[发明专利]一种超临界水堆燃料组件及堆芯

说明书

技术领域

本发明涉及核反应堆设计技术领域，尤其涉及一种超临界水堆燃料组件及堆芯。

背景技术

超临界水冷堆（SCWR）是近年来发展较为迅速的第四代核能系统，具有机组热效率高、系统简化等突出优点。其热效率高达44%左右，在经济性上，相比其他反应堆具有很大的优势。

背景文件1（《超临界水冷堆CSR1000堆芯初步概念设计》，核动力工程，2013, 34(1):9-14）提出了具有中国自主知识产权的百万千瓦级超临界水堆设计概念CSR1000，超临界水堆CSR1000采用单水棒、组合式方形燃料组件，在保证燃料棒均匀慢化的同时简化组件结构；堆芯冷却剂流动方案为双流程，以提高堆芯流动稳定性及平均出口温度；堆芯采用157盒燃料组件、高泄漏换料模式。

背景文件1提出的CSR1000燃料组件及堆芯方案，采用结构设计较为简单的单水棒、组合式方形燃料组件，慢化剂和冷却剂分流简单；采用157盒组件、3批次高泄漏换料模式、新组件富集度为5.6%、平衡循环堆芯寿期为350EFPD、平均卸料燃耗32709MWd/tU，该方案满足CSR1000堆芯设计的基本要求，但仍存在以下不足：

1. 燃料组件内功率分布不够均匀，组件功率峰值因子PPF 寿期内最大值为1.11；

2. 燃料组件可达到的理论卸料燃耗较低，仅约40000 MWd/tU，不能满足更长堆芯换料周期（如至少18个月换料）的要求；

3. 堆芯平均卸料燃耗较低，堆芯寿期较短，仅为350EFPD。

综上所述，本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

在现有技术中，现有超临界水堆堆芯设计存在燃料组件内功率分布不够均匀、燃料组件理论卸料燃耗低、堆芯寿期短的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种超临界水堆燃料组件及堆芯，解决了现有超临界水堆堆芯设计存在燃料组件内功率分布不够均匀、燃料组件理论卸料燃耗低、堆芯寿期短的技术问题，实现了延长堆芯寿期，提高反应堆的经济性，同时降低组件功率峰因子，提高反应堆的安全性的技术效果。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种超临界水堆燃料组件，所述燃料组件内采用径向3区富集度布置，所述燃料组件包括：

慢化剂水棒、4根5.6%富集度的燃料棒、20根7.5%富集度的燃料棒、32根8.26%富集度的燃料棒，其中，所述燃料组件的横截面为长方形状，在所述燃料组件的横截面第一长方形中，所述第一长方形内除慢化剂水棒外的区域均匀分布有56个栅元位置，每个栅元位置处设有1燃料棒，其中，所述4根5.6%富集度的燃料棒分别分布在所述第一长方形的四个角点的栅元位置处，所述慢化剂水棒的中心与所述第一长方形的中心重合，每根5.6%富集度的燃料棒侧面均匀分布有2根7.5%富集度的燃料棒，所述慢化剂水棒的四周均匀分布12根7.5%富集度的燃料棒，余下的每个栅元位置分别布置1根8.26%富集度的燃料棒。

其中，所述燃料组件的组件功率峰值因子PPF 寿期内最大值为1.04，且PPF维持在1.03至1.04之间。

其中，所述燃料组件内燃料棒平均富集度为7.8%，所有燃料棒中布置含量1.4%的Er2O3可燃毒物。

其中，所述燃料组件的卸料燃耗大于60000MWd/tU。

另一方面，本申请还提供了一种超临界水堆堆芯，所述堆芯装载157组权利要求1-4中任一权项所述的燃料组件，所述堆芯采用17组共124束控制棒，轴向2区含有Er2O3可燃毒物。

其中，所述堆芯采用了Er2O3可燃毒物轴向分区设计，即可燃毒物Er2O3含量在轴向上分为上下两区，上区1/5活性区高度Er2O3含量为1.0%，下区4/5活性区高度Er2O3含量为1.5%，全堆芯燃料中初始Er2O3平均含量为1.4%，全堆芯共布置124束控制棒，分为17组，其中安全棒共28束。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：