核燃料管理与优化-2 PPT

0,n n210,1
00.1(1.0)
Bnc (n210)n21B1c
平衡循环特性分析-5
固定卸料燃耗
• 为达到相同的卸料燃耗深度，随着批料数的增加，新料 所需的初始反应性（或富集度）可随之减小。
• CANDU的连续换料策略降低了其对燃料富集度的要求
Bnd nB nc n2n1B1d
压 水 堆 平 衡 循 环 性 能 图
•←图中数字代表硼硅玻
璃可燃毒物棒根数
平衡循环堆芯装载图
•3批年换料策略 •out-in 方案 •换料燃料富集度
– 3.2%
C1-C2
•三种燃料富集度
– 2.4% – 2.67% – 3.0%
C3-C4
C9
平衡循环
堆 芯 剩 余 反
{ 应
性 m-1循环
{
m循环
L
{
m＋1循环
换料
换料
换料
新料进堆
基本物理概念
• 核电厂从建成到退役要经历一系列的运行循环， 按各循环的特性，可分为：
–初始循环（或启动循环） –过渡循环 –平衡循环
• 平衡循环序列在理想情况下是一个无限的循环序 列，在这个循环序列中，每个循环的性能参数 （如循环长度、新料富集度、一批换料量及平均 卸料燃耗等）都保持相同，运行循环进入一个平 衡状态。
单循环燃料管理任务
• 确定堆芯初步装（换）料方案
– 初步筛选出一批堆芯装料方案
• 最终换料堆芯的核设计
– 用精确的堆芯物理/热工水力程序对最终换料堆芯进行 全面、精确的设计计算，提供反应堆设计、运行及安 审所需的全部参数
• 换料堆芯的安全评价
– 对有关关键安全参数进行限值检验，对超限的情况， 进行事故再分析或评价
平衡循环堆芯装载图
•3批年换料策略 •out-in 方案 •换料燃料富集度
– 3.2%
平衡循环临界硼浓度曲线
临 界 硼 浓p p度m） （
1500 1250 1000
750 500 250
0 0
2000
4000
6000
8000
堆 芯 燃 耗 （ M W d/tU ）
10000
12000
燃耗 临界硼浓度
•EOL
初始循环富集度的确定
• 通常选择平衡循环燃料富集度作为首循环堆芯的 一种富集度
固定循环燃耗(长度)
• 新料所需的初始反应性随批料数的增加而增大
• 利用压水堆燃料组件初始反应性与其富集度之间的关系可 估算出核电厂由3批换料改成4批换料时，为保持平衡循环 的循环燃耗不变，需将新料的富集度由3批时的3%提高到 3.5%。
• 与此同时，4批换料的卸料燃耗深度可提高到3批换料时的 4/3倍。
一般来说，这属于单循环燃料管理的任务
燃料管理决策
系统能量需求及约束条件
多循环燃料管理 确定ε、T、n或N
单循环燃料管理 确定换料方案（A、P）、keff、
方案接受？
否
是
结束
调整 决策 变量
多循环燃料管理
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
多循环燃料管理
• 主要是对以下变量进行科学决策：
fii L
i
线性反应性模型
i(B)0,i iBi
平衡循环特性分析-1
1 n( 0B n c)(0 2B n c) ( 0 3 Bn c ) 0
n批料
循环燃耗与批料数之间的关系
Bnc (n210)n21B1c
卸料燃耗与批料数之间的关系
Bnd nBnc n2n1B1d
新料初始反应性与卸料燃耗间的关系
• 一般认为平衡循环是性能指标最佳的循环方案， 并为燃料管理人员定为目标运行循环
多循环燃料管理任务
反应堆堆芯核设计，需要 • 进行平衡循环性能分析，确定平衡循环方案
– 平衡循环的批料数、循环长度、新料的富集度 • 考虑如何过渡到平衡循环
– 初始循环的燃料装载方案 – 过渡循环的燃料装载方案
一般来说，这属于多循环燃料管理的任务
核燃料管理与优化-2
• 多循环燃料管理
确定最佳各循环的装料策略（外部决策变量）， 包括循环长度、新料富集度、批料数及批料量
• 单循环燃料管理
确定单个循环的堆芯布料方案，包括燃料组件及 可燃毒物的布置
基本物理概念
• 换料周期与循环长度
– 年换料、18、24个月换料
• 批料数和一批换料量
– 3批、4批
0 1453
150 1125
500 1079
1000 1017
2000
912
3000
807
4000
700
5000
594
6000
490
7000
387
8000
287
9000
188
10000 92
10872 10
平衡循环堆芯功率与燃耗分布
•BLX
平衡循环堆芯功率与燃耗分布
•MOLwk.baidu.com
平衡循环堆芯功率与燃耗分布
n个燃料循环
乏燃料出堆
零维模型
• 开展平衡循环性能分析的常用模型
• 空间效应通过“批”平均特性给予极其简单的表
示，而不具体关心组件在堆芯的布置
NT
(Fi Ai ) AR
批料相对功率份额
i1
NT
Fi
i 1
fi
Fi Fi
Pi Pi
i
i
批料反应性
i
Fi Ai Fi
k,i 1 k,i
n
• 循环燃耗和卸料燃耗
– 年换料，卸料燃耗33~38GWd/tU – 18个月换料，卸料燃耗40~45GWd/tU – 美国核管会已于1999年批准提高核燃料燃耗深度的限
值 , 即 从 以 前 规 定 的 限 值 62GWd/tU 放 宽 到 70~75GWd/tU。这样可以大大减少乏燃料的产生量。
–批料数或一批换料的组件数量 –循环长度 –新料富集度 通常，先通过平衡循环性能分析确定达到平衡循环时的 以上决策参数，然后考虑如何达到平衡循环，在此过程 中，各循环之间存在强烈的耦合关系，为优化决策必须 进行多循环（至少3个循环）分析
首循环堆芯装载图
•三种燃料富集度
– 1.8% – 2.4% – 3.1%
• 循环初始剩余反应性随批料数的增加而减少
• 3批换料可使循环初始剩余反应性减少50%
1 n( 0 B n c) ( 0 2 B n c) ( 0 3 Bn c ) 0
n批料
1 n 0 ( 0 Bn c n)批 (0 料 2B n c) Bn c
剩余反应性减小意味着什么？
平衡循环特性分析-4
0 n2n1Bnd
平衡循环特性分析-2
新料富集度固定
既然批料数增加，可提高卸料燃耗， 目前压水堆为什么不提高批料数？
•循环燃耗随批料数n 的增加而减小
•卸料燃耗随批料数n 的增加而增加。
•连续换料可使卸料 燃耗比一批换料增大 一倍
•3批换料可使卸料燃 耗增大50%
平衡循环特性分析-3
新料富集度固定