JPS6150278B2 - - Google Patents
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- JPS6150278B2 JPS6150278B2 JP53127999A JP12799978A JPS6150278B2 JP S6150278 B2 JPS6150278 B2 JP S6150278B2 JP 53127999 A JP53127999 A JP 53127999A JP 12799978 A JP12799978 A JP 12799978A JP S6150278 B2 JPS6150278 B2 JP S6150278B2
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
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- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
本発明は、沸騰水型原子炉(BWR)に係り、
特に、その出力分布を制御する運転制御方法およ
び装置に関するものである。
BWRプラントでは、原子炉圧力容器内で発生
する蒸気を直接、タービンに供給しており、発電
機がタービンに連結されている。原子炉圧力容器
内には、多数の燃料集合体が装荷された炉心部が
存在する。冷却水は、炉心部の下方より炉心部内
に供給され、炉心部内を上昇している間に燃料集
合体内の燃料棒を冷却しながら加熱されて蒸気と
なる。この蒸気が、炉心部上方の気水分離器およ
び乾燥器を通つた後、原子炉圧力容器からタービ
ンに送られるのである。タービンに回転力を与え
た蒸気は、タービンから吐出された後、復水器で
凝縮される。この凝縮水は、給水加熱器でタービ
ンから抽気された蒸気によつて加熱された原子炉
圧力容器内のジエツトポンプを通して再び炉心部
内に供給される。
一般に、原子炉は、燃料棒の健全性を維持する
ために、炉心部の出力分布ができるだけ平坦にな
るように計画されている。しかし、BWRプラン
トでは、定格出力時と部分出力時とでは、タービ
ンからの蒸気の抽気状態が異なる。したがつて、
起動時などの部分出力時(低流量で低出力の場
合)では、ヒートバランスの関係でBWRの炉心
部入口のサブクーリングが定格出力時より大きく
なるために、炉心部下部の出力ピーキングが大き
くなる。燃料棒の破損を防止してその健全性を維
持しつつ制御棒を炉心部から引抜いて出力上昇で
きるしきい値は、実験によつて線熱出力密度
8kw/ftであることがわかつている。8kw/ft以
上の線熱出力密度での出力上昇は、炉心部を流れ
る冷却水流量の増加によつて行なわれる。起動時
においては、炉心部下部の出力ピーキングが大き
くなる関係上、線熱出力密度が8kw/ftを越えて
しまう。このため、起動時に炉心部から制御棒を
引抜いて出力を上昇させる場合、炉心部下部の出
力ピーキングの大きい部分が8kw/ftに達した時
点で制御棒の引抜きを停止しなければならない。
その後、米国特許出願第762248号(特開昭51−
141990号公報)に記載されているように、炉心部
を流れる冷却水流量を増加させて線熱出力密度を
任意の値まで上昇させて燃料棒内に核分裂生成物
であるキセノンを蓄積させ、冷却水流量を減少さ
せて出力を減少させる。この操作によつて蓄積さ
れたキセノンの存在下で制御棒を炉心部から引抜
き、線熱出力密度を8kw/ftまで再び上昇させ
る。すなわち、このような操作を繰返えす。前述
したように炉心部の下部における出力ピーキング
が大きいと、1回に引抜ける制御棒の引抜量が減
少し、定格出力まで原子炉の出力を上昇させるた
めに、前述の操作の回数が増大する。BWRの起
動時の出力上昇の操作が極めて複雑になり出力が
定格出力になるまでに長時間を必要とする。した
がつて、BWRの利用率が低下する。
本発明は、これらの欠点を除去し、BWRプラ
ントの利用率を向上させることを目的とし、原子
炉容器内の蒸気圧力、前記原子炉容器内の炉心部
を流れる冷却水の流量及び前記原子炉容器からタ
ービンに供給される蒸気の流量を測定し加熱給水
が前記原子炉容器に供給される沸騰水型原子炉の
運転制御方法において、前記給水温度を測定し、
かつ前記炉心部の入口における前記冷却水のエン
タルピをあらかじめ設定し、前記の測定及び設定
された値から望ましい給水温度が計算され、給水
温度を前記の望ましい値に制御することを第1の
特徴とし、原子炉容器内の蒸気圧力を測定する第
1測定手段、前記原子炉容器内の炉心部を流れる
冷却水の流量を測定する第2の測定手段、前記原
子炉容器からタービンに供給される蒸気の流量を
測定する第3の測定手段、前記炉心部の入口にお
ける前記冷却水のエンタルピを設定する設定手段
および前記原子炉容器内に供給される給水のエン
タルピを調節する手段を設け、前記第1、第2お
よび第3測定手段によつて測定された前記圧力、
前記冷却水流量および前記蒸気流量および前記設
定手段で設定された前記冷却水のエンタルピに基
づいて、
Hfw
=Hf(1−Wc/WSTM)+HIN(Wc/WSTM
)
ここで、
Hfw:給水のエンタルピ(cal/g)
Hf:飽和冷却水のエンタルピ(cal/g)
Wc:炉心部の冷却水流量(t/h)
WSTM:タービンに送られる蒸気流量(t/
h)
HIN:炉心部入口のエンタルピ(cal/g)
の関係を満足するように前記給水エンタルピ調節
手段を制御することを第2の特徴とし、原子炉容
器内の配列する原子炉炉心部、前記原子炉容器に
接続する給水系及びタービンを有し、該給水系は
前記原子炉容器にフイードバツクされる給水の加
熱器を有しており、前記原子炉容器のドーム圧力
PRを測定する第一の測定器と、炉心部の冷却水
流量Wcを測定する第二の測定器と、前記タービ
ンへ送られる蒸気流量WSTMを測定する第二の測
定器を有している沸騰水型原子炉の運転制御装置
において、前記炉心部の入口における給水温度T
を測定する第四の測定器と、蒸気圧力WR、冷却
水流量Wc、蒸気流量WSTM、同様に前記炉心部入
口の冷却水のエンタルピHINが、これらの値によ
つて原子炉容器の熱平衡における望ましい給水温
度Tsを計算する演算器に与えられ、測定された
温度Tと望ましい温度Tsが比較器に与えられ、
該比較器の出力によつて前記加熱器を調節する調
節器とが設けられていることを第3の特徴とする
ものである。
ここで、従来の運転制御方法に基づいて運転さ
れたBWRの炉心部の特性を検討した結果につい
て説明する。
BWRの起動時における原子炉出力の変化を第
1図に基づいて説明する。この図の横軸、縦軸に
は、それぞれ、炉心部の冷却水流量(%)、原子
炉出力(%)が示してある。炉心部を流れる流量
を20%に一定に保持し、炉心部から制御棒を引抜
くと、原子炉出力は、A1点より上昇し始める。
原子炉出力がA2点に達した時、制御棒の引抜き
操作は停止される。A2点は、炉心部に装荷され
ている燃料棒の線熱出力密度8kw/ftに対応する
原子炉出力である。制御棒の引抜きによつて原子
炉出力をA2点以上に上昇させた場合は、燃料棒
が破損する危険性が大きくなる。制御棒の引抜き
が停止された後、炉心部を流れる冷却水流量を増
加させる。原子炉出力はA2−A3の線に沿つて上
昇する。A2−A3間の原子炉出力の上昇は、米国
特許4057466号明細書に記載されているように燃
料棒の破損を起こす臨界の上昇速度以下で行な
う。原子炉出力がA3点に達すると、逆に冷却水
流量を減少させる。原子炉出力は、A4点まで低
下する。A4点まで原子炉出力が低下する理由
は、米国特許出願第762248号明細書に記載されて
いるように、燃料棒内にキセノンが生成されてい
るためである。このキセノンの存在下で制御棒を
引抜き、原子炉出力をA4点からA2点まで上昇さ
せる。A2点に原子炉出力が到達した時、制御棒
の引抜きが停止される。原子炉出力は、その後、
キセノンの消滅に伴つて徐々に上昇する。冷却水
流量を増加して原子炉出力をA5点まで上昇させ
る。その後、冷却水流量の減少制御棒の引抜きお
よび引抜き停止、冷却水流量の増加の操作を繰返
す。これによつて、原子炉出力は、A5−A6−A2
−A7−A8−A2−A9と変化し、原子炉出力を定格
出力の100%(A9点)まで上昇させることができ
る。
上記のような操作によつて原子炉出力が0%か
ら100%まで上昇される。BWRプラントでは、原
子炉の定格出力(例えば100%原子炉出力)時と
部分出力(例えば67.4%原子炉出力)時とではタ
ービンからの蒸気の抽気状態などが異なつている
ため、第1表に示すようにプラント各部の流量、
エンタルピ、圧力などの状態が異なる。第1表は
出力密度が50kw/lのBWRの定格出力時と部分
出力時のプラント各部の値を示したものである。
すなわち、起動時などの部分出力時(低流量で低
出力の場合)には、ヒートバランスの関係で炉心
部入口における冷却水のサブクーリング(以下、
単にサブクーリングという)が定格出力時より大
きくなるため、炉心下部の出力ピーキングが大き
くなる。その結果、第1表に示され
The present invention relates to a boiling water reactor (BWR),
In particular, the present invention relates to an operation control method and apparatus for controlling the output distribution. In a BWR plant, steam generated within the reactor pressure vessel is supplied directly to a turbine, and a generator is connected to the turbine. Inside the reactor pressure vessel, there is a reactor core loaded with a large number of fuel assemblies. The cooling water is supplied into the reactor core from below the reactor core, and while rising within the reactor core, it is heated and turned into steam while cooling the fuel rods in the fuel assemblies. After passing through a steam separator and dryer above the core, the steam is sent from the reactor pressure vessel to the turbine. After the steam that gives rotational power to the turbine is discharged from the turbine, it is condensed in a condenser. This condensed water is supplied back into the reactor core through a jet pump in the reactor pressure vessel, which is heated by steam extracted from the turbine in a feedwater heater. Generally, nuclear reactors are designed so that the power distribution in the core is as flat as possible in order to maintain the integrity of the fuel rods. However, in a BWR plant, the state of extraction of steam from the turbine differs between rated output and partial output. Therefore,
During partial power such as startup (low flow rate and low power), sub-cooling at the BWR core inlet becomes larger than during rated power due to heat balance, resulting in a large power peak at the bottom of the core. . The threshold value at which the control rods can be pulled out of the reactor core and the output increased while preventing damage to the fuel rods and maintaining their integrity has been determined through experiments based on the linear thermal power density.
It is known that it is 8kw/ft. Power increases at linear thermal power densities of 8 kw/ft or higher are achieved by increasing the flow rate of cooling water flowing through the reactor core. At startup, the linear heat power density exceeds 8kw/ft due to the large power peaking in the lower part of the core. For this reason, if control rods are withdrawn from the reactor core at startup to increase output, control rod withdrawal must be stopped when the area of high output peaking at the bottom of the reactor core reaches 8kw/ft.
Thereafter, U.S. Patent Application No. 762248 (Japanese Unexamined Patent Publication No.
141990), the flow rate of cooling water flowing through the reactor core is increased to increase the linear thermal power density to an arbitrary value, and xenon, a fission product, is accumulated in the fuel rods and cooled. Reduce water flow rate to reduce output. In the presence of the xenon accumulated through this operation, the control rods are withdrawn from the reactor core, and the linear thermal power density is increased again to 8 kw/ft. That is, such operations are repeated. As mentioned above, when the power peaking in the lower part of the reactor core is large, the amount of control rods that can be pulled out at one time decreases, and the number of operations described above increases in order to increase the reactor output to the rated output. . The operation to increase the output when starting the BWR is extremely complicated, and it takes a long time for the output to reach the rated output. Therefore, the utilization rate of BWR decreases. The present invention aims to eliminate these drawbacks and improve the utilization rate of a BWR plant, and aims to improve the steam pressure in the reactor vessel, the flow rate of cooling water flowing through the reactor core in the reactor vessel, and the reactor. In a boiling water reactor operation control method in which heated feed water is supplied to the reactor vessel by measuring the flow rate of steam supplied from the vessel to the turbine, the temperature of the feed water is measured;
The first feature is that the enthalpy of the cooling water at the inlet of the reactor core is set in advance, a desirable feed water temperature is calculated from the measured and set value, and the feed water temperature is controlled to the desired value. , a first measuring means for measuring the steam pressure in the reactor vessel, a second measuring means for measuring the flow rate of cooling water flowing through the reactor core in the reactor vessel, and steam supplied from the reactor vessel to the turbine. a third measuring means for measuring the flow rate of the cooling water, a setting means for setting the enthalpy of the cooling water at the inlet of the reactor core, and a means for adjusting the enthalpy of the feed water supplied into the reactor vessel; , the pressure measured by second and third measuring means,
Based on the cooling water flow rate, the steam flow rate, and the enthalpy of the cooling water set by the setting means, H fw = Hf (1-Wc/W STM ) + H IN (Wc/W STM
) Here, H fw : Enthalpy of feed water (cal/g) Hf : Enthalpy of saturated cooling water (cal/g) Wc : Flow rate of cooling water in the reactor core (t/h) W STM : Flow rate of steam sent to the turbine ( t/
h) A second feature is that the feed water enthalpy adjustment means is controlled so as to satisfy the relationship: H IN :Enthalpy at the entrance of the reactor core (cal/g); The system includes a water supply system and a turbine connected to the reactor vessel, the water supply system having a heater for feed water fed back to the reactor vessel, and a heater for measuring the dome pressure P R of the reactor vessel. A boiling water reactor having a first measuring device, a second measuring device for measuring the cooling water flow rate Wc in the core, and a second measuring device for measuring the steam flow rate W STM sent to the turbine. In the operation control device, the feed water temperature T at the inlet of the reactor core is
The steam pressure W R , the cooling water flow rate Wc, the steam flow rate W STM , and the enthalpy H IN of the cooling water at the inlet of the reactor core are determined by these values. The measured temperature T and the desired temperature Ts are provided to a comparator that calculates the desired feed water temperature Ts in thermal equilibrium, and the measured temperature T and desired temperature Ts are provided to a comparator.
A third feature is that a regulator is provided to adjust the heater according to the output of the comparator. Here, we will explain the results of examining the characteristics of the core of a BWR operated based on the conventional operation control method. The changes in reactor output during BWR startup will be explained based on Fig. 1. The horizontal and vertical axes of this figure show the cooling water flow rate (%) in the reactor core and the reactor power (%), respectively. When the flow rate flowing through the reactor core is held constant at 20% and the control rods are withdrawn from the reactor core, the reactor power begins to rise from point A1 .
When the reactor power reaches the A2 point, the control rod withdrawal operation is stopped. Point A is the reactor power corresponding to the linear thermal power density of 8kw/ft of the fuel rods loaded in the reactor core. If the reactor power is increased beyond the A2 point by withdrawing the control rods, there is a greater risk that the fuel rods will be damaged. After control rod withdrawal is stopped, the flow rate of cooling water flowing through the reactor core is increased. The reactor power increases along the line A 2 − A 3 . The increase in reactor power between A 2 and A 3 is performed below the critical rate of increase that causes fuel rod failure, as described in US Pat. No. 4,057,466. When the reactor output reaches point A3 , the cooling water flow rate is reduced. Reactor power drops to A4 point. The reason why the reactor power decreases to point A 4 is due to the production of xenon within the fuel rods, as described in US Patent Application No. 762,248. In the presence of this xenon, the control rods are withdrawn and the reactor power is increased from point A4 to point A2 . When the reactor power reaches point A , control rod withdrawal is stopped. The reactor power is then
It gradually increases as xenon disappears. Increase the reactor output to A5 point by increasing the cooling water flow rate. Thereafter, the operations of reducing the cooling water flow rate, withdrawing the control rod, stopping the withdrawal, and increasing the cooling water flow rate are repeated. As a result, the reactor power is A 5 −A 6 −A 2
−A 7 −A 8 −A 2 −A 9 , and the reactor output can be increased to 100% of the rated output (A 9 point). By the above operations, the reactor power is increased from 0% to 100%. In a BWR plant, the state of steam extraction from the turbine differs between the reactor's rated output (e.g. 100% reactor output) and partial reactor output (e.g. 67.4% reactor output). As shown, the flow rate of each part of the plant,
The states of enthalpy, pressure, etc. are different. Table 1 shows the values of each part of the plant at rated output and partial output for a BWR with a power density of 50kw/l.
In other words, during partial power such as startup (low flow rate and low power), due to heat balance, cooling water is sub-cooled (hereinafter referred to as
(Simply referred to as subcooling) becomes larger than at rated power, so the power peaking in the lower part of the core increases. The results are shown in Table 1.
【表】【table】
【表】
ているように、炉心部入口のサブクーリングが定
格出力時に11.4cal/gのBWRプラントで、原子
炉出力が67.4%、炉心流量が40%の部分出力時
(第1図のB点)の炉心部入口のサブクーリング
は23.4cal/gとなる。炉心部入口のサブクーリ
ングの変化を炉心部の冷却水流量との関係で整理
すると、第2図のようになる。図の横軸、縦軸に
はそれぞれ炉心部の冷却水流量(%)、炉心部入
口における冷却水のサブクーリング(cal/g)
を示しており、C−D間は制御棒引抜きによる原
子炉出力上昇区間であり、D−E間は炉心部の冷
却水流量の増加による原子炉出力上昇区間であ
る。冷却水流量が増加して原子炉出力が上昇する
のに伴つて炉心部入口のサブクーリングが減少す
る。
第3図および第4図は、それぞれ、制御棒パタ
ーンが同一の場合の定格出力時と部分出力時の出
力分布およびボイド率をそれぞれ示している。第
3図および第4図の横軸は、炉心部の軸方向の位
置(0および24が、それぞれ、炉心部の下端およ
び上端に相当する)を表わしている。縦軸は、第
3図では相対出力、第4図ではボイド率を示して
いる。第3図の特性およびは、それぞれ、原
子炉の定格出力時および部分出力時の相対出力を
示し、第4図の特性およびは、それぞれ、原
子炉の定格出力時および部分出力時のボイド率を
示している。第3図から定格出力時の出力ピーキ
ングが1.63であるのに対して、部分出力時の出力
ピーキングが1.95となる。したがつて、部分出力
時の出力ピーキングが、定格出力時のそれに比べ
て約20%大きくなつている。原子炉の部分出力時
には、前述のごとく炉心入口のサブクーリングが
大きいために、第4図に示すごとく、原子炉の定
格出力時に比べ炉心部上部におけるボイド率が増
加する。しかし、沸騰開始点付近の炉心部下部に
おけるボイド率は、原子炉の部分出力時および定
格出力時においてほとんど変化しない。BWRプ
ラントでは、ボイド率の増加は原子炉出力の減少
をもたらす性質をもつているために、炉心部上部
の出力ピーキングが大きくなる。
燃料棒の健全性を維持しつつ制御棒を炉心部か
ら引抜いて出力上昇できるしきい値は、前述した
ように線熱出力密度で8kw/ftである。出力密度
が50kw/lのBWRプラントにおいて、部分出力
時(原子炉出力67.4%、炉心流量:40%)の炉心
部下部の出力ピーキング1.95に相当する線熱出力
密度は8.2kw/ftであり、制御棒引抜きのしきい
値をこえる。原子炉出力を定格出力まで上昇させ
るための操作が複雑になる。このため、原子炉の
出力上昇に多くの時間を要し、BWRプラントの
稼動率が低下する一要因となつている。
次に、原子炉の起動時における部分負荷での炉
心部下部の出力ピーキングを減少させるために、
種々の検討を行なつた。その結果、炉心部入口の
サブクーリング、すなわち炉心部入口における冷
却水のエンタルピ(以下、単にエンタルピとい
う)を制御することにより、原子炉の部分出力時
においても平坦な軸方向出力分布が達成できるこ
とがわかつた。以下に、その検討結果を述べる。
第5図は出力密度が50kw/lのBWRプラント
における部分出力時(炉心流量が40%)の炉心部
入口のエンタルピの変化に伴う出力ピーキングと
原子炉出力の変化を示している。横軸は炉心部入
口のエンタルピ(cal/g)、縦軸は出力ピーキン
グおよび原子炉出力(%)を示している。特性
およびは、それぞれ出力ピーキングおよび原子
炉出力を示している。従来のBWRプラントの部
分出力時の炉心部入口のエンタルピは276cal/g
である。炉心部入口のエンタルピが増加すると、
炉心部入口のサブクーリングは減少するので、沸
騰開始点が炉心部の下端側に移り炉心部下部にお
けるボイド率は大きく増加する。しかし、炉心部
上部のボイド率の変化は小さい。したがつて、炉
心部下部における出力割合が減少し、原子炉の部
分出力時の出力ピーキングは小さくなる。
また、炉心部入口のエンタルピが増加すると、
炉心部の平均のボイド率は増加するので原子炉出
力は減少する。部分出力時の炉心部入口エンタル
ピを定格出力時と同じ293cal/gとした場合に
は、出力ピーキングが1.62、原子炉出力が49.1%
となる。従来のBWRプラントに比べて部分出力
時の出力ピーキングが従来例の83%に、原子炉出
力が従来例の73%に減少し、出力ピーキングは定
格出力時と同程度となる。この場合の線熱出力密
度は5.8kw/ftであり、従来のBWRプラントの約
71%に減少する。
第6図は、制御棒パターン、炉心部入口のエン
タルピが同一(293cal/g)の場合での定格出力
時と部分出力時(炉心部の冷却水流量40%)の出
力分布の比較を示している。図の横軸は炉心部下
端からの軸方向の位置(0および24が、それぞ
れ、炉心部の下端および上端に相当する)縦軸は
相対出力を示している。特性およびは、それ
ぞれ定格出力時および部分出力時の相対出力を示
している。この図は、前述のごとく、両者の出力
分布が良く一致することを示している。第7図は
同じく、ボイド分布の比較を示すものである。横
軸は第6図と同様で、縦軸はボイド率である。特
性およびは、第5図と同じ条件での定格出力
時および部分出力時のボイド率をそれぞれ示して
いる。すなわち、原子炉の定格出力時の沸騰開始
点付近の炉心部下部では、原子炉の部分出力時に
おけるボイド率は約15%も増加する。一方、炉心
部上部では、部分出力時におけるボイド率は約5
%増加する。部分出力時においては、このような
ボイド分布が出力分布を平坦化している。
したがつて、炉心部入口のエンタルピを制御す
れば、起動時などの部分出力時においても、炉心
部における軸方向の出力分布を平坦にすることが
できる。また、原子炉出力も減少するので、線熱
出力密度が大幅に低減され、制御棒引抜きのしき
い値に対する余裕が増加する。このため、原子炉
の起動手順が簡単となり、かつ定格出力を達成す
るまでの時間を短縮することができる。
炉心部入口のエンタルピは、BWRプラントの
ヒートバランスから、次式で求めることができ
る。
HIN
=Hf(1−WSTM/Wc)+Hfw(WSTM/Wc
)…(1)
ここで、
HIN:炉心部入口のエンタルピ(cal/g)
Hf:飽和冷却水のエンタルピ(cal/g)
WSTM:タービンに送られる蒸気流量(t/
h)
Wc:炉心部の冷却水流量(t/h)
Hfw:給水(原子炉圧力容器内に供給される冷
却水)のエンタルピ(cal/g)
BWRプラントのヒートバランスを詳細に考え
ると、蒸気キヤリアンダ割合、制御棒駆動装置よ
り加えられる熱量、浄化系で失なわれる熱量、再
循環ポンプより加えられる熱量、原子炉圧力容器
壁より逃げる熱量(1)式に含されることになる。し
かし、これらの値は小さいので無視できる。飽和
冷却水(以下単に飽和水という)のエンタルピ
は、原子炉圧力容器のドーム圧力、蒸気流量は原
子炉出力で決定される値である。また炉心部の冷
却水流量は、原子炉出力を変化させるために手動
で変化させている。したがつて、炉心部入口のエ
ンタルピを制御するためには、給水エンタルピを
制御すればよい。給水のエンタルピは、(1)式を変
換して次式で与えられる。
Hfw
=Hf(1−Wc/WSTM)+HIN(Wc/WSTM
)…(2)
炉心部の冷却水流量と蒸気流量は、BWRプラ
ントの計測値を用いることができる。飽和水のエ
ンタルピは原子炉圧力容器のドーム圧力の計測値
と蒸気表を用いて決定することができる。したが
つて、(2)式を用いて、炉心部入口のエンタルピを
設定すれば、ある原子炉運転状態において給水の
エンタルピをいくらに制御すればよいかが決定で
きる。冷却水は、原子炉圧力容器から蒸気となつ
て出ていく分だけ原子炉圧力容器内に給水として
供給される。復水器は、タービンで使用された蒸
気を凝縮してタービン排気圧を減少させ、タービ
ンの熱効率を高めるために用いられる。復水器の
出口における凝縮水の温度は蒸気を冷却する海水
の温度に近い値である。したがつて、復水器から
原子炉圧力容器に供給される給水(凝縮水)のエ
ンタルピを制御するために、給水加熱器の給水側
流量を制御して行うことはできない。給水のエン
タルピは、タービンから抽気されて給水加熱器に
供給される蒸気流量を制御し、給水加熱器での蒸
気側と給水側の熱交換量を制御調節すれば容易に
変えることができる。ところで、給水のエンタル
ピを直接に測定することはできない。しかし、給
水は、高圧のサブクール水であつて比熱も1.0に
近い値であるので、給水のエンタルピの代わりに
直接に測定できる給水温度を制御すればよい。
本発明は、上述の検討結果に基づいてなされた
ものである。本発明の具体的な一実施例を第8図
に基づいて説明する。第8図はBWRプラントの
概略系統を示すものである。炉心部1は、原子炉
圧力容器2内に存在する。原子炉圧力容器2内に
は複数のジエツトポンプ3が、炉心部1の周囲に
配置される。原子炉圧力容器2に一端が接続され
る再循環配管4の一端が、原子炉圧力容器1を貫
通してジエツトポンプ3の吸入口に対向してい
る。再循環ポンプ5が、再循環配管4に取付けら
れる。主蒸気管6は、原子炉圧力容器2とタービ
ン7を連絡する。復水器8は、タービン7の蒸気
排気口に連絡される。復水器8に接続される給水
管12は、脱塩器9、給水加熱器10および給水
ポンプ11を介して原子炉圧力容器2内に配置さ
れる給水スパージヤ13に接続される。タービン
7に連絡される抽気配管14は、流量調節弁15
を介して給水加熱器10に接続される。ドレン配
管16が、給水加熱器10と復水器8を連絡す
る。17は、給水温度制御装置であり、その構造
は第9図に詳細に示される。給水温度制御装置1
7は、関数発生器18、演算機19、加算器20
および関数発生器21から構成される。
再循環ポンプ5を駆動すると、原子炉圧力容器
2内の冷却水が、再循環配管4内を流れ、ジエツ
トポンプ3の吸入口内に噴出する。冷却水は、ジ
エツトポンプ3内を通つて炉心部1の下方に達
し、炉心部1内に流入する。炉心部1内を上昇し
ている間に、冷却水は、炉心部1に配置された燃
料集合体中の燃料棒を冷却することによつて、蒸
気となる。蒸気は、図示されていないが気水分離
器および乾燥器を通過し、主蒸気配管6によつて
タービン7に導かれる。タービン7から排気され
た蒸気は復水器8で凝縮される。凝縮されて液体
になつた冷却水は、給水配管12によつて脱塩器
9、給水加熱器10および給水ポンプ11と順次
導かれ、給水スパージヤ13から原子炉圧力容器
2内に供給される。タービン7から抽気された蒸
気は、抽気配管14によつて給水加熱器10内に
導かれる。給水加熱器10内で給水配管12内を
流れる冷却水(給水)が抽気された蒸気によつて
加熱される。給水を加熱した後、蒸気はドレン水
となり、ドレン配管16を通つて復水器8に供給
される。
給水温度制御装置17を用いた本実施例におけ
るBWRの運転制御を以下に説明する。原子炉の
運転が開始されると、再循環ポンプ5が駆動さ
れ、前述したように炉心部1に冷却水が供給され
る。炉心部1を流れる冷却水流量は、20%に調節
される。炉心部1内に挿入されている制御棒24
が引抜かれ、原子炉の出力が上昇される。原子炉
の出力が49.1%で炉心部の冷却水流量が40%の時
の状態を例にとつて述べる。原子炉圧力容器2内
のドーム圧力PRは、圧力計によつて測定され
る。測定されたドーム圧力PRは、関数発生器1
8に入力され、ここで飽和水のエンタルピHfに
変換される。ドーム圧力PRから飽和水のエンタ
ルピHfの変換は、蒸気表を用いてもよい。しか
し、ドーム圧力PRが60〜75Kg/cm2の範囲であれ
ば、ドーム圧力PRと飽和水のエンタルピHfと
は、次式の関係がある。
Hf=294.8+1.244(PR−65) …(3)
本実施例では、(3)式に基づいてドーム圧力PR
が飽和水のエンタルピHfに関数発生器18で変
換される。飽和水のエンタルピHfは、演算器1
9に入力される。炉心部1を流れる冷却水流量
Wcは、ジエツトポンプ3に取付けられる流量計
26によつて測定される冷却水流量W1から求め
られる。ジエツトポンプ3がn個配置されていれ
ば、冷却水流量Wcは、nW1で求まる。冷却水流
量W1は掛算器27に入力され、掛算器27で冷
却水流量Wc(=nW1)に変換される。冷却水流量
Wcは、演算器19に入力される。主蒸気管6に
取付けられる流量計28によつて測定されるター
ビン7に送られる蒸気流量WSTMが、演算器19
に入力される。また演算器19には設定器22で
あらかじめ定められた炉心部入口エンタルピHIN
が入力される。あらかじめ定められた炉心部入口
エンタルピHINの値は一定である。演算器19
は、入力された飽和水エンタルピHf、冷却水流
量Wc、蒸気流量WSTMおよび炉心部入口のエンタ
ルピHINの値を用い、(2)式に基づいて給水のエン
タルピHfwを求める。この演算の詳細を第10図
によつて説明する。
割算器29にWcとWSTMが入力され、(Wc/W
STM)が出力される。(Wc/WSTM)は掛算器30
に入力される。掛算器30はHfの入力によつて
Hf(Wc/WSTM)を出力する。HfとHf(Wc/W
STM)が加算器31に入力される。加算器31は
Hf(1−Wc/WSTM)を出力する。加算器31
の出力は、加算器32に入力される。掛算器33
はHINおよび割算器29の出力(Wc/WSTM)を
入力し、出力として
HIN(Wc/WSTM)を出す。この出力
HIN(Wc/WSTM)は、加算器32に入力され
る。加算器32の出力としてHfw〔=Hf(1−
Wc/WSTM)+HIN(Wc/WSTM)〕が得られる。
本実施例では、設定器22で設定された炉心部入
口のエンタルピHINは、293cal/gである。した
がつて、加算器32の出力Hfwは、〔Hf(1−
Wc/WSTM)+293(Wc/WSTM)〕となる。Hfw
は、第9図に示す加算器20に入力される。また
加算器20には、温度計34で測定された給水温
度Tfwが入力される。前述したように給水は高圧
のサブクール水で比例も1.0に近い値であるの
で、実際のエンタルピと若干の差はあるが、給水
温度Tfwの値のものままの給水のエンタルピの値
と考えてもよい。すなわち、給水温度が200℃で
あれば、その給水のエンタルピは約200cal/gで
ある。給水エンタルピの正確な値は、蒸気表を用
いて給水温度に対応する給水のエンタルピを求め
て得られる。しかし、温度計34は、一種の給水
のエンタルピ検出手段であるといえる。加算器2
0からΔHfw(=Hfw−Tfw)が出力される。Δ
Hfwは、関数発生器21に入力させる。関数発生
器21は、ΔHfwに対応した出力Vを出す。すな
わち、関数発生器21は、ΔHfwが正の値であれ
ば流量調節弁15を開ける信号を、ΔHfwが負の
値であれば流量調節弁15を閉じる信号をそれぞ
れ出す。関数発生器21の出力Vは、増幅器23
で増幅され、流量調節弁15の開閉操作を行なう
モータ35を起動するために必要な電圧に高めら
れる。増幅器23の出力によつてモータ35が駆
動され流量調節弁15が開閉される。例えばΔ
Hfwが正の値であると、モータ35が増幅器23
の出力によつて駆動され、流量調節弁15の開度
が大きくなる。抽気配管14を通つて給水加熱器
10に供給される蒸気量が多くなる。給水加熱器
10で加熱される給水の温度が上昇し、給水のエ
ンタルピが増加する。ΔHfwの負の値であれば、
逆に流量調節弁15の開度が小さくなり、給水加
熱器10に供給される蒸気量が減少する。給水の
温度が低下し、給水のエンタルピも小さくなる。
抽気される蒸気の流量を変えることは、蒸気によ
つて給水に加えられる熱量を調節することであ
る。抽気される蒸気量が減少すると、給水加熱器
10に供給される蒸気によつて給水に加えられる
熱量が減少する。
このように給水のエンタルピが調節されること
によつて炉心部入口のエンタルピHINが、約
293cal/gになる。原子炉出力49.1%における炉
心部1のボイド分布は、第7図の特性のように
なり、炉心部1の出力分布は第6図の特性のよ
うになる。
本実施例によれば、起動時などの部分負荷時に
おいても出力分布の平坦化が達成でき、線熱出力
密度が5.8kw/ftに大幅に低減できる。したがつ
て制御棒引抜きによる出力上昇割合を大きくする
ことができるので、第1図における冷却水流量増
加による出力上昇、冷却水流量減少による出力減
少および制御棒引抜きによるA2点までの出力上
昇という工程の繰返し回数を少なくできる。した
がつて原子炉の起動を要する時間を短縮できる。
燃料棒の健全性を維持しつつ原子炉を起動する時
間が短縮でき、かつ制御棒引抜き手順が簡単にな
る。第11図は本実施例(炉心部入口のエンタル
ピ:293cal/g)による起動時の原子炉出力、炉
心部の冷却水流量の時間変化を従来の方法と比較
して示したものである。横軸は起動後の経過時間
(日)、縦軸は原子炉出力(%)および炉心部の冷
却水流量(%)を示している。特性KおよびL
は、それぞれ本実施例の原子炉出力および炉心部
の冷却水流量を示している。特性MおよびNは、
それぞれ従来方法の原子炉出力および炉心部の冷
却水流量を示している。本実施例では、部分出力
時において前述したように線熱出力密度が低減さ
れているため、制御棒引抜きに要する時間は従来
に比べて無視できる程小さい。また、本実施例で
は、出力分布が各運転状態で一定であるため、炉
心部の冷却水流量の増加による出力上昇の勾配を
大きくとることが可能となり、定格出力達成まで
に要する時間は2.25日である。一方、従来の方法
では、制御棒引抜きによる出力上昇に1.25日、炉
心部の冷却水流量の増加による出力上昇に3.92日
を要し、定格出力達成までに必要な時間は5.17日
となる。本実施例は従来の方法の半分の時間で定
格出力まで原子炉出力を上昇させることが、
BWRプラントの利用率の向上に大きく寄与でき
る。
また、この運転制御方法を用いれば、種々の運
転状態で出力分布を平坦化できるので、キセノン
濃度の軸方向分布も平坦化できる。したがつて、
負荷追従制御運転などの出力変動の場合において
も、燃料棒の健全性を維持でき安全運転に寄与す
ることができる。さらに、冷却水流量の低流量時
に炉心部内の平均ボイド率が増加することにより
原子炉出力は減少するので、上記の出力変動幅を
従来の方法より大きくとることが可能となり、出
力変動運転に対する融通性が増加する利点を持つ
ている。
給水温度制御装置17の機能は、コンピユータ
によつても代用できる。加算器20でHfwとTfw
の偏差を求めることなく、Hfwの値に応じて流量
調節弁15の開度を調節してもよい。
以上の如く、本発明の沸騰水型原子炉の運転制
御方法および装置は、BWRにおいて、所定の最
大出力に原子炉出力を上昇させるために必要な時
間の短縮を可能とし、BWRプラントの利用率を
向上せしめるもので、産業上の効果の大なるもの
である。[Table] In a BWR plant, the subcooling at the core inlet is 11.4 cal/g at rated power, and at partial power when the reactor power is 67.4% and the core flow rate is 40% (point B in Figure 1). ) subcooling at the core inlet is 23.4 cal/g. Figure 2 shows changes in subcooling at the core inlet in relation to the flow rate of cooling water in the core. The horizontal and vertical axes of the figure are the flow rate of cooling water in the core (%) and the subcooling of cooling water at the inlet of the core (cal/g), respectively.
The section between CD and D is a section where the reactor power increases due to control rod withdrawal, and the section between DE and E is a section where the reactor output increases due to an increase in the flow rate of cooling water in the reactor core. As the cooling water flow rate increases and the reactor power increases, the subcooling at the core inlet decreases. 3 and 4 respectively show the power distribution and void ratio at rated output and partial output when the control rod patterns are the same. The horizontal axes in FIGS. 3 and 4 represent the axial position of the core (0 and 24 correspond to the lower and upper ends of the core, respectively). The vertical axis indicates the relative output in FIG. 3 and the void ratio in FIG. 4. The characteristics and in Figure 3 indicate the relative power at the rated power and partial power of the reactor, respectively, and the characteristics and in Figure 4 indicate the void fraction at the rated power and partial power of the reactor, respectively. It shows. From Figure 3, the output peaking at rated output is 1.63, while the output peaking at partial output is 1.95. Therefore, the output peaking at partial output is approximately 20% larger than that at rated output. When the reactor is at partial power, the subcooling at the core inlet is large as described above, so as shown in FIG. 4, the void fraction in the upper part of the core increases compared to when the reactor is at rated power. However, the void fraction in the lower part of the core near the boiling start point hardly changes during partial power and rated power of the reactor. In a BWR plant, an increase in void fraction has the property of causing a decrease in reactor output, which increases the power peaking in the upper part of the reactor core. As mentioned above, the threshold at which power can be increased by withdrawing the control rods from the reactor core while maintaining the integrity of the fuel rods is 8 kW/ft in terms of linear thermal power density. In a BWR plant with a power density of 50kw/l, the linear thermal power density corresponding to a power peak of 1.95 at the bottom of the core at partial power (reactor power 67.4%, core flow rate: 40%) is 8.2kw/ft. The threshold for control rod withdrawal is exceeded. The operation to increase the reactor output to the rated output becomes complicated. For this reason, it takes a long time to increase the output of the nuclear reactor, which is one of the reasons why the operation rate of BWR plants decreases. Next, in order to reduce the power peaking in the lower part of the core at partial load during reactor startup,
Various studies were conducted. As a result, by controlling the subcooling of the core inlet, that is, the enthalpy (hereinafter simply referred to as enthalpy) of the cooling water at the core inlet, a flat axial power distribution can be achieved even during partial power of the reactor. I understand. The results of the study are described below. Figure 5 shows power peaking and changes in reactor power due to changes in enthalpy at the core inlet during partial power (core flow rate is 40%) in a BWR plant with a power density of 50kw/l. The horizontal axis shows the enthalpy at the core inlet (cal/g), and the vertical axis shows power peaking and reactor power (%). Characteristics and indicate power peaking and reactor power, respectively. The enthalpy at the core inlet of a conventional BWR plant at partial power is 276 cal/g.
It is. When the enthalpy at the core inlet increases,
Since the subcooling at the core inlet is reduced, the boiling start point moves to the lower end of the core, and the void ratio in the lower core increases significantly. However, the change in void fraction in the upper part of the core is small. Therefore, the power ratio in the lower part of the reactor core decreases, and the power peaking at partial power of the reactor becomes smaller. Also, when the enthalpy at the core inlet increases,
As the average void fraction in the reactor core increases, the reactor power decreases. If the core inlet enthalpy at partial power is 293 cal/g, the same as at rated power, the power peaking will be 1.62 and the reactor power will be 49.1%.
becomes. Compared to a conventional BWR plant, the power peaking at partial power is reduced to 83% of the conventional example, the reactor output is reduced to 73% of the conventional example, and the power peaking is about the same as at rated output. The linear heat power density in this case is 5.8kw/ft, which is about the same as that of a conventional BWR plant.
This decreases to 71%. Figure 6 shows a comparison of the power distribution at rated power and partial power (core cooling water flow rate 40%) when the control rod pattern and core inlet enthalpy are the same (293 cal/g). There is. The horizontal axis of the figure represents the axial position from the lower end of the core (0 and 24 correspond to the lower and upper ends of the core, respectively), and the vertical axis represents the relative power. Characteristics and indicate relative outputs at rated output and partial output, respectively. This figure shows that the two output distributions match well, as described above. FIG. 7 also shows a comparison of void distributions. The horizontal axis is the same as in FIG. 6, and the vertical axis is the void ratio. "Characteristics" and "Characteristics" respectively indicate void rates at rated output and partial output under the same conditions as in FIG. In other words, in the lower part of the reactor core near the boiling start point when the reactor is at rated power, the void fraction increases by about 15% when the reactor is at partial power. On the other hand, in the upper part of the core, the void ratio at partial power is about 5
%To increase. During partial output, such void distribution flattens the output distribution. Therefore, by controlling the enthalpy at the core inlet, it is possible to flatten the axial power distribution in the core even during partial power such as during startup. In addition, since the reactor power is also reduced, the linear thermal power density is significantly reduced, and the margin for the control rod withdrawal threshold is increased. Therefore, the procedure for starting up the nuclear reactor becomes simple, and the time required to achieve the rated output can be shortened. The enthalpy at the core inlet can be calculated from the heat balance of the BWR plant using the following formula. H IN = Hf (1-W STM /Wc) + H fw (W STM /Wc
)...(1) Here, H IN : Enthalpy at the core inlet (cal/g) Hf: Enthalpy of saturated cooling water (cal/g) W STM : Steam flow rate sent to the turbine (t/g)
h) Wc: Cooling water flow rate in the reactor core (t/h) H fw : Enthalpy of feed water (cooling water supplied to the reactor pressure vessel) (cal/g) Considering the heat balance of the BWR plant in detail, The steam carrier ratio, the amount of heat added by the control rod drive, the amount of heat lost in the purification system, the amount of heat added by the recirculation pump, and the amount of heat escaping from the reactor pressure vessel wall will be included in equation (1). However, these values are small and can be ignored. The enthalpy of saturated cooling water (hereinafter simply referred to as saturated water) is a value determined by the dome pressure of the reactor pressure vessel, and the steam flow rate is determined by the reactor output. Additionally, the flow rate of cooling water in the reactor core is manually changed to vary the reactor output. Therefore, in order to control the enthalpy at the core inlet, it is sufficient to control the enthalpy of the feed water. The enthalpy of water supply is given by the following equation by converting equation (1). H fw = Hf (1-Wc/W STM ) + H IN (Wc/W STM
)…(2) The measured values of the BWR plant can be used for the cooling water flow rate and steam flow rate in the core. The enthalpy of saturated water can be determined using measurements of the reactor pressure vessel dome pressure and steam tables. Therefore, by setting the enthalpy at the core inlet using equation (2), it is possible to determine how much the enthalpy of the feed water should be controlled in a certain reactor operating state. Cooling water is supplied into the reactor pressure vessel as feed water in an amount equivalent to the amount of water that leaves the reactor pressure vessel in the form of steam. A condenser is used to condense steam used in a turbine to reduce turbine exhaust pressure and increase the thermal efficiency of the turbine. The temperature of the condensed water at the outlet of the condenser is close to the temperature of the seawater cooling the steam. Therefore, it is not possible to control the enthalpy of feed water (condensed water) supplied from the condenser to the reactor pressure vessel by controlling the flow rate on the feed water side of the feed water heater. The enthalpy of feedwater can be easily changed by controlling the flow rate of steam extracted from the turbine and supplied to the feedwater heater, and controlling and adjusting the amount of heat exchange between the steam side and the feedwater side in the feedwater heater. By the way, the enthalpy of water supply cannot be directly measured. However, since the feed water is high-pressure subcooled water and has a specific heat value close to 1.0, it is sufficient to control the feed water temperature, which can be directly measured, instead of the enthalpy of the feed water. The present invention has been made based on the above study results. A specific embodiment of the present invention will be described based on FIG. 8. Figure 8 shows a schematic diagram of the BWR plant. A reactor core 1 exists within a reactor pressure vessel 2 . A plurality of jet pumps 3 are arranged around the reactor core 1 within the reactor pressure vessel 2 . One end of a recirculation pipe 4, which has one end connected to the reactor pressure vessel 2, passes through the reactor pressure vessel 1 and faces an inlet of the jet pump 3. A recirculation pump 5 is attached to the recirculation piping 4. Main steam pipe 6 connects reactor pressure vessel 2 and turbine 7 . Condenser 8 is connected to the steam exhaust of turbine 7 . A feed water pipe 12 connected to the condenser 8 is connected to a feed water spargeer 13 disposed within the reactor pressure vessel 2 via a demineralizer 9, a feed water heater 10, and a feed water pump 11. The extraction pipe 14 connected to the turbine 7 has a flow rate control valve 15.
It is connected to the feed water heater 10 via. A drain pipe 16 connects the feed water heater 10 and the condenser 8. 17 is a feed water temperature control device, the structure of which is shown in detail in FIG. Feed water temperature control device 1
7 is a function generator 18, a calculator 19, an adder 20
and a function generator 21. When the recirculation pump 5 is driven, the cooling water in the reactor pressure vessel 2 flows through the recirculation pipe 4 and is ejected into the inlet of the jet pump 3. The cooling water passes through the jet pump 3, reaches the lower part of the reactor core 1, and flows into the reactor core 1. While rising within the core 1, the cooling water turns into steam by cooling the fuel rods in the fuel assemblies arranged in the core 1. The steam passes through a steam separator and a dryer (not shown), and is led to a turbine 7 via a main steam pipe 6. Steam exhausted from the turbine 7 is condensed in a condenser 8. The condensed liquid cooling water is sequentially guided to the demineralizer 9, the feedwater heater 10, and the feedwater pump 11 through the water supply pipe 12, and is supplied from the feedwater spargeer 13 into the reactor pressure vessel 2. Steam extracted from the turbine 7 is guided into the feedwater heater 10 by an extraction pipe 14. Cooling water (feed water) flowing through the water supply piping 12 in the feed water heater 10 is heated by the extracted steam. After heating the feed water, the steam becomes drain water and is supplied to the condenser 8 through the drain pipe 16. The operation control of the BWR in this embodiment using the feed water temperature control device 17 will be explained below. When the nuclear reactor starts operating, the recirculation pump 5 is driven and cooling water is supplied to the reactor core 1 as described above. The flow rate of cooling water flowing through the reactor core 1 is adjusted to 20%. Control rod 24 inserted into reactor core 1
is withdrawn and the reactor's output is increased. Let's take as an example the situation when the reactor output is 49.1% and the cooling water flow rate in the core is 40%. The dome pressure P R within the reactor pressure vessel 2 is measured by a pressure gauge. The measured dome pressure P R is determined by the function generator 1
8, where it is converted to the enthalpy of saturated water, Hf. A steam table may be used to convert the enthalpy of saturated water Hf from the dome pressure PR . However, if the dome pressure P R is in the range of 60 to 75 Kg/cm 2 , the dome pressure P R and the enthalpy Hf of saturated water have the following relationship. Hf=294.8+1.244(P R −65) …(3) In this example, the dome pressure P R is calculated based on equation (3).
is converted into the enthalpy of saturated water Hf by a function generator 18. The enthalpy Hf of saturated water is calculated using calculator 1.
9 is input. Cooling water flow rate flowing through reactor core 1
Wc is determined from the cooling water flow rate W1 measured by the flow meter 26 attached to the jet pump 3. If n jet pumps 3 are arranged, the cooling water flow rate Wc is determined by nW1 . The cooling water flow rate W 1 is input to the multiplier 27, and is converted into the cooling water flow rate Wc (=nW 1 ) by the multiplier 27. Cooling water flow rate
Wc is input to the arithmetic unit 19. The steam flow rate W STM sent to the turbine 7 measured by the flow meter 28 attached to the main steam pipe 6 is determined by the computing unit 19
is input. In addition, the computing unit 19 has the core inlet enthalpy H IN predetermined by the setting unit 22.
is input. The predetermined value of core inlet enthalpy H IN is constant. Arithmetic unit 19
calculates the enthalpy of feed water H fw based on equation (2) using the input values of saturated water enthalpy Hf, cooling water flow rate Wc, steam flow rate W STM and core inlet enthalpy H IN . The details of this calculation will be explained with reference to FIG. Wc and W STM are input to the divider 29, and (Wc/W
STM ) is output. (Wc/W STM ) is the multiplier 30
is input. The multiplier 30 is inputted by Hf.
Outputs Hf (Wc/W STM ). Hf and Hf (Wc/W
STM ) is input to the adder 31. The adder 31 is
Outputs Hf (1-Wc/W STM ). Adder 31
The output of is input to the adder 32. Multiplier 33
inputs H IN and the output (Wc/W STM ) of the divider 29, and outputs H IN (Wc/W STM ) as an output. This output H IN (Wc/ WSTM ) is input to the adder 32. As the output of the adder 32, H fw [=Hf(1-
Wc/W STM )+H IN (Wc/W STM )] is obtained.
In this example, the enthalpy H IN at the core inlet set by the setting device 22 is 293 cal/g. Therefore, the output Hfw of the adder 32 is [Hf(1-
Wc/W STM )+293(Wc/W STM )]. H fw
is input to an adder 20 shown in FIG. The adder 20 also receives the feed water temperature Tfw measured by the thermometer 34 . As mentioned above, the feed water is high-pressure subcooled water and the proportionality value is close to 1.0, so there is a slight difference from the actual enthalpy, but it can be considered that the enthalpy value of the feed water is the same as the value of the feed water temperature Tfw. good. That is, if the feed water temperature is 200°C, the enthalpy of the feed water is approximately 200 cal/g. An accurate value for the feed water enthalpy can be obtained by determining the feed water enthalpy corresponding to the feed water temperature using a steam table. However, the thermometer 34 can be said to be a type of enthalpy detection means for the supplied water. Adder 2
ΔHfw (=Hfw−Tfw) is output from 0. Δ
Hfw is input to the function generator 21. The function generator 21 outputs an output V corresponding to ΔHfw. That is, the function generator 21 outputs a signal to open the flow control valve 15 if ΔHfw is a positive value, and a signal to close the flow control valve 15 if ΔHfw is a negative value. The output V of the function generator 21 is transmitted to the amplifier 23
The voltage is amplified and raised to the voltage required to start the motor 35 that opens and closes the flow control valve 15. The motor 35 is driven by the output of the amplifier 23, and the flow control valve 15 is opened and closed. For example, Δ
When Hfw is a positive value, the motor 35
The opening degree of the flow control valve 15 increases. The amount of steam supplied to the feedwater heater 10 through the bleed pipe 14 increases. The temperature of the feed water heated by the feed water heater 10 rises, and the enthalpy of the feed water increases. If ΔHfw is a negative value,
Conversely, the opening degree of the flow control valve 15 becomes smaller, and the amount of steam supplied to the feed water heater 10 decreases. The temperature of the feed water decreases, and the enthalpy of the feed water also decreases.
Varying the flow rate of steam extracted is to adjust the amount of heat added to the feed water by the steam. When the amount of steam extracted decreases, the amount of heat added to the feedwater by the steam supplied to the feedwater heater 10 decreases. By adjusting the enthalpy of the feed water in this way, the enthalpy H IN at the inlet of the reactor core is approximately
It becomes 293cal/g. The void distribution in the reactor core 1 at a reactor power of 49.1% has the characteristics shown in FIG. 7, and the power distribution in the reactor core 1 has the characteristics shown in FIG. According to this embodiment, even during partial loads such as startup, the output distribution can be flattened, and the linear heat output density can be significantly reduced to 5.8 kw/ft. Therefore, the rate of increase in output due to control rod withdrawal can be increased, so in Fig. 1, output increases due to increase in cooling water flow rate, output decreases due to decrease in cooling water flow rate, and output increase up to point A due to control rod withdrawal. The number of process repetitions can be reduced. Therefore, the time required to start up the nuclear reactor can be shortened.
The time required to start up the reactor can be shortened while maintaining the integrity of the fuel rods, and the procedure for withdrawing the control rods can be simplified. FIG. 11 shows the temporal changes in the reactor output at startup and the flow rate of cooling water in the core according to this embodiment (enthalpy at the core inlet: 293 cal/g) in comparison with the conventional method. The horizontal axis shows the elapsed time (days) after startup, and the vertical axis shows the reactor output (%) and the cooling water flow rate (%) in the reactor core. Characteristics K and L
1 and 2 respectively indicate the reactor output and the cooling water flow rate of the reactor core in this example. The characteristics M and N are
The figures show the reactor output and the cooling water flow rate in the core of the conventional method, respectively. In this embodiment, since the linear heat power density is reduced during partial power as described above, the time required to withdraw the control rod is negligibly small compared to the conventional method. In addition, in this example, since the power distribution is constant in each operating state, it is possible to increase the slope of the power increase due to the increase in the flow rate of cooling water in the core, and the time required to achieve the rated power is 2.25 days. It is. On the other hand, with the conventional method, it takes 1.25 days to increase the output by withdrawing the control rods, and 3.92 days to increase the output by increasing the flow rate of cooling water in the core, resulting in a total of 5.17 days required to achieve the rated output. This example allows the reactor power to be increased to the rated power in half the time of the conventional method.
It can greatly contribute to improving the utilization rate of BWR plants. Moreover, if this operation control method is used, the output distribution can be flattened under various operating conditions, so that the axial distribution of xenon concentration can also be flattened. Therefore,
Even in the case of output fluctuations such as during load-following control operation, the integrity of the fuel rods can be maintained, contributing to safe operation. Furthermore, when the flow rate of cooling water is low, the average void fraction in the reactor core increases and the reactor power decreases, so it is possible to have a wider range of power fluctuations than in the conventional method, which provides flexibility for power fluctuation operation. has the advantage of increasing sex. The function of the feed water temperature control device 17 can also be performed by a computer. Hfw and Tfw in adder 20
The opening degree of the flow control valve 15 may be adjusted according to the value of Hfw without determining the deviation of Hfw. As described above, the boiling water reactor operation control method and device of the present invention can reduce the time required to increase the reactor output to a predetermined maximum output in a BWR, and increase the utilization rate of the BWR plant. This has great industrial effects.
第1図は炉心部の冷却水流量と原子炉出力との
関係でBWRの起動時における原子炉出力の上昇
の過程を示す特性図、第2図は炉心部の冷却水流
量と炉心部入口における冷却水のサブクーリング
との関係を示す特性図、第3図は従来のBWRの
運転制御方法における炉心部の軸方向の相対出力
分布を示す特性図、第4図は従来の運転制御方法
における炉心部の軸方向のボイド率の分布を示す
特性図、第5図はBWRの部分出力時における炉
心部入口の冷却水のエンタルピと出力ピーキング
および原子炉出力との関係を示す特性図、第6図
は本発明のBWRの運転制御方法における炉心部
軸方向の相対出力分布を示す特性図、第7図は本
発明のBWRの運転制御方法における炉心部軸方
向のボイド率分布を示す特性図、第8図は本発明
の一実施例を適用したBWRプラントの系統図、
第9図は第8図の給水温度制御装置の詳細系統
図、第10図は第9図の演算器のハード構成図、
第11図は原子炉起動後の経過時間と炉心部の冷
却水流量と原子炉出力の関係を示す特性図であ
る。
1……炉心部、2……原子炉圧力容器、3……
ジエツトポンプ、4……再循環配管、5……再循
環ポンプ、6……主蒸気管、7……タービン、8
……復水器、9……脱塩器、10……給水加熱
器、11……給水ポンプ、12……給水管、13
……給水スパージヤ、14……抽気配管、15…
…流量調節弁、16……ドレン配管、17……給
水温度制御装置、18……関数発生器、19……
演算器、20……加算器、21……関数発生器、
22……設定器、23……増幅器、24……制御
棒、25……圧力計、26……流量計、27……
掛算器、28……容器計、29……割算器、30
……掛算器、31……加算器、32……加算器、
33……掛算器、34……温度計、35……モー
タ。
Figure 1 is a characteristic diagram showing the process of increase in reactor power during BWR startup in terms of the relationship between the cooling water flow rate in the core and the reactor output. A characteristic diagram showing the relationship between cooling water and subcooling. Figure 3 is a characteristic diagram showing the relative power distribution in the axial direction of the core in the conventional BWR operation control method. Figure 4 is a characteristic diagram showing the relative power distribution in the axial direction of the core in the conventional BWR operation control method. Figure 5 is a characteristic diagram showing the distribution of void fraction in the axial direction of the BWR, and Figure 6 is a characteristic diagram showing the relationship between enthalpy of cooling water at the core inlet, power peaking, and reactor output during BWR partial power. 7 is a characteristic diagram showing the relative power distribution in the axial direction of the core in the BWR operation control method of the present invention, FIG. 7 is a characteristic diagram showing the void fraction distribution in the axial direction of the core in the BWR operation control method of the present invention, Figure 8 is a system diagram of a BWR plant to which an embodiment of the present invention is applied;
Fig. 9 is a detailed system diagram of the feed water temperature control device shown in Fig. 8, Fig. 10 is a hardware configuration diagram of the computing unit shown in Fig. 9,
FIG. 11 is a characteristic diagram showing the relationship between the elapsed time after reactor startup, the flow rate of cooling water in the reactor core, and the reactor output. 1... Reactor core, 2... Reactor pressure vessel, 3...
Jet pump, 4... Recirculation piping, 5... Recirculation pump, 6... Main steam pipe, 7... Turbine, 8
... Condenser, 9 ... Desalination device, 10 ... Feed water heater, 11 ... Water supply pump, 12 ... Water supply pipe, 13
...Water supply spargeer, 14...Bleed air piping, 15...
...Flow rate control valve, 16...Drain piping, 17...Feed water temperature control device, 18...Function generator, 19...
Arithmetic unit, 20...adder, 21...function generator,
22...Setter, 23...Amplifier, 24...Control rod, 25...Pressure gauge, 26...Flowmeter, 27...
Multiplier, 28... Container total, 29... Divider, 30
... Multiplier, 31 ... Adder, 32 ... Adder,
33... Multiplier, 34... Thermometer, 35... Motor.
Claims (1)
の炉心部を流れる冷却水の流量及び前記原子炉容
器からタービンに供給される蒸気の流量を測定し
加熱給水が前記原子炉容器に供給される沸騰水型
原子炉の運転制御方法において、前記給水温度を
測定し、かつ前記炉心部の入口における前記冷却
水のエンタルピをあらかじめ設定し、前記の測定
及び設定された値から望ましい給水温度が計算さ
れ、給水温度を前記の望ましい値に制御すること
を特徴とする沸騰水型原子炉の運転制御方法。 2 原子炉容器内の蒸気圧力を測定する第1測定
手段、前記原子炉容器内の炉心部を流れる冷却水
の流量を測定する第2測定手段、前記原子炉容器
からタービンに供給される蒸気の流量を測定する
第3の測定手段、前記炉心部の入口における前記
冷却水のエンタルピを設定する設定手段および前
記原子炉容器内に供給される給水のエンタルピを
調節する手段を設け、前記第1、第2および第3
の測定手段によつて測定された前記圧力、前記冷
却水流量および前記蒸気流量および前記設定手段
で設定された前記冷却水のエンタルピに基づい
て、 Hfw =Hf(1−Wc/WSTM)+HIN(Wc/WSTM
) ここで、 Hfw:給水のエンタルピ(cal/g) Hf:飽和冷却水のエンタルピ(cal/g) Wc:炉心部の冷却水流量(t/h) WSTM:タービンに送られる蒸気流量(t/
h) HIN:炉心部入口のエンタルピ(cal/g) の関係を満足するように前記給水エンタルピ調節
手段を制御することを特徴とする沸騰水型原子炉
の運転制御方法。 3 原子炉容器内に配列する原子炉炉心部、前記
原子炉容器に接続する給水系及びタービンを有
し、該給水系は前記原子炉容器にフイードバツク
される給水の加熱器を有しており、前記原子炉容
器のドーム圧力PRを測定する第一の測定器と、
炉心部の冷却水流量Wcを測定する第二の測定器
と、前記タービンへ送られる蒸気流量WSTMを測
定する第三の測定器を有している沸騰水型原子炉
の運転制御装置において、前記炉心部の入口にお
ける給水温度Tを測定する第四の測定器と、蒸気
圧力WR、冷却水流量Wc、蒸気流量WSTM、同様
に前記炉心部入口の冷却水のエンタルピHINが、
これらの値によつて原子炉容器の熱平衡における
望ましい給水温度Tsを計算する演算器に与えら
れ、測定された温度Tと望ましい温度Tsが比較
器に与えられ、該比較器の出力によつて前記加熱
器を調節する調節器とが設けられていることを特
徴とする沸騰水型原子炉の運転制御装置。[Scope of Claims] 1. The steam pressure in the reactor vessel, the flow rate of cooling water flowing through the reactor core in the reactor vessel, and the flow rate of steam supplied from the reactor vessel to the turbine are measured, and the heated feed water is In a method for controlling the operation of a boiling water reactor supplied to a reactor vessel, the temperature of the feed water is measured, the enthalpy of the cooling water at the inlet of the reactor core is set in advance, and the measured and set value is set. A method for controlling operation of a boiling water reactor, characterized in that a desirable feed water temperature is calculated from the above, and the feed water temperature is controlled to the desired value. 2. A first measuring means for measuring the steam pressure in the reactor vessel, a second measuring means for measuring the flow rate of cooling water flowing through the reactor core in the reactor vessel, and a second measuring means for measuring the flow rate of the cooling water flowing through the reactor core in the reactor vessel; a third measuring means for measuring the flow rate, a setting means for setting the enthalpy of the cooling water at the inlet of the reactor core, and a means for adjusting the enthalpy of the feed water supplied into the reactor vessel; 2nd and 3rd
Based on the pressure measured by the measuring means, the cooling water flow rate and the steam flow rate, and the enthalpy of the cooling water set by the setting means, H fw = Hf (1-Wc/W STM ) + H IN (Wc/W STM
) Here, H fw : Enthalpy of feed water (cal/g) Hf : Enthalpy of saturated cooling water (cal/g) Wc : Flow rate of cooling water in the reactor core (t/h) W STM : Flow rate of steam sent to the turbine ( t/
h) A method for controlling the operation of a boiling water reactor, characterized in that the feed water enthalpy adjusting means is controlled so as to satisfy the relationship: H IN :enthalpy at the core inlet (cal/g). 3. A nuclear reactor core arranged in a reactor vessel, a water supply system and a turbine connected to the reactor vessel, the water supply system having a heater for feed water fed back to the reactor vessel, a first measuring device for measuring the dome pressure PR of the reactor vessel;
An operation control device for a boiling water reactor, comprising a second measuring device for measuring a cooling water flow rate Wc in the reactor core and a third measuring device measuring a steam flow rate W STM sent to the turbine, A fourth measuring device for measuring the feed water temperature T at the inlet of the reactor core, steam pressure W R , cooling water flow rate Wc, steam flow rate W STM , and similarly the enthalpy H IN of the cooling water at the inlet of the reactor core,
These values are given to a computing unit that calculates the desired feed water temperature Ts in thermal equilibrium of the reactor vessel, the measured temperature T and the desired temperature Ts are given to a comparator, and the output of the comparator is used to calculate the 1. An operation control device for a boiling water reactor, characterized in that it is provided with a controller for adjusting a heater.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12799978A JPS5555296A (en) | 1978-10-18 | 1978-10-18 | Method and device for controlling operation of bwr type reactor |
US06/085,686 US4400343A (en) | 1978-10-18 | 1979-10-17 | System and method for controlling operation of boiling water reactor |
SE7908615A SE500393C2 (en) | 1978-10-18 | 1979-10-17 | Device at a boiling water reactor to control the enthalpy of the cooling water at the inlet to the core |
DE2942013A DE2942013C2 (en) | 1978-10-18 | 1979-10-17 | Method and arrangement for regulating a boiling water reactor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12799978A JPS5555296A (en) | 1978-10-18 | 1978-10-18 | Method and device for controlling operation of bwr type reactor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5555296A JPS5555296A (en) | 1980-04-23 |
JPS6150278B2 true JPS6150278B2 (en) | 1986-11-04 |
Family
ID=14973945
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12799978A Granted JPS5555296A (en) | 1978-10-18 | 1978-10-18 | Method and device for controlling operation of bwr type reactor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5555296A (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007232500A (en) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Hitachi Ltd | Operation method of nuclear reactor and nuclear power plant |
JP5452513B2 (en) * | 2011-01-27 | 2014-03-26 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | Reactor operation method |
-
1978
- 1978-10-18 JP JP12799978A patent/JPS5555296A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5555296A (en) | 1980-04-23 |
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