本发明公开了一种正方形燃料组件，在正方形燃料组件中心处同轴向设置导向管，导向管内同轴向设置控制棒束；在正方形燃料组件的四角处、以及外围周向四边的中心点处均同轴向设置支撑管；在正方形燃料组件的死板与中心处之间同轴向设置若干燃料棒。一种基于上述的正方形燃料组件的单流程超临界水冷堆，包括若干正方形通道，若干正方形通道相互邻接后呈蜂窝状整体式结构，蜂窝状整体式结构外设置金属反射层；正方形通道用于容纳正方形燃料组件。本发明在满足中子经济性、安全性及工程可实现性条件下，可取消“水棒”的燃料组件设计、实现单流程堆芯设计，利于提高燃料管理的经济性。