CN107093480A - 一种压水堆寿期长短交替的堆芯燃料换料装载方法 - Google Patents

一种压水堆寿期长短交替的堆芯燃料换料装载方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于反应堆设计技术领域，涉及一种压水堆寿期长短交替的堆芯燃料换料装载方法。所述的换料装载方法是为了实现长寿期循环，在换料时更换堆芯170‑180组燃料组件中的72‑80组燃耗时间最长的燃料组件为新燃料组件；为了实现短寿期循环，在换料时更换堆芯170‑180组燃料组件中的60‑68组燃耗时间最长的燃料组件为新燃料组件，且在更换燃料组件时将所述的新燃料组件置于堆芯的次外圈和靠近堆芯的中心位置处，而将已经燃耗过的燃料组件置于堆芯的其他位置。利用本发明的换料装载方法，可实现压水堆堆芯循环的寿期长度交替和/或可调，并可在此基础上进一步实现超长寿期和超短寿期循环。

Description

一种压水堆寿期长短交替的堆芯燃料换料装载方法
技术领域
本发明属于反应堆设计技术领域，涉及一种压水堆寿期长短交替的堆芯燃料换料装载方法。
背景技术
177组燃料组件构成的堆芯，其目前采用平衡循环，即恒定循环长度为18个月的燃料管理方案。按照该种燃料管理方案，在核电厂实际运行中，不可避免的要求机组在夏季安排停堆换料及检修。然而6-9月正是用电高峰，势必出现该类核电厂的发电量不能满足夏季电网需求的问题，导致核电厂的经济效益下降。因此采用平衡循环恒定的18个月寿期长度显然不能适应于核电厂的实际运行。
为了使177组燃料组件构成的堆芯能更适应电网用电的现实需求和负荷变化，使换料及检修避开夏季用电高峰期，有必要开发寿期长度可变的长短交替循环的燃料管理方案，并在此基础上，进一步开发超短循环及超长循环堆芯换料装载方案。
发明内容
本发明的目的是针对核电站安全设计的要求，提供一种压水堆寿期长短交替的堆芯燃料换料装载方法，以实现压水堆堆芯循环的寿期长度交替和/或可调。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种压水堆寿期长短交替的堆芯燃料换料装载方法，所述的换料装载方法是为了实现长寿期循环，在换料时更换堆芯170-180组燃料组件中的72-80组燃耗时间最长的燃料组件为新燃料组件；为了实现短寿期循环，在换料时更换堆芯170-180组燃料组件中的60-68组燃耗时间最长的燃料组件为新燃料组件，
且在更换燃料组件时将所述的新燃料组件置于堆芯的次外圈和靠近堆芯的中心位置处，而将已经燃耗过的燃料组件置于堆芯的其他位置。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种压水堆寿期长短交替的堆芯燃料换料装载方法，其中所述的换料装载方法采用低泄漏装载模式进行所述的燃料组件的更换。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种压水堆寿期长短交替的堆芯燃料换料装载方法，其中所述的新燃料组件的235U富集度为4.3-4.6％。
本发明的堆芯寿期长度不是固定不变的18个月，而是长短交替的。换料时，装入235U富集度为4.3-4.6％的新燃料组件。其中短循环装载60-68组新燃料组件，长循环装载72-80组新燃料组件，实现长短交替的堆芯装载方案。在上述长短交替循环的基础上，实现超短循环及超长循环的方案。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种压水堆寿期长短交替的堆芯燃料换料装载方法，其中每组所述的燃料组件包括250-280根燃料棒、20-30根导向管。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种压水堆寿期长短交替的堆芯燃料换料装载方法，其中每组所述的新燃料组件中包括4-24根含钆的燃料棒。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种压水堆寿期长短交替的堆芯燃料换料装载方法，其中所述的含钆的燃料棒中含有重量百分比2-10％的Gd2O3。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种压水堆寿期长短交替的堆芯燃料换料装载方法，其中所述的含钆的燃料棒中235U富集度为周围不含钆的燃料棒的0.5-0.9。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种压水堆寿期长短交替的堆芯燃料换料装载方法，其中换料装载时将含钆燃料棒布置在堆芯功率峰较高的位置。
寿期长短交替的堆芯燃料管理方案，堆芯寿期初的剩余反应性很大，功率峰因子也较高。新燃料组件都采用含钆燃料组件，含钆燃料棒布置在堆芯功率峰较高的位置，一方面用于控制寿期初的剩余反应性，降低堆芯硼浓度，防止因为过高硼浓度导致正的温度反馈；另一方面可以展平功率峰因子。每组新燃料组件都为含钆新燃料组件，含钆燃料棒的数目可以为4、8、12、16、20、24。含钆燃料棒中Gd2O3的重量百分比为2-10％，235U的富集度比周围不含钆燃料棒的235U富集度要低，其235U富集度为周围不含钆燃料棒235U富集度的0.5-0.9。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种压水堆寿期长短交替的堆芯燃料换料装载方法，其中在更换燃料组件时，将装载更多含钆燃料棒的新燃料组件置于靠近堆芯的中心位置处，将装载较少含钆燃料棒的新燃料组件置于靠近堆芯外圈的位置，堆芯的次外圈位置都布置新燃料组件。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种压水堆寿期长短交替的堆芯燃料换料装载方法，其中为了进一步实现超长寿期循环，在换料时更换堆芯170-180组燃料组件中燃耗时间最长的燃料组件为新燃料组件的数目比为了实现长寿期循环时多4组。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种压水堆寿期长短交替的堆芯燃料换料装载方法，其中为了进一步实现超短寿期循环，在换料时更换堆芯170-180组燃料组件中燃耗时间最长的燃料组件为新燃料组件的数目比为了实现短寿期循环时少4组。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种压水堆寿期长短交替的堆芯燃料换料装载方法，其中所述的燃料组件的总数为177组，为实现长寿期循环，在换料时更换堆芯72组燃料组件；为实现短寿期循环，在换料时更换堆芯68组燃料组件；为实现超长寿期循环，在换料时更换堆芯76组燃料组件；为实现超短寿期循环，在换料时更换堆芯64组燃料组件。
本发明的有益效果在于，利用本发明的换料装载方法，可实现压水堆堆芯循环的寿期长度交替和/或可调，并可在此基础上进一步实现超长寿期和超短寿期循环。本发明通过在平衡循环中，增减新燃料组件数实现了长短交替的平衡循环堆芯燃料管理方案，以及超短、超长寿期堆芯装载方案。通过上述方法得到的177组燃料组件堆芯的长短交替的燃料管理方案，长循环寿期为507个等效满功率天(Effective Full Power Days,EFPD)，短循环寿期为463EFPD，超短循环寿期为448EFPD，超长循环寿期为529EFPD。因此，针对177组燃料组件构成的压水堆堆芯，本发明的换料装载方法实现的平衡循环堆芯燃料管理方案能更好的适应电网要求，更加具备工程实用价值。
附图说明
图1为示例性的本发明的压水堆从首循环到寿期长短交替循环的燃料管理策略示意图。
图2为示例性的本发明的换料装载方法中为了实现长寿期循环(寿期长度495EFPD～510EFPD)，在换料后燃耗组件的分布图，其中白色方块代表已经燃耗(辐照)过的燃料组件，黑色方块代表新燃耗组件，方块中的数字表示含钆燃料棒的根数。
图3为示例性的本发明的换料装载方法中为了实现短寿期循环(寿期长度455EFPD～465EFPD)，在换料后燃耗组件的分布图，其中白色方块代表已经燃耗过的燃料组件，黑色方块代表新燃料组件，方块中的数字表示含钆燃料棒的根数。
图4为示例性的本发明的换料装载方法中为了实现超长寿期循环(寿期长度520～535EFPD)，在换料后燃料组件的分布图，其中白色方块代表已经燃耗过的燃料组件，黑色方块代表新燃料组件，方块中的数字表示含钆燃料棒的根数。
图5为示例性的本发明的换料装载方法中为了实现超短寿期循环(寿期长度443EFPD～455EFPD)，在换料后燃料组件的分布图，其中白色方块代表已经燃耗过的燃料组件，黑色方块代表新燃料组件，方块中的数字表示含钆燃料棒的根数。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
示例性的本发明的压水堆寿期长短交替的堆芯燃料换料装载方法中，构成压水堆堆芯的燃料组件共包括177组。为了实现长寿期循环，在换料时更换其中72组燃耗时间最长的燃料组件为新燃料组件；为了实现短寿期循环，在换料时更换其中68组燃耗时间最长的燃料组件为新燃料组件；为了实现超长寿期循环，在换料时更换其中76组燃耗时间最长的燃料组件为新燃料组件；为了实现超短寿期循环，在换料时更换其中64组燃耗时间最长的燃料组件为新燃料组件。更换燃料组件的方式均为低泄漏装载模式。更换的新燃料组件中235U富集度为4.45％。
177组燃料组件的堆芯燃料活性段高度为365.76cm，等效直径为322.8cm，高径比为1.13。每个燃料组件的燃料棒按17×17方阵排列，包含265根燃料棒(又包括不含钆的燃料棒与含钆的燃料棒)、24根导向管。
新燃料组件的含钆燃料棒中Gd2O3(为可燃毒物)的重量百分比为8％，235U富集度为4.45％；周围不含钆燃料棒的35U富集度为2.5％(为含钆燃料棒的56％)。新燃料组件中可含有4、8、12、16、20或24根含钆燃料棒，给设计带来较大的灵活性。具体来说，平衡循环堆芯的新燃料组件根据含钆燃料棒的数量分为三种类型：含8、12、16根含钆燃料棒的新燃料组件。
在更换燃料组件时，将已经燃耗(辐照)过的燃料组件放置在堆芯最外圈，将含钆燃料棒较少的新燃料组件布置在堆芯次外圈，而将其他含钆燃料棒较多的新燃料组件放置在堆芯中心位置附近。
在平衡循环的长循环中，采用低泄漏的装载模式，换装72组新燃料组件，换料后燃料组件的分布如图2所示。
在平衡循环的短循环中，采用低泄漏的装载模式，换装68组新燃料组件，换料后燃料组件的分布如图3所示。
在平衡循环的超长循环中，采用低泄漏的装载模式，换装76组新燃料组件，换料后燃料组件的分布如图4所示。
在平衡循环的超短循环中，采用低泄漏的装载模式，换装64组新燃料组件，换料后燃料组件的分布如图5所示。
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。平衡循环的长短循环，以及超长循环和超短循环的燃料管理计算结果如下表1所示。
表1平衡循环的燃料管理计算结果
以上平衡循环中的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1的计算结果可以得出平衡循环堆芯装载的设计方案完全满足安全准则。
可见，通过上述示例性的方法，得到177组燃料组件堆芯的长短交替的燃料管理方案，其中长循环寿期为507EFPD，短循环寿期为463EFPD，超短循环寿期为448EFPD，超长循环寿期为529EFPD。
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。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种压水堆寿期长短交替的堆芯燃料换料装载方法，其特征在于：所述的换料装载方法是为了实现长寿期循环，在换料时更换堆芯170-180组燃料组件中的72-80组燃耗时间最长的燃料组件为新燃料组件；为了实现短寿期循环，在换料时更换堆芯170-180组燃料组件中的60-68组燃耗时间最长的燃料组件为新燃料组件，
且在更换燃料组件时将所述的新燃料组件置于堆芯的次外圈和靠近堆芯的中心位置处，而将已经燃耗过的燃料组件置于堆芯的其他位置。
2.根据权利要求1所述的换料装载方法，其特征在于：所述的换料装载方法采用低泄漏装载模式进行所述的燃料组件的更换。
3.根据权利要求1所述的换料装载方法，其特征在于：所述的新燃料组件的235U富集度为4.3-4.6％。
4.根据权利要求1所述的换料装载方法，其特征在于：每组所述的燃料组件包括250-280根燃料棒、20-30根导向管。
5.根据权利要求4所述的换料装载方法，其特征在于：每组所述的新燃料组件中包括4-24根含钆的燃料棒。
6.根据权利要求5所述的换料装载方法，其特征在于：所述的含钆的燃料棒中含有重量百分比2-10％的Gd2O3。
7.根据权利要求5所述的换料装载方法，其特征在于：所述的含钆的燃料棒中235U富集度为周围不含钆的燃料棒的0.5-0.9。
8.根据权利要求5所述的换料装载方法，其特征在于：在更换燃料组件时，将装载更多含钆燃料棒的新燃料组件置于靠近堆芯的中心位置处，将装载较少含钆燃料棒的新燃料组件置于靠近堆芯外圈的位置，堆芯的次外圈位置都布置新燃料组件。
9.根据权利要求1-8任一所述的换料装载方法，其特征在于：为了进一步实现超长寿期循环，在换料时更换堆芯170-180组燃料组件中燃耗时间最长的燃料组件为新燃料组件的数目比为了实现长寿期循环时多4组。
10.根据权利要求1-8任一所述的换料装载方法，其特征在于：为了进一步实现超短寿期循环，在换料时更换堆芯170-180组燃料组件中燃耗时间最长的燃料组件为新燃料组件的数目比为了实现短寿期循环时少4组。
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