[发明专利]一种适用于模块式小型堆的部分低泄漏装载换料方法

说明书

本发明公开了一种适用于模块式小型堆的部分低泄漏装载换料方法，解决了现有技术无法兼顾在燃料经济性和功率展平特性间平衡的问题。本发明包括(1)采用从外至内U‑235富集度依次降低的高泄漏装载形式构建首循环的堆芯；堆芯中包含多个方形燃料组件，燃料组件中包括有载钆燃料棒；(2)通过过渡循环进入平衡循环后，采用部分低泄漏装载形式分三批次更换堆芯中的燃料组件；每批次更换的燃料组件的U‑235富集度不超过5％，更换的燃料组件中包括有不含载钆燃料组件和含载钆燃料组件。本发明实现了24个月换料目标，燃料利用率提高到了接近大型商用堆的水平，同时保证了堆芯功率展平特性。

技术领域

本发明涉及模块式小型堆反应堆技术领域，具体涉及一种适用于模块式小型堆的部分低泄漏装载换料方法。

背景技术

典型的堆芯换料方案包括“内-外换料”、“外-内换料”、“外-内分区交替换料”、“低泄漏换料”四种，第1、4种属低泄漏装载方式，其优点在于燃料利用率高、压力容器的中子注量低，第2、3种属高泄漏装载方式，它有利于径向功率展平进而提供较大的安全裕量，高泄漏和低泄漏装载的优缺点对立互补；当今主流的堆芯换料设计中，首循环通常使用高泄漏装载形式以满足安全要求，平衡循环通常采用低泄漏装载形式以提高燃料经济性并降低设备辐照压力。

在模块式小型堆堆芯燃料管理中，为提高堆芯燃料经济性以增强竞争力，选定了多批次装料模式以提高燃料平均卸料燃耗；由于堆芯尺寸较小、组件数目少；研究发现，采用高泄漏装载形式有利于展平径向功率分布但降低了燃料利用率，同时压力容器中子注量较高，降低了反应堆整体经济性；采用低泄漏装载形式，径向功率展平难度较大，不利于堆芯安全裕量的维持。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术无法兼顾在燃料经济性和功率展平特性间平衡，目的在于提供一种适用于模块式小型堆的部分低泄漏装载换料方法，堆芯外围同时布置一定数量的新燃料组件和旧燃料组件，在燃料经济性和功率展平特性间取得恰当的平衡，以适应模块式小型堆兼顾安全性和经济性的设计目标。

本发明通过下述技术方案实现：

一种适用于模块式小型堆的部分低泄漏装载换料方法，包括：

(1)采用从外至内U-235富集度依次降低的高泄漏装载形式构建首循环的堆芯；堆芯中包含多个方形的燃料组件，燃料组件中包括有载钆燃料棒；

(2)通过过渡循环进入平衡循环后，采用部分低泄漏装载形式分三次更换堆芯中的燃料组件；每次更换的燃料组件的U-235富集度不超过5％，更换的燃料组件中包括有不含载钆燃料组件和含载钆燃料组件。

本发明针对热功率300MW-400MW、电功率约十万千瓦、使用57盒方形先进压水堆燃料组件的小型堆，通过部分低泄漏装载形式，结合约3批次装卸料策略、多种富集度混合装料(燃料富集度不超过5％)、可燃毒物反应性控制调节等的燃料管理方法，使换料周期达到24个月，批卸料燃耗超过40000MWd/tU，最大卸料燃耗低于52000MWd/tU，接近大型压水堆水平，燃料经济性远高于主流的一次性装卸料小堆燃料管理方案；同时，部分低泄漏装载使得径向功率展平特性满足堆芯的安全性要求，与高泄漏装载相比，降低了压力容器的中子注量，有利于提高相关设备的使用寿命，设计通过相关安全分析和燃料性能分析。

进一步，所述堆芯中燃料组件的数量为57个，该首循环的堆芯中U-235富集度分三区装载，三区装载的U-235富集度分别为1.8％、3.1％和3.9％，三区装载的数量分别为17个、20个和20个。所述堆芯活性段高度215cm，载钆燃料棒中Gd₂O₃质量百分比为8％。在首循环中，最高富集度的燃料组件置于堆芯外区，最低富集度的燃料组件置于堆芯中心区域。在首循环的堆芯中，载钆燃料棒富集度包括1.8％和2.5％两种，不载毒物的燃料棒富集度有多种且均不超过5％。