CN105139899A - 一种压水堆核电厂首循环的堆芯装载方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压水堆核电厂首循环的堆芯装载方法，首循环堆芯采用4～6种不同富集度的燃料组件，采用高泄漏装载模式，同时采用硼硅玻璃固体可燃毒物棒和一体化载钆燃料棒进行堆芯反应性抑制和功率分布控制。本发明的有益效果是：可以较大程度地延长首循环堆芯的循环长度，同时采用两种固体可燃毒物，避免了使用硼硅玻璃过多而占用控制棒导向管的矛盾，也避免了使用过多一体化钆固体可燃毒物造成的不利轴向功率分布对运行控制的负面影响，给堆芯设计带来了灵活性，易于展平堆芯的功率分布，具有较好的工程实用性和设计灵活性，可以很好地实现电厂的经济性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及领域压水堆核电厂反应堆技术领域，具体地，涉及一种燃料富集度的确定、可燃毒物的选择和及其在堆芯内布置的压水堆核电厂首循环的堆芯装载方法。
背景技术
压水堆核电厂首循环堆芯全部由新燃料组成，如何通过燃料的布置及毒物的使用有效兼顾堆芯反应性控制和功率分布控制是一个重要的技术问题，直接关系堆芯运行的经济性和安全性。
就目前的首循环堆芯设计技术而言，首循环堆芯通常采用三种不同的燃料富集度，固体可燃毒物使用单一的形式，如：单独使用硼硅玻璃毒物棒或单一的一体化载钆燃料棒，设计的首循环堆芯循环长度为年换料或18个月换料周期。
当提高首循环堆芯循环长度时，需要使用更高富集度燃料组件以增加堆芯的后备反应性。为获得良好的功率分布以及使堆芯具备负反馈特性，堆芯使用固体可燃毒物以抑制局部反应性和降低总的临界硼浓度。硼硅玻璃毒物棒放入堆芯时要占用控制棒导向管，与堆芯控制棒的布置形成冲突；或者在既定的控制棒布置方式情况下，堆芯可放置的硼毒物棒数量有限，从而限制了毒物的总量，效果受限。如果首循环堆芯单独使用一体化载钆燃料棒，理论上可以使用较多的毒物以展平径向功率分布以及限制堆芯临界硼浓度。但是，使用太多的钆可燃毒物，整个寿期内堆芯的轴向功率分布的变化会比较剧烈，从而很大程度上使堆芯的运行和控制变得困难。该种现象如图1所示。
综上所述，在首循环堆芯的设计中单独使用一种固体可燃毒物时，如果要延长堆芯循环长度及相应换俩周期，不能很好的兼顾堆芯反应性的控制以及堆芯功率分布的有效控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以较大程度地延长首循环堆芯的循环长度的压水堆核电厂首循环的堆芯装载方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
一种压水堆核电厂首循环的堆芯装载方法，首循环堆芯采用4～6种不同富集度的燃料组件，采用高泄漏装载模式，将最高富集度燃料组件放置在堆芯的最外圈，较低富集度的不同燃料组件置于堆芯内部且呈交叉式布置，即所采用的几种富集度的燃料组件中最高富集度的燃料组件放在堆芯最外圈，而在堆芯内部把剩余的富集度稍高的燃料组件和富集度低的燃料组件相互搭配组合，以尽量合理抑制局部较高的反应性；同时采用硼硅玻璃固体可燃毒物棒和一体化载钆燃料棒进行堆芯反应性抑制和功率分布控制，向部分燃料组件中装入硼硅玻璃固体可燃毒物棒，向部分燃料组件中装入一体化载钆燃料棒，可以较大程度地延长首循环堆芯的循环长度，可以实现18个月换料设计或24个月换料设计。
延长堆芯寿期，需要使用较多的固体可燃毒物以获得足够的后备反应性控制能力。本发明是在充分分析了硼硅玻璃毒物和一体化钆毒物的技术优势的情况下（硼硅玻璃利于轴向功率分布，增加运行的灵活性；钆毒物不占用控制棒导向筒），在首循环堆芯中同时采用两种固体可燃毒物，避免了使用硼硅玻璃过多而占用控制棒导向管的矛盾，也避免了使用过多一体化钆固体可燃毒物造成的不利轴向功率分布对运行控制的负面影响，这种方式在延长堆芯循环长度上，具有明显的优势。并且首循环采用多种不同富集度燃料组件，给堆芯设计带来了灵活性，易于展平堆芯的功率分布；具有较好的工程实用性和设计灵活性，可以很好地实现电厂的经济性和安全性。
同时采用硼硅玻璃固体可燃毒物以及一体化钆固体可燃毒物。钆的存在形式为UO2-Gd2O3均匀混合在一起形成载钆燃料芯块，并形成独立的载钆燃料棒；
对于首循环堆芯，含硼硅玻璃固体可燃毒物的燃料组件内的硼硅玻璃固体可燃毒物棒的数量，根据需要，可以设置为带8根、12根、16根、20根或24根；含钆可燃毒物的燃料组件中载钆燃料棒的数量可以为8根、12根、16根或20根。首循环堆芯中固体可燃毒物棒的数量和具体布置位置尽可能合理展平堆芯的功率分布。
综上，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的首循环堆芯燃料装载方法，可以较大程度地延长首循环堆芯的循环长度，可以实现18个月换料设计或24个月换料设计。
2、同时采用两种固体可燃毒物，避免了使用硼硅玻璃过多而占用控制棒导向管的矛盾，也避免了使用过多一体化钆固体可燃毒物造成的不利轴向功率分布对运行控制的负面影响。
3、首循环采用多种不同富集度燃料组件，给堆芯设计带来了灵活性，易于展平堆芯的功率分布，有利于堆芯的运行控制。
4、该首循环堆芯设计方法具有较好的工程实用性和设计灵活性，可以很好地实现电厂的经济性和安全性。
附图说明
图1是首循环单独使用硼硅玻璃毒物和一体化钆毒物堆芯的轴向功率分布变化的比较；
图2是本发明的首循环堆芯的装载示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例：
本实施例针对一个百万千瓦级核电厂反应堆堆芯，示例堆芯由177个燃料组件构成，一个完整的首循环堆芯装载，应该根据既定的目标和给定的堆芯参数限制条件或准则，统筹确定首循环所采用的不同燃料富集度的种类及具体数值、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和优化、初步的安全评价等。
如图1所示，一种压水堆核电厂首循环的堆芯装载方法，首循环堆芯的装载根据展平堆芯功率分布的需要，可选用4～6种不同富集度的燃料组件，本实施例中采用了4种不同富集度的燃料组件，富集度分别为：1.8%、2.4%、3.1%和4.2%，同时选择硼硅玻璃固体可燃毒物和一体化载钆燃料棒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2给出了一个典型的首循环堆芯的装载示意图，由于全堆芯的燃料组件布置遵循1/4旋转对称，图中仅给出了四分之一堆芯的布置，横坐标从外圈向里圈依次由A-H排列，纵坐标从里圈向外圈依次由08-15排列，图中的方块代表了燃料组件，方块中不同的填充图案代表了不同的富集度，且富集度的大小顺序为：未填充图案的方块代表的燃料组件的富集度>网格填充图案的方块代表的燃料组件的富集度>灰色全填充的方块代表的燃料组件的富集度>横线条填充的方块代表的燃料组件的富集度，方块中的“BP”或“GD”代表该方块代表的燃料组件中含有的硼硅玻璃毒物棒或含载钆燃料棒；堆芯采用的4种富集度的燃料组件中最高富集度的燃料组件布置堆芯最外圈，而其余的3种富集度燃料组件则布置在堆芯的内部，且不同富集度的燃料组件在堆芯内部呈交叉式布置，以尽量合理抑制局部较高的反应性。
延长堆芯寿期，需要使用较多的固体可燃毒物以获得足够的后备反应性控制能力。本发明同时采用两种固体可燃毒物，避免了使用硼硅玻璃过多而占用控制棒导向管的矛盾，也避免了使用过多一体化钆固体可燃毒物造成的不利轴向功率分布对运行控制的负面影响。
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，这些毒物棒插入到没有布置堆芯控制棒燃料组件的导向管中。所述的含硼硅玻璃固体可燃毒物的燃料组件可以带8根、12根、16根、20根和24根硼硅玻璃毒物棒，图2中标识有“BP”的方块代表该燃料组件放入了硼硅玻璃可燃毒物棒，而该方块中的数字则代表了该燃料组件中含有的硼硅玻璃毒物棒的数量，如方块C08所代表的燃料组件中含有20根硼硅玻璃毒物棒、方块F13所代表的燃料组件中含有24根硼硅玻璃毒物棒。同时，为进一步延长循环寿期以及增加布置固体可燃毒物的灵活性，首循环同时装入一体化载钆燃料棒。钆的存在形式为UO2-Gd2O3均匀混合在一起形成载钆燃料芯块，并形成独立的k；因为钆毒物不占用控制棒导向管，可以基于展平功率分布的需要，任意放置于堆芯内部（包括设置有控制棒的燃料组件内）。含钆可燃毒物的燃料组件中载钆燃料棒的数量可以为8根、12根、16根或20根。图2中标识有“GD”的方块代表该燃料组件放入了载钆燃料棒，而该方块中的数字则代表了该燃料组件中含有的载钆燃料棒的数量，如方块B11所代表的燃料组件中含有20根载钆燃料棒、方块F10所代表的燃料组件中含有12根载钆燃料棒。首循环堆芯中固体可燃毒物棒的数量和具体布置位置尽可能合理展平堆芯的功率分布。
上述首循环堆芯装载模式，循环长度可以达到18个月换料要求或24个月循环寿期要求，同时确保堆芯具有的负反馈特性且有良好的径向和轴向功率分布。
如上所述，可较好的实现本发明。
Claims (3)
1.一种压水堆核电厂首循环的堆芯装载方法，其特征在于，首循环堆芯采用4～6种不同富集度的燃料组件，将最高富集度燃料组件放置在堆芯的最外圈，较低富集度的不同燃料组件置于堆芯内部且呈交叉式布置，同时采用硼硅玻璃固体可燃毒物棒和一体化载钆燃料棒进行堆芯反应性抑制和功率分布控制，向部分燃料组件中装入硼硅玻璃固体可燃毒物棒，向部分燃料组件中装入一体化载钆燃料棒。
2.根据权利要求1所述的一种压水堆核电厂首循环的堆芯装载方法，其特征在于，首循环堆芯含硼硅玻璃固体可燃毒物的燃料组件内的硼硅玻璃固体可燃毒物棒的数量为8根、12根、16根、20根或24根，首循环堆芯含钆可燃毒物的燃料组件中载钆燃料棒的数量为8根、12根、16根或20根。
3.根据权利要求1所述的一种压水堆核电厂首循环的堆芯装载方法，其特征在于，含钆可燃毒物的燃料组件中钆的存在形式为UO2-Gd2O3均匀混合在一起形成载钆燃料芯块，并形成独立的载钆燃料棒。
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