一种先进的1/4堆芯年换料装载方法

摘要

本发明涉及反应堆设计技术，具体涉及一种先进的1/4堆芯年换料装载方法。堆芯由177组燃料组件组成，所述压水堆核电站先进1/4堆芯年换料装载方法包括换料循环每次换料更换1/4堆芯即44组的燃料组件，即装入44组新燃料组件，卸除44组燃耗较深或富集度较低的已辐照燃料组件；新燃料组件布置于堆芯外区，已辐照的燃料组件布置于堆芯内区。该方法提高了177组燃料组件组成的压水堆堆芯的安全性和经济性。

说明书

技术领域

本发明涉及反应堆设计技术，具体涉及一种先进的1/4堆芯年换料装载方 法。

背景技术

在堆芯燃料管理中，在保证堆芯的安全性的基础上提高核燃料的使用率， 因此，有必要实施先进的燃料管理措施，以提高堆芯燃料管理的安全性和经济 性。

在177组燃料组件组成的压水堆堆芯中，燃料管理模式是，平衡循环采用 4.45%富集度的燃料组件，每次换料采用1/3堆芯(68组)的新燃料组件，寿期长 度为18个月。这种燃料管理模式的缺点是功率峰值因子的安全裕量小；最大卸 料组件燃耗也很接近限值；且各个卸料组件燃耗值比较分散，最大卸料组件燃 耗与平均卸料组件燃耗差值较大；平均卸料组件燃耗较低，经济性不够高等。 为了进一步提高177组燃料组件组成的压水堆堆芯安全性和经济性，需要突破 1/3堆芯换料的模式，采用1/4堆芯(44组组件)换料的模式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种177组燃料组件组成的反应堆1/4堆芯年换 料装载方法，从而提高压水堆堆芯的安全性和经济性。

本发明的技术方案如下：一种先进的1/4堆芯年换料装载方法，堆芯由 177组燃料组件组成，首循环中按照富集度的不同分三区布置，三区燃料组 件的²³⁵U的富集度依次为1.8％、2.0％和3.1％，燃料组件数依次为61、68 和48组，最高富集度的燃料组件置于堆芯外区，较低富集度的两种燃料组件 排列在堆芯内区，第一循环采用硼硅酸盐玻璃作为固体可燃毒物；换料循环 （从第二循环开始）换料时采用1/4堆芯即44组的新燃料组件，卸除44组 燃耗较深或富集度较低的已辐照燃料组件；新燃料组件布置于堆芯外区，已 辐照的燃料组件布置于堆芯内区；其中，所述的堆芯外区是指堆芯最外圈挨 着反射层的组件位置；所述的堆芯内区是指不挨着反射层的组件位置。

进一步，如上所述的先进的1/4堆芯年换料装载方法，其中，换料循环 （从第二循环开始）换料所采用的新燃料组件²³⁵U富集度为4.0％～4.45％。

进一步，如上所述的先进的1/4堆芯年换料装载方法，其中，在首循环 卸料时，所有硼硅酸盐玻璃的固体可燃毒物棒都移除，不再使用；为了进一 步展平功率峰，换料循环使用含钆燃料棒中的钆作为固体可燃毒物。

进一步，如上所述的先进的1/4堆芯年换料装载方法，其中，换料循环 使用的含钆燃料棒中Gd₂O₃重量百分比为8.0％，含钆燃料棒中²³⁵U富集度为 2.3％～2.5％。

本发明的有益效果如下：本发明所提供的堆芯装载方法采用OUT-IN高泄 漏堆芯装载方法，即换料时新燃料组件布置在堆芯最外圈或次外圈，功率峰 值因子小，安全裕量大；选取合适的换料组件富集度，换料循环每次采用1/4 堆芯的新燃料组件，平均卸料组件燃耗较高，各个卸料组件燃耗值之间离散 度小，最大卸料组件燃耗与平均卸料组件燃耗差值较小，燃料组件的利用率 高。该装载方法实现了此类型压水堆核电厂1/4堆芯年换料装载，提高了177 组燃料组件组成的压水堆堆芯的安全性和经济性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的177组燃料组件组成的反应堆堆芯1/4年换料 装载方法中平衡循环（第五循环）堆芯燃料组件布置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

177组燃料组件组成的反应堆堆芯由177组全M5材料的AFA3G燃料组件构 成，堆芯燃料活性段高度为365.76cm，等效直径为322.80cm，高径比为1.13。 每个全M5 AFA3G燃料组件的燃料棒按17×17方阵排列，包含264根燃料棒、 24根导向管和1根仪表管。

首循环中，初始堆芯燃料组件都是新燃料组件，按照²³⁵U的富集度不同分为 三区，三区富集度分别为1.8％、2.0％和3.1％，燃料组件数依次为61、68和 48组。富集度最高的燃料组件装载在堆芯外区，另外两种较低富集度的燃料组 件按棋盘式布置在堆芯内区。其中，堆芯外区是指挨着反射层的组件位置，即 堆芯最外圈的组件位置；堆芯内区是指不挨着反射层的组件位置，即除堆芯最 外圈以外的组件位置。首循环采用硼硅酸盐玻璃作为固体可燃毒物，根据硼可 燃毒物棒在燃料组件中的数量分为四种类型如下：8根、12根、16根和20根， 共使用1248根硼硅酸盐玻璃可燃毒物棒。在首循环卸料时，所有硼硅酸盐玻璃 的可燃毒物棒都移除，不再使用。过渡循环（第二、三、四循环）使用含钆燃 料棒作为固体可燃毒物，固体可燃毒物棒的根数可见表二中的具体实例。平衡 循环（第五、六、七、八循环）不使用固体可燃毒物，使用²³⁵U富集度为4.0％～ 4.45％的新燃料组件。过渡循环和平衡循环的选取也可以有其他方案，只要满 足功率峰展平即可不再使用固体可燃毒物了，本实施例中提供的是最优方案。

从第二循环开始，每次装入44个富集度为4.0％～4.45％的新燃料组件， 本实施例中选用富集度为4.1％的新燃料组件，同时卸除44个燃耗较深或富集 度较低的已辐照燃料组件，卸除的44组已辐照燃料组件的具体位置没有固定的 要求，工程人员可根据需要进行选择和调整。过渡循环使用的含钆燃料棒中Gd₂O₃重量百分比取8.0％，含钆燃料棒中²³⁵U富集度为2.3％～2.5％。

从第二循环开始，反应堆经过三次换料，到第五循环，达到平衡换料。

表一给出了从首循环到第八循环共八个循环中各批燃料组件数。

表一各批燃料组件数

图1是本发明实施例提供的177组燃料组件组成的堆芯1/4堆芯年换料装 载方法中平衡循环堆芯燃料组件布置的示意图。

横坐标从右往左依次由A-R排列，纵坐标从上往下依次由1－15排列，在 堆芯的A06、A07、A08、A09、A10、B04、B05、B11、B12、C04、C12、D02、D03、 D13、D14、E02、E14、F01、F15、G01、G15、H01、H15、J01、J15、K01、K15、 L02、L14、M02、M03、M13、M14、N04、N12、P04、P05、P11、P12、R06、R07、 R08、R09、R10位置布置²³⁵U富集度为4.1％的新燃料组件，这种富集度的燃料 组件均不含有含钆燃料棒。其它位置则布置已辐照过的燃料组件，图中用字母 和数字组合来表示已辐照燃料组件在前一循环中的位置，例如D12表示该已辐 照燃料组件在前一循环中的位置是D12。

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。八个循环的燃料管理计算结果如表二所示，中 子学参数计算结果如表三所示。表四给出1/3堆芯换料模式和1/4堆芯换料模 式的平衡循环(第八循环)相关参数的比较。

表二燃料管理计算结果

表三中子学参数计算结果

主要参数 数值 慢化剂密度系数－最大值，△k/k/g/cm³0.4216 多普勒温度系数（绝对值最大值），pcm/℃ -4.110 多普勒温度系数（绝对值最小值），pcm/℃ -1.965 多普勒功率系数（低限值），pcm/％FP -6.828～-5.417(0%～100%) 多普勒功率系数（高限值），pcm/％FP -11.046～-9.770(0%～100%) 缓发中子份额－最大值 0.006713 缓发中子份额－最小值 0.004800 瞬发中子寿命（最大值），μs 27.122

以上初始堆芯装载方案满足基本设计参数：F_DH≤1.65；F_Q≤2.45和基本安 全准则，其中F_DH为焓升因子，F_Q为热点因子。从表二和表三中的计算结果可以 得出此方案所有循环中对新燃料组件的设计方案完全满足安全准则。

表四 1/3堆芯换料模式和1/4堆芯换料模式比较

比较项目 1/3堆芯18个月换料 1/4堆芯年换料 燃料组件富集度，％ 4.45 4.10 每循环换料组件数目，组 68 44 可达循环长度，EFPD 473 316 平均年度换料组件数目，组 45.33 44 平均卸料组件燃耗，MWd/tU 46410 47449 最大卸料组件燃耗，MWd/tU 51637 51447 最大核焓升因子 1.579 1.526 最大热点因子 2.234 2.116

根据表四中相关参数的比较，可以确定1/4堆芯换料模式不仅进一步降低 了最大核焓升因子、最大热点因子，和最大组件卸料燃耗，提高了安全裕量， 同时也提高了核燃料的使用率，即较低的富集度的燃料组件获得了更高的平均 卸料燃耗，提高了经济性。

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。