一种压水堆堆芯平衡循环24个月的换料方法与流程

本发明属于反应堆设计技术领域，涉及一种压水堆堆芯平衡循环24个月的换料方法。

背景技术：

在反应堆堆芯燃料管理中，在保证堆芯的安全性的基础上，提高核燃料的使用率、延长反应堆堆芯的换料周期，可以延长核电机组的使用寿期，减少停堆次数，从而有效的降低大修费用，提高核电机组能力因子，提升核电厂的经济性。

目前，由177组燃料组件构成的堆芯所采用的都是18个月换料的燃料管理策略。平衡循环每次更换68组4.45％的燃料组件，采用低泄漏装载。这样的管理策略虽然可以使堆芯的寿期长度达到475efpd，满足18个月换料的要求，但堆芯换料周期有进一步延长的现实需求。

技术实现要素：

本发明的目的是针对核电站安全设计的要求，提供一种压水堆堆芯平衡循环24个月的换料方法，以延长压水堆堆芯平衡循环的周期。

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堆芯平衡循环24个月的换料方法，所述的换料方法是每次更换堆芯170-180组燃料组件中的90-95组燃烧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，而将已经燃烧过的燃料组件置于堆芯的其他位置，所述的更换每24个月进行一次。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种压水堆堆芯平衡循环24个月的换料方法，其中所述的换料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堆芯平衡循环24个月的换料方法，其中所述的新燃料组件的²³⁵u富集度为4.8-5.0％。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种压水堆堆芯平衡循环24个月的换料方法，其中每组所述的燃料组件中用燃料棒代替中心仪表管。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种压水堆堆芯平衡循环24个月的换料方法，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堆芯平衡循环24个月的换料方法，其中压水堆堆内探测仪表放置在离所述的燃料组件中心最近的导向管内。

为了提升堆芯的核燃料装载量，达到24个月换料的堆芯装载，每个燃料组件都取消了燃料组件中心仪表管，采用燃料棒进行代替，而将堆内的核测量仪表放置在离燃料组件中心最近的导向管内，提高了堆芯的核燃料装载量。采用该方法后，堆芯额外增加了相当于0.67个原采用的核燃料组件的核燃料装载量。由燃料组件组成的堆芯中，布置了控制棒的位置不会布置堆内探测仪表，反之亦然。因此导向管既作为控制棒插入的位置，又作为放置探测仪表的位置，故取消仪表管不会导致燃料组件不可用。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种压水堆堆芯平衡循环24个月的换料方法，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堆芯平衡循环24个月的换料方法，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堆芯平衡循环24个月的换料方法，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堆芯平衡循环24个月的换料方法，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。

24个月换料的平衡循环堆芯，堆芯寿期初的剩余反应性很大，功率峰因子也较高。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。含钆燃料芯块中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富集度要低，其富集度为周围燃料富集度的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堆芯平衡循环24个月的换料方法，其中所述的燃料组件的总数为177组，每次更换其中92组燃烧时间最长的燃料组件为新燃料组件。

本发明的有益效果在于，利用本发明的换料方法，通过增加新燃料组件数、提升²³⁵u富集度、添加堆芯核燃料装载量，以及采用含钆燃料组件，可将压水堆堆芯平衡循环的周期由18个月增加到24个月，从而实现寿期长度为24个月的平衡循环换料装载。

其中，新燃料组件中，采用燃料棒代替燃料组件中的仪表管，有效提高了堆芯核燃料的装载量；采取了低泄漏的转载模式，将经过辐照的燃料组件放置在堆芯最外圈，将含钆燃料棒较少的燃料组件布置在堆芯次外圈，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；通过采用含钆燃料组件，实现了堆芯反应性的控制，降低了硼浓度，防止了堆芯出现温度正反馈，又降低了功率峰因子，实现了功率展平的效果。通过上述方法，得到的177组燃料组件堆芯的平衡循环装载，寿期长度达到646efpd。

附图说明

图1为示例性的本发明的换料方法中新燃烧组件中不含钆的燃料棒、含钆的燃料棒、导向管的分布图，其中内部标有数字1的方块代表不含钆的燃料棒，内部标有数字2的方块代表含钆的燃料棒(共计8根)，内部标有数字3的方块代表导向管。

图2为示例性的本发明的换料方法在换料后燃烧组件的分布图，其中黑色方块代表已经燃烧(辐照)过的燃料组件，白色方块代表新燃烧组件，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堆芯平衡循环24个月的换料方法中，构成压水堆堆芯的燃料组件共包括177组。每次采用低泄漏装载模式更换其中92组燃烧时间最长的燃料组件为新燃料组件(其中²³⁵u富集度为4.95％，较常规有所提高)，从而使反应堆堆芯平衡循环的循环长度达到24个月换料长度。

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。示例性的新燃烧组件中不含钆的燃料棒、含钆的燃料棒、导向管的分布如图1所示。

燃料组件取消了中心仪表管的位置，代之以燃烧棒，且堆内探测仪表放置在离燃料组件中心最近的导向管内。177组燃料组件组成堆芯中，布置了控制棒的位置不会布置堆内探测仪表，反之亦然。因此导向管既作为控制棒插入的位置，又作为放置探测仪表的位置，因此取消仪表管不会导致燃料组件不可用。

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4.95％；周围不含钆燃料棒的³⁵u富集度为3.0％(为含钆燃料棒的61％)。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五种类型：含8、12、16、20、24根含钆燃料棒的新燃料组件。

在更换燃料组件时，将已经燃烧(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。

示例性的本发明的换料方法在换料后燃烧组件的分布如图2所示。图2中横坐标从右往左依次由a至r排列，纵坐标从上往下依次由1至15排列，在平衡循环堆芯中，次外圈位置，即：b05、b06、b07、b08、b09、b10、b11、c04、c12、d03、d12、e02、e14、f02、f03、f13、f14、g02、g14、h02、h14、j02、j14、k02、k14、l02、l14、m03、m13、n04、n12、p05、p06、p07、p08、p09、p10、p11布置有包括8根或者16根含钆燃料棒的新燃料组件，在靠近堆芯中心位置的f07、f09、g06、g08、g10、h07、h09、j06、j08、j10、k07、k09布置有包括24含钆燃料棒的新燃料组件。

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。平衡循环的燃料管理计算结果如下表1所示，平衡循环的中子学参数计算结果如下表2所示。

表1平衡循环的燃料管理计算结果

表2平衡循环的中子学参数计算结果

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和表2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。

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。