400 MW泳池式低溫供熱堆堆芯核設計

胡彬和 劉興民 孫 征 柯國土

（中國原子能科學研究院 北京 102413）

核能作為一種清潔能源，在減少化石能源消耗以及污染物排放等方面的優勢十分顯著。因此實現核能供熱是節約資源、降低環境污染的有效途徑之一［1］。從20 世紀70 年代起，蘇聯、加拿大、德國、瑞士等國進行了核能供熱反應堆的研究與開發［2］，主要堆型包括殼式、池式以及池殼式三種類型［3］。80 年 代 清 華 大 學 建 成 了5 MW 殼 式 供 熱 堆［4］，2019 年國家電投集團完成了池殼式微壓供熱堆HAPPY200的總體技術方案［5］。

泳池式低溫供熱堆對熱工安全限值較為敏感，給堆芯核設計提出了更高的要求。同時由于不含硼控系統，僅依靠控制棒束和可燃毒物控制反應性，使得堆芯的反應性控制以及功率展平更為復雜困難，也難以達到更深的平均卸料燃耗。

中國原子能科學研究院于2016 年開始進行泳池式低溫供熱堆的研發工作。2017 年在49-2 泳池式反應堆上進行的供熱演示，驗證了49-2泳池堆用于城市低溫供熱的固有安全性［6-7］。2018 年完成了37 盒組件200 MW 整體換料堆芯［6］設計，但該方案存在平均卸料燃耗不高、堆芯組件類型較多、熱工因子較大等不足。69盒組件400 MW堆芯方案通過采用多批換料制、合理的可燃毒物配置和堆芯裝載以及優化提棒順序等方法，提高了堆芯平均卸料燃耗，減少了堆芯組件類型，在降低熱工因子的同時還適當地提高了燃料的平均線功率密度，從而提高了堆芯方案的經濟性和安全性。

1 設計準則和計算程序

1.1 設計準則

單一供熱站的供熱能力不宜超過城市供暖負荷的1/2，經廣泛調研，供熱堆400 MW 熱功率可以滿足大部分城市的供熱需求，且大部分城市的年供暖時間約為5個月（150 d）。……