技术领域

本发明属于核电技术领域， 具体涉及一种长周期燃料管理方法。

背景技术

压水堆堆芯燃料管理， 是指从首循环到平衡循环堆芯， 确定堆芯所使用 的燃料富集度、 可燃毒物的类型及各种组件和毒物在堆芯内的 布置， 使得反 应堆堆芯的设计结果满足核设计准则和电厂总 体要求。 堆芯燃料管理的优劣 直接影响核电厂的经济性和安全性， 是后续安全分析或评价的基础， 所说的 燃料管理方法即为堆芯所使用的燃料富集度、 可燃毒物的类型和各种组件和 毒物在堆芯内的布置的确定方法。

目前， 国内在役和在建核电厂的堆芯燃料管理方法， 概括起来主要有四 种类型： U 年换料设计； 2) 首循环为年换料设计， 平衡循环后再经过论证 分析， 逐歩过渡到长周期换料设计； 3 )首循环为年换料， 从第二循环起开始 过渡并在平衡循环实现长周期换料设计； 4)从首循环开始便实施长周期换料 设计。上述类型燃料管理策略的特征主要有： 1 )堆芯由 121或 157个燃料组 件构成； 2)前两种策略要么没有实现长周期换料的要求� ��要么过程显得曲折;

3 ) 对第三种策略， 首循环没有实现长周期换料设计； 4) 所有策略的平衡循 环新组件均使用单一富集度。

综上， 其不足之处在于：

( 1 )由于没能直接实现从首循环开始的长周期换� �设计，没有实现核电 厂经济性的进一歩优化； (2)平衡循环采用单一富集度组件， 不利于展平堆芯功率分布、功率峰 因子相应提高， 从而影响堆芯的安全性； 另一方面， 较大的功率峰值因子， 造成堆芯平均卸料燃耗降低， 燃料的利用率也变差。 发明内容

本发明的目的在于提供一种压水堆堆芯的长周 期燃料管理方法， 它针对 反应堆堆芯， 直接从首循环起实现长周期换料， 并且能在平衡循环很好地展 平堆芯的功率分布， 获得较小的功率峰因子。

实现本发明的技术方案如下：

一种压水堆堆芯的长周期燃料管理方法， 该方法包括如下歩骤：

1 )在首循环堆芯采用高泄漏装载模式， 燃料组件可采用 3~5种不等的富 集度， 其中最高富集度组件堆放在堆芯的最外圈， 较低富集度的燃料组件在 堆芯内部呈交叉棋盘式布置；

2)在首循环中堆芯固体可燃毒物采用硼硅玻璃� ��， 可根据展平堆芯功率 分布的需要， 所用可燃毒物燃料组件可带 8、 12、 16、 20或 24根毒物棒；

3 )在首循环之后的后续循环中采用低泄漏堆芯� �载模式， 新燃料组件置 于堆芯里圈；

4)后续循环采用低泄漏堆芯装载模式， 堆芯最外圈放置已燃耗过的旧组 件；

5 )后续循环使用的固体可燃毒物为由 U0 ₂ -Gd ₂ 0 ₃ 均匀混合在芯块中形成 的载钆燃料棒， 新燃料组件带载钆燃料棒的典型数量为 12根、 16根或 20根。

在上述的一种压水堆堆芯的长周期燃料管理方 法中： 在歩骤 3 ) 中， 后 续循环所更新的新燃料组件使用两种不同的富 集度， 分别为 4.45%和 4.95%。

本发明所取得的有益效果如下： 首循环堆芯采用高泄漏装载模式， 即在 堆芯内部富集度大的组件和富集度低的组件相 互搭配组合， 最高富集度的燃 料组件放在堆芯最外圈； 在后续循环， 堆芯采用低泄漏装载模式， 即每次更 新的新燃料组件均置于堆芯内部且与燃耗过的 旧组件配合使用， 堆芯最外圈 放置已燃耗过的旧燃料组件。 直接实现了从首循环开始到平衡循环的长周期 换料设计， 提高了电厂的可利用率及负荷因子， 电厂的经济效益得以增强。 进一歩的， 后续燃料循环采用两种不同的燃料富集度， 更加容易展平堆芯的 功率分布， 降低了堆芯的功率峰值因子。 相比传统的长周期换料设计， 堆芯 的批平均卸料燃耗提高， 更充分地利用了核燃料。

附图说明 图 1为本发明的首循环堆芯的装载示意图；

图 2为本发明的平衡循环堆芯的装载示意图。

具体实施方式 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细 的描述。

一个完整的核电厂堆芯的燃料管理， 具体设计内容涵盖： 首循环所采用 的几种不同燃料富集度的确定、 后续循环新燃料组件富集度的确定、 各个循 环的固体可燃毒物类型的选择、 堆芯燃料组件和固体可燃毒物的布置。

本实施例针对一个百万千瓦级核电厂反应堆堆 芯， 该堆芯由 177个燃料 组件构成。 对首循环堆芯的装载， 采用 4种不同富集度的燃料组件 （根据展 平堆芯功率分布的需要，可以为 3种或 5种），选择硼硅玻璃作为固体可燃毒 物以抑制堆芯的初始反应性和优化堆芯的功率 分布。 考虑到首循环所用的全 部为新燃料组件， 故组件的布置方式采用高泄漏的装载模式。

图 1给出了一个典型的首循环堆芯的装载示意图� � 堆芯采用的 4种富集 度中的最高的燃料组件布置在堆芯的最外圈， 而其余的 3种富集度燃料组件 则布置在堆芯的内部， 且较低富集度的 2种燃料组件在堆芯内部呈交叉棋盘 式布置。 为了控制初始堆芯剩余反应性， 延长堆芯寿期并更好地展平堆芯功率分 布， 在燃料组件中放入了不同数量的硼硅玻璃可燃 毒物棒， 这些毒物棒插入 燃料组件的导向管中。 所述的燃料组件可以带 8根、 12根、 16根、 20根和 24根硼硅玻璃毒物棒。

上述首循环堆芯装载模式，循环长度可以达到 480~520个等效满功率天， 实现长周期换料设计的需求。

对于后续循环的设计， 包括过渡循环和平衡循环， 此前的不论是年换料 设计或长周期换料设计， 每次更新的新燃料组件均采用单一的燃料富集 度。 这种设计使得展平堆芯功率分布变得困难， 且不利于提高卸料燃料组件的平 均卸料燃耗深度， 降低了燃料的利用率。 本发明所述的技术方案， 在后续循 环每次加入 2种不同富集度的新燃料组件， 两种燃料富集度之间形成一定的 梯度。 比如， 两种典型燃料组件富集度可以确定为 4.45%和 4.95%。

图 2给出了一个典型的平衡循环堆芯的装载示意� �， 而过渡循环的新燃 料组件的布置与此图具有很强的相似性， 以便更快地过渡到平衡循环。

与首循环不同，在后续循环中固体可燃毒物使 用钆，其形式为 U0 ₂ -Gd ₂ 0 ₃ 均匀混合在芯块中形成载钆燃料棒。 所述发明后续循环新燃料组件带载钆燃 料棒的典型数量为 12根、 16根或 20根。

如图 2所示， 每次加入的新燃料组件中的较高富集度的大多 数置于堆芯 的次外圈， 而另一种富集度的燃料组件则主要放在堆芯里 圈部分。 堆芯最外 圈放置燃耗过一个循环的旧组件， 而在堆芯的里圈放入燃耗更深的 （主要为 已燃耗过两个循环） 的旧组件。 堆芯里圈的已燃耗过的旧组件与新组件相互 搭配组合， 或者使已燃耗过的组件按燃耗深度的不同呈交 叉排列方式。 堆芯装载中新燃料组件所带载钆燃料棒的数量 ， 可以根据展平堆芯功率 分布的需要而加以确定。

采用本发明所述堆芯装载方法， 后续循环堆芯循环长度可达到 480~520 等效满功率天。 同时， 将进一歩提高堆芯卸料燃料组件的批平均卸料 燃耗， 提升核燃料的利用率。

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。 倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其 等同技术 的范围之内， 则本发明也意图包含这些改动和变型在内。