多堆联合核燃料循环利用方法技术

本发明专利技术涉及核电技术，特别涉及应用在核电站首炉堆芯燃料管理设计中的一种多堆联合核燃料循环利用方法，对可互换燃料元件的多个反应堆联合进行核燃料循环利用，部分燃料元件依次在多个反应堆中使用。本发明专利技术的有益效果在于可以把新建核电站前期的燃料利用率提高到后期平衡循环时的水平，节省燃料采购及乏燃料后处理的费用；使得停堆换料堆型在首炉堆芯就能实现长周期换料。该方法也用于已运行堆之间的堆芯燃料管理设计优化，可以提高燃料利用率。本发明专利技术方法对停堆换料堆型和连续换料堆型都适用，适用于压水堆、沸水堆、重水堆和高温气冷堆。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及核电技术，特别涉及应用在核电站首炉堆芯燃料管理设计中的一种多 堆联合核燃料循环利用方法。
技术介绍
核能发电是一种新型能源。从廿世纪50年代第一座核电站建成以来越来越受到 人们重视。据统计，截止2002年底世界上已有30多个国家和地区建成约441座核电站，发 电容量约为3. 6亿千瓦。正在建造中的约有40座，计划建造的约60座，全部建成装机容量 将近5亿千瓦，约占那时世界发电量的20%左右。原子核反应堆通常以铀或钚作核燃料，可 控地进行链式裂变反应，并持续不断地将裂变能量带出作功的一种特殊的原子锅炉。现在的核电站首炉堆芯所使用的燃料均为新燃料，其缺点是前期的卸料燃耗相对 较低，燃料利用不经济；对停堆换料的堆型来说，还造成首炉堆芯实现长周期换料困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，能够解决新建核电站 的前期燃料利用不经济和停堆换料堆型在首炉堆芯实现长周期换料困难的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种多堆联合核燃料循环利用方 法，对可互换燃料元件的多个反应堆联合进行核燃料循环利用，部分燃料元件依次在多个 反应堆中使用。进一步的，使用新燃料元件和部分燃耗过的燃料元件组成新旧燃料混合堆芯作为 新机组的首炉堆芯。进一步的，所述首炉堆芯的构成与平衡循环堆芯的构成一致或相近。所述部分燃 耗过的燃料元件为拥有一定燃耗深度、仍有利用价值的燃料元件。且所述部分燃耗过的燃 料元件已经放置至少一年。本专利技术可应用于已运行堆之间的堆芯燃料管理设计优化，可以提高燃料利用率。 当应用在新机组的首炉堆芯时，可以把新建核电站前期的燃料利用率提高到后期平衡循环 时的水平，节省燃料采购及乏燃料后处理的费用，并使停堆换料堆型在首炉堆芯就能实现 长周期平衡循环或准平衡循环。本专利技术方法对停堆换料堆型和连续换料堆型都适用，适用 于压水堆、沸水堆、重水堆和高温气冷堆。具体实施方式下面以堆芯装载157个燃料元件、需要停堆换料的压水堆核电站首炉长周期平衡 循环堆芯为例对本专利技术作进一步阐述。首先开展多堆联合核燃料循环设计，按照长周期平衡循环堆芯的构成特点列出新 机组首炉堆芯所需各种新旧燃料元件清单。例如，当M310型压水堆首炉循环长度定为17 个月时，可以采用72组富集度为4. 45%的新燃料、56组在18个月燃料循环中使用过一次的燃料和四组在18个月燃料循环中使用过两次的燃料。再例如，当M310型压水堆首炉循 环长度定为19个月时，则可以采用76组富集度为4. 45%的新燃料、52组在18个月燃料循 环中使用过一次的燃料和四组在18个月燃料循环中使用过两次的燃料。本专利技术中，所述长周期平衡循环堆芯的构成由核电站的具体参数(如堆芯装载的 燃料元件数量、燃料循环长度和燃料富集度等)决定，在平衡循环中，机组燃料的利用率和 安全系数最佳。通过一个或多个已运行核电站的多次换料为新机组的首炉堆芯凑足所需的部分 燃耗过的燃料元件，这包括经过一个循环和两个循环的燃料元件；当上述只部分燃耗过的 燃料元件在乏燃料水池中放置了至少一年之后，其剩余发热量及放射性水平将降到足够 低，可以满足运输条件。根据新旧燃料元件的实测数据对新机组的首炉堆芯设计进行校核计算，必要时进 行调整直到满足要求。在新机组的乏燃料水池可以使用后，就可以在新机组的首炉堆芯准备装料前使用 乏燃料运输容器将这些已经满足运输条件的、部分燃耗过的燃料元件运到新机组的乏燃料 水池。所需新燃料则按现有方法运到新机组的乏燃料水池。按照设计结果为新机组的首炉堆芯装料。本专利技术的其它实施例中，新机组首炉堆芯的新燃料元件和只部分燃耗过的燃料元 件的构成比例及其它参数与平衡循环堆芯时的状态也可以完全不同，只要能满足设计要求 即可，比较灵活。这样，通过实施多堆联合核燃料循环，可以参考核电站平衡循环堆芯的构成特点， 为新建核电站构造一个可直接达到平衡循环或准平衡循环状态的首炉堆芯，节省燃料采购 及乏燃料后处理的费用。对停堆换料堆型来说，在首炉堆芯就能实现长周期换料。上述首炉堆芯的设计方式同样可以应用于不停堆换料的堆型。下面以球床高温气 冷堆为例对本专利技术在不停堆换料堆型首炉堆芯上的应用作进一步阐述。首先开展多堆联合核燃料循环设计，按照球床高温气冷堆平衡循环堆芯的构成特 点得到新机组首炉堆芯所需各种新旧燃料元件的清单。通过一个或多个已运行高温气冷堆核电站的连续换料为新机组的首炉堆芯凑足 所需只部分燃耗过的燃料元件；当上述只部分燃耗过的燃料元件放置了至少一年之后，其 剩余发热量及放射性水平将降到足够低，可以满足运输条件。根据新旧燃料元件的实测数据对新机组的首炉堆芯设计进行校核计算，必要时进 行调整直到满足要求。在新机组满足燃料元件接受条件之后，就可以在新机组的首炉堆芯准备装料前使 用球形燃料元件的乏燃料运输容器将这些已经满足运输条件的只部分燃耗过的燃料元件 运到新机组。所需新燃料则按现有方法运到新机组。按照设计结果为新机组的首炉堆芯装料。本专利技术方法也可用于已运行堆之间的堆芯燃料管理设计优化。以M310压水堆18 个月燃料循环和四分之一年度燃料循环的联合核燃料循环设计为例作进一步阐述。18个月燃料循环具有机组可用率高的优点，四分之一年度燃料循环具有燃料利用 率高的优点。将18个月燃料循环中边缘位置改为全部放置经过了两个循环的燃料元件，增加4组新燃料元件以保持燃料循环长度，多余出来的只经过了一个循环的燃料元件则放入 四分之一年度燃料循环堆芯，可提高燃料利用率。这样，当长周期换料堆芯和短周期换料堆 芯联合进行换料设计后，长周期换料高机组可用率的优点和短周期换料燃料利用率高的优 点都能得到发挥。 以上所述仅为本专利技术的优选实施例而已，并不用于限制本专利技术，对于本领域的技 术人员来说，本专利技术可以有各种更改和变化。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的权利要求范围之内。权利要求1.一种，其特征在于对可互换燃料元件的多个反应堆 联合进行核燃料循环利用，部分燃料元件依次在多个反应堆中使用；其中，使用新燃料元件和部分燃耗过的燃料元件组成新旧燃料混合堆芯作为新机组的 首炉堆芯；所述首炉堆芯的构成与平衡循环堆芯的构成一致或相近；所述部分燃耗过的燃 料元件中包括使用过一次的燃料元件、使用过两次的燃料元件。2.根据权利要求1所述的，其特征在于，对于首炉循环长度定为17个月的M310型压水堆，采用72组富集度为4. 45 %的新燃料 元件、56组在18个月燃料循环中使用过一次的燃料元件、以及四组在18个月燃料循环中 使用过两次的燃料元件。3.根据权利要求1所述的，其特征在于，对于首炉循环长度定为19个月的M310型压水堆，采用76组富集度为4. 45 %的新燃料 元件、52组在18个月燃料循环中使用过一次的燃料元件、以及四组在18个月燃料循环中 使用过两次的燃料元件。4.根据权利要求1-3中任一项所述的，其特征在于，还 包括以下步骤将所述部分燃耗过的燃料元件在乏燃料水池中放置至少一年，使其剩余发热量及放射 性水平将降到足够低，以满足运输条件；在新机组的首炉堆芯准备装料前，使用乏燃料运输容器将这些已经满足运输条件的、 部分燃耗过的燃料元件运到新机组的乏燃料水池。专利摘要本专利技术涉及核电技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多堆联合核燃料循环利用方法，其特征在于：对可互换燃料元件的多个反应堆联合进行核燃料循环利用，部分燃料元件依次在多个反应堆中使用。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马兹容，
申请(专利权)人：深圳中广核工程设计有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]