一種由177個燃料組件構(gòu)成的壓水堆堆芯的燃料管理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及領(lǐng)域壓水堆堆芯燃料管理技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種由177個燃料組件構(gòu)成的壓水堆堆芯的燃料管理方法，用于指導(dǎo)壓水堆核電站反應(yīng)堆的燃料富集度的確定、可燃毒物的選擇和組件在堆芯內(nèi)布置。
【背景技術(shù)】
[0002]壓水堆堆芯燃料管理，一般指從首循環(huán)到平衡循環(huán)堆芯(通常堆芯經(jīng)歷5個或6個燃料循環(huán)便達(dá)到平衡狀態(tài))，確定堆芯所使用的燃料富集度、可燃毒物的類型及各種組件和毒物在堆芯內(nèi)的布置等，使得反應(yīng)堆堆芯的設(shè)計(jì)結(jié)果滿足核設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和電廠總體要求。堆芯燃料管理的優(yōu)劣直接影響核電廠的經(jīng)濟(jì)性和安全性，是后續(xù)安全分析或評價(jià)的基礎(chǔ)。
[0003]在壓水堆核電站反應(yīng)堆堆芯燃料組件布置中，傳統(tǒng)的反應(yīng)堆堆芯內(nèi)的裝載模式是高泄漏(OUT-1N)模式，即堆芯燃料組件按照富集度的不同分為三個富集區(qū)，其中富集度最高的燃料組件放在堆芯的外區(qū)，另外兩種富集度交底的燃料組件以國際象棋盤的方式布置在堆芯內(nèi)區(qū)，在換料時(shí)通常是年度換料，每次換料更換1/3?1/2的堆芯燃料組件，將燃耗最深的燃料組件取走，新燃料組件放入外區(qū)，其余已燃耗燃料組件則在堆芯內(nèi)區(qū)重新布置，重新布置的依據(jù)是盡量使堆芯徑向功率分布均勻。
[0004]目前，國內(nèi)在役和在建核電廠的堆芯燃料管理方法，主要有二種類型:1)所有循環(huán)均為年換料的燃料管理方法；2)首循環(huán)為年換料，平衡循環(huán)后再經(jīng)過論證分析，逐步過渡到長周期換料方法。上述類型燃料管理的特征主要有:1)所述堆芯由121或157個燃料組件構(gòu)成；2)前兩種燃料管理方法要么沒有實(shí)現(xiàn)長周期換料的要求，要么過程顯得曲折，改變的新策略需要在核電廠發(fā)電之后擇機(jī)重新論證，過渡到長循環(huán)換料設(shè)計(jì)需要經(jīng)歷較長的周期。
[0005]綜上，其不足之處在于:由于沒能較快實(shí)現(xiàn)電站的長周期換料的目標(biāo)，電廠運(yùn)行的可利用率沒有很好的提高，核電廠經(jīng)濟(jì)性還有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種實(shí)現(xiàn)過程平緩、既保證了首循環(huán)堆芯的安全性、又能較快地過渡到長周期換料的由177個燃料組件構(gòu)成的壓水堆堆芯的燃料管理方法。
[0007]本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案是:
一種由177個燃料組件構(gòu)成的壓水堆堆芯的燃料管理方法，包括以下步驟:
首循環(huán)中，燃料組件采用三區(qū)裝載，即采用三種不同富集度的燃料組件，燃料組件的布置方式采用高泄漏裝載模式，首循環(huán)循環(huán)長度為年換料設(shè)計(jì)；
第二循環(huán)中，裝入的新燃料組件的富集度大于首循環(huán)中燃料組件的富集度且小于后續(xù)循環(huán)新燃料組件的的富集度；第二循環(huán)是一個重要的過渡循環(huán)。適度提高新燃料富集度，該富集度介于首循環(huán)和后續(xù)循環(huán)所采用的新料富集度之間，目的是平緩地增加該循環(huán)的堆芯循環(huán)長度。新燃料組件置于堆芯的內(nèi)圈，內(nèi)圈是指堆芯最外圈以內(nèi)的燃料區(qū)域；已燃耗過一個循環(huán)的舊組件置于堆芯的最外圈；
從第三循環(huán)開始直至平衡循環(huán)，堆芯新燃料統(tǒng)一采用更高的富集度，裝入的新燃料組件的富集度相同且大于第二循環(huán)中裝入的新燃料組件的富集度；堆芯裝載利用低泄漏模式，即新燃料組件置于堆芯內(nèi)圈并與已燃耗過的組件交叉間隔布置，燃耗較深的舊組件則放置于堆芯最外圈，平衡循環(huán)堆芯循環(huán)長度可達(dá)到470至500個等效滿功率天，實(shí)現(xiàn)18個月長周期換料設(shè)計(jì)；
從第二循環(huán)開始，堆芯裝載均采用低泄漏裝載方式。
[0008]本發(fā)明首循環(huán)采用年換料設(shè)計(jì)；從第二循環(huán)開始，逐步提高裝入的新燃料富集度(介于首循環(huán)和后續(xù)循環(huán)新料富集度之間)并適度增加新燃料組件數(shù)量，即從第二循環(huán)起便逐步延長堆芯循環(huán)長度；從第三循環(huán)到平衡循環(huán)，新燃料便采用一種更高的燃料富集度，逐步過渡到實(shí)現(xiàn)平衡循環(huán)18個月長周期換料的設(shè)計(jì)要求。所述的壓水堆堆芯由177個燃料組件構(gòu)成，本發(fā)明針對177堆芯，對燃料組件和可燃毒物的布置進(jìn)行了攻關(guān)，并通過上述技術(shù)方案解決了本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題。所述的高泄漏裝載模式為堆芯采用的三種不同富集度的燃料組件中富集度最高的燃料組件布置在堆芯的最外圈，而其余的兩種富集度的燃料組件則布置在堆芯的內(nèi)部呈交叉棋盤式布置。
[0009]所述的低泄漏裝載方式為每次裝入的新燃料組件全部布置于堆芯內(nèi)區(qū)，已燃耗過的燃料組件布置于堆芯外區(qū)，即每次裝入的新燃料組件置于堆芯里圈，堆芯外圈放置已燃耗過的舊組件，進(jìn)一步地是指:每次加入的新燃料組件中的大多數(shù)置于堆芯的次外圈，一部分放在堆芯更靠內(nèi)的位置，堆芯最外圈放置燃耗較深或燃耗過多個循環(huán)的舊組件，堆芯里圈的已燃耗過的舊組件與新組件相互搭配組合，或者使已燃耗過的組件按燃耗深度的不同呈交叉排列方式
為了控制初始堆芯剩余反應(yīng)性，延長堆芯壽期并更好地展平堆芯功率分布，在燃料組件導(dǎo)向管中放入了不同數(shù)量的硼硅玻璃可燃毒物棒或載釓燃料棒，根據(jù)堆芯功率分布及反應(yīng)性控制的要求，合理布置堆芯采用的固體可燃毒物棒在堆芯內(nèi)的放置方式。首循環(huán)中燃料組件中含有硼硅玻璃可燃毒物棒或載釓燃料棒，從第二循環(huán)開始，裝入的新燃料組件中含有載釓燃料棒。
[0010]首循環(huán)中燃料組件中硼硅玻璃可燃毒物棒或載釓燃料棒的根數(shù)為8根、12根、16根、20根或24根；
從第二循環(huán)開始，裝入的新燃料組件中載釓燃料棒的根數(shù)為12根、16根或20根。
[0011]所述的載釓燃料棒為由一體化釓可燃毒物均勻混合在芯塊中形成，一體化釓可燃毒物中釓的存在形式U02-Gd203。
[0012]優(yōu)選的，從第二循環(huán)開始每次更換1/3?1/2堆芯的燃料組件。
[0013]首循環(huán)中，采用三種不同且具有一定梯度富集度的燃料組件，所述三種的富集度為1.8%、2.4%、3.1%、3.7%、3.9%中任意具有一定梯度的三種
從第三循環(huán)開始裝入的新燃料組件的富集度為4.45%，第二循環(huán)裝入的新燃料組件的富集度為3.9% ;或從第三循環(huán)開始裝入的新燃料組件的富集度為4.95%，第二循環(huán)裝入的新燃料組件的富集度為4.2%或4.45%。
[0014]綜上，本發(fā)明的有益效果是: 1、本發(fā)明提供的燃料管理方法，方法實(shí)現(xiàn)了從首循環(huán)年換料過渡到平衡循環(huán)18個月長周期換料設(shè)計(jì)的技術(shù)需求，適用于由177個燃料組件所組成的壓水堆堆芯。該方法實(shí)現(xiàn)的過程平緩，既保證了首循環(huán)堆芯的安全性，又能較快地過渡到長周期換料的設(shè)計(jì)，提高了電廠的可利用率及負(fù)荷因子。
[0015]2、本發(fā)明中的第二循環(huán)是一個重要的過渡循環(huán)，該循環(huán)新燃料組件富集度采用了一個介于首循環(huán)和平衡循環(huán)新燃料之間的一個值，使整個過渡比較平緩，兼顧了展平堆芯功率分布的難點(diǎn)和提升堆芯循環(huán)長度的經(jīng)濟(jì)性要求。
[0016]3、本發(fā)明從第三循環(huán)到平衡循環(huán)，堆芯循環(huán)長度基本達(dá)到18個月長周期換料設(shè)計(jì)，可以達(dá)到470至500等效滿功率天的循環(huán)長度。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明首循環(huán)堆芯的一種裝載示意圖；
圖2是本發(fā)明第二循環(huán)到平衡循環(huán)堆芯的一種裝載示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步地的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0019]實(shí)施例:
本實(shí)施例針對一個百萬千瓦級核電廠反應(yīng)堆堆芯，該堆芯由177個燃料組件構(gòu)成。一個完整的核電廠堆芯的燃料管理，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)貝1J，統(tǒng)籌確定從首循環(huán)到平衡循環(huán)的一系列堆芯燃料循環(huán)的堆芯裝載模式，并進(jìn)行相關(guān)的中子物理計(jì)算。具體內(nèi)容涵蓋:首循環(huán)所采用的幾種不同燃料富集度的確定、后續(xù)循環(huán)新燃料組件富集度的確定、各個循環(huán)的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、初步的安全評價(jià)等。
[0020]對首循環(huán)堆芯的裝載，采用三種不同且具有一定梯度富集度的燃料組件?？蛇x擇的新燃料富集度類型，包括:1.8%、2.4%、3.1%、3.7%、3.9%等?？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1給出了一個典型的首循環(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，方塊中黑色填充密度越大其富集度越低，例如方塊B11、方塊Cl 1、方塊Dll所代表的燃料組件的富集度大小順序?yàn)锽I 1>C11&