一種壓水堆核電廠首循環(huán)的堆芯裝載方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及領(lǐng)域壓水堆核電廠反應(yīng)堆技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種燃料富集度的確定、可燃毒物的選擇和及其在堆芯內(nèi)布置的壓水堆核電廠首循環(huán)的堆芯裝載方法。
【背景技術(shù)】
[0002]壓水堆核電廠首循環(huán)堆芯全部由新燃料組成，如何通過(guò)燃料的布置及毒物的使用有效兼顧堆芯反應(yīng)性控制和功率分布控制是一個(gè)重要的技術(shù)問(wèn)題，直接關(guān)系堆芯運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。
[0003]就目前的首循環(huán)堆芯設(shè)計(jì)技術(shù)而言，首循環(huán)堆芯通常采用三種不同的燃料富集度，固體可燃毒物使用單一的形式，如:單獨(dú)使用硼硅玻璃毒物棒或單一的一體化載釓燃料棒，設(shè)計(jì)的首循環(huán)堆芯循環(huán)長(zhǎng)度為年換料或18個(gè)月?lián)Q料周期。
[0004]當(dāng)提高首循環(huán)堆芯循環(huán)長(zhǎng)度時(shí)，需要使用更高富集度燃料組件以增加堆芯的后備反應(yīng)性。為獲得良好的功率分布以及使堆芯具備負(fù)反饋特性，堆芯使用固體可燃毒物以抑制局部反應(yīng)性和降低總的臨界硼濃度。硼硅玻璃毒物棒放入堆芯時(shí)要占用控制棒導(dǎo)向管，與堆芯控制棒的布置形成沖突；或者在既定的控制棒布置方式情況下，堆芯可放置的硼毒物棒數(shù)量有限，從而限制了毒物的總量，效果受限。如果首循環(huán)堆芯單獨(dú)使用一體化載釓燃料棒，理論上可以使用較多的毒物以展平徑向功率分布以及限制堆芯臨界硼濃度。但是，使用太多的釓可燃毒物，整個(gè)壽期內(nèi)堆芯的軸向功率分布的變化會(huì)比較劇烈，從而很大程度上使堆芯的運(yùn)行和控制變得困難。該種現(xiàn)象如圖1所示。
[0005]綜上所述，在首循環(huán)堆芯的設(shè)計(jì)中單獨(dú)使用一種固體可燃毒物時(shí)，如果要延長(zhǎng)堆芯循環(huán)長(zhǎng)度及相應(yīng)換倆周期，不能很好的兼顧堆芯反應(yīng)性的控制以及堆芯功率分布的有效控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可以較大程度地延長(zhǎng)首循環(huán)堆芯的循環(huán)長(zhǎng)度的壓水堆核電廠首循環(huán)的堆芯裝載方法。
[0007]本發(fā)明解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
一種壓水堆核電廠首循環(huán)的堆芯裝載方法，首循環(huán)堆芯采用4?6種不同富集度的燃料組件，采用高泄漏裝載模式，將最高富集度燃料組件放置在堆芯的最外圈，較低富集度的不同燃料組件置于堆芯內(nèi)部且呈交叉式布置，即所采用的幾種富集度的燃料組件中最高富集度的燃料組件放在堆芯最外圈，而在堆芯內(nèi)部把剩余的富集度稍高的燃料組件和富集度低的燃料組件相互搭配組合，以盡量合理抑制局部較高的反應(yīng)性；同時(shí)采用硼硅玻璃固體可燃毒物棒和一體化載釓燃料棒進(jìn)行堆芯反應(yīng)性抑制和功率分布控制，向部分燃料組件中裝入硼硅玻璃固體可燃毒物棒，向部分燃料組件中裝入一體化載釓燃料棒，可以較大程度地延長(zhǎng)首循環(huán)堆芯的循環(huán)長(zhǎng)度，可以實(shí)現(xiàn)18個(gè)月?lián)Q料設(shè)計(jì)或24個(gè)月?lián)Q料設(shè)計(jì)。
[0008]延長(zhǎng)堆芯壽期，需要使用較多的固體可燃毒物以獲得足夠的后備反應(yīng)性控制能力。本發(fā)明是在充分分析了硼硅玻璃毒物和一體化釓毒物的技術(shù)優(yōu)勢(shì)的情況下(硼硅玻璃利于軸向功率分布，增加運(yùn)行的靈活性；釓毒物不占用控制棒導(dǎo)向筒)，在首循環(huán)堆芯中同時(shí)采用兩種固體可燃毒物，避免了使用硼硅玻璃過(guò)多而占用控制棒導(dǎo)向管的矛盾，也避免了使用過(guò)多一體化釓固體可燃毒物造成的不利軸向功率分布對(duì)運(yùn)行控制的負(fù)面影響，這種方式在延長(zhǎng)堆芯循環(huán)長(zhǎng)度上，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。并且首循環(huán)采用多種不同富集度燃料組件，給堆芯設(shè)計(jì)帶來(lái)了靈活性，易于展平堆芯的功率分布；具有較好的工程實(shí)用性和設(shè)計(jì)靈活性，可以很好地實(shí)現(xiàn)電廠的經(jīng)濟(jì)性和安全性。
[0009]同時(shí)采用硼硅玻璃固體可燃毒物以及一體化釓固體可燃毒物。釓的存在形式為UO2-Gd2O3均勻混合在一起形成載釓燃料芯塊，并形成獨(dú)立的載釓燃料棒；
對(duì)于首循環(huán)堆芯，含硼硅玻璃固體可燃毒物的燃料組件內(nèi)的硼硅玻璃固體可燃毒物棒的數(shù)量，根據(jù)需要，可以設(shè)置為帶8根、12根、16根、20根或24根；含釓可燃毒物的燃料組件中載釓燃料棒的數(shù)量可以為8根、12根、16根或20根。首循環(huán)堆芯中固體可燃毒物棒的數(shù)量和具體布置位置盡可能合理展平堆芯的功率分布。
[0010]綜上，本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明提供的首循環(huán)堆芯燃料裝載方法，可以較大程度地延長(zhǎng)首循環(huán)堆芯的循環(huán)長(zhǎng)度，可以實(shí)現(xiàn)18個(gè)月?lián)Q料設(shè)計(jì)或24個(gè)月?lián)Q料設(shè)計(jì)。
[0011]2、同時(shí)采用兩種固體可燃毒物，避免了使用硼硅玻璃過(guò)多而占用控制棒導(dǎo)向管的矛盾，也避免了使用過(guò)多一體化釓固體可燃毒物造成的不利軸向功率分布對(duì)運(yùn)行控制的負(fù)面影響。
[0012]3、首循環(huán)采用多種不同富集度燃料組件，給堆芯設(shè)計(jì)帶來(lái)了靈活性，易于展平堆芯的功率分布，有利于堆芯的運(yùn)行控制。
[0013]4、該首循環(huán)堆芯設(shè)計(jì)方法具有較好的工程實(shí)用性和設(shè)計(jì)靈活性，可以很好地實(shí)現(xiàn)電廠的經(jīng)濟(jì)性和安全性。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是首循環(huán)單獨(dú)使用硼硅玻璃毒物和一體化釓毒物堆芯的軸向功率分布變化的比較；
圖2是本發(fā)明的首循環(huán)堆芯的裝載示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地的詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0016]實(shí)施例:
本實(shí)施例針對(duì)一個(gè)百萬(wàn)千瓦級(jí)核電廠反應(yīng)堆堆芯，示例堆芯由177個(gè)燃料組件構(gòu)成，一個(gè)完整的首循環(huán)堆芯裝載，應(yīng)該根據(jù)既定的目標(biāo)和給定的堆芯參數(shù)限制條件或準(zhǔn)則，統(tǒng)籌確定首循環(huán)所采用的不同燃料富集度的種類及具體數(shù)值、固體可燃毒物類型的選擇、堆芯燃料組件和固體可燃毒物的布置和優(yōu)化、初步的安全評(píng)價(jià)等。
[0017]如圖1所示，一種壓水堆核電廠首循環(huán)的堆芯裝載方法，首循環(huán)堆芯的裝載根據(jù)展平堆芯功率分布的需要，可選用4?6種不同富集度的燃料組件，本實(shí)施例中采用了 4種不同富集度的燃料組件，富集度分別為:1.8%、2.4%、3.1%和4.2%，同時(shí)選擇硼硅玻璃固體可燃毒物和一體化載釓燃料棒以抑制堆芯的初始反應(yīng)性和優(yōu)化堆芯的功率分布?？紤]到首循環(huán)所用的全部為新燃料組件，故組件的布置方式采用高泄漏的裝載模式。圖2給出了一個(gè)典型的首循環(huán)堆芯的裝載示意圖，由于全堆芯的燃料組件布置遵循1/4旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，圖中僅給出了四分之一堆芯的布置，橫坐標(biāo)從外圈向里圈依次由A-H排列，縱坐標(biāo)從里圈向外圈依次由08-15排列，圖中的方塊代表了燃料組件，方塊中不同的填充圖案代表了不同的富集度，且富集度的大小順序?yàn)?未填充圖案的方塊代表的燃料組件的富集度〉網(wǎng)格填充圖案的方塊代表的燃料組件的富集度 > 灰色全填充的方塊代表的燃料組件的富集度 > 橫線條填充的方塊代表的燃料組件的富集度，方塊中的“BP”或“GD”代表該方塊代表的燃料組件中含有的硼硅玻璃毒物棒或含載釓燃料棒；堆芯采用的4種富集度的燃料組件中最高富集度的燃料組件布置堆芯最外圈，而其余的3種富集度燃料組件則布置在堆芯的內(nèi)部，且不同富集度的燃料組件在堆芯內(nèi)部呈交叉式布置，以盡量合理抑制局部較高的反應(yīng)性。
[0018]延長(zhǎng)堆芯壽期，需要使用較多的固體可燃毒物以獲得足夠的后備反應(yīng)性控制能力。本發(fā)明同時(shí)采用兩種固體可燃毒物，避免了使用硼硅玻璃過(guò)多而占用控制棒導(dǎo)向管的矛盾，也避免了使用過(guò)多一體化釓固體可燃毒物造成的不利軸向功率分布對(duì)運(yùn)行控制的負(fù)面影響。
[0019]為了控制初始堆芯剩余反應(yīng)性，延長(zhǎng)堆芯壽期并更好地展平堆芯功率分布，在燃料組件中放入了不同數(shù)量的硼硅玻璃可燃毒物棒，這些毒物棒插入到?jīng)]有布置堆芯控制棒燃料組件的導(dǎo)向管中。所述的含硼硅玻璃固體可燃毒物的燃料組件可以帶8根、12根、16根、20根和24根硼硅玻璃毒物棒，圖2中標(biāo)識(shí)有“BP”的方塊代表該燃料組件放入了硼硅玻璃可燃毒物棒，而該方塊中的數(shù)字則代表了該燃料組件中含有的硼硅玻璃毒物棒的數(shù)量，如方塊C08所代表的燃料組件中含有20根硼硅玻璃毒物棒、方塊F13所代表的燃料組件中含有24根硼硅玻璃毒物棒。同時(shí)，為進(jìn)一步延長(zhǎng)循環(huán)壽期以及增加布置固體可燃毒物的靈活性，首循環(huán)同時(shí)裝入一體化載釓燃料棒。釓的存在形式為UO2-Gd2O3均勻混合在一起形成載釓燃料芯塊，并形成獨(dú)立的k ;因?yàn)獒彾疚锊徽加每刂瓢魧?dǎo)向管，可以基于展平功率分布的需要，任意放置于堆芯內(nèi)部(包括設(shè)置有控制棒的燃料組件內(nèi))。含釓可燃毒物的燃料組件中載釓燃料棒的數(shù)量可以為8根、12根、16根或20根。圖2中標(biāo)識(shí)有“GD”的方塊代表該燃料組件放入了載釓燃料棒，而該方塊中的數(shù)字則代表了該燃料組件中含有的載釓燃料棒的數(shù)量，如方塊Bll所代表的燃料組件中含有20根載釓燃料棒、方塊FlO所代表的燃料組件中含有12根載釓燃料棒。首循環(huán)堆芯中固體可燃毒物棒的數(shù)量和具體布置位置盡可能合理展平堆芯的功率分布。
[0020]上述首循環(huán)堆芯裝載模式，循環(huán)長(zhǎng)度可以達(dá)到18個(gè)月?lián)Q料要求或24個(gè)月循環(huán)壽期要求，同時(shí)確保堆芯具有的負(fù)反饋特性且有良好的徑向和軸向功率分布。
[0021]如上所述，可較好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種壓水堆核電廠首循環(huán)的堆芯裝載方法，其特征在于，首循環(huán)堆芯采用4?6種不同富集度的燃料組件，將最高富集度燃料組件放置在堆芯的最外圈，較低富集度的不同燃料組件置于堆芯內(nèi)部且呈交叉式布置，同時(shí)采用硼硅玻璃固體可燃毒物棒和一體化載釓燃料棒進(jìn)行堆芯反應(yīng)性抑制和功率分布控制，向部分燃料組件中裝入硼硅玻璃固體可燃毒物棒，向部分燃料組件中裝入一體化載釓燃料棒。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓水堆核電廠首循環(huán)的堆芯裝載方法，其特征在于，首循環(huán)堆芯含硼硅玻璃固體可燃毒物的燃料組件內(nèi)的硼硅玻璃固體可燃毒物棒的數(shù)量為8根、12根、16根、20根或24根，首循環(huán)堆芯含釓可燃毒物的燃料組件中載釓燃料棒的數(shù)量為8根、12根、16根或20根。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓水堆核電廠首循環(huán)的堆芯裝載方法，其特征在于，含釓可燃毒物的燃料組件中釓的存在形式為UO2-Gd2O3均勻混合在一起形成載釓燃料芯塊，并形成獨(dú)立的載釓燃料棒。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種壓水堆核電廠首循環(huán)的堆芯裝載方法，首循環(huán)堆芯采用4～6種不同富集度的燃料組件，采用高泄漏裝載模式，同時(shí)采用硼硅玻璃固體可燃毒物棒和一體化載釓燃料棒進(jìn)行堆芯反應(yīng)性抑制和功率分布控制。本發(fā)明的有益效果是：可以較大程度地延長(zhǎng)首循環(huán)堆芯的循環(huán)長(zhǎng)度，同時(shí)采用兩種固體可燃毒物，避免了使用硼硅玻璃過(guò)多而占用控制棒導(dǎo)向管的矛盾，也避免了使用過(guò)多一體化釓固體可燃毒物造成的不利軸向功率分布對(duì)運(yùn)行控制的負(fù)面影響，給堆芯設(shè)計(jì)帶來(lái)了靈活性，易于展平堆芯的功率分布，具有較好的工程實(shí)用性和設(shè)計(jì)靈活性，可以很好地實(shí)現(xiàn)電廠的經(jīng)濟(jì)性和安全性。
【IPC分類】G21C5/14
【公開(kāi)號(hào)】CN105139899
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510397939
【發(fā)明人】劉啟偉, 陳亮, 李慶, 陳長(zhǎng), 于穎銳, 肖鵬, 李向陽(yáng), 強(qiáng)勝龍
【申請(qǐng)人】中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院
【公開(kāi)日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年7月9日