一種超臨界水堆燃料組件及堆芯的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超臨界水堆燃料組件及堆芯。
【背景技術(shù)】
[0002] 超臨界水冷堆（SCWR)是近年來(lái)發(fā)展較為迅速的第四代核能系統(tǒng)，具有機(jī)組熱效率 高、系統(tǒng)簡(jiǎn)化等突出優(yōu)點(diǎn)。其熱效率高達(dá)44%左右，在經(jīng)濟(jì)性上，相比其他反應(yīng)堆具有很大 的優(yōu)勢(shì)。
[0003] 背景文件1 (《超臨界水冷堆CSR1000堆芯初步概念設(shè)計(jì)》，核動(dòng)力工程，2013， 34 (1) :9-14)提出了具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的百萬(wàn)千瓦級(jí)超臨界水堆設(shè)計(jì)概念CSR1000,超 臨界水堆CSR1000采用單水棒、組合式方形燃料組件，在保證燃料棒均勻慢化的同時(shí)簡(jiǎn)化 組件結(jié)構(gòu)；堆芯冷卻劑流動(dòng)方案為雙流程，以提高堆芯流動(dòng)穩(wěn)定性及平均出口溫度；堆芯 采用157盒燃料組件、高泄漏換料模式。
[0004] 背景文件1提出的CSR1000燃料組件及堆芯方案，采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單的單水 棒、組合式方形燃料組件，慢化劑和冷卻劑分流簡(jiǎn)單；采用157盒組件、3批次高泄漏換料模 式、新組件富集度為5. 6%、平衡循環(huán)堆芯壽期為350EFPD、平均卸料燃耗32709Mffd/tU，該方 案滿(mǎn)足CSR1000堆芯設(shè)計(jì)的基本要求，但仍存在以下不足： 1. 燃料組件內(nèi)功率分布不夠均勻，組件功率峰值因子PPF壽期內(nèi)最大值為1. 11 ; 2. 燃料組件可達(dá)到的理論卸料燃耗較低，僅約40000Mffd/tU，不能滿(mǎn)足更長(zhǎng)堆芯換料 周期(如至少18個(gè)月?lián)Q料）的要求； 3. 堆芯平均卸料燃耗較低，堆芯壽期較短，僅為350EFPD。
[0005] 綜上所述，本申請(qǐng)發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)實(shí)施例中發(fā)明技術(shù)方案的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)上 述技術(shù)至少存在如下技術(shù)問(wèn)題： 在現(xiàn)有技術(shù)中，現(xiàn)有超臨界水堆堆芯設(shè)計(jì)存在燃料組件內(nèi)功率分布不夠均勻、燃料組 件理論卸料燃耗低、堆芯壽期短的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種超臨界水堆燃料組件及堆芯，解決了現(xiàn)有超臨界水堆堆芯設(shè)計(jì) 存在燃料組件內(nèi)功率分布不夠均勻、燃料組件理論卸料燃耗低、堆芯壽期短的技術(shù)問(wèn)題，實(shí) 現(xiàn)了延長(zhǎng)堆芯壽期，提高反應(yīng)堆的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)降低組件功率峰因子，提高反應(yīng)堆的安全性 的技術(shù)效果。
[0007] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種超臨界水堆燃料組件，所述燃料 組件內(nèi)采用徑向3區(qū)富集度布置，所述燃料組件包括： 慢化劑水棒、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，所述燃料組件的橫截面為長(zhǎng)方形狀，在所述燃料組件的橫截面第一長(zhǎng)方 形中，所述第一長(zhǎng)方形內(nèi)除慢化劑水棒外的區(qū)域均勻分布有56個(gè)柵元位置，每個(gè)柵元位置 處設(shè)有1燃料棒，其中，所述4根5. 6%富集度的燃料棒分別分布在所述第一長(zhǎng)方形的四個(gè) 角點(diǎn)的柵元位置處，所述慢化劑水棒的中心與所述第一長(zhǎng)方形的中心重合，每根5. 6%富集 度的燃料棒側(cè)面均勻分布有2根7. 5%富集度的燃料棒，所述慢化劑水棒的四周均勻分布12 根7. 5%富集度的燃料棒，余下的每個(gè)柵元位置分別布置1根8. 26%富集度的燃料棒。
[0008] 其中，所述燃料組件的組件功率峰值因子PPF壽期內(nèi)最大值為1. 04,且PPF維持 在1. 03至1. 04之間。
[0009] 其中，所述燃料組件內(nèi)燃料棒平均富集度為7. 8%，所有燃料棒中布置含量1. 4%的 Er203可燃毒物。
[0010] 其中，所述燃料組件的卸料燃耗大于60000Mffd/tU。
[0011] 另一方面，本申請(qǐng)還提供了一種超臨界水堆堆芯，所述堆芯裝載157組權(quán)利要求 1-4中任一權(quán)項(xiàng)所述的燃料組件，所述堆芯采用17組共124束控制棒，軸向2區(qū)含有Er203 可燃毒物。
[0012] 其中，所述堆芯采用了Er203可燃毒物軸向分區(qū)設(shè)計(jì)，即可燃毒物Er203含量在軸 向上分為上下兩區(qū)，上區(qū)1/5活性區(qū)高度Er203含量為1. 0%，下區(qū)4/5活性區(qū)高度Er203含 量為1. 5%，全堆芯燃料中初始Er203平均含量為1. 4%，全堆芯共布置124束控制棒，分為17 組，其中安全棒共28束。
[0013] 本申請(qǐng)實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)： 由于采用了將超臨界水堆燃料組件，所述燃料組件內(nèi)采用徑向3區(qū)富集度布置，設(shè)計(jì) 為包括：慢化劑水棒、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，所述燃料組件的橫截面為長(zhǎng)方形狀，在所述燃料組件的橫截面第一長(zhǎng) 方形中，所述第一長(zhǎng)方形內(nèi)除慢化劑水棒外的區(qū)域均勻分布有56個(gè)柵元位置，每個(gè)柵元位 置處設(shè)有1燃料棒，其中，所述4根5. 6%富集度的燃料棒分別分布在所述第一長(zhǎng)方形的四 個(gè)角點(diǎn)的柵元位置處，所述慢化劑水棒的中心與所述第一長(zhǎng)方形的中心重合，每根5. 6%富 集度的燃料棒側(cè)面均勻分布有2根7. 5%富集度的燃料棒，所述慢化劑水棒的四周均勻分布 12根7. 5%富集度的燃料棒，余下的每個(gè)柵元位置分別布置1根8. 26%富集度的燃料棒的技 術(shù)方案，本設(shè)計(jì)方案解決了超臨界水堆組件由于慢化不均勻?qū)е碌慕M件內(nèi)功率分布不均勻 的問(wèn)題，通過(guò)在慢化最充分的所述第一長(zhǎng)方形的四個(gè)角點(diǎn)柵元位置布置富集度最低的5. 6% 富集度燃料棒，在慢化較為充分的5. 6%富集度燃料棒側(cè)面以及慢化劑水棒四周布置富集 度較低的7. 5%富集度燃料棒，在慢化最不充分的余下柵元位置布置富集度最高的8. 26% 富集度燃料棒，有效地降低了慢化充分的柵元位置功率并提高了慢化不充分的柵元位置功 率，從而使燃料組件內(nèi)功率分布均勻且隨燃耗變化平緩，有效提高了反應(yīng)堆的安全性，可獲 得較深的卸料燃耗，滿(mǎn)足更長(zhǎng)堆芯換料周期的要求，堆芯平均卸料燃耗深，燃耗壽期長(zhǎng)，顯 著提高了反應(yīng)堆的經(jīng)濟(jì)性，所以，有效解決了現(xiàn)有超臨界水堆堆芯設(shè)計(jì)存在燃料組件內(nèi)功 率分布不夠均勻、燃料組件理論卸料燃耗低、堆芯壽期短的技術(shù)問(wèn)題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了延長(zhǎng)堆芯 壽期，提高反應(yīng)堆的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)降低組件功率峰因子，提高反應(yīng)堆的安全性的技術(shù)效果。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為背景文件中2區(qū)富集度燃料組件組成示意圖； 圖2為本申請(qǐng)實(shí)施例中3區(qū)富集度燃料組件組成示意圖； 圖3為2種富集度與3種富集度的組件功率峰值因子比較示意圖； 圖4為2種富集度與3種富集度的組件無(wú)限增殖因子比較示意圖； 圖5為本申請(qǐng)實(shí)施例中堆芯徑向布置示意圖； 圖6為本申請(qǐng)實(shí)施例中堆芯控制棒布置示意圖； 圖7為本申請(qǐng)實(shí)施例中全提棒工況堆芯Keff隨燃耗變化示意圖 圖8為本申請(qǐng)實(shí)施例中堆芯壽期末燃耗分布示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 本發(fā)明提供了一種超臨界水堆燃料組件及堆芯，解決了現(xiàn)有超臨界水堆堆芯設(shè)計(jì) 存在燃料組件內(nèi)功率分布不夠均勻、燃料組件理論卸料燃耗低、堆芯壽期短的技術(shù)問(wèn)題，實(shí) 現(xiàn)了延長(zhǎng)堆芯壽期，提高反應(yīng)堆的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)降低組件功率峰因子，提高反應(yīng)堆的安全性 的技術(shù)效果。
[0016] 本申請(qǐng)實(shí)施中的技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題。總體思路如下： 采用了將超臨界水堆燃料組件，所述燃料組件內(nèi)采用徑向3區(qū)富集度布置，設(shè)計(jì)為包 括：慢化劑水棒、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，所述燃料組件的橫截面為長(zhǎng)方形狀，在所述燃料組件的橫截面第一長(zhǎng)方 形中，所述第一長(zhǎng)方形內(nèi)除慢化劑水棒外的區(qū)域均勻分布有56個(gè)柵元位置，每個(gè)柵元位置 處設(shè)有1燃料棒，其中，所述4根5. 6%富集度的燃料棒分別分布在所述第一長(zhǎng)方形的四個(gè) 角點(diǎn)的柵元位置處，所述慢化劑水棒的中心與所述第一長(zhǎng)方形的中心重合，每根5. 6%富集 度的燃料棒側(cè)面均勻分布有2根7. 5%富集度的燃料棒，所述慢化劑水棒的四周均勻分布12 根7. 5%富集度的燃料棒，余下的每個(gè)柵元位置分別布置1根8. 26%富集度的燃料棒的技 術(shù)方案，本設(shè)計(jì)方案解決了超臨界水堆組件由于慢化不均勻?qū)е碌慕M件內(nèi)功率分布不均勻 的問(wèn)題，通過(guò)在慢化最充分的所述第一長(zhǎng)方形的四個(gè)角點(diǎn)柵元位置布置富集度最低的5. 6% 富集度燃料棒，在慢化較為充分的5. 6%富集度燃料棒側(cè)面以及慢化劑水棒四周布置富集 度較低的7. 5%富集度燃料棒，在慢化最不充分的余下柵元位置布置富集度最高的8. 26% 富集度燃料棒，有效地降低了慢化充分的柵元位置功率并提高了慢化不充分的柵元位置功 率，從而使燃料組件內(nèi)功率分布均勻且隨燃耗變化平緩，有效提高了反應(yīng)堆的安全性，可獲 得較深的卸料燃耗，滿(mǎn)足更長(zhǎng)堆芯換料周期的要求，堆芯平均卸料燃耗深，燃耗壽期長(zhǎng)，顯 著提高了反應(yīng)堆的經(jīng)濟(jì)性，所以，有效解決了現(xiàn)有超臨界水堆堆芯設(shè)計(jì)存在燃料組件內(nèi)功 率分布不夠均勻、燃料組件理論卸料燃耗低、堆芯壽期短的技術(shù)問(wèn)題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了延長(zhǎng)堆芯 壽期，提高反應(yīng)堆的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)降低組件功率峰因子，提高反應(yīng)堆的安全性的技術(shù)效果。
[0017] 為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖以及具體的實(shí)施方式對(duì)上 述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
[0018] 實(shí)施例一： 在實(shí)施例一中，提供了一種超臨界水堆燃料組件，請(qǐng)參考圖1-圖8,所述燃料組件內(nèi)采 用徑向3區(qū)富集度布置，所述燃料組件包括： 慢化