CN115376712A - 一种非能动核电厂长周期平衡循环的燃料管理方法及堆芯 - Google Patents
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Abstract
本发明属于燃料管理技术领域，提供了一种非能动核电厂长周期平衡循环的燃料管理方法及堆芯，本发明中为了达到24个月长燃料循环周期，对堆芯中具有最低后备反应性的预设数量的燃料组件进行更换；用乏燃料池中后备反应性最高的旧燃料组件替换堆芯中心的燃料组件，提高了燃料利用率；用新燃料组件替换堆芯中相应数量的旧燃料组件；新燃料组件采用两种不同的235U富集度，第一富集度的新燃料组件布置于堆芯内部中间区域位置，第二富集度的新燃料组件在堆芯内部进行整体布置；所述第一富集度小于第二富集度；进一步提高了燃料利用率；提高了核电厂的运行经济性，增加了换料循环长度，实现了24个月换料周期。
Description
技术领域
本发明属于燃料管理技术领域，尤其涉及一种非能动核电厂长周期平衡循环的燃料管理方法及堆芯。
背景技术
堆芯燃料管理是核电厂堆芯设计的重要内容之一，其主要任务是确定燃料组件的富集度、组件内燃料棒富集度的分布及不同富集度的燃料组件在堆芯内的装载和换料方式，选择可燃毒物的类型及其在堆芯中的布置等，以提供满足总体设计要求的经济的堆芯燃料管理策略。堆芯燃料管理的优劣直接影响核电厂运行的经济性和安全性。
发明人发现，目前，在役运行的非能动核电厂主要采用的是18个月燃料管理策略，在此管理策略下，核电厂的负荷因子和核电厂的运行经济性还有待提高。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种非能动核电厂长周期平衡循环的燃料管理方法及堆芯，本发明为进一步提高核电厂的负荷因子，以及提高核电厂的运行经济性，增加了换料循环长度，实现了长周期换料。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明提供了一种非能动核电厂长周期平衡循环的燃料管理方法，包括：
一种非能动核电厂长周期平衡循环的燃料管理方法，包括：
对堆芯中具有最低后备反应性的预设数量的燃料组件进行更换；
用乏燃料池中后备反应性最高的旧燃料组件替换堆芯中心的燃料组件；用新燃料组件替换堆芯中相应数量的旧燃料组件；
其中，新燃料组件采用两种不同的铀235富集度，第一富集度的新燃料组件布置于堆芯内部中间区域位置，第二富集度的新燃料组件在堆芯内部进行整体布置；所述第一富集度小于第二富集度。
进一步的，对堆芯中的157组总燃料组件中具有最低后备反应性的93至101组燃料组件进行更换；具有最低后备反应性的93至101组燃料组件包括1组位于堆芯中心位置的旧燃料组件和其余位置的92至100组旧燃料组件。
进一步的，用乏燃料池中后备反应性最高的1组旧燃料组件替换中心的1组燃料组件。
进一步的，用92至100组新燃料组件替换相应数量的旧燃料组件。
进一步的，第一富集度燃料组件数量少于第二富集度燃料组件数量。
进一步的，第一富集度的新燃料组件布置于堆芯内部中间区域位置，并在循环结束后不再使用；第二富集度的新燃料组件在堆芯内部进行整体布置，与旧燃料组件总体上呈棋盘式布置。
进一步的，新燃料组件同时使用整体型可燃毒物和离散型的通水环状可燃毒物。
进一步的，新燃料组件中含整体型可燃毒物的燃料棒数量为64至200根，含离散型的通水环状可燃毒物棒数量为4至20根。
进一步的，堆芯最外侧布置未卸掉的后备反应性最低的旧燃料组件。
第二方面，本发明还提供了一种堆芯，包括：
一种堆芯，采用如第一方面中所述的非能动核电厂长周期平衡循环的燃料管理方法得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明中为了达到24个月长燃料循环周期，对堆芯中具有最低后备反应性的预设数量的燃料组件进行更换；用乏燃料池中后备反应性最高的旧燃料组件替换堆芯中心的燃料组件，提高了燃料利用率；用新燃料组件替换堆芯中相应数量的旧燃料组件；新燃料组件采用两种不同的235U富集度，第一富集度的新燃料组件布置于堆芯内部中间区域位置，第二富集度的新燃料组件在堆芯内部进行整体布置；所述第一富集度小于第二富集度；进一步提高了燃料利用率；提高了核电厂的运行经济性，增加了换料循环长度，实现了24个月换料周期。
附图说明
构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
图1为本发明实施例1的应用64根含整体型可燃毒物燃料棒的燃料组件实例图；
图2为本发明实施例1的应用104根含整体型可燃毒物燃料棒的燃料组件实例图；
图3为本发明实施例1的应用156根含整体型可燃毒物燃料棒的燃料组件实例图；
图4为本发明实施例1的应用200根含整体型可燃毒物燃料棒的燃料组件实例图；
图5为本发明实施例1的应用12根含离散型的通水环状可燃毒物棒的燃料组件实例图；
图6为本发明实施例1的应用16根含离散型的通水环状可燃毒物棒的燃料组件实例图；
图7为本发明实施例1的平衡循环燃料管理方案四分之一堆芯的一个示例；其中，XN_YYY_ZZ，X为字母，表示批料号，N为数字，1表示4.80w/o，2表示4.95w/o，YY表示整体型可燃毒物燃料棒的数目，ZZ表示通水环状可燃毒物棒的数目，如没有ZZ则表示无通水环状可燃毒物棒。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
后备反应性，指在核安全物理分析中，堆芯内没有任何控制毒物时的反应性。
乏燃料池，是用于湿法贮存乏燃料的设施，通常是指核电站或后处理厂等核设施贮存乏燃料的水池。
铀235，又称235U，是铀(Uranium)元素里中子数为143的放射性同位素。
堆芯寿期，一个新装料堆芯从开始运行到有效增殖因数降到1时，反应堆满功率运行的时间就成为堆芯寿期。
实施例1：
本实施例提供了一种非能动核电厂长周期平衡循环的燃料管理方法，属于一种非能动核电厂平衡循环长度为24个月的燃料管理策略，具体的：
为了达到24个月长燃料循环周期，平衡循环每次换料必须装载大量的新燃料组件。非能动核电厂总燃料组件数量为157组；在本实施例中，平衡循环每次换料将更换其中具有最低后备反应性的93至101组燃料组件。
本实施例中，待更换的燃料组件包括1组位于堆芯中心位置的旧燃料组件和其余位置的92至100组旧燃料组件。
用乏燃料池中后备反应性最高的1组旧燃料组件替换中心的1组燃料组件，这样可以有效展平堆芯中心附件的功率分布，并可以提高燃料利用率。
用92至100组新燃料组件替换相应数量的旧燃料组件。为了提高燃料利用率并展平功率分布，新燃料组件采用两种不同的235U富集度，第一富集度燃料组件数量少于第二富集度燃料组件数量；第一富集度的新燃料组件布置于堆芯内部中间区域位置，并在循环结束后不再使用；具体的，新燃料组件采用两种不同的235U富集度，较低的第一富集度燃料组件数量较少，较高的第二富集度燃料组件数量较多，且235U富集度≤4.95w/o，可以理解的，本实施例中的第一富集度和第二富集度可以理解为两个数值，也可以理解为两个数值范围。
第一富集度的新燃料组件布置于堆芯内部中间区域功率较高的位置，并在循环结束后不再使用。第二富集度的新燃料组件在堆芯内部进行整体布置，与旧燃料组件总体上呈棋盘式布置，可以理解的，第二富集度的新燃料组件与旧燃料组件可以成一定规律交错排布或也可以不按照规律交错排布。这样，通过装载不同富集度的新燃料组件的方式，可以进一步提高燃料的利用效率，并有助于展平堆芯功率分布。上述布置方式有助于降低堆芯中子泄漏，提高燃料管理策略的经济性。
24个月换料的平衡循环，堆芯寿期初的后备反应性较高，功率峰因子也较高。装载的新燃料组件将同时使用整体型可燃毒物和离散型的通水环状可燃毒物，一方面可以降低寿期初堆芯硼浓度，以防止过高的硼浓度导致正的慢化剂温度反馈，另一方面有助于展平堆芯功率分布。新燃料组件中含整体型可燃毒物的燃料棒数量可以为64至200根。新燃料组件中含离散型的通水环状可燃毒物棒数量可以为4至20根。
堆芯最外侧布置未卸掉的后备反应性最低的旧燃料组件，以进一步降低堆芯泄漏，提高经济性，并减小压力容器的中子辐照剂量。
本实施例针对非能动核电厂，可将燃料循环长度从18个月提升至24个月，进一步提高了核电电厂的负荷因子，整体上提升了核电厂的运行经济性。
实施例2：
为了进一步对实施例1进行说明，在实施例1的基础上，本实施例提供了一种非能动核电厂平衡循环长度为24个月的燃料管理方法，具体为：
平衡循环换料组件数量为97组，包括1组来自乏燃料池中后备反应性最高的可以复用的旧燃料组件和96组新燃料组件。
卸出1组中心位置组件，并在该位置复用一组来自乏燃料池中的可用的旧燃料组件。
卸出96组后备反应性最低的旧燃料组件，根据该原则，卸料组件包括60组已经历两个循环的富集度为4.95w/o的旧燃料组件、8组经历一个循环的富集度为4.80w/o的旧燃料组件和28组经历一个循环的富集度为4.95w/o的旧燃料组件。
96组新燃料组件包含两种不同的235U富集度，分别是8组富集度为4.80w/o的新燃料组件和88组富集度为4.95w/o的新燃料组件。
8组4.80w/o的新燃料组件布置于堆芯内部功率较高的位置。88组富集度为4.95w/o的新燃料组件整体上布置于堆芯内部，与旧燃料组件总体上呈棋盘式布置。这样，通过装载不同富集度的新燃料组件的方式，可以进一步提高燃料的利用效率，并有助于展平堆芯功率分布。上述布置方式有助于降低堆芯中子泄漏，提高燃料管理策略的经济性。
新燃料组件中含整体型可燃毒物燃料棒的燃料棒数量分别为64、104、156、200，对应的组件数量分别为8、12、20、20。新燃料组件中含离散型的通水环状可燃毒物棒数量分别为12、16，对应的组件数量分别为28、8，这些组件同时也含整体型可燃毒物燃料棒，数量为128。在堆芯中布置可燃毒物，一方面可以降低寿期初堆芯硼浓度，以防止过高的硼浓度导致正的慢化剂温度反馈，另一方面有助于展平堆芯功率分布。
堆芯最外侧布置未卸掉的后备反应性最低的旧燃料组件，以进一步降低堆芯泄漏，提高经济性，并减小压力容器的中子辐照剂量。
实施例3：
本实施例提供了一种堆芯，采用如实施例1中所述的非能动核电厂长周期平衡循环的燃料管理方法得到。
以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种非能动核电厂长周期平衡循环的燃料管理方法，其特征在于，包括：
对堆芯中具有最低后备反应性的预设数量的燃料组件进行更换；
用乏燃料池中后备反应性最高的旧燃料组件替换堆芯中心的燃料组件；用新燃料组件替换堆芯中相应数量的旧燃料组件；
其中，新燃料组件采用两种不同的铀235富集度，第一富集度的新燃料组件布置于堆芯内部中间区域位置，第二富集度的新燃料组件在堆芯内部进行整体布置；所述第一富集度小于第二富集度。
2.如权利要求1所述的一种非能动核电厂长周期平衡循环的燃料管理方法，其特征在于，对堆芯中的157组总燃料组件中具有最低后备反应性的93至101组燃料组件进行更换；具有最低后备反应性的93至101组燃料组件包括1组位于堆芯中心位置的旧燃料组件和其余位置的92至100组旧燃料组件。
3.如权利要求2所述的一种非能动核电厂长周期平衡循环的燃料管理方法，其特征在于，用乏燃料池中后备反应性最高的1组旧燃料组件替换中心的1组燃料组件。
4.如权利要求2所述的一种非能动核电厂长周期平衡循环的燃料管理方法，其特征在于，用92至100组新燃料组件替换相应数量的旧燃料组件。
5.如权利要求4所述的一种非能动核电厂长周期平衡循环的燃料管理方法，其特征在于，第一富集度燃料组件数量少于第二富集度燃料组件数量。
6.如权利要求5所述的一种非能动核电厂长周期平衡循环的燃料管理方法，第一富集度的新燃料组件布置于堆芯内部中间区域位置，并在循环结束后不再使用；第二富集度的新燃料组件在堆芯内部进行整体布置，与旧燃料组件总体上呈棋盘式布置。
7.如权利要求1所述的一种非能动核电厂长周期平衡循环的燃料管理方法，新燃料组件同时使用整体型可燃毒物和离散型的通水环状可燃毒物。
8.如权利要求7所述的一种非能动核电厂长周期平衡循环的燃料管理方法，新燃料组件中含整体型可燃毒物的燃料棒数量为64至200根，含离散型的通水环状可燃毒物棒数量为4至20根。
9.如权利要求7所述的一种非能动核电厂长周期平衡循环的燃料管理方法，堆芯最外侧布置未卸掉的后备反应性最低的旧燃料组件。
10.一种堆芯，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的非能动核电厂长周期平衡循环的燃料管理方法得到。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: No. 29 Hong Cao Road, Xuhui District, Shanghai Applicant after: Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute Co.,Ltd. Address before: No. 29 Hong Cao Road, Xuhui District, Shanghai Applicant before: SHANGHAI NUCLEAR ENGINEERING RESEARCH & DESIGN INSTITUTE Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20221122 |
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |