本發(fā)明屬于反應(yīng)堆設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種壓水堆首循環(huán)壽期長(zhǎng)度24個(gè)月的堆芯裝載方法。

背景技術(shù)：

在反應(yīng)堆壓水堆堆芯燃料管理中，在保證堆芯的安全性的基礎(chǔ)上，提高核燃料的使用率可以延長(zhǎng)核電機(jī)組的壽期長(zhǎng)度，減少停堆次數(shù)，從而有效的降低大修費(fèi)用，提高核電機(jī)組能力因子，提升核電廠的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)此，首循環(huán)堆芯的裝載尤其重要，它一方面決定著首次堆芯裝載、首次堆芯循環(huán)長(zhǎng)度等堆芯相關(guān)特性，另一方面也影響著首循環(huán)向平衡循環(huán)過(guò)渡的難易程度。

目前，由177組燃料組件構(gòu)成的堆芯，平衡循環(huán)燃料管理的壽期長(zhǎng)度采用18個(gè)月的方案，然而首循環(huán)采用年換料的堆芯裝載。首循環(huán)堆芯裝載采用高泄漏模式，即將堆芯燃料組件按²³⁵u富集度分為三區(qū)，分別為1.8％、2.4％、3.1％，²³⁵u富集度最高的燃料組件布置在堆芯外圈，另外兩種²³⁵u富集度較低的燃料組件布置在堆芯內(nèi)區(qū)，其中²³⁵u富集度為2.4％和3.1％的部分燃料組件中含有硼硅酸鹽玻璃可燃毒物。這種首循環(huán)的堆芯裝載，壽期長(zhǎng)度僅為335個(gè)等效滿功率天(effectivefullpowerdays,efpd)。

177堆芯首循環(huán)年換料的堆芯裝載不僅壽期長(zhǎng)度短、燃料利用率不高、經(jīng)濟(jì)性低，而且硼硅酸鹽玻璃在停堆后取出為固體反射性廢物需進(jìn)行處理，不利于環(huán)境保護(hù)，另外首循環(huán)年換料向18個(gè)月平衡循環(huán)過(guò)渡難度較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)核電站安全設(shè)計(jì)的要求，提供一種壓水堆首循環(huán)壽期長(zhǎng)度24個(gè)月的堆芯裝載方法，以延長(zhǎng)壓水堆堆芯首循環(huán)的壽期。

為實(shí)現(xiàn)此目的，在基礎(chǔ)的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種壓水堆首循環(huán)壽期長(zhǎng)度24個(gè)月的堆芯裝載方法，所述的堆芯裝載方法裝載三種不同²³⁵u富集度的燃燒組件，第一種²³⁵u富集度為4.2-4.5％的燃燒組件裝載在堆芯外區(qū)，第二種²³⁵u富集度為3.2-3.9％的燃燒組件和第三種²³⁵u富集度為2.0-2.7％的燃燒組件交錯(cuò)裝載在堆芯內(nèi)區(qū)；

部分第一種和第二種燃燒組件中包含含釓的燃料棒，所述的含釓的燃料棒中²³⁵u的富集度低于周圍不含釓的燃料棒中²³⁵u的富集度。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種壓水堆首循環(huán)壽期長(zhǎng)度24個(gè)月的堆芯裝載方法，其中每組所述的燃料組件中用燃料棒代替中心儀表管。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種壓水堆首循環(huán)壽期長(zhǎng)度24個(gè)月的堆芯裝載方法，其中每組所述的燃料組件包括250-280根燃料棒、20-30根導(dǎo)向管。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種壓水堆首循環(huán)壽期長(zhǎng)度24個(gè)月的堆芯裝載方法，其中壓水堆堆內(nèi)探測(cè)儀表放置在離所述的燃料組件中心最近的導(dǎo)向管內(nèi)。

為滿足24個(gè)月壽期長(zhǎng)度的首循環(huán)堆芯，必須裝載更多的核燃料，或裝載更高²³⁵u富集度的核燃料。壓水堆堆芯中，燃料²³⁵u富集度必須≤5％。為避免大幅提高燃料²³⁵u富集度導(dǎo)致的²³⁵u富集度突破5％的風(fēng)險(xiǎn)，本發(fā)明取消了原有組件中心儀表管，采用燃料棒進(jìn)行代替，而將堆內(nèi)的核測(cè)量?jī)x表放置在離燃料組件中心最近的導(dǎo)向管內(nèi)，提高堆芯的核燃料裝載量。采用該方法后，堆芯額外增加了相當(dāng)于0.67個(gè)原采用的核燃料組件的核燃料裝載量。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種壓水堆首循環(huán)壽期長(zhǎng)度24個(gè)月的堆芯裝載方法，其中一種或多種所述的燃燒組件中的部分燃燒組件內(nèi)部包括不同²³⁵u富集度的燃料棒，自燃燒組件中心至外圍，依次布置²³⁵u富集度降低的燃燒棒。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種壓水堆首循環(huán)壽期長(zhǎng)度24個(gè)月的堆芯裝載方法，其中一種或多種所述的燃燒組件中的部分燃燒組件內(nèi)部包括2-4種不同²³⁵u富集度的燃料棒。

24個(gè)月壽期長(zhǎng)度的首循環(huán)堆芯，堆芯內(nèi)的功率峰因子會(huì)更高。為了展平功率峰因子，本發(fā)明中部分富集度的燃料組件，內(nèi)部的燃料棒可采用2到4種富集度，優(yōu)選采用3種富集度。該布置將低富集度燃料棒布置在組件4角，稍高富集度燃料棒布置在組件外圈，將高富集度燃料棒布置在組件內(nèi)區(qū)，通過(guò)該方法可有效的降低功率峰因子。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種壓水堆首循環(huán)壽期長(zhǎng)度24個(gè)月的堆芯裝載方法，其中部分所述的燃燒組件中包含的所述的含釓的燃料棒的數(shù)量為4-24根。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種壓水堆首循環(huán)壽期長(zhǎng)度24個(gè)月的堆芯裝載方法，其中所述的含釓的燃料棒中²³⁵u富集度為周圍不含釓的燃料棒的0.5-0.9。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種壓水堆首循環(huán)壽期長(zhǎng)度24個(gè)月的堆芯裝載方法，其中所述的含釓的燃料棒中含有重量百分比2-10％的gd2o3。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種壓水堆首循環(huán)壽期長(zhǎng)度24個(gè)月的堆芯裝載方法，其中所述的含釓的燃料棒布置在堆芯功率峰較高的位置。

24個(gè)月長(zhǎng)循環(huán)的首循環(huán)堆芯，由于裝入富集度更高、質(zhì)量更多的核燃料，堆芯壽期初的剩余反應(yīng)性很大，功率峰因子也較高。含釓燃料棒布置在堆芯功率峰較高的位置，一方面用于控制壽期初的剩余反應(yīng)性，降低堆芯硼濃度，防止因?yàn)檫^(guò)高硼濃度導(dǎo)致正的溫度反饋，另一方面可以展平功率峰因子。本發(fā)明中，含釓燃料棒，含釓燃料棒中g(shù)d2o3的重量百分比為2％-10％，²³⁵u的富集度比周圍不含釓燃料棒的富集度要低，其富集度為周圍燃料富集度的0.5-0.9。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種壓水堆首循環(huán)壽期長(zhǎng)度24個(gè)月的堆芯裝載方法，其中裝載的燃燒組件的總數(shù)為170-180組，其中第一種燃燒組件的數(shù)目為60-68組，第二種燃燒組件的數(shù)目為70-80組，第三種燃燒組件的數(shù)目為35-40組。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種壓水堆首循環(huán)壽期長(zhǎng)度24個(gè)月的堆芯裝載方法，其中裝載的燃燒組件的總數(shù)為177組，其中第一種燃燒組件的數(shù)目為64組，第二種燃燒組件的數(shù)目為76組，第三種燃燒組件的數(shù)目為37組。

本發(fā)明的有益效果在于，利用本發(fā)明的堆芯裝載方法，可將壓水堆堆芯首循環(huán)的壽期由12個(gè)月延長(zhǎng)到24個(gè)月。本發(fā)明采用燃料棒代替燃料組件中的儀表管，有效的提高了堆芯核燃料的裝載量，在滿足各項(xiàng)安全準(zhǔn)則的前提下，首循環(huán)采取較低富集度的燃料組件即可達(dá)到實(shí)現(xiàn)了自然循環(huán)長(zhǎng)度為666efpd的24個(gè)月的壽期長(zhǎng)度。首循環(huán)的部分燃料組件內(nèi)，采用分區(qū)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作為可燃毒物，既實(shí)現(xiàn)了堆芯反應(yīng)性的控制，降低了硼濃度，防止堆芯溫度正反饋的出現(xiàn)，又降低了功率峰因子，實(shí)現(xiàn)了功率展平的效果。

附圖說(shuō)明

圖1為示例性的本發(fā)明的堆芯裝載方法中部分燃燒組件內(nèi)不同燃料棒的分布圖，其中內(nèi)部標(biāo)有數(shù)字1的方塊代表低²³⁵u富集度的燃料棒，內(nèi)部標(biāo)有數(shù)字2的方塊代表中等²³⁵u富集度的燃料棒，內(nèi)部標(biāo)有數(shù)字3的方塊代表高²³⁵u富集度的燃料棒，內(nèi)部標(biāo)有數(shù)字4的方塊代表含釓的燃料棒，內(nèi)部標(biāo)有數(shù)字5的方塊代表導(dǎo)向管。

圖2為示例性的本發(fā)明的堆芯裝載方法在裝載后燃燒組件的分布圖，其中黑色方塊代表²³⁵u平均富集度為4.45％的燃料組件，白色帶橫條方塊代表²³⁵u平均富集度為3.7％的燃料組件，白色方塊代表²³⁵u平均富集度為2.4％的燃料組件，方塊中的數(shù)字表示含釓燃料棒的根數(shù)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作出進(jìn)一步的說(shuō)明。

示例性的本發(fā)明的壓水堆首循環(huán)壽期長(zhǎng)度24個(gè)月的堆芯裝載方法中，構(gòu)成壓水堆堆芯的燃料組件共包括177組(全部為新燃料組件)。裝載時(shí)，將第一種²³⁵u平均富集度為4.45％的燃燒組件(共64組)裝載在堆芯外區(qū)，第二種²³⁵u平均富集度為3.7％的燃燒組件(共76組)和第三種²³⁵u平均富集度為2.4％的燃燒組件(共37組)交錯(cuò)裝載在堆芯內(nèi)區(qū)，從而使壓水堆首循環(huán)的循環(huán)壽期達(dá)到24個(gè)月?lián)Q料長(zhǎng)度。

部分第一種和第二種燃燒組件中包含含釓的燃料棒，含釓的燃料棒中²³⁵u的富集度低于周圍不含釓的燃料棒中²³⁵u的富集度。

177組燃料組件的堆芯燃料活性段高度為365.76cm，等效直徑為322.8cm，高徑比為1.13。每個(gè)燃料組件的燃料棒按17×17方陣排列，包含265根燃料棒(又包括不含釓的燃料棒與含釓的燃料棒)、24根導(dǎo)向管。示例性的燃燒組件內(nèi)不同燃料棒的分布如圖1所示。

燃料組件取消了中心儀表管的位置，代之以燃燒棒，且堆內(nèi)探測(cè)儀表放置在離燃料組件中心最近的導(dǎo)向管內(nèi)。177組燃料組件組成堆芯中，布置了控制棒的位置不會(huì)布置堆內(nèi)探測(cè)儀表，反之亦然。因此導(dǎo)向管既作為控制棒插入的位置，又作為放置探測(cè)儀表的位置，因此取消儀表管不會(huì)導(dǎo)致燃料組件不可用。

含釓燃料棒中g(shù)d2o3(為可燃毒物)的重量百分比為8％，含釓燃料棒中的²³⁵u平均富集度為2.1％或2.6％，對(duì)應(yīng)周圍不含釓燃料棒的²³⁵u平均富集度為3.7％或4.45％。因此，含釓燃料棒中的²³⁵u平均富集度為周圍不含釓燃料棒的0.5-0.9。每組燃料組件中可含有4、8、12、16、20或24根含釓燃料棒，給設(shè)計(jì)帶來(lái)較大的靈活性。具體來(lái)說(shuō)，首循環(huán)堆芯的燃料組件根據(jù)含釓燃料棒的數(shù)量分為五種類型：含8、12、16、20、24根含釓燃料棒的燃料組件。

首循環(huán)中，每種燃料組件內(nèi)部的燃料棒可采用2-4種²³⁵u富集度。作為一種示例，第二種²³⁵u平均富集度為3.7％的燃燒組件內(nèi)部的不含釓的燃料棒包含3種²³⁵u富集度，即3.2％、3.7％、3.9％，燃燒組件還包含8根²³⁵u富集度為3.7％的含釓的燃料棒，各種燃料棒的分布如圖1所示。其中²³⁵u富集度為3.2％的24根低²³⁵u富集度的燃料棒布置在燃燒組件的四角，²³⁵u富集度為3.7％的100根中等²³⁵u富集度的燃料棒布置在燃燒組件的外圈，²³⁵u富集度為3.9％的133根高²³⁵u富集度的燃料棒布置在燃燒組件的內(nèi)區(qū)，還有8根含釓的燃料棒布置在²³⁵u高富集度區(qū)。

示例性的本發(fā)明的堆芯裝載方法在裝載后燃燒組件的分布如圖2所示。圖2中橫坐標(biāo)從右往左依次由a至r排列，縱坐標(biāo)從上往下依次由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平均富集度為2.4％的第三種燃料組件，這種富集度的燃料組件均不含有含釓燃料棒；

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平均富集度為3.7％的第二種燃料組件；

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平均富集度為4.45％的第一種燃料組件。

堆芯裝載優(yōu)化設(shè)計(jì)布置是在基本安全準(zhǔn)則的前提下，綜合考慮了燃料管理性能參數(shù)和中子學(xué)參數(shù)得出的。首循環(huán)的燃料管理計(jì)算結(jié)果如下表1所示，首循環(huán)的中子學(xué)參數(shù)計(jì)算結(jié)果如下表2所示。

表1首循環(huán)的燃料管理計(jì)算結(jié)果

表2首循環(huán)的中子學(xué)參數(shù)計(jì)算結(jié)果

以上首循環(huán)中的堆芯裝載方案滿足基本設(shè)計(jì)參數(shù)：fdh≤1.65；fq≤2.45和基本安全準(zhǔn)則，其中fdh為焓升因子，fq為熱點(diǎn)因子。從表1和表2的計(jì)算結(jié)果可以得出首循環(huán)堆芯裝載的設(shè)計(jì)方案完全滿足安全準(zhǔn)則。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對(duì)本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。上述實(shí)施例或?qū)嵤┓绞街皇菍?duì)本發(fā)明的舉例說(shuō)明，本發(fā)明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式實(shí)施，而不偏離本發(fā)明的要旨或本質(zhì)特征。因此，描述的實(shí)施方式從任何方面來(lái)看均應(yīng)視為說(shuō)明性而非限定性的。本發(fā)明的范圍應(yīng)由附加的權(quán)利要求說(shuō)明，任何與權(quán)利要求的意圖和范圍等效的變化也應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。