CN108039216A - 一种压水堆堆芯的平衡循环18个月换料装载方法 - Google Patents

一种压水堆堆芯的平衡循环18个月换料装载方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种压水堆堆芯的平衡循环18个月换料装载方法，压水堆堆芯由121组燃料组件组成，首循环采用18个月换料策略；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，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，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。本发明所述的平衡循环的装载模式采用完全低泄漏装载模式，降低中子泄漏率，提高燃料利用率；换料时每次装入44组富集度为4.45％到4.95％的载钆新燃料组件，平衡循环堆芯的循环长度不低于480等效满功率天，保证了安全性、提高了经济性。

Description

一种压水堆堆芯的平衡循环18个月换料装载方法
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平衡循环18个月换料装载方法。
背景技术
在核电厂运行管理中，电厂的安全性及经济性常作为重要考量因素。在保证堆芯的安全性基础上，应尽量提高燃料的使用率，以提高电厂经济性。
新建压水堆核电厂的堆芯燃料管理，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，国内六十万千瓦级压水堆新建核电厂的堆芯燃料管理采用高泄漏的年换料策略。
其不足之处在于：作为核电厂寿期内绝大部分时间要采用的平衡循环装载方案，堆芯外围中子注量率较高，组件最大卸料燃耗较小；由于没能实现18个月长周期换料，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平衡循环18个月换料装载方法，该方法针对由121个燃料组件构成的反应堆堆芯平衡循环，改进平衡循环采用的装载方法，解决现有的装载方法导致的平衡循环换料周期短的问题，通过本发明所述装载方法能够实现平衡循环的18个月长周期换料的设计要求，提高电厂运行的可利用率。
本发明通过下述技术方案实现：
一种压水堆堆芯的平衡循环18个月换料装载方法，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，首循环采用18个月换料策略；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。
所述首循环采用18个月换料策略具体是指堆芯采用的固体可燃毒物可以是硼硅酸玻璃毒物棒，也可采用一体化钆固体可燃毒物，堆芯燃料组件分四批装载，可有效展平堆芯功率，提高首循环堆芯安全性。采用硼硅酸玻璃毒物棒时，四批燃料组件数目分别为25、28、44、24个，对应的四种富集度分别为1.9％、2.6％、3.1％、3.7％；采用一体化钆固体可燃毒物时，四批燃料组件数目分别为13、44、40、24个，对应的四种富集度分别为1.8％、2.4％、3.1％、3.9％。
现有的平衡循环装载方法普遍采用高泄漏的年换料策略，使得平衡循环不容易达到18个月长周期换料的要求。
本发明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；保证平衡循环不低于480等效满功率天，采用钆作为可燃毒物保证了堆芯的安全性。
进一步地，首循环的燃料组件采用高泄漏装载模式，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。
考虑到首循环全部为新燃料组件，为了有效展平堆芯功率分布，采用高泄漏的装载模式，根据堆芯功率分布及反应性控制的要求，首循环可燃毒物为硼硅酸玻璃毒物棒时，将可燃毒物布置在U-235富集度为2.6％、3.1％的燃料组件中；，首循环可燃毒物为一体化钆固体时，将可燃毒物布置在U-235富集度为2.4％、3.1％的燃料组件中。
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。
进一步地，从第二循环开始直至平衡循环，新燃料组件的富集度为4.45％到4.95％。
新燃料组件的富集度为4.45％到4.95％，可以合理的引入所需的后备反应性，精确满足电厂循环长度需求，可实现的循环长度范围更广泛；并且精确匹配所需的能量需求，精确控制组件平均卸料燃耗，提高燃料经济性。
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、16根、20根或24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富集度为天然铀到2.5％，Gd2O3的重量百分比为5％到9％。
Gd2O3的重量百分比为5％到9％，可灵活合理压制剩余反应性，展平堆芯功率。
进一步地，平衡循环的内圈组件使用前一循环燃耗过二个循环且燃耗不太深的燃料组件。
进一步地，已燃耗过的组件按燃耗深度的不同呈交叉排列方式。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明所述的平衡循环的装载模式采用完全低泄漏装载模式，降低中子泄漏率，提高燃料利用率，展平功率峰；换料时每次装入44组富集度为4.45％到4.95％的载钆新燃料组件，平衡循环堆芯的循环长度不低于480等效满功率天，既保证了电厂的安全性，又提高了电厂的经济性。
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为本发明实施例1提供的121组燃料组件组成的反应堆堆芯平衡循环装载方法中堆芯燃料组件布置示意图。
图1中数值指新燃料组件中载钆燃料棒根数；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1，一种压水堆堆芯的平衡循环18个月换料装载方法，压水堆堆芯由121组AFA3G燃料组件组成，堆芯活性段高度(冷态)为365.8cm，等效直径为267.0cm，堆芯高径比为1.37，本发明在121组燃料组件组成的反应堆堆芯平衡循环中，使用Gd2O3作为可燃毒物，每次换料采用富集度4.45％新燃料组件44组，使平衡循环的循环长度不低于480等效满功率天。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1.8％、2.4％、3.1％和3.9％，燃料组件依次为13、44、40、24组。平衡循环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，所述低泄漏装载模式为每次加入的44组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。
实施例2：
将实施例1中新燃料组件替换成U-235富集度为4.95％的燃料组件。
实施例3：
本实施例基于实施例1或实施例2，首循环的燃料组件采用高泄漏装载模式，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；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；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、16根、20根或24根；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5％；平衡循环的内圈组件使用前一循环燃耗过二个循环且燃耗不太深的燃料组件；已燃耗过的组件按燃耗深度的不同呈交叉排列方式。
实施例4：
将实施例3中Gd2O3的重量百分比为5％的UO2-Gd2O3燃料芯块替换成Gd2O3的重量百分比为9％的UO2-Gd2O3燃料芯块，UO2-Gd2O3燃料芯块中U-235富集度为天然铀。
将本实施例1中应用于一个六十万千瓦级核电厂：平衡循环的燃料管理主要计算结果如表1所示。
表1平衡循环堆芯燃料管理计算结果
由表1可知：采用本发明所述堆芯平衡循环装载方法，平衡循环各项基本设计参数均满足设计准则，且平衡循环的循环长度不低于480等效满功率天，提升了核燃料的利用率和电厂的运行经济性。
将实施例2-实施例4应用于一个六十万千瓦级核电厂：平衡循环的燃料管理主要计算结果与实施例1基本一致，等效满功率天依次为490天、492天、495天。
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 (8)

1.一种压水堆堆芯的平衡循环18个月换料装载方法，其特征在于，压水堆堆芯由121组燃料组件组成，首循环采用18个月换料策略；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。
2.根据权利要求1所述的一种压水堆堆芯的平衡循环18个月换料装载方法，其特征在于，首循环的燃料组件采用高泄漏装载模式，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。
3.根据权利要求2所述的一种压水堆堆芯的平衡循环18个月换料装载方法，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。
4.根据权利要求1所述的一种压水堆堆芯的平衡循环18个月换料装载方法，其特征在于，从第二循环开始直至平衡循环，新燃料组件的富集度为4.45％到4.95％。
5.根据权利要求1所述的一种压水堆堆芯的平衡循环18个月换料装载方法，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、16根、20根或24根。
6.根据权利要求1所述的一种压水堆堆芯的平衡循环18个月换料装载方法，其特征在于，从第二循环开始直至平衡循环，UO2-Gd2O3燃料芯块中U-235富集度为天然铀到2.5％，Gd2O3的重量百分比为5％到9％。
7.根据权利要求1所述的一种压水堆堆芯的平衡循环18个月换料装载方法，其特征在于，平衡循环的内圈组件使用前一循环燃耗过二个循环且燃耗不太深的燃料组件。
8.根据权利要求7所述的一种压水堆堆芯的平衡循环18个月换料装载方法，其特征在于，已燃耗过的组件按燃耗深度的不同呈交叉排列方式。
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