆堆芯的长周期燃料管理方法 - Google Patents

一种压水堆堆芯的长周期燃料管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及核电技术领域，具体公开了一种压水堆堆芯的长周期燃料管理方法。首循环堆芯采用高泄漏装载模式，即在堆芯内部富集度大的组件和富集度低的组件相互搭配组合，最高富集度的燃料组件放在堆芯最外圈；在后续循环，堆芯采用低泄漏装载模式，即每次更新的新燃料组件均置于堆芯内部且与燃耗过的旧组件配合使用，堆芯最外圈放置已燃耗过的旧燃料组件。直接实现了从首循环开始到平衡循环的长周期换料设计，提高了电厂的可利用率及负荷因子，电厂的经济效益得以增强。

Description

一种压水堆堆芯的长周期燃料管理方法
技术领域
本发明属于核电技术领域，具体涉及一种长周期燃料管理方法。
背景技术
压水堆堆芯燃料管理，是指从首循环到平衡循环堆芯，确定堆芯所使用的燃料富集度、可燃毒物的类型及各种组件和毒物在堆芯内的布置，使得反应堆堆芯的设计结果满足核设计准则和电厂总体要求。堆芯燃料管理的优劣直接影响核电厂的经济性和安全性，是后续安全分析或评价的基础，所说的燃料管理方法即为堆芯所使用的燃料富集度、可燃毒物的类型和各种组件和毒物在堆芯内的布置的确定方法。
目前，国内在役和在建核电厂的堆芯燃料管理方法，概括起来主要有四种类型：1）年换料设计；2）首循环为年换料设计，平衡循环后再经过论证分析，逐步过渡到长周期换料设计；3）首循环为年换料，从第二循环起开始过渡并在平衡循环实现长周期换料设计；4）从首循环开始便实施长周期换料设计。上述类型燃料管理策略的特征主要有：1）堆芯由121或157个燃料组件构成；2）前两种策略要么没有实现长周期换料的要求，要么过程显得曲折；3）对第三种策略，首循环没有实现长周期换料设计；4）所有策略的平衡循环新组件均使用单一富集度。
综上，其不足之处在于：
（1）由于没能直接实现从首循环开始的长周期换料设计，没有实现核电厂经济性的进一步优化；
（2）平衡循环采用单一富集度组件，不利于展平堆芯功率分布、功率峰因 子相应提高，从而影响堆芯的安全性；另一方面，较大的功率峰值因子，造成堆芯平均卸料燃耗降低，燃料的利用率也变差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压水堆堆芯的长周期燃料管理方法，它针对反应堆堆芯，直接从首循环起实现长周期换料，并且能在平衡循环很好地展平堆芯的功率分布，获得较小的功率峰因子。
实现本发明的技术方案如下：
一种压水堆堆芯的长周期燃料管理方法，该方法包括如下步骤：
1）在首循环堆芯采用高泄漏装载模式，燃料组件可采用3~5种不等的富集度，其中最高富集度组件堆放在堆芯的最外圈，较低富集度的燃料组件在堆芯内部呈交叉棋盘式布置；
2）在首循环中堆芯固体可燃毒物采用硼硅玻璃棒，可根据展平堆芯功率分布的需要，所用可燃毒物燃料组件可带8、12、16、20或24根毒物棒；
3）在首循环之后的后续循环中采用低泄漏堆芯装载模式，新燃料组件置于堆芯里圈；
4）后续循环采用低泄漏堆芯装载模式，堆芯最外圈放置已燃耗过的旧组件；
5）后续循环使用的固体可燃毒物为由UO2-Gd2O3均匀混合在芯块中形成的载钆燃料棒，新燃料组件带载钆燃料棒的典型数量为12根、16根或20根。
在上述的一种压水堆堆芯的长周期燃料管理方法中：在步骤3）中，后续循环所更新的新燃料组件使用两种不同的富集度，分别为4.45%和4.95%。
本发明所取得的有益效果如下：首循环堆芯采用高泄漏装载模式，即在堆芯内部富集度大的组件和富集度低的组件相互搭配组合，最高富集度的燃料组 件放在堆芯最外圈；在后续循环，堆芯采用低泄漏装载模式，即每次更新的新燃料组件均置于堆芯内部且与燃耗过的旧组件配合使用，堆芯最外圈放置已燃耗过的旧燃料组件。直接实现了从首循环开始到平衡循环的长周期换料设计，提高了电厂的可利用率及负荷因子，电厂的经济效益得以增强。进一步的，后续燃料循环采用两种不同的燃料富集度，更加容易展平堆芯的功率分布，降低了堆芯的功率峰值因子。相比传统的长周期换料设计，堆芯的批平均卸料燃耗提高，更充分地利用了核燃料。
附图说明
图1为本发明的首循环堆芯的装载示意图；
图2为本发明的平衡循环堆芯的装载示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的描述。
一个完整的核电厂堆芯的燃料管理，具体设计内容涵盖：首循环所采用的几种不同燃料富集度的确定、后续循环新燃料组件富集度的确定、各个循环的固体可燃毒物类型的选择、堆芯燃料组件和固体可燃毒物的布置。
本实施例针对一个百万千瓦级核电厂反应堆堆芯，该堆芯由177个燃料组件构成。对首循环堆芯的装载，采用4种不同富集度的燃料组件（根据展平堆芯功率分布的需要，可以为3种或5种），选择硼硅玻璃作为固体可燃毒物以抑制堆芯的初始反应性和优化堆芯的功率分布。考虑到首循环所用的全部为新燃料组件，故组件的布置方式采用高泄漏的装载模式。
图1给出了一个典型的首循环堆芯的装载示意图。堆芯采用的4种富集度中的最高的燃料组件布置在堆芯的最外圈，而其余的3种富集度燃料组件则布置在堆芯的内部，且较低富集度的2种燃料组件在堆芯内部呈交叉棋盘式布置。
为了控制初始堆芯剩余反应性，延长堆芯寿期并更好地展平堆芯功率分布，在燃料组件中放入了不同数量的硼硅玻璃可燃毒物棒，这些毒物棒插入燃料组件的导向管中。所述的燃料组件可以带8根、12根、16根、20根和24根硼硅玻璃毒物棒。
上述首循环堆芯装载模式，循环长度可以达到480~520个等效满功率天，实现长周期换料设计的需求。
对于后续循环的设计，包括过渡循环和平衡循环，此前的不论是年换料设计或长周期换料设计，每次更新的新燃料组件均采用单一的燃料富集度。这种设计使得展平堆芯功率分布变得困难，且不利于提高卸料燃料组件的平均卸料燃耗深度，降低了燃料的利用率。本发明所述的技术方案，在后续循环每次加入2种不同富集度的新燃料组件，两种燃料富集度之间形成一定的梯度。比如，两种典型燃料组件富集度可以确定为4.45%和4.95%。
图2给出了一个典型的平衡循环堆芯的装载示意图，而过渡循环的新燃料组件的布置与此图具有很强的相似性，以便更快地过渡到平衡循环。
与首循环不同，在后续循环中固体可燃毒物使用钆，其形式为UO2-Gd2O3均匀混合在芯块中形成载钆燃料棒。所述发明后续循环新燃料组件带载钆燃料棒的典型数量为12根、16根或20根。
如图2所示，每次加入的新燃料组件中的较高富集度的大多数置于堆芯的次外圈，而另一种富集度的燃料组件则主要放在堆芯里圈部分。堆芯最外圈放置燃耗过一个循环的旧组件，而在堆芯的里圈放入燃耗更深的（主要为已燃耗过两个循环）的旧组件。堆芯里圈的已燃耗过的旧组件与新组件相互搭配组合，或者使已燃耗过的组件按燃耗深度的不同呈交叉排列方式。
堆芯装载中新燃料组件所带载钆燃料棒的数量，可以根据展平堆芯功率分 布的需要而加以确定。
采用本发明所述堆芯装载方法，后续循环堆芯循环长度可达到480~520等效满功率天。同时，将进一步提高堆芯卸料燃料组件的批平均卸料燃耗，提升核燃料的利用率。
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。倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (1)

1.一种压水堆堆芯的长周期燃料管理方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)在首循环堆芯采用高泄漏装载模式，燃料组件采用3～5种不等的富集度，其中最高富集度组件堆放在堆芯的最外圈，较低富集度的燃料组件在堆芯内部呈交叉棋盘式布置；
2)在首循环中堆芯固体可燃毒物采用硼硅玻璃棒，根据展平堆芯功率分布的需要，所用可燃毒物燃料组件带8、12、16、20或24根毒物棒；
3)在首循环之后的后续循环中采用低泄漏堆芯装载模式，新燃料组件置于堆芯里圈；
4)后续循环采用低泄漏堆芯装载模式，堆芯最外圈放置已燃耗过的旧组件；
堆芯最外圈放置燃耗过一个循环的旧组件，而在堆芯的里圈放入燃耗更深的已燃耗过两个循环的旧组件；
堆芯里圈的已燃耗过的旧组件与新组件相互搭配组合，或者使已燃耗过的组件按燃耗深度的不同呈交叉排列方式；
5)后续循环使用的固体可燃毒物为由UO2-Gd2O3均匀混合在芯块中形成的载钆燃料棒，新燃料组件带载钆燃料棒的典型数量为12根、16根或20根；
在步骤3)中，后续循环所更新的新燃料组件使用两种不同的富集度，分别为4.45％和4.95％。
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