專利名稱:多堆聯(lián)合核燃料循環(huán)利用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核電技術(shù)，特別涉及應(yīng)用在核電站首爐堆芯燃料管理設(shè)計(jì)中的一種多 堆聯(lián)合核燃料循環(huán)利用方法。
背景技術(shù)：
核能發(fā)電是一種新型能源。從廿世紀(jì)50年代第一座核電站建成以來越來越受到 人們重視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2002年底世界上已有30多個(gè)國家和地區(qū)建成約441座核電站，發(fā) 電容量約為3. 6億千瓦。正在建造中的約有40座，計(jì)劃建造的約60座，全部建成裝機(jī)容量 將近5億千瓦，約占那時(shí)世界發(fā)電量的20%左右。原子核反應(yīng)堆通常以鈾或钚作核燃料，可 控地進(jìn)行鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)，并持續(xù)不斷地將裂變能量帶出作功的一種特殊的原子鍋爐。
現(xiàn)在的核電站首爐堆芯所使用的燃料均為新燃料，其缺點(diǎn)是前期的卸料燃耗相對(duì) 較低，燃料利用不經(jīng)濟(jì)；對(duì)停堆換料的堆型來說，還造成首爐堆芯實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期換料困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多堆聯(lián)合核燃料循環(huán)利用方法，能夠解決新建核電站 的前期燃料利用不經(jīng)濟(jì)和停堆換料堆型在首爐堆芯實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期換料困難的問題。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種多堆聯(lián)合核燃料循環(huán)利用方 法，對(duì)可互換燃料元件的多個(gè)反應(yīng)堆聯(lián)合進(jìn)行核燃料循環(huán)利用，部分燃料元件依次在多個(gè) 反應(yīng)堆中使用。
進(jìn)一步的，使用新燃料元件和部分燃耗過的燃料元件組成新舊燃料混合堆芯作為 新機(jī)組的首爐堆芯。
進(jìn)一步的，所述首爐堆芯的構(gòu)成與平衡循環(huán)堆芯的構(gòu)成一致或相近。所述部分燃 耗過的燃料元件為擁有一定燃耗深度、仍有利用價(jià)值的燃料元件。且所述部分燃耗過的燃 料元件已經(jīng)放置至少一年。
本發(fā)明可應(yīng)用于已運(yùn)行堆之間的堆芯燃料管理設(shè)計(jì)優(yōu)化，可以提高燃料利用率。 當(dāng)應(yīng)用在新機(jī)組的首爐堆芯時(shí)，可以把新建核電站前期的燃料利用率提高到后期平衡循環(huán) 時(shí)的水平，節(jié)省燃料采購及乏燃料后處理的費(fèi)用，并使停堆換料堆型在首爐堆芯就能實(shí)現(xiàn) 長(zhǎng)周期平衡循環(huán)或準(zhǔn)平衡循環(huán)。本發(fā)明方法對(duì)停堆換料堆型和連續(xù)換料堆型都適用，適用 于壓水堆、沸水堆、重水堆和高溫氣冷堆。
具體實(shí)施方式
下面以堆芯裝載157個(gè)燃料元件、需要停堆換料的壓水堆核電站首爐長(zhǎng)周期平衡 循環(huán)堆芯為例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
首先開展多堆聯(lián)合核燃料循環(huán)設(shè)計(jì)，按照長(zhǎng)周期平衡循環(huán)堆芯的構(gòu)成特點(diǎn)列出新 機(jī)組首爐堆芯所需各種新舊燃料元件清單。例如，當(dāng)M310型壓水堆首爐循環(huán)長(zhǎng)度定為17 個(gè)月時(shí)，可以采用72組富集度為4. 45%的新燃料、56組在18個(gè)月燃料循環(huán)中使用過一次的燃料和四組在18個(gè)月燃料循環(huán)中使用過兩次的燃料。再例如，當(dāng)M310型壓水堆首爐循 環(huán)長(zhǎng)度定為19個(gè)月時(shí)，則可以采用76組富集度為4. 45%的新燃料、52組在18個(gè)月燃料循 環(huán)中使用過一次的燃料和四組在18個(gè)月燃料循環(huán)中使用過兩次的燃料。
本發(fā)明中，所述長(zhǎng)周期平衡循環(huán)堆芯的構(gòu)成由核電站的具體參數(shù)(如堆芯裝載的 燃料元件數(shù)量、燃料循環(huán)長(zhǎng)度和燃料富集度等)決定，在平衡循環(huán)中，機(jī)組燃料的利用率和 安全系數(shù)最佳。
通過一個(gè)或多個(gè)已運(yùn)行核電站的多次換料為新機(jī)組的首爐堆芯湊足所需的部分 燃耗過的燃料元件，這包括經(jīng)過一個(gè)循環(huán)和兩個(gè)循環(huán)的燃料元件；當(dāng)上述只部分燃耗過的 燃料元件在乏燃料水池中放置了至少一年之后，其剩余發(fā)熱量及放射性水平將降到足夠 低，可以滿足運(yùn)輸條件。
根據(jù)新舊燃料元件的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)新機(jī)組的首爐堆芯設(shè)計(jì)進(jìn)行校核計(jì)算，必要時(shí)進(jìn) 行調(diào)整直到滿足要求。
在新機(jī)組的乏燃料水池可以使用后，就可以在新機(jī)組的首爐堆芯準(zhǔn)備裝料前使用 乏燃料運(yùn)輸容器將這些已經(jīng)滿足運(yùn)輸條件的、部分燃耗過的燃料元件運(yùn)到新機(jī)組的乏燃料 水池。所需新燃料則按現(xiàn)有方法運(yùn)到新機(jī)組的乏燃料水池。
按照設(shè)計(jì)結(jié)果為新機(jī)組的首爐堆芯裝料。
本發(fā)明的其它實(shí)施例中，新機(jī)組首爐堆芯的新燃料元件和只部分燃耗過的燃料元 件的構(gòu)成比例及其它參數(shù)與平衡循環(huán)堆芯時(shí)的狀態(tài)也可以完全不同，只要能滿足設(shè)計(jì)要求 即可，比較靈活。
這樣，通過實(shí)施多堆聯(lián)合核燃料循環(huán)，可以參考核電站平衡循環(huán)堆芯的構(gòu)成特點(diǎn)， 為新建核電站構(gòu)造一個(gè)可直接達(dá)到平衡循環(huán)或準(zhǔn)平衡循環(huán)狀態(tài)的首爐堆芯，節(jié)省燃料采購 及乏燃料后處理的費(fèi)用。對(duì)停堆換料堆型來說，在首爐堆芯就能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期換料。
上述首爐堆芯的設(shè)計(jì)方式同樣可以應(yīng)用于不停堆換料的堆型。下面以球床高溫氣 冷堆為例對(duì)本發(fā)明在不停堆換料堆型首爐堆芯上的應(yīng)用作進(jìn)一步闡述。
首先開展多堆聯(lián)合核燃料循環(huán)設(shè)計(jì)，按照球床高溫氣冷堆平衡循環(huán)堆芯的構(gòu)成特 點(diǎn)得到新機(jī)組首爐堆芯所需各種新舊燃料元件的清單。
通過一個(gè)或多個(gè)已運(yùn)行高溫氣冷堆核電站的連續(xù)換料為新機(jī)組的首爐堆芯湊足 所需只部分燃耗過的燃料元件；當(dāng)上述只部分燃耗過的燃料元件放置了至少一年之后，其 剩余發(fā)熱量及放射性水平將降到足夠低，可以滿足運(yùn)輸條件。
根據(jù)新舊燃料元件的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)新機(jī)組的首爐堆芯設(shè)計(jì)進(jìn)行校核計(jì)算，必要時(shí)進(jìn) 行調(diào)整直到滿足要求。
在新機(jī)組滿足燃料元件接受條件之后，就可以在新機(jī)組的首爐堆芯準(zhǔn)備裝料前使 用球形燃料元件的乏燃料運(yùn)輸容器將這些已經(jīng)滿足運(yùn)輸條件的只部分燃耗過的燃料元件 運(yùn)到新機(jī)組。所需新燃料則按現(xiàn)有方法運(yùn)到新機(jī)組。
按照設(shè)計(jì)結(jié)果為新機(jī)組的首爐堆芯裝料。
本發(fā)明方法也可用于已運(yùn)行堆之間的堆芯燃料管理設(shè)計(jì)優(yōu)化。以M310壓水堆18 個(gè)月燃料循環(huán)和四分之一年度燃料循環(huán)的聯(lián)合核燃料循環(huán)設(shè)計(jì)為例作進(jìn)一步闡述。
18個(gè)月燃料循環(huán)具有機(jī)組可用率高的優(yōu)點(diǎn)，四分之一年度燃料循環(huán)具有燃料利用 率高的優(yōu)點(diǎn)。將18個(gè)月燃料循環(huán)中邊緣位置改為全部放置經(jīng)過了兩個(gè)循環(huán)的燃料元件，增加4組新燃料元件以保持燃料循環(huán)長(zhǎng)度，多余出來的只經(jīng)過了一個(gè)循環(huán)的燃料元件則放入 四分之一年度燃料循環(huán)堆芯，可提高燃料利用率。這樣，當(dāng)長(zhǎng)周期換料堆芯和短周期換料堆 芯聯(lián)合進(jìn)行換料設(shè)計(jì)后，長(zhǎng)周期換料高機(jī)組可用率的優(yōu)點(diǎn)和短周期換料燃料利用率高的優(yōu) 點(diǎn)都能得到發(fā)揮。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求
范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多堆聯(lián)合核燃料循環(huán)利用方法，其特征在于對(duì)可互換燃料元件的多個(gè)反應(yīng)堆 聯(lián)合進(jìn)行核燃料循環(huán)利用，部分燃料元件依次在多個(gè)反應(yīng)堆中使用；其中，使用新燃料元件和部分燃耗過的燃料元件組成新舊燃料混合堆芯作為新機(jī)組的 首爐堆芯；所述首爐堆芯的構(gòu)成與平衡循環(huán)堆芯的構(gòu)成一致或相近；所述部分燃耗過的燃 料元件中包括使用過一次的燃料元件、使用過兩次的燃料元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的多堆聯(lián)合核燃料循環(huán)利用方法，其特征在于，對(duì)于首爐循環(huán)長(zhǎng)度定為17個(gè)月的M310型壓水堆，采用72組富集度為4. 45 %的新燃料 元件、56組在18個(gè)月燃料循環(huán)中使用過一次的燃料元件、以及四組在18個(gè)月燃料循環(huán)中 使用過兩次的燃料元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的多堆聯(lián)合核燃料循環(huán)利用方法，其特征在于，對(duì)于首爐循環(huán)長(zhǎng)度定為19個(gè)月的M310型壓水堆，采用76組富集度為4. 45 %的新燃料 元件、52組在18個(gè)月燃料循環(huán)中使用過一次的燃料元件、以及四組在18個(gè)月燃料循環(huán)中 使用過兩次的燃料元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1-3中任一項(xiàng)所述的多堆聯(lián)合核燃料循環(huán)利用方法，其特征在于，還 包括以下步驟將所述部分燃耗過的燃料元件在乏燃料水池中放置至少一年，使其剩余發(fā)熱量及放射 性水平將降到足夠低，以滿足運(yùn)輸條件；在新機(jī)組的首爐堆芯準(zhǔn)備裝料前，使用乏燃料運(yùn)輸容器將這些已經(jīng)滿足運(yùn)輸條件的、 部分燃耗過的燃料元件運(yùn)到新機(jī)組的乏燃料水池。
專利摘要
本發(fā)明涉及核電技術(shù)，特別涉及應(yīng)用在核電站首爐堆芯燃料管理設(shè)計(jì)中的一種多堆聯(lián)合核燃料循環(huán)利用方法，對(duì)可互換燃料元件的多個(gè)反應(yīng)堆聯(lián)合進(jìn)行核燃料循環(huán)利用，部分燃料元件依次在多個(gè)反應(yīng)堆中使用。本發(fā)明的有益效果在于可以把新建核電站前期的燃料利用率提高到后期平衡循環(huán)時(shí)的水平，節(jié)省燃料采購及乏燃料后處理的費(fèi)用；使得停堆換料堆型在首爐堆芯就能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期換料。該方法也用于已運(yùn)行堆之間的堆芯燃料管理設(shè)計(jì)優(yōu)化，可以提高燃料利用率。本發(fā)明方法對(duì)停堆換料堆型和連續(xù)換料堆型都適用，適用于壓水堆、沸水堆、重水堆和高溫氣冷堆。
文檔編號(hào)G21C19/00GKCN101206930 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請(qǐng)?zhí)朇N 200610157905
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2006年12月22日
發(fā)明者馬茲容 申請(qǐng)人:深圳中廣核工程設(shè)計(jì)有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (5), 非專利引用 (1),