一種采用鉺可燃毒物的24個(gè)月?lián)Q料堆芯裝載方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及壓水堆堆芯燃料管理技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種采用鉺可燃毒物的 24個(gè)月?lián)Q料堆芯裝載方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓水堆堆芯燃料管理，是指從首循環(huán)到平衡循環(huán)堆芯，確定堆芯所使用的燃料富 集度、可燃毒物的類型及各種燃料組件和可燃毒物在堆芯內(nèi)的布置，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(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。所謂的燃料管理方法即為堆芯所使用的各種燃料 組件、燃料富集度、可燃毒物的類型和在堆芯內(nèi)的布置的確定方法。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)在役和在建核電廠普遍已經(jīng)轉(zhuǎn)入或計(jì)劃轉(zhuǎn)入18個(gè)月長(zhǎng)循環(huán)燃料管理， 隨著工業(yè)水平和設(shè)備制造技術(shù)的進(jìn)步，設(shè)備可靠性已經(jīng)有了很大的提高，為進(jìn)一步提高電 廠的負(fù)荷因子，提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益，可以進(jìn)一步增加循環(huán)長(zhǎng)度，達(dá)到更長(zhǎng)的如24個(gè)月?lián)Q 料周期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種降低大修費(fèi)用、提高核電機(jī)組的能力因 子、增加年度電量、經(jīng)濟(jì)性好的采用鉺可燃毒物的24個(gè)月?lián)Q料堆芯裝載方法。
[0005] 本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案是： 一種采用鉺可燃毒物的24個(gè)月?lián)Q料堆芯裝載方法，換料裝載采用低泄漏堆芯裝載模 式，新燃料組件置于堆芯里圈，堆芯最外圈放置已燃耗過的舊組件，新燃料組件中裝有載鉺 燃料棒，載鉺燃料棒布置在堆芯中功率峰較高的位置。
[0006] 24個(gè)月長(zhǎng)循環(huán)的換料裝載方式需要堆芯中裝入富集度較高的燃料組件，因此堆芯 壽期初的剩余反應(yīng)性很大，且堆芯內(nèi)的功率峰因子較高。載鉺燃料棒布置在堆芯中功率峰 較高的位置，一方面用于控制堆芯壽期初的剩余反應(yīng)性，降低堆芯的硼濃度，另一方面可以 展平過高的功率峰。故本發(fā)明可滿足核電廠向24個(gè)月長(zhǎng)循環(huán)燃料管理過渡的需求，能夠滿 足24個(gè)月燃料管理策略，可減少機(jī)組大修次數(shù)，降低年均大修費(fèi)用，提高核電機(jī)組的能力 因子，提高年負(fù)荷因子，增加年度電量，有利于經(jīng)濟(jì)性的提高，可在年換料和18個(gè)月?lián)Q料的 基礎(chǔ)上進(jìn)一步提尚核電廠運(yùn)彳丁的經(jīng)濟(jì)性。
[0007] 堆芯燃料組件中裝有的載鉺燃料棒，使用Er2O3作為固體可燃毒物，用于控制堆芯 剩余反應(yīng)性，載鉺燃料棒中UO 2-Er2O3均勻混合在燃料芯塊中。
[0008] 所述的堆芯由177組燃料組件構(gòu)成，每次加入96組新燃料組件。對(duì)于換料設(shè)計(jì)， 一般來說，每批加入堆芯的新組件富集度越高、數(shù)量越少、循環(huán)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，則燃料經(jīng)濟(jì)性就 越高。但是受目前國(guó)內(nèi)監(jiān)管限制，新燃料組件富集度不能超過5%，為實(shí)現(xiàn)24個(gè)月?lián)Q料的循 環(huán)長(zhǎng)度，需要每循環(huán)加入較多的新燃料組件。本發(fā)明目前描述的新組件數(shù)量為96組，對(duì)應(yīng) 于670EFH)的循環(huán)長(zhǎng)度。如在此基礎(chǔ)上增減新組件數(shù)量，則循環(huán)長(zhǎng)度也會(huì)相應(yīng)延長(zhǎng)或縮短。
[0009] 所述的載鉺燃料棒中鉺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%~5%，可選的，載鉺燃料棒中鉺的質(zhì)量分 數(shù)為2%、3%及5%。鉺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)主要影響控制剩余反應(yīng)性的能力。鉺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，即 添加量越大，在壽期初能夠控制的剩余反應(yīng)性就越多，隨著毒物在堆芯內(nèi)不斷消耗，能夠釋 放出的反應(yīng)性也就越多。如鉺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過低，則能夠控制的剩余反應(yīng)性有限，不能起到降 低堆芯硼濃度和展平功率峰的作用。鉺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)上限主要受制造工藝的影響，目前取5% 較為適宜。
[0010] 所述的新燃料組件均由17X17個(gè)柵格位置的組件單元構(gòu)成，新燃料組件中含有 載鉺燃料棒的數(shù)量為64根、104根、128根或156根，新燃料組件中不含可燃毒物的燃料棒 U-235富集度為4. 95%，載鉺燃料棒的U-235富集度為4. 75%或4. 45%。對(duì)于特定循環(huán)長(zhǎng)度 的反應(yīng)堆，換料時(shí)加入的新燃料組件富集度越高，所需加入的新燃料組件數(shù)量就越少，燃料 經(jīng)濟(jì)性就越高。從這個(gè)角度上應(yīng)盡可能提高燃料組件的富集度。但受監(jiān)管限制，富集度不能 超過5%，因此選擇不含可燃毒物的燃料棒U-235富集度為4. 95%。載鉺燃料芯塊與不含可燃 毒物的芯塊相比，其熱導(dǎo)率和熔點(diǎn)會(huì)有所下降，因此適當(dāng)降低了載鉺燃料芯棒的富集度，以 避免載鉺燃料芯棒功率過高造成安全隱患。降低燃料棒的富集度會(huì)導(dǎo)致循環(huán)長(zhǎng)度縮短或特 定循環(huán)長(zhǎng)度所需要的換料新組件數(shù)量增加，經(jīng)濟(jì)性下降，但并不表示富集度是不可降低的。 [0011] 優(yōu)選的，所述的新燃料組件中較高富集度或含鉺毒物較少的新燃料組件置于堆芯 的次外圈，較低富集度或含鉺毒物較多的新燃料組件放在堆芯里圈部分，堆芯最外圈放置 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，新燃料組件中所帶載鉺燃 料棒的數(shù)量及鉺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，根據(jù)展平堆芯功率分布的需要而加以確定。新燃料組件中較 高富集度或含鉺毒物較少的新燃料組件的初始反應(yīng)性較高，而較低富集度或含鉺毒物較多 的新燃料組件初始反應(yīng)性較低，將初始反應(yīng)性較高的組件放置于堆芯的次外圈、將初始反 應(yīng)性較低的組件放置于堆芯內(nèi)圈有利于展平堆芯的功率峰，以滿足安全要求。載鉺燃料棒 布置在堆芯中功率峰較高的位置，一方面用于控制堆芯壽期初的剩余反應(yīng)性，降低堆芯的 硼濃度，另一方面可以展平過高的功率峰。故本發(fā)明可滿足核電廠向24個(gè)月長(zhǎng)循環(huán)燃料管 理過渡的需求，能夠滿足24個(gè)月燃料管理策略。
[0012] 堆芯最外圈放置舊組件有利于降低堆芯外圈的中子通量，降低堆芯中子泄漏，有 利于提高堆芯中子經(jīng)濟(jì)性，降低壓力容器中子輻照，以滿足壓力容器壽命要求，因?yàn)閴毫θ?器的壽命基本決定了整個(gè)核電廠的壽命。
[0013] 載鉺燃料棒呈1/8對(duì)稱布置于燃料組件中。
[0014] 堆芯里圈已燃耗過的組件按燃耗深度的不同呈交叉排列方式。
[0015] 綜上，本發(fā)明的有益效果是： 1、本發(fā)明所述的采用鉺可燃毒物的24個(gè)月?lián)Q料堆芯裝載方法，既能夠控制堆芯壽期 初的剩余反應(yīng)性，降低堆芯的硼濃度，又可以展平過高的功率峰，可滿足核電廠向24個(gè)月 長(zhǎng)循環(huán)燃料管理過渡的需求，能夠滿足24個(gè)月燃料管理策略，可減少機(jī)組大修次數(shù)，降低 年均大修費(fèi)用，提高核電機(jī)組的能力因子，提高年負(fù)荷因子，增加年度電量，有利于經(jīng)濟(jì)性 的提尚，可在年換料和18個(gè)月?lián)Q料的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提尚核電廠運(yùn)彳丁的經(jīng)濟(jì)性。
[0016] 2、典型的1/3年換料采用富集度為3. 7%的燃料組件，每循環(huán)裝入58個(gè)新燃料組 件，循環(huán)長(zhǎng)度約為325天；典型的18個(gè)月長(zhǎng)循環(huán)采用富集度為4. 45%的燃料組件，每循環(huán)裝 入68個(gè)新燃料組件，循環(huán)長(zhǎng)度約為475天。本發(fā)明中所述的24個(gè)月長(zhǎng)循環(huán)采用富集度為 4. 95%的燃料組件，每循環(huán)裝入96個(gè)新燃料組件，根據(jù)組件類型的不同，循環(huán)長(zhǎng)度可達(dá)650 天至670天。
[0017] 換料模式的經(jīng)濟(jì)性需要綜合考慮燃料循環(huán)前端費(fèi)用、發(fā)電收益、機(jī)組大修費(fèi)用和 燃料后處理費(fèi)用等各個(gè)因素，下面對(duì)各個(gè)因素進(jìn)行分別分析。
[0018] 核燃料循環(huán)前端費(fèi)用包括天然鈾采購(gòu)費(fèi)用、轉(zhuǎn)換費(fèi)用、濃縮費(fèi)用和燃料元件制造 費(fèi)用。截止2014年10月，天然鈾采購(gòu)單價(jià)為28$/lbsU 30s，分離功單價(jià)為90$/KgSWU。如 考慮市場(chǎng)波動(dòng)和長(zhǎng)期物價(jià)上漲，假定天然鈾采購(gòu)單價(jià)為50$/lbsU 308，分離功單價(jià)為120$/ KgSWU，轉(zhuǎn)化單價(jià)為10$/Kg，燃料制造費(fèi)用為120000$/組。則年換料、18個(gè)月長(zhǎng)循環(huán)和24 個(gè)月長(zhǎng)循環(huán)的燃料費(fèi)用見表1所示。
[0019] 根據(jù)機(jī)組的功率、循環(huán)長(zhǎng)度計(jì)算循環(huán)上網(wǎng)電量，考慮基準(zhǔn)上網(wǎng)電價(jià)0. 43元/kWh， 計(jì)算出各換料模式的循環(huán)發(fā)電收益，見表1所示。
[0020] 傳統(tǒng)年換料一般為30至40天，費(fèi)用約為5000萬元?？紤]通貨膨脹因素，假定年 換料費(fèi)用為上述數(shù)據(jù)兩倍，大修時(shí)間設(shè)定為40天，18個(gè)月長(zhǎng)循環(huán)的大修費(fèi)用設(shè)定為年換料 的1. 2倍，24個(gè)月長(zhǎng)循環(huán)大修費(fèi)用設(shè)定為年換料的1. 4倍見表1所示。
[0021] 乏燃料后處理費(fèi)用按上網(wǎng)電量收取，單價(jià)為0. 026元/kWh，見表1所示。
[0022] 表1三種換料方式年收益比較
注：表中燃料費(fèi)用按美元與人民幣按1比6. 25換算。
[0023] 由表中數(shù)據(jù)可見，24個(gè)月?lián)Q料與年換料及18個(gè)月?lián)Q料方式相比其主要優(yōu)勢(shì)在于 年均發(fā)電收益及節(jié)省的大修費(fèi)用，其潛在的劣勢(shì)在于燃料成本較高，按保守考慮的燃料價(jià) 格，年均燃料成本較年換料模式和18個(gè)月?lián)Q料模式分別高0. 15億元和0. 48億元，但折算 的年均凈收益仍比年換料模式和18個(gè)月?lián)Q料模式分別高2. 11億元和0. 44億元，如按現(xiàn)實(shí) 的燃料市場(chǎng)價(jià)格則24個(gè)月?lián)Q料模式收益優(yōu)勢(shì)更為明顯。
[0024] 在管理效應(yīng)上，24個(gè)月?lián)Q料模式可減少大修，提高效率，降低人因失誤。
[0025] 綜上所述，雖然發(fā)明所描述的24個(gè)月?lián)Q料燃料管理方法的年平均燃料成本略高 于年換料和18個(gè)月?lián)Q料，但綜合經(jīng)濟(jì)性得到了顯著提高。
【附圖說明】
[0026] 圖1是應(yīng)用64根載鉺燃料棒的燃料組件； 圖2是應(yīng)用104根載鉺燃料棒的燃料組件； 圖3是應(yīng)用128根載鉺燃料棒的燃料組件； 圖4應(yīng)用156根載鉺燃料棒的燃料組件； 圖5是本發(fā)明的一種堆芯裝載方案的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 附圖中標(biāo)記及相應(yīng)的零部件名稱： 1-不含鉺燃料棒，2-導(dǎo)向管，3-載鉺燃料棒，4-儀表管。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)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。
[0029] 實(shí)施例： 本發(fā)明提供了一種應(yīng)用載鉺燃料棒的堆芯概念，應(yīng)用本發(fā)明所述載鉺燃料棒的燃料組 件如圖1、圖2、圖3和圖4所示，應(yīng)用本發(fā)明所述載鉺燃料棒的堆芯如圖5所示，由于全堆 芯的燃料組件布置遵循1/4旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，圖