一种超临界水堆燃料组件及堆芯的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及核反应堆设计技术领域，尤其涉及一种超临界水堆燃料组件及堆芯。
【背景技术】
[0002] 超临界水冷堆（SCWR)是近年来发展较为迅速的第四代核能系统，具有机组热效率 高、系统简化等突出优点。其热效率高达44%左右，在经济性上，相比其他反应堆具有很大 的优势。
[0003] 背景文件1 (《超临界水冷堆CSR1000堆芯初步概念设计》，核动力工程，2013， 34 (1) :9-14)提出了具有中国自主知识产权的百万千瓦级超临界水堆设计概念CSR1000,超 临界水堆CSR1000采用单水棒、组合式方形燃料组件，在保证燃料棒均匀慢化的同时简化 组件结构；堆芯冷却剂流动方案为双流程，以提高堆芯流动稳定性及平均出口温度；堆芯 采用157盒燃料组件、高泄漏换料模式。
[0004] 背景文件1提出的CSR1000燃料组件及堆芯方案，采用结构设计较为简单的单水 棒、组合式方形燃料组件，慢化剂和冷却剂分流简单；采用157盒组件、3批次高泄漏换料模 式、新组件富集度为5. 6%、平衡循环堆芯寿期为350EFPD、平均卸料燃耗32709Mffd/tU，该方 案满足CSR1000堆芯设计的基本要求，但仍存在以下不足： 1. 燃料组件内功率分布不够均匀，组件功率峰值因子PPF寿期内最大值为1. 11 ; 2. 燃料组件可达到的理论卸料燃耗较低，仅约40000Mffd/tU，不能满足更长堆芯换料 周期(如至少18个月换料）的要求； 3. 堆芯平均卸料燃耗较低，堆芯寿期较短，仅为350EFPD。
[0005] 综上所述，本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上 述技术至少存在如下技术问题： 在现有技术中，现有超临界水堆堆芯设计存在燃料组件内功率分布不够均匀、燃料组 件理论卸料燃耗低、堆芯寿期短的技术问题。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种超临界水堆燃料组件及堆芯，解决了现有超临界水堆堆芯设计 存在燃料组件内功率分布不够均匀、燃料组件理论卸料燃耗低、堆芯寿期短的技术问题，实 现了延长堆芯寿期，提高反应堆的经济性，同时降低组件功率峰因子，提高反应堆的安全性 的技术效果。
[0007] 为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种超临界水堆燃料组件，所述燃料 组件内采用径向3区富集度布置，所述燃料组件包括： 慢化剂水棒、4根5. 6%富集度的燃料棒、20根7. 5%富集度的燃料棒、32根8. 26%富集 度的燃料棒，其中，所述燃料组件的横截面为长方形状，在所述燃料组件的横截面第一长方 形中，所述第一长方形内除慢化剂水棒外的区域均匀分布有56个栅元位置，每个栅元位置 处设有1燃料棒，其中，所述4根5. 6%富集度的燃料棒分别分布在所述第一长方形的四个 角点的栅元位置处，所述慢化剂水棒的中心与所述第一长方形的中心重合，每根5. 6%富集 度的燃料棒侧面均匀分布有2根7. 5%富集度的燃料棒，所述慢化剂水棒的四周均匀分布12 根7. 5%富集度的燃料棒，余下的每个栅元位置分别布置1根8. 26%富集度的燃料棒。
[0008] 其中，所述燃料组件的组件功率峰值因子PPF寿期内最大值为1. 04,且PPF维持 在1. 03至1. 04之间。
[0009] 其中，所述燃料组件内燃料棒平均富集度为7. 8%，所有燃料棒中布置含量1. 4%的 Er203可燃毒物。
[0010] 其中，所述燃料组件的卸料燃耗大于60000Mffd/tU。
[0011] 另一方面，本申请还提供了一种超临界水堆堆芯，所述堆芯装载157组权利要求 1-4中任一权项所述的燃料组件，所述堆芯采用17组共124束控制棒，轴向2区含有Er203 可燃毒物。
[0012] 其中，所述堆芯采用了Er203可燃毒物轴向分区设计，即可燃毒物Er203含量在轴 向上分为上下两区，上区1/5活性区高度Er203含量为1. 0%，下区4/5活性区高度Er203含 量为1. 5%，全堆芯燃料中初始Er203平均含量为1. 4%，全堆芯共布置124束控制棒，分为17 组，其中安全棒共28束。
[0013] 本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点： 由于采用了将超临界水堆燃料组件，所述燃料组件内采用径向3区富集度布置，设计 为包括：慢化剂水棒、4根5. 6%富集度的燃料棒、20根7. 5%富集度的燃料棒、32根8. 26%富 集度的燃料棒，其中，所述燃料组件的横截面为长方形状，在所述燃料组件的横截面第一长 方形中，所述第一长方形内除慢化剂水棒外的区域均匀分布有56个栅元位置，每个栅元位 置处设有1燃料棒，其中，所述4根5. 6%富集度的燃料棒分别分布在所述第一长方形的四 个角点的栅元位置处，所述慢化剂水棒的中心与所述第一长方形的中心重合，每根5. 6%富 集度的燃料棒侧面均匀分布有2根7. 5%富集度的燃料棒，所述慢化剂水棒的四周均匀分布 12根7. 5%富集度的燃料棒，余下的每个栅元位置分别布置1根8. 26%富集度的燃料棒的技 术方案，本设计方案解决了超临界水堆组件由于慢化不均匀导致的组件内功率分布不均匀 的问题，通过在慢化最充分的所述第一长方形的四个角点栅元位置布置富集度最低的5. 6% 富集度燃料棒，在慢化较为充分的5. 6%富集度燃料棒侧面以及慢化剂水棒四周布置富集 度较低的7. 5%富集度燃料棒，在慢化最不充分的余下栅元位置布置富集度最高的8. 26% 富集度燃料棒，有效地降低了慢化充分的栅元位置功率并提高了慢化不充分的栅元位置功 率，从而使燃料组件内功率分布均匀且随燃耗变化平缓，有效提高了反应堆的安全性，可获 得较深的卸料燃耗，满足更长堆芯换料周期的要求，堆芯平均卸料燃耗深，燃耗寿期长，显 著提高了反应堆的经济性，所以，有效解决了现有超临界水堆堆芯设计存在燃料组件内功 率分布不够均匀、燃料组件理论卸料燃耗低、堆芯寿期短的技术问题，进而实现了延长堆芯 寿期，提高反应堆的经济性，同时降低组件功率峰因子，提高反应堆的安全性的技术效果。
【附图说明】
[0014]图1为背景文件中2区富集度燃料组件组成示意图； 图2为本申请实施例中3区富集度燃料组件组成示意图； 图3为2种富集度与3种富集度的组件功率峰值因子比较示意图； 图4为2种富集度与3种富集度的组件无限增殖因子比较示意图； 图5为本申请实施例中堆芯径向布置示意图； 图6为本申请实施例中堆芯控制棒布置示意图； 图7为本申请实施例中全提棒工况堆芯Keff随燃耗变化示意图 图8为本申请实施例中堆芯寿期末燃耗分布示意图。
【具体实施方式】
[0015] 本发明提供了一种超临界水堆燃料组件及堆芯，解决了现有超临界水堆堆芯设计 存在燃料组件内功率分布不够均匀、燃料组件理论卸料燃耗低、堆芯寿期短的技术问题，实 现了延长堆芯寿期，提高反应堆的经济性，同时降低组件功率峰因子，提高反应堆的安全性 的技术效果。
[0016] 本申请实施中的技术方案为解决上述技术问题。总体思路如下： 采用了将超临界水堆燃料组件，所述燃料组件内采用径向3区富集度布置，设计为包 括：慢化剂水棒、4根5. 6%富集度的燃料棒、20根7. 5%富集度的燃料棒、32根8. 26%富集 度的燃料棒，其中，所述燃料组件的横截面为长方形状，在所述燃料组件的横截面第一长方 形中，所述第一长方形内除慢化剂水棒外的区域均匀分布有56个栅元位置，每个栅元位置 处设有1燃料棒，其中，所述4根5. 6%富集度的燃料棒分别分布在所述第一长方形的四个 角点的栅元位置处，所述慢化剂水棒的中心与所述第一长方形的中心重合，每根5. 6%富集 度的燃料棒侧面均匀分布有2根7. 5%富集度的燃料棒，所述慢化剂水棒的四周均匀分布12 根7. 5%富集度的燃料棒，余下的每个栅元位置分别布置1根8. 26%富集度的燃料棒的技 术方案，本设计方案解决了超临界水堆组件由于慢化不均匀导致的组件内功率分布不均匀 的问题，通过在慢化最充分的所述第一长方形的四个角点栅元位置布置富集度最低的5. 6% 富集度燃料棒，在慢化较为充分的5. 6%富集度燃料棒侧面以及慢化剂水棒四周布置富集 度较低的7. 5%富集度燃料棒，在慢化最不充分的余下栅元位置布置富集度最高的8. 26% 富集度燃料棒，有效地降低了慢化充分的栅元位置功率并提高了慢化不充分的栅元位置功 率，从而使燃料组件内功率分布均匀且随燃耗变化平缓，有效提高了反应堆的安全性，可获 得较深的卸料燃耗，满足更长堆芯换料周期的要求，堆芯平均卸料燃耗深，燃耗寿期长，显 著提高了反应堆的经济性，所以，有效解决了现有超临界水堆堆芯设计存在燃料组件内功 率分布不够均匀、燃料组件理论卸料燃耗低、堆芯寿期短的技术问题，进而实现了延长堆芯 寿期，提高反应堆的经济性，同时降低组件功率峰因子，提高反应堆的安全性的技术效果。
[0017] 为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上 述技术方案进行详细的说明。
[0018] 实施例一： 在实施例一中，提供了一种超临界水堆燃料组件，请参考图1-图8,所述燃料组件内采 用径向3区富集度布置，所述燃料组件包括： 慢化