[發明專利]多堆聯合核燃料循環利用方法

有效

• 申請號: 200610157905.5
• 申請日: 2006-12-22
• 公開（公告）號: CN101206930A
• 公開（公告）日: 2008-06-25
• 發明（設計）人: 馬茲容
• 申請（專利權）人: 深圳中廣核工程設計有限公司
• 主分類號: G21C19/00
• 分類號: G21C19/00;G21D3/00
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司
• 代理人: 易釗

技術領域

本發明涉及核電技術，特別涉及應用在核電站首爐堆芯燃料管理設計中的一種多堆聯合核燃料循環利用方法。

背景技術

核能發電是一種新型能源。從廿世紀50年代第一座核電站建成以來越來越受到人們重視。據統計，截止2002年底世界上已有30多個國家和地區建成約441座核電站，發電容量約為3.6億千瓦。正在建造中的約有40座，計劃建造的約60座，全部建成裝機容量將近5億千瓦，約占那時世界發電量的20％左右。原子核反應堆通常以鈾或钚作核燃料，可控地進行鏈式裂變反應，并持續不斷地將裂變能量帶出作功的一種特殊的原子鍋爐。

現在的核電站首爐堆芯所使用的燃料均為新燃料，其缺點是前期的卸料燃耗相對較低，燃料利用不經濟；對停堆換料的堆型來說，還造成首爐堆芯實現長周期換料困難。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多堆聯合核燃料循環利用方法，能夠解決新建核電站的前期燃料利用不經濟和停堆換料堆型在首爐堆芯實現長周期換料困難的問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種多堆聯合核燃料循環利用方法，對可互換燃料元件的多個反應堆聯合進行核燃料循環利用，部分燃料元件依次在多個反應堆中使用。

進一步的，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組的首爐堆芯。

進一步的，所述首爐堆芯的構成與平衡循環堆芯的構成一致或相近。所述部分燃耗過的燃料元件為擁有一定燃耗深度、仍有利用價值的燃料元件。且所述部分燃耗過的燃料元件已經放置至少一年。

本發明可應用于已運行堆之間的堆芯燃料管理設計優化，可以提高燃料利用率。當應用在新機組的首爐堆芯時，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時的水平，節省燃料采購及乏燃料后處理的費用，并使停堆換料堆型在首爐堆芯就能實現長周期平衡循環或準平衡循環。本發明方法對停堆換料堆型和連續換料堆型都適用，適用于壓水堆、沸水堆、重水堆和高溫氣冷堆。

具體實施方式

下面以堆芯裝載157個燃料元件、需要停堆換料的壓水堆核電站首爐長周期平衡循環堆芯為例對本發明作進一步闡述。

首先開展多堆聯合核燃料循環設計，按照長周期平衡循環堆芯的構成特點列出新機組首爐堆芯所需各種新舊燃料元件清單。例如，當M310型壓水堆首爐循環長度定為17個月時，可以采用72組富集度為4.45％的新燃料、56組在18個月燃料循環中使用過一次的燃料和29組在18個月燃料循環中使用過兩次的燃料。再例如，當M310型壓水堆首爐循環長度定為19個月時，則可以采用76組富集度為4.45％的新燃料、52組在18個月燃料循環中使用過一次的燃料和29組在18個月燃料循環中使用過兩次的燃料。

本發明中，所述長周期平衡循環堆芯的構成由核電站的具體參數(如堆芯裝載的燃料元件數量、燃料循環長度和燃料富集度等)決定，在平衡循環中，機組燃料的利用率和安全系數最佳。

通過一個或多個已運行核電站的多次換料為新機組的首爐堆芯湊足所需的部分燃耗過的燃料元件，這包括經過一個循環和兩個循環的燃料元件；當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，其剩余發熱量及放射性水平將降到足夠低，可以滿足運輸條件。

根據新舊燃料元件的實測數據對新機組的首爐堆芯設計進行校核計算，必要時進行調整直到滿足要求。

在新機組的乏燃料水池可以使用后，就可以在新機組的首爐堆芯準備裝料前使用乏燃料運輸容器將這些已經滿足運輸條件的、部分燃耗過的燃料元件運到新機組的乏燃料水池。所需新燃料則按現有方法運到新機組的乏燃料水池。

按照設計結果為新機組的首爐堆芯裝料。

本發明的其它實施例中，新機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成比例及其它參數與平衡循環堆芯時的狀態也可以完全不同，只要能滿足設計要求即可，比較靈活。

這樣，通過實施多堆聯合核燃料循環，可以參考核電站平衡循環堆芯的構成特點，為新建核電站構造一個可直接達到平衡循環或準平衡循環狀態的首爐堆芯，節省燃料采購及乏燃料后處理的費用。對停堆換料堆型來說，在首爐堆芯就能實現長周期換料。

上述首爐堆芯的設計方式同樣可以應用于不停堆換料的堆型。下面以球床高溫氣冷堆為例對本發明在不停堆換料堆型首爐堆芯上的應用作進一步闡述。

首先開展多堆聯合核燃料循環設計，按照球床高溫氣冷堆平衡循環堆芯的構成特點得到新機組首爐堆芯所需各種新舊燃料元件的清單。