CN107910078B - 一种压水堆堆芯的18个月换料多循环燃料的管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压水堆堆芯的18个月换料多循环燃料的管理方法，压水堆堆芯由121组燃料组件组成，首循环燃料组件按U‑235富集度分为4区，4区的U‑235富集度分别为1.9％、2.6％、3.1％和3.7％，燃料组件分别为25、28、44和24组，首循环堆芯采用高泄漏装载模式，首循环堆芯采用的固体可燃毒物为一体化钆固体可燃毒物；从第二循环开始直至平衡循环，每次换料装入全堆1/3数量的新燃料组件，新燃料组件的U‑235富集度高于首循环燃料组件的U‑235富集度，该堆芯采用低泄漏装载模式，堆芯采用的固体可燃毒物为一体化钆固体可燃毒物。方法较快且较容易地实现了18个月长周期换料。

Description

一种压水堆堆芯的18个月换料多循环燃料的管理方法
技术领域
本发明涉及压水堆堆芯换料技术领域，具体涉及一种压水堆堆芯的18个月换料多循环燃料的管理方法。
背景技术
压水堆堆芯燃料管理，一般指从首循环到平衡循环堆芯(通常堆芯经历5个或6个燃料循环便达到平衡状态)，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等，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。
目前，国内在役和在建核电厂的堆芯燃料管理方法，主要有三种类型：1)所有循环均为年换料的燃料管理方法；2)首循环为年换料，核电厂运行后再经过论证分析，逐步过渡到长周期换料方法；3)首循环为年换料，逐渐过渡到平衡循环实现长周期换料。上述三种类型的燃料管理方法要么没有实现长周期换料的要求，要么过程显得曲折，改变的新策略需要在核电厂发电之后择机重新论证，过渡到长循环换料设计需要经历较长的周期。
综上，其不足之处在于：由于没能较快实现电站的18个月长周期换料的目标，电厂运行的可利用率没有很好的提高，核电厂经济性还有进一步优化的空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压水堆堆芯的18个月换料多循环燃料的管理方法，解决现有的管理方法导致的换料周期短、换料周期长但是实现过程曲折的问题，通过本发明所述管理方法能够较快且容易的实现过渡循环和平衡循环的18个月长周期换料的设计要求。
本发明通过下述技术方案实现：
一种压水堆堆芯的18个月换料多循环燃料的管理方法，压水堆堆芯由121组燃料组件组成，采用这种堆芯的核电厂电功率为六十万千万级，首循环燃料组件按U-235富集度分为4区，4区的U-235富集度分别为1.9％、2.6％、3.1％和3.7％，1.9％、2.6％、3.1％和3.7％富集度的燃料组件分别为25、28、44和24组，首循环堆芯采用高泄漏装载模式，首循环堆芯采用的固体可燃毒物为一体化钆固体可燃毒物；从第二循环开始直至平衡循环，每次换料装入全堆1/3数量的新燃料组件，新燃料组件的U-235富集度高于首循环燃料组件的U-235富集度，堆芯采用低泄漏装载模式，堆芯采用的固体可燃毒物为一体化钆固体可燃毒物，所述高泄漏装载模式为最高富集度的燃料组件放在堆芯最外圈，而在堆芯内部把富集度较大的组件和富集度较低的组件相互搭配组合，所述低泄漏装载模式为新燃料组件置于堆芯内圈并与燃耗较浅的旧组件交叉间隔布置，已燃耗较深的旧组件则放置于堆芯最外圈；所述一体化钆可燃毒物的形式为UO2-Gd2O3均匀混合在芯块中形成载钆燃料棒。
在现有的压水堆堆芯的管理方法中：要么换料周期短，一般为一年左右，要么虽然能够实现后续循环的换料周期长，但是首循环的换料周期依然为一年左右，无法实现长周期换料的目标，并且，要实现后续循环的长周期换料过程非常曲折：需要在首循环运行后，经过论证分析，才能逐步过渡到长周期的换料方法。
本发明通过将首循环燃料组件按U-235富集度分为4区，采用4区布置，有利于堆芯功率分布的展平，有利于降低堆芯核焓升因子，有利于堆芯安全性；最高富集度的燃料组件放在堆芯最外圈，而在堆芯内部把富集度较大的组件和富集度较低的组件相互搭配组合，在组件内安插可燃毒物钆，实现了首循环的周期就达到18个月；从第二循环开始直至平衡循环，每次换料装入全堆1/3数量的新燃料组件，新燃料组件的U-235富集度高于首循环燃料组件的U-235富集度，将新燃料组件置于堆芯内圈并与燃耗较浅的旧组件交叉间隔布置，已燃耗较深的旧组件则放置于堆芯最外圈，不仅实现了好后续循环的18个月长周期换料，其相对于操作相对简单容易，且不用经过论证分析，能够快速实现18个月长周期换料；采用钆作为可燃毒物保证了堆芯的安全性。
进一步地，首循环中富集度为2.6％、3.1％的燃料组件中布置载钆燃料棒，富集度为1.9％、3.7％的组件中不布置载钆燃料棒，所述燃料组件布置4根、8根、12根或16根载钆燃料棒。
根据堆芯装载设计准则，慢化剂温度系数必须为负值或零，以保证反应堆具有一定的安全性。通过合上述布置方式合理的布置可燃毒物，可以有效抑制初始剩余反应性，确保慢化剂温度系数为负值或零。
进一步地，首循环中UO2-Gd2O3燃料芯块中U-235富集度为1.9％、Gd2O3的重量百分比为8％。
进一步地，从第二循环开始直至平衡循环，新燃料组件带载钆燃料棒的数量为4根、8根、12根或16根。
进一步地，从第二循环开始直至平衡循环，UO2-Gd2O3燃料芯块中U-235富集度为2.5％，Gd2O3的重量百分比为8％。
进一步地，首循环中较低富集度的3种燃料组件在堆芯内部呈交叉棋盘式布置。
交叉棋盘式布置能够使得辐射更为均匀。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明实现了从首循环至平衡循环18个月长周期换料设计的完整的多循环燃料管理方法，针对由121个燃料组件组成的60万千瓦压水堆堆芯。首循环通过将燃料组件按U-235富集度分4区布置，减少了组件富集度大小的差别，克服了3区布置难以获得符合要求的核焓升因子的困难，确保反应堆具有较高的安全性。通过合理设置各区组件的数目，本发明达到了首循环18个月长周期换料目标。同时，第二循环开始直至平衡循环，更换新燃料组件时采用的低泄漏装载模式为新燃料组件置于堆芯内圈并与燃耗较浅的旧组件交叉间隔布置，已燃耗较深的旧组件则放置于堆芯最外圈，从而解决了传统年换料装载方法存在的循环长度短、电厂经济性差以及对电厂维修人员的需求波动很大的问题，具有很高的经济性和运行灵活性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
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。
图1、图2中数值指新燃料组件中载钆燃料棒根数；图1中：不同颜色区域代表不同富集度，具体如下：
图2中浅色底纹为燃耗过一个循环的可复用燃料组件，深色底纹为燃耗过两个及以上循环的可复用燃料组件。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1、图2所示，一种压水堆堆芯的18个月换料多循环燃料的管理方法，压水堆堆芯由121组AFA3G燃料组件组成，首循环燃料组件按U-235富集度分为4区，4区的U-235富集度分别为1.9％、2.6％、3.1％和3.7％，1.9％、2.6％、3.1％和3.7％富集度的燃料组件分别为25、28、44和24组，首循环堆芯采用高泄漏装载模式，即富集度中最高的3.7％的燃料组件布置在堆芯的最外圈，其余的3种富集度1.9％、2.6％、3.1％的燃料组件则布置在堆芯的内部，富集度1.9％、2.6％、3.1％的燃料组件呈交叉布置，首循环堆芯采用的固体可燃毒物为一体化钆固体可燃毒物，一体化钆可燃毒物的形式为UO2-Gd2O3均匀混合在芯块中形成载钆燃料棒，在富集度为2.6％、3.1％的组件中布置载钆燃料棒，所述的燃料组件布置4根、8根、12根或16根载钆燃料棒，UO2-Gd2O3燃料芯块中U-235富集度为1.9％、Gd2O3的重量百分比为8％；从第二循环开始直至平衡循环，每次换料装入44组新燃料组件，新燃料组件的U-235富集度为4.45％，堆芯采用低泄漏装载模式，即新加入的44个新燃料组件中的大多数置于堆芯的次外圈，一部分放在堆芯更靠内的位置，堆芯最外圈放置燃耗过多个循环(燃耗较深的旧组件)的旧组件，堆芯里圈的已燃耗过的旧组件(然后较浅的旧组件)与新组件相交叉排列，或者使已燃耗过的组件按燃耗深度的不同交叉排列，从第二循环开始，堆芯采用的固体可燃毒物也为一体化钆固体可燃毒物，UO2-Gd2O3燃料芯块中U-235富集度为2.5％、Gd2O3的重量百分比为8％。新燃料组件带载钆燃料棒的数量为4根、8根、12根或16根。
将本实施例中应用于一个六十万千瓦级核电厂：其首循环堆芯装载能够满足安全准则要求，其主要的计算结果见表1；平衡循环燃料管理结果如表2所示。
表1首循环堆芯燃料管理计算结果
Figure BDA0001499830840000061
表2后续循环堆芯燃料管理计算结果
Figure BDA0001499830840000062
由表1、表2可知：通过本发明所述管理方法，首循环、从第二循环到平衡循环的等效满功率天均大于457天，即首循环、从第二循环到平衡循环的换料周期均达到了18个月的设计要求，同时兼顾了堆芯功率分布又增加了后续循环堆芯的循环长度，提升核燃料的利用率和电厂的运行经济性。最大核焓升因子满足不超1.65的安全限值要求，最大卸料组件平均燃耗低于52000MWd/tU的安全限值要求。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种压水堆堆芯的18个月换料多循环燃料的管理方法，其特征在于，压水堆堆芯由121组燃料组件组成，首循环燃料组件按U-235富集度分为4区，4区的U-235富集度分别为1.9％、2.6％、3.1％和3.7％，1.9％、2.6％、3.1％和3.7％富集度的燃料组件分别为25、28、44和24组，首循环堆芯采用高泄漏装载模式，首循环堆芯采用的固体可燃毒物为一体化钆固体可燃毒物；从第二循环开始直至平衡循环，每次换料装入全堆1/3数量的新燃料组件，新燃料组件的U-235富集度高于首循环燃料组件的U-235富集度，堆芯采用低泄漏装载模式，堆芯采用的固体可燃毒物为一体化钆固体可燃毒物，所述高泄漏装载模式为最高富集度的燃料组件放在堆芯最外圈，而在堆芯内部把富集度较大的组件和富集度较低的组件相互搭配组合，所述低泄漏装载模式为新燃料组件置于堆芯内圈并与燃耗较浅的旧组件交叉间隔布置，已燃耗较深的旧组件则放置于堆芯最外圈；所述一体化钆可燃毒物的形式为UO2-Gd2O3均匀混合在芯块中形成载钆燃料棒；首循环中UO2-Gd2O3燃料芯块中U-235富集度为1.9％、Gd2O3的重量百分比为8％；从第二循环开始直至平衡循环，UO2-Gd2O3燃料芯块中U-235富集度为2.5％，Gd2O3的重量百分比为8％。
2.根据权利要求1所述的一种压水堆堆芯的18个月换料多循环燃料的管理方法，其特征在于，首循环中富集度为2.6％、3.1％的燃料组件中布置载钆燃料棒，富集度为1.9％、3.7％的组件中不布置载钆燃料棒，所述燃料组件布置4根、8根、12根或16根载钆燃料棒。
3.根据权利要求1所述的一种压水堆堆芯的18个月换料多循环燃料的管理方法，其特征在于，从第二循环开始直至平衡循环，新燃料组件带载钆燃料棒的数量为4根、8根、12根或16根。
4.根据权利要求1所述的一种压水堆堆芯的18个月换料多循环燃料的管理方法，其特征在于，首循环中较低富集度的3种燃料组件在堆芯内部呈交叉棋盘式布置。
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