一种压水堆首循环寿期长度24个月的堆芯装载方法与流程

本发明属于反应堆设计技术领域，涉及一种压水堆首循环寿期长度24个月的堆芯装载方法。

背景技术：

在反应堆压水堆堆芯燃料管理中，在保证堆芯的安全性的基础上，提高核燃料的使用率可以延长核电机组的寿期长度，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。对此，首循环堆芯的装载尤其重要，它一方面决定着首次堆芯装载、首次堆芯循环长度等堆芯相关特性，另一方面也影响着首循环向平衡循环过渡的难易程度。

目前，由177组燃料组件构成的堆芯，平衡循环燃料管理的寿期长度采用18个月的方案，然而首循环采用年换料的堆芯装载。首循环堆芯装载采用高泄漏模式，即将堆芯燃料组件按²³⁵u富集度分为三区，分别为1.8％、2.4％、3.1％，²³⁵u富集度最高的燃料组件布置在堆芯外圈，另外两种²³⁵u富集度较低的燃料组件布置在堆芯内区，其中²³⁵u富集度为2.4％和3.1％的部分燃料组件中含有硼硅酸盐玻璃可燃毒物。这种首循环的堆芯装载，寿期长度仅为335个等效满功率天(effectivefullpowerdays,efpd)。

177堆芯首循环年换料的堆芯装载不仅寿期长度短、燃料利用率不高、经济性低，而且硼硅酸盐玻璃在停堆后取出为固体反射性废物需进行处理，不利于环境保护，另外首循环年换料向18个月平衡循环过渡难度较大。

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，提供一种压水堆首循环寿期长度24个月的堆芯装载方法，以延长压水堆堆芯首循环的寿期。

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首循环寿期长度24个月的堆芯装载方法，所述的堆芯装载方法装载三种不同²³⁵u富集度的燃烧组件，第一种²³⁵u富集度为4.2-4.5％的燃烧组件装载在堆芯外区，第二种²³⁵u富集度为3.2-3.9％的燃烧组件和第三种²³⁵u富集度为2.0-2.7％的燃烧组件交错装载在堆芯内区；

部分第一种和第二种燃烧组件中包含含钆的燃料棒，所述的含钆的燃料棒中²³⁵u的富集度低于周围不含钆的燃料棒中²³⁵u的富集度。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种压水堆首循环寿期长度24个月的堆芯装载方法，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首循环寿期长度24个月的堆芯装载方法，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首循环寿期长度24个月的堆芯装载方法，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。

为满足24个月寿期长度的首循环堆芯，必须装载更多的核燃料，或装载更高²³⁵u富集度的核燃料。压水堆堆芯中，燃料²³⁵u富集度必须≤5％。为避免大幅提高燃料²³⁵u富集度导致的²³⁵u富集度突破5％的风险，本发明取消了原有组件中心仪表管，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。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种压水堆首循环寿期长度24个月的堆芯装载方法，其中一种或多种所述的燃烧组件中的部分燃烧组件内部包括不同²³⁵u富集度的燃料棒，自燃烧组件中心至外围，依次布置²³⁵u富集度降低的燃烧棒。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种压水堆首循环寿期长度24个月的堆芯装载方法，其中一种或多种所述的燃烧组件中的部分燃烧组件内部包括2-4种不同²³⁵u富集度的燃料棒。

24个月寿期长度的首循环堆芯，堆芯内的功率峰因子会更高。为了展平功率峰因子，本发明中部分富集度的燃料组件，内部的燃料棒可采用2到4种富集度，优选采用3种富集度。该布置将低富集度燃料棒布置在组件4角，稍高富集度燃料棒布置在组件外圈，将高富集度燃料棒布置在组件内区，通过该方法可有效的降低功率峰因子。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种压水堆首循环寿期长度24个月的堆芯装载方法，其中部分所述的燃烧组件中包含的所述的含钆的燃料棒的数量为4-24根。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种压水堆首循环寿期长度24个月的堆芯装载方法，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首循环寿期长度24个月的堆芯装载方法，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首循环寿期长度24个月的堆芯装载方法，其中所述的含钆的燃料棒布置在堆芯功率峰较高的位置。

24个月长循环的首循环堆芯，由于装入富集度更高、质量更多的核燃料，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。本发明中，含钆燃料棒，含钆燃料棒中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首循环寿期长度24个月的堆芯装载方法，其中装载的燃烧组件的总数为170-180组，其中第一种燃烧组件的数目为60-68组，第二种燃烧组件的数目为70-80组，第三种燃烧组件的数目为35-40组。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种压水堆首循环寿期长度24个月的堆芯装载方法，其中装载的燃烧组件的总数为177组，其中第一种燃烧组件的数目为64组，第二种燃烧组件的数目为76组，第三种燃烧组件的数目为37组。

本发明的有益效果在于，利用本发明的堆芯装载方法，可将压水堆堆芯首循环的寿期由12个月延长到24个月。本发明采用燃料棒代替燃料组件中的仪表管，有效的提高了堆芯核燃料的装载量，在满足各项安全准则的前提下，首循环采取较低富集度的燃料组件即可达到实现了自然循环长度为666efpd的24个月的寿期长度。首循环的部分燃料组件内，采用分区的燃料棒布置，有效的控制了功率峰因子的形成，展平了功率分布。采用gd2o3作为可燃毒物，既实现了堆芯反应性的控制，降低了硼浓度，防止堆芯温度正反馈的出现，又降低了功率峰因子，实现了功率展平的效果。

附图说明

图1为示例性的本发明的堆芯装载方法中部分燃烧组件内不同燃料棒的分布图，其中内部标有数字1的方块代表低²³⁵u富集度的燃料棒，内部标有数字2的方块代表中等²³⁵u富集度的燃料棒，内部标有数字3的方块代表高²³⁵u富集度的燃料棒，内部标有数字4的方块代表含钆的燃料棒，内部标有数字5的方块代表导向管。

图2为示例性的本发明的堆芯装载方法在装载后燃烧组件的分布图，其中黑色方块代表²³⁵u平均富集度为4.45％的燃料组件，白色带横条方块代表²³⁵u平均富集度为3.7％的燃料组件，白色方块代表²³⁵u平均富集度为2.4％的燃料组件，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首循环寿期长度24个月的堆芯装载方法中，构成压水堆堆芯的燃料组件共包括177组(全部为新燃料组件)。装载时，将第一种²³⁵u平均富集度为4.45％的燃烧组件(共64组)装载在堆芯外区，第二种²³⁵u平均富集度为3.7％的燃烧组件(共76组)和第三种²³⁵u平均富集度为2.4％的燃烧组件(共37组)交错装载在堆芯内区，从而使压水堆首循环的循环寿期达到24个月换料长度。

部分第一种和第二种燃烧组件中包含含钆的燃料棒，含钆的燃料棒中²³⁵u的富集度低于周围不含钆的燃料棒中²³⁵u的富集度。

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。示例性的燃烧组件内不同燃料棒的分布如图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。

含钆燃料棒中gd2o3(为可燃毒物)的重量百分比为8％，含钆燃料棒中的²³⁵u平均富集度为2.1％或2.6％，对应周围不含钆燃料棒的²³⁵u平均富集度为3.7％或4.45％。因此，含钆燃料棒中的²³⁵u平均富集度为周围不含钆燃料棒的0.5-0.9。每组燃料组件中可含有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，首循环堆芯的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根含钆燃料棒的燃料组件。

首循环中，每种燃料组件内部的燃料棒可采用2-4种²³⁵u富集度。作为一种示例，第二种²³⁵u平均富集度为3.7％的燃烧组件内部的不含钆的燃料棒包含3种²³⁵u富集度，即3.2％、3.7％、3.9％，燃烧组件还包含8根²³⁵u富集度为3.7％的含钆的燃料棒，各种燃料棒的分布如图1所示。其中²³⁵u富集度为3.2％的24根低²³⁵u富集度的燃料棒布置在燃烧组件的四角，²³⁵u富集度为3.7％的100根中等²³⁵u富集度的燃料棒布置在燃烧组件的外圈，²³⁵u富集度为3.9％的133根高²³⁵u富集度的燃料棒布置在燃烧组件的内区，还有8根含钆的燃料棒布置在²³⁵u高富集度区。

示例性的本发明的堆芯装载方法在装载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，初始堆芯的d06、d08、d10、m06、m08、m10、e5、e7、e9、e11、l5、l7、l9、l11、f4、f6、f8、f10、f12、k4、k6、k8、k10、k12、g5、g7、g9、g11、j5、j7、j9、j11、h4、h6、h8、h10、h12位置布置²³⁵u平均富集度为2.4％的第三种燃料组件，这种富集度的燃料组件均不含有含钆燃料棒；

在初始堆芯的b05、b07、b09、b11、p05、p07、p09、p11、c04、c06、c08、c10、c12、n04、n06、n08、n10、n12、d03、d05、d07、d09、d11、d13、m03、m05、m07、m09、m11、m13、e02、e04、e06、e08、e10、e12、e14、l02、l04、l06、l08、l10、l12、l14、f03、f05、f07、f09、f11、f13、k03、k05、k07、k09、k11、k13、g02、g04、g06、g08、g10、g12、g14、j02、j04、j06、j08、j10、j12、j14、h03、h05、h07、h09、h11、h13位置布置²³⁵u平均富集度为3.7％的第二种燃料组件；

在初始堆芯的a06、a07、a08、a09、a10、r06、r07、r08、r09、r10、b04、b06、b08、b10、b12、p04、p06、p08、p10、p12、c03、c05、c07、c09、c11、c13、n03、n05、n07、n09、n11、n13、d02、d04、d12、d14、m02、m04、m12、m14、e03、e13、l03、l13、f01、f02、f14、f15、k01、k02、k14、k15、g01、g03、g13、g15、j01、j03、j13、j15、h01、h02、h14、h15位置布置²³⁵u平均富集度为4.45％的第一种燃料组件。

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

表1首循环的燃料管理计算结果

表2首循环的中子学参数计算结果

以上首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首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。