一种压水堆堆芯换料长周期燃料管理方法及应用与流程

1.本发明涉及压水堆核电厂反应堆技术领域，具体涉及一种压水堆堆芯换料长周期燃料管理方法及应用。


背景技术：

2.核压水堆堆芯燃料管理，一般指从首循环到平衡循环堆芯，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，使得压水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。
3.目前全世界在役核电厂的主流循环长度均在18个月左右，在美国有少数几个应用了24个月换料策略的核电厂，都是上世纪70年代启用反应堆功率相对较低的核电厂，其线功率密度一般在145～170w/cm之间。而针对百万千瓦级功率的核电厂压水堆堆芯，由于线功率密度较高和富集度的限制，导致24个月的换料策略成本高，24个月的换料方式的燃料经济性指标还不如18个月换料。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是现有的压水堆堆芯换料长周期燃料管理方法成本高，经济性低，导致对于大型核电厂压水堆堆芯，长周期换料方式无法得到广泛应用。目的在于提供一种压水堆堆芯换料长周期燃料管理方法及应用，实现平衡循环24个月换料周期，并在堆芯达到平衡后，每批燃料组件的平均批卸料燃耗相对同堆型电厂目前18个月燃料设计大幅度提高，燃料利用率显著提升。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.本发明的第一个目的是提供一种压水堆堆芯换料长周期燃料管理方法，平衡循环换料采用超过5％富集度的新燃料组件，每次换料的新燃料组件数量小于等于所述堆芯组件数的1/2；平衡循环为24个月换料周期。
7.可选地，所述堆芯用轻水冷却和慢化，冷却剂中含有可溶性硼。
8.可选地，所述堆芯的平衡循环采用极低泄漏装载方式。
9.可选地，换料时所述新燃料组件与燃耗较浅的燃料组件置于堆芯的内区并交叉摆放，燃耗较深的燃料组件置于堆芯的最外圈。
10.可选地，所述新燃料组件的富集度有一种或多种。
11.可选地，所述新燃料组件的富集度可以为5.45％和/或5.95％。
12.可选地，每个所述新燃料组件按17
×
17的阵列布置，内装有264根燃料棒，24根导向管和一根堆内测量仪表管；
13.所述新燃料组件中的载钆燃料棒的数量为4根或8根或12根或16根或20根或24根。
14.可选地，所述新燃料组件中的uo
2-gd2o3燃料芯块中u-235富集度为2.5％，gd2o3的重量百分比为10％。
15.本发明的第二个目的是提供上述燃料管理方法的应用，用于各种主流堆型的压水堆长周期燃料管理设计。
16.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
17.本发明提供的一种压水堆堆芯换料长周期燃料管理方法，在平衡循环采用超过5％富集度的新燃料组件换料，且每次换料组件的数量均不超过堆芯组件数的1/2，平衡循环采用24个月换料周期，可以有效提高燃料经济性，实现燃料经济性好的24个月换料周期的燃料管理方法，实现针对于各种主流堆型的大型压水堆核电厂的24个月换料方式的广泛应用。
具体实施方式
18.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，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。
19.在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
20.在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。
21.实施例
22.由于现在的压水堆堆芯换料长周期燃料管理方法成本高，经济性低，导致对于大型核电厂压水堆堆芯，长周期换料方式无法得到广泛应用。
23.为了解决以上问题，本发明实施例提供了一种压水堆堆芯换料长周期燃料管理方法，采用如下技术方案：一种压水堆堆芯换料长周期燃料管理方法，平衡循环换料采用超过5％富集度的新燃料组件，每次换料的新燃料组件数量小于等于所述堆芯组件数的1/2；平衡循环为24个月换料周期。
24.对于压水堆堆芯，采用超过5％富集度的新燃料组件换料，可以有效提高燃料经济性，且每次换料组件的数量均不超过堆芯组件数的1/2，平衡循环采用24个月换料周期，实现燃料经济性好的24个月换料周期的燃料管理方法，实现针对于大型核电厂的24个月换料方式的广泛应用。
25.进一步地，所述堆芯用轻水冷却和慢化，冷却剂中含有可溶性硼。
26.进一步地，所述堆芯的过渡循环、平衡循环采用极低泄漏装载方式。
27.进一步地，换料时所述新燃料组件与燃耗较浅的燃料组件置于堆芯的内区并交叉摆放，燃耗较深的燃料组件置于堆芯的最外圈。
28.进一步地，所述新燃料组件的富集度为一种或多种。
29.进一步地，所述新燃料组件的富集度有多种，优选地，所述新燃料组件的富集度为5.45％和/或5.95％。
30.进一步地，每个所述新燃料组件按17
×
17的阵列布置，内装有264根燃料棒，24根导向管和一根堆内测量仪表管。
31.进一步地，所述新燃料组件中的载钆燃料棒的数量为4根或8根或12根或16根或20根或24根。
32.进一步地，所述新燃料组件中的uo
2-gd2o3燃料芯块中u-235富集度为2.5％，gd2o3的重量百分比为10％。
33.本发明实施例提供的一种压水堆堆芯换料长周期燃料管理方法，换料时采用富集度大于5％的新燃料组件，且换料组件不超过全堆组件的1/2，并合理设计堆芯的装载方式、新燃料组件的富集度、新燃料组件中燃料棒的布置方式、新燃料组件中uo
2-gd2o3燃料芯块的富集度及毒物的重量，应用于大型压水堆核电厂，克服了大型核电厂压水堆堆芯在线功率密度高和富集度的限制，降低了24个月换料周期的成本；每批燃料组件的平均批卸料燃耗相对同堆型电厂目前18个月燃料设计大幅提高，燃料利用率显著提升，电厂可利用率显著增加。
34.实施例1
35.本实施例是针对一个一百万千瓦级核电厂反应堆堆芯，该堆芯由157个燃料组件构成。堆芯用轻水冷却和慢化，冷却剂中含有可溶性硼。
36.该方案每循环装入72个富集度为5.95％的新燃料组件，布置在堆芯内部。堆芯最外圈放置燃耗过多个循环的旧燃料组件，堆芯内圈的已燃耗过的燃耗较浅的旧燃料组件与新燃料组件交叉摆放，形成极低泄漏装载方式。
37.每个新燃料组件按17
×
17的阵列布置，内装有264根燃料棒，24根导向管和一根堆内测量仪表管。固体可燃毒物使用钆，uo
2-gd2o3燃料芯块中u-235富集度为2.5％、gd2o3的重量百分比为10％。新燃料组件中载钆燃料棒的典型数量为4根、8根、12根、16根、20根或24根。
38.如下表1为100万千瓦机组157堆芯的平衡循环在18个月、24个月换料周期的燃料管理方案对比。可知，采用本实施例所述的堆芯燃料管理方法可以实现平衡循环24个月长周期换料设计，平衡循环的循环长度大于649等效满功率天，电厂可利用率达93％以上；燃料组件批卸料燃耗比同堆芯18个月换料的最高批卸料燃耗提高了12gwd/tu以上，最大卸料组件平均燃耗低于62gwd/tu。
39.表1 100万千瓦机组157堆芯不同换料周期的燃料管理方案比较
[0040][0041]
实施例2
[0042]
本实施例是针对一个六十万千瓦级核电厂反应堆堆芯，该堆芯由121个燃料组件构成。堆芯用轻水冷却和慢化，冷却剂中含有可溶性硼。
[0043]
该方案每循环装入56个富集度为5.45％的新燃料组件，布置在堆芯内部。堆芯最外圈放置燃耗过多个循环的旧燃料组件。堆芯内圈的已燃耗过的燃耗较浅的旧燃料组件与新燃料组件交叉摆放，形成极低泄漏装载方式。
[0044]
每个新燃料组件按17
×
17的阵列布置，内装有264根燃料棒，24根导向管和一根堆内测量仪表管。固体可燃毒物使用钆，uo
2-gd2o3燃料芯块中u-235富集度为2.5％、gd2o3的重量百分比为10％。新燃料组件中载钆燃料棒的典型数量为4根、8根、12根、16根、20根或24根。
[0045]
如下表2为60万千瓦机组121个燃料组件的堆芯的平衡循环18个月、24个月换料周期的燃料管理方案对比。由表2可知，采用本实施例所述的堆芯燃料管理方法可以实现24个月长周期换料设计，平衡循环的循环长度为692等效满功率天，电厂可利用率达93％以上；燃料组件批卸料燃耗约52gwd/tu，比同堆芯18个月换料的最高批卸料燃耗提高了5gwd/tu左右，最大卸料组件平均燃耗低于58gwd/tu。
[0046]
表2 60万千瓦机组121堆芯不同换料周期的燃料管理方案比较
[0047][0048][0049]
实施例3
[0050]
本实施例是针对一个百万千瓦级核电厂反应堆堆芯，该堆芯由177个燃料组件构成。堆芯用轻水冷却和慢化，冷却剂中含有可溶性硼。
[0051]
该方案每循环装入80个新燃料组件，其中新燃料组件包括两种富集度，分别为5.45％、5.95％，富集度为5.45％的新燃料组件为4个，富集度为5.95％的新燃料组件为76个，新燃料组件布置在堆芯内部。堆芯最外圈放置燃耗过多个循环的旧燃料组件。堆芯内圈的已燃耗过的燃耗较浅的旧燃料组件与新燃料组件交叉摆放，形成极低泄漏装载方式。
[0052]
每个新燃料组件按17
×
17的阵列布置，内装有264根燃料棒，24根导向管和一根堆内测量仪表管。固体可燃毒物使用钆，uo
2-gd2o3燃料芯块中u-235富集度为2.5％、gd2o3的重量百分比为10％。新燃料组件中载钆燃料棒的典型数量为4根、8根、12根、16根、20根或24根。
[0053]
如下表3为100万千瓦机组177个燃料组件的堆芯的平衡循环18个月、24个月换料周期的燃料管理方案对比。由表3可知，采用本实施例所述的堆芯燃料管理方法可以实现24个月长周期换料设计，平衡循环的循环长度为665等效满功率天，电厂可利用率达到93％以上；燃料组件批卸料燃耗约58gwd/tu，比同堆芯18个月换料的最高批卸料燃耗提高了10gwd/tu左右，最大卸料组件平均燃耗低于62gwd/tu。
[0054]
表3 100万千瓦机组177堆芯不同换料周期的燃料管理方案比较
[0055][0056]
其中，各表中的电厂可利用率按“循环长度/(循环长度+大修时间)”折算。
[0057]
从以上实施例可以看出，本发明提供的燃料管理方法大大提升了核燃料的利用率和电厂的运行经济性。
[0058]
本专利申请中未提及的方法、过程、设备等均是采用本领域的已有方法，在此不进行详述。
[0059]
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。