本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種應(yīng)用于小型壓水堆的簇式控制棒布置方法及運(yùn)行管理方法。
背景技術(shù)：
小型壓水堆具有系統(tǒng)簡(jiǎn)化、運(yùn)行靈活等突出優(yōu)點(diǎn)，其用途非常廣泛，例如：邊遠(yuǎn)地區(qū)及海上供電、低溫供熱、海水淡化及其他用途水電熱聯(lián)產(chǎn)等。為了提高其燃料管理經(jīng)濟(jì)性及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，需要大幅延長(zhǎng)換料周期，實(shí)現(xiàn)堆芯裝載的長(zhǎng)循環(huán)設(shè)計(jì)。控制棒布置及運(yùn)行管理策略是長(zhǎng)循環(huán)小型堆堆芯設(shè)計(jì)的核心，對(duì)于反應(yīng)性控制能力、空間功率分布展平及安全運(yùn)行有著重要影響。
目前，世界各國小型壓水堆堆芯裝載設(shè)計(jì)主要通過增加可燃毒物裝量來延長(zhǎng)循環(huán)長(zhǎng)度，但會(huì)導(dǎo)致堆芯裝載方案設(shè)計(jì)的復(fù)雜化，循環(huán)末由于可燃毒物懲罰加劇導(dǎo)致235U利用率降低，削弱了小型壓水堆的經(jīng)濟(jì)性和安全性優(yōu)勢(shì)。相對(duì)而言，增加控制棒布置數(shù)量是最為有效的提高反應(yīng)性控制能力以延長(zhǎng)循環(huán)長(zhǎng)度的方法，但控制棒通常采用“棋盤式”布置方法，對(duì)于長(zhǎng)循環(huán)小型壓水堆，控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)布置數(shù)量大，會(huì)顯著增加壓力容器頂蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度，控制棒布置數(shù)量少，影響反應(yīng)性控制能力。因此，非常有必要針對(duì)小型壓水堆堆芯設(shè)計(jì)及運(yùn)行特點(diǎn)，提出更為有效的控制棒布置及運(yùn)行管理方法，在減少控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的同時(shí)，增加控制棒布置梳理，并建立與之相適應(yīng)的運(yùn)行管理方法，如提棒程序、功率調(diào)節(jié)等，使長(zhǎng)循環(huán)小型堆堆芯裝載設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單、反應(yīng)性控制能力更強(qiáng)，從而提高小型壓水的其燃料管理經(jīng)濟(jì)性及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用于小型壓水堆的簇式控制棒布置方法，以克服現(xiàn)有的小型壓水堆控制棒束采用“棋盤式”布置導(dǎo)致的控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)布置數(shù)量控制與反應(yīng)性控制能力無法合理調(diào)節(jié)的問題。
此外，本發(fā)明還提供一種應(yīng)用于小型壓水堆的簇式控制棒的運(yùn)行管理方法。
本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案是：應(yīng)用于小型壓水堆的簇式控制棒布置方法，包括以下步驟：
分組步驟：堆芯燃料組件內(nèi)插入控制棒，將控制棒分組為安全棒組、燃耗補(bǔ)償棒組；
分簇步驟：選擇至少3個(gè)相鄰燃料組件的同組控制棒作為1簇，每一簇由1臺(tái)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提升或下插。
現(xiàn)有的小型壓水堆對(duì)控制棒的布置采用“棋盤式”布置，即不同類型的控制棒間隔布置，且每根控制棒均單獨(dú)采用一個(gè)控制棒驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，壓水堆內(nèi)控制棒的數(shù)量不宜過少，控制棒的數(shù)量若是設(shè)置的過少，會(huì)影響壓水堆的反應(yīng)性控制能力進(jìn)而縮短循環(huán)長(zhǎng)度，因而，為了提高壓水堆反應(yīng)性控制能力以延長(zhǎng)循環(huán)長(zhǎng)度的方法為增加控制棒的數(shù)量，但是隨著控制棒數(shù)量的增加相應(yīng)的控制棒的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的數(shù)量也會(huì)增加，會(huì)顯著增加壓力容器頂蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度，因此，需要設(shè)計(jì)一種合理的控制棒的布置方法，在不增加控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的前提下使得控制棒的數(shù)量盡可能的多，本發(fā)明打破控制棒傳統(tǒng)的“棋盤式”布置，采用簇式布置，將多個(gè)同種類型的控制棒設(shè)置為一簇，一簇采用一個(gè)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)控制棒的提升或下插，進(jìn)而大大減少了控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的使用，即與常規(guī)“棋盤式”布置相比，同樣數(shù)量的控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠控制更多的控制棒（至少3倍），進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在不增加壓力容器頂蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度的前提下，提高了壓水堆反應(yīng)性控制能力以延長(zhǎng)循環(huán)長(zhǎng)度，如此，本發(fā)明克服了現(xiàn)有的小型壓水堆控制棒束采用“棋盤式”布置導(dǎo)致的控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)布置數(shù)量控制與反應(yīng)性控制能力無法合理調(diào)節(jié)的問題。
進(jìn)一步地，燃耗補(bǔ)償棒組按照每一簇控制棒的數(shù)量不同至少設(shè)置有1組。
根據(jù)控制棒具體布置的位置的不同，捆綁成簇的方式也不一樣，為了便于更為合理有效的利用控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制棒每一簇設(shè)置的數(shù)量可根據(jù)控制棒布置的連續(xù)緊密的程度有所不同，處于中間部位的控制棒由于其連續(xù)緊密的程度較高，每一簇的數(shù)量可以設(shè)置相對(duì)較多，處于邊緣的控制棒由于其連續(xù)緊密的程度較低，每一簇的數(shù)量可以設(shè)置相對(duì)較少，因而將燃耗補(bǔ)償棒組按照每一簇控制棒的數(shù)量不同設(shè)置有多組能夠提高控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的利用率，在最大限度上提高壓水堆反應(yīng)性控制能力以延長(zhǎng)循環(huán)長(zhǎng)度。
進(jìn)一步地，安全棒組對(duì)稱布置在堆芯最外圍區(qū)域。
安全棒組要有限提出，將安全棒組布置在堆芯最外圍，有利于提高控制棒操作的方便性。
進(jìn)一步地，燃耗補(bǔ)償棒組按照每一簇控制棒數(shù)量的遞增在安全棒組內(nèi)側(cè)由外而內(nèi)設(shè)置。
優(yōu)先提出控制棒數(shù)量較少的燃耗補(bǔ)償棒組，將控制棒數(shù)量較少的燃耗補(bǔ)償棒組設(shè)置在外圍，有利于燃耗補(bǔ)償棒組的提出，提高操作的方便性。
進(jìn)一步地，堆芯燃料組件內(nèi)全部插入控制棒。
雖大限度的利用堆芯燃料組件，且有利于控制棒的分組。
進(jìn)一步地，設(shè)置在堆芯最內(nèi)層的燃耗補(bǔ)償棒組呈矩形排列。
應(yīng)用于小型壓水堆的簇式控制棒布置的運(yùn)行管理方法，控制棒的提出與反插：在反應(yīng)堆提升功率之前將安全棒組完全提出堆芯；燃耗補(bǔ)償棒組按照每簇控制棒數(shù)量布置位置，從堆芯最外圍區(qū)域至堆芯中心區(qū)域，順序提出，反插過程則相反；
堆芯功率調(diào)節(jié)：由燃耗補(bǔ)償棒組及負(fù)反饋來完成。
安全棒組布置在堆芯最外圍且對(duì)稱，在反應(yīng)堆提升功率之前完全提出堆芯；燃耗補(bǔ)償棒組由外至內(nèi)依次提出，并且控制棒數(shù)量較少的燃耗補(bǔ)償棒組優(yōu)先提出，反插過程則相反；與傳統(tǒng)的壓水堆堆芯相比，本發(fā)明的堆芯僅設(shè)置“安全棒組”及“燃耗補(bǔ)償棒組”，不設(shè)置獨(dú)立的“功率調(diào)節(jié)棒組”，堆芯功率調(diào)節(jié)由燃耗補(bǔ)償棒組及負(fù)反饋來完成，取消獨(dú)立的功率調(diào)節(jié)棒，依靠燃耗補(bǔ)償棒組及負(fù)反饋效應(yīng)完成堆芯功率調(diào)節(jié)，大幅簡(jiǎn)化了堆芯控制棒運(yùn)行管理及堆芯運(yùn)行控制難度，并展平堆芯空間功率分布。
進(jìn)一步地，堆芯功率調(diào)節(jié)為由燃耗補(bǔ)償棒組不連續(xù)引入較大的反應(yīng)性，再依靠堆芯負(fù)慢化劑反饋效應(yīng)及多普勒效應(yīng)進(jìn)行修正。
在堆芯功率調(diào)節(jié)過程中冷卻劑平均溫度在特定范圍內(nèi)飄移，通常為滿功率工況冷卻劑平均溫度±30℃或更小。
綜上，本發(fā)明的有益效果是：
1、與常規(guī)“棋盤式”布置相比，本發(fā)明能夠大幅度提高控制棒布置數(shù)量及反應(yīng)性控制能力，使堆芯裝載循環(huán)長(zhǎng)度顯著增加，提高其燃料管理經(jīng)濟(jì)性。
2、與常規(guī)“棋盤式”布置相比，布置同樣數(shù)量的控制棒，控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)布置數(shù)量則有效減少，降低了小型堆壓力容器頂蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度。
3、本發(fā)明獨(dú)立的功率調(diào)節(jié)棒，依靠燃耗補(bǔ)償棒組及負(fù)反饋效應(yīng)完成堆芯功率調(diào)節(jié)，大幅簡(jiǎn)化了堆芯控制棒運(yùn)行管理及堆芯運(yùn)行控制難度，并展平堆芯空間功率分布。
附圖說明
圖1是簇式控制棒布置及分組示意圖。
附圖中標(biāo)記及相應(yīng)的零部件名稱：
1-安全棒組，2-燃耗補(bǔ)償棒組I，3-燃耗補(bǔ)償棒組II，4-燃耗補(bǔ)償棒組III。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)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。
實(shí)施例：
如圖1所示，本實(shí)施例為由57盒燃料組件構(gòu)成的小型壓水堆，功率為170MW，額定功率下冷卻劑平均溫度為300℃。
應(yīng)用于小型壓水堆的簇式控制棒布置方法，所有燃料組件均插入控制棒，安全棒組1布置在堆芯最外圍，字符標(biāo)識(shí)為“S”，安全棒組1由4簇控制棒構(gòu)成，每簇控制棒涵蓋了3個(gè)燃料組件。燃耗補(bǔ)償棒組分為3類，燃耗補(bǔ)償棒組I 2布置在堆芯外圍，字符標(biāo)識(shí)為“B1”，由4簇控制棒構(gòu)成，每簇控制棒涵蓋3個(gè)燃料組件；燃耗補(bǔ)償棒組II 3布置在靠近堆芯區(qū)域，字符標(biāo)識(shí)為“B2”，由4簇控制棒構(gòu)成，每簇控制棒涵蓋6個(gè)燃料組件；燃耗補(bǔ)償棒組III 4呈矩形排列布置在堆芯中心區(qū)域，由1簇控制棒構(gòu)成，字符標(biāo)識(shí)為“B3”，涵蓋9個(gè)燃料組件。
燃耗補(bǔ)償棒組II 3以燃耗補(bǔ)償棒組III 4的邊界為起點(diǎn)向外延伸，燃耗補(bǔ)償棒組I 2以燃耗補(bǔ)償棒組II 3的邊界為起點(diǎn)向外延伸，安全棒組1以燃耗補(bǔ)償棒組I 2的邊界為起點(diǎn)向外延伸設(shè)置在堆芯最外圍，每一簇控制棒由1臺(tái)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提升或下插。
應(yīng)用于小型壓水堆的簇式控制棒的運(yùn)行管理方法，在反應(yīng)堆提升功率之前將安全棒組1完全提出堆芯；燃耗補(bǔ)償棒組按照每簇控制棒數(shù)量遞增的順序提出，反插過程則相反；堆芯功率調(diào)節(jié)：由燃耗補(bǔ)償棒組及負(fù)反饋來完成，所述負(fù)反饋為由燃耗補(bǔ)償棒組不連續(xù)引入較大的反應(yīng)性，依靠堆芯負(fù)慢化劑反饋效應(yīng)及多普勒效應(yīng)進(jìn)行修正。
即反應(yīng)堆啟動(dòng)前，將安全棒組1（S）提出堆芯，反應(yīng)堆啟動(dòng)及運(yùn)行過程中，依次提出燃耗補(bǔ)償棒組I 2（B1）、燃耗補(bǔ)償棒組II 3（B2）和燃耗補(bǔ)償棒組III 4（B3）?？刂瓢舴床鍟r(shí)，依次插入燃耗補(bǔ)償棒組III 4（B3）、燃耗補(bǔ)償棒組II 3（B2）和燃耗補(bǔ)償棒組 2（B1）。需要停堆時(shí)，所有控制棒組全部插入堆芯。
在循環(huán)初，燃耗補(bǔ)償棒組I 2（B1）反應(yīng)性價(jià)值最小，燃耗補(bǔ)償棒組III 4（B3）反應(yīng)性價(jià)值最大，故優(yōu)先提出燃耗補(bǔ)償棒組I 2（B1）。
在提升（或降低）功率時(shí)，以最小步數(shù)手動(dòng)提升（或下插）燃耗補(bǔ)償棒組，向堆芯引入較大正（或負(fù)）反應(yīng)性，依靠慢化劑負(fù)反饋及多普勒效應(yīng)進(jìn)行堆芯功率及慢化劑溫度修正，并保證堆芯的冷卻劑平均溫度在300±30℃范圍內(nèi)飄移。在運(yùn)行工況穩(wěn)定之后，再與調(diào)節(jié)目標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，判斷向堆芯引入正（或負(fù)）反應(yīng)性大小，通過多次移動(dòng)燃耗補(bǔ)償棒組及堆芯自動(dòng)調(diào)節(jié)，使堆芯功率達(dá)到目標(biāo)值。
如上所述，可較好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。