CN114740141B - 一种氢超临界水热燃烧特性的实验测量***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种氢超临界水热燃烧特性的实验测量***及方法，包括介质水供应单元、氢气供应单元、氧气供应单元、水热燃烧反应器和产物回收及检测单元；介质水供应单元包括依次连接的第一水箱、高压恒流泵和第一预热器；氢气供应单元包括依次连接的高压纯氢气瓶、氢气增压泵和第二预热器；氢气增压泵出口与第一预热器出口汇合后连接第二预热器入口端；第二预热器出口端与水热燃烧反应器的燃料喷嘴相连；氧气供应单元包括依次连接的高压纯氧气瓶、氧气增压泵和第三预热器；第三预热器出口端与水热燃烧反应器的氧气喷嘴相连；产物回收及检测单元用于对燃烧产物进行气液分离并对气相产物分析。该***能够适用于高浓度氢在超临界水热环境中燃烧特性的研究。

Description

一种氢超临界水热燃烧特性的实验测量***及方法

技术领域

本发明属于燃烧特性实验测量领域，特别涉及一种氢超临界水热燃烧特性的实验测量***及方法。

背景技术

随着化石能源消耗速率的增加，能源危机日益加剧，环境问题愈渐突出。氢气作为一种新型清洁能源，不仅燃烧过程绝对零碳排放，还可用作储能介质，有望在未来能源体系中发挥不可替代的作用。西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室提出的以水相环境煤气化为核心的新型制氢技术，利用超临界水独特的理化性质，可高效地将煤炭的化学能转化为氢能，同时从源头上避免SO_x、NO_x及粉尘颗粒物的生成与排放。通过该技术制得的一部分高纯度氢气可直接在超临界水热环境中燃烧放热，为气化反应提供所需的热量，从而实现制氢***的内部能量优化。针对氢气在超临界水热环境中的燃烧问题，该实验室发明了“一种用于超临界混合工质完全燃烧的装置及方法”并申请了专利，该发明专利(申请公布号：CN108980885A)实现并验证了超临界混合工质中氢的完全燃烧，为后续研究奠定了基础；随后，该实验室又发明了“一种超临界混合工质中氢的燃烧特性的测量***及方法”并申请了专利，该发明专利(申请公布号：CN108414673A)解决了超临界混合工质中氢燃烧速率测定的难题，获得了氢燃烧过程的动力学参数。然而，上述发明中的氢气均由有机物在超临界水中气化制得，其浓度调节范围有限，难以适用于高浓度氢的水热燃烧过程。因此，开发一种针对高浓度氢在超临界水热环境中燃烧特性的研究方法，对煤炭超临界水气化制氢***的集成放大与工业化应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述难题，提供一种氢超临界水热燃烧特性的实验测量***及方法。该***及方法能够适用于高浓度氢(H₂O/H₂混合流中H₂占比10mol％以上)在超临界水热环境中燃烧特性的研究，实现反应器内自动点火并维持稳定燃烧，获得包括但不限于火焰温度、火焰稳定条件及不同运行工况对燃烧过程的影响等燃烧特性，为氢超临界水热燃烧的工业化应用提供有效指导。

本发明通过以下技术方案实现：

一种氢超临界水热燃烧特性的实验测量***，包括：介质水供应单元、氢气供应单元、氧气供应单元、水热燃烧反应器和产物回收及检测单元；

介质水供应单元包括依次连接的第一水箱、高压恒流泵和第一预热器；

氢气供应单元包括依次连接的高压纯氢气瓶、氢气增压泵和第二预热器；氢气增压泵的出口管线与第一预热器的出口管线汇合，一同连接第二预热器的入口端；第二预热器的出口端与水热燃烧反应器的燃料喷嘴相连；

氧气供应单元包括依次连接的高压纯氧气瓶、氧气增压泵和第三预热器；第三预热器的出口端与水热燃烧反应器的氧气喷嘴相连；

产物回收及检测单元，用于对水热燃烧反应器内生成的燃烧产物进行气液分离并对所得气相产物进行成分分析，还用于检测水热燃烧反应器内流体的温度。

优选的，还包括冷却水供应单元；冷却水供应单元包括依次连接的第二水箱、高压柱塞泵、蓄能器和第四预热器；第四预热器的出口端与水热燃烧反应器侧壁上的冷却水入口管相连。

进一步的，产物回收及检测单元包括套管式冷却器、背压阀、气液分离器和气相色谱仪；

套管式冷却器的热侧入口端与水热燃烧反应器顶部的产物出口相连，其热侧出口端与背压阀相连；气液分离器的入口端与背压阀相连，上端出口与气相色谱仪相连，下端出口与第二水箱相连。

优选的，氢气供应单元还包括氢气缓冲罐、氢气排放阀、氢气减压阀、氢气质量流量控制器和紧急切断阀；氢气增压泵的出口端与氢气缓冲罐相连；氢气缓冲罐的出口端分两路，分别与氢气排放阀和氢气减压阀相连；氢气排放阀的出口端通室外大气；氢气质量流量控制器的入口端与氢气减压阀相连，其出口端与紧急切断阀相连；紧急切断阀的出口管线与第一预热器的出口管线汇合，一同连接第二预热器的入口端。

优选的，氧气供应单元还包括氧气缓冲罐、氧气排放阀、氧气减压阀和氧气质量流量控制器；氧气增压泵的出口端与氧气缓冲罐相连；氧气缓冲罐的出口端分两路，分别与氧气排放阀和氧气减压阀相连；氧气排放阀的出口端通室外大气；氧气质量流量控制器的入口端与氧气减压阀相连，其出口端连接第三预热器的入口端。

优选的，水热燃烧反应器的燃料喷嘴与氧气喷嘴同轴布置在水热燃烧反应器底部；水热燃烧反应器的燃烧产物出口位于水热燃烧反应器顶部。

优选的，氢气增压泵和氧气增压泵均为活塞式气动泵；氢气增压泵的低压气体入口端经截止阀与高压纯氢气瓶相连，氢气增压泵的高压气体出口端经安全阀与氢气缓冲罐相连，氢气增压泵的驱动空气入口端依次经球阀、调速阀和驱动调压阀与空气压缩机相连，氢气增压泵的驱动空气出口端与室外大气相通；氧气增压泵的低压气体入口端经截止阀与高压纯氧气瓶相连，氧气增压泵的高压气体出口端经安全阀与氧气缓冲罐相连，氧气增压泵的驱动空气入口端依次经球阀、调速阀和驱动调压阀与空气压缩机相连，氧气增压泵的驱动空气出口端与室外大气相通。

一种氢超临界水热燃烧特性的实验测量方法，基于所述的实验测量***，包括：利用高压恒流泵将第一水箱中的水输送至第一预热器进行预热，使水达到超临界状态；利用氢气增压泵对高压纯氢气瓶中的氢气进行增压，使氢气与第一预热器出口的超临界水混合，并一同进入第二预热器进行二次预热，最终由燃料喷嘴进入水热燃烧反应器；利用氧气增压泵对高压纯氧气瓶中的氧气进行增压，并将氧气通过第三预热器进行预热，预热后的氧气由氧气喷嘴进入水热燃烧反应器；在水热燃烧反应器内部，燃料喷嘴出口的H₂O/H₂混合流与氧气喷嘴出口的O₂流混合并发生燃烧反应；燃烧产物经过气液分离得气相产物，对气相产物进行成分检测，通过对水热燃烧反应器内温度和气相产物检测结果进行分析，获得氢在超临界水热环境中的燃烧特性。

优选的，经水热燃烧反应器侧壁向水热燃烧反应器通入冷却水，冷却水温度介于250℃～350℃之间。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明所述***利用超临界水可与非极性气体分子以任意比例互溶的特性，通过第一预热器预热得到超临界水，通过氢气增压泵将氢气增压后直接与超临界水混合以制备H₂O/H₂混合流，所溶解的H₂浓度可在较大范围内任意调节，因此适用于开展高浓度氢在超临界水热环境中燃烧特性的研究。

进一步的，所述***中水热燃烧反应器内部引入亚临界参数的冷却水对内壁面形成保护，一方面可充分利用水在临界点附近高比热容的特性对燃烧产物进行冷却，另一方面可防止冷却水温度过低而影响水热燃烧过程的稳定性。

进一步的，水热燃烧反应器的燃料喷嘴与氧气喷嘴同轴布置在水热燃烧反应器底部，可实现自动点火与连续燃烧；水热燃烧反应器垂直安装，物料自下而上流动，以避免氧气在燃料喷嘴处堆积形成爆燃条件。

本发明采用将高压纯氢直接溶解于超临界水的方法制备H₂O/H₂混合流，可实现H₂浓度在较大范围内调节，通过对不同工况下测温数据和气相检测结果进行分析，可获得高浓度氢在超临界水热环境中的燃烧特性，具有广泛的科研价值。

进一步的，引入亚临界冷却水以防止壁面超温失效，一方面可充分利用水在临界点附近高比热容的特性对燃烧产物进行冷却，另一方面可防止冷却水温度过低而影响水热燃烧过程的稳定性。

附图说明

图1是本发明氢超临界水热燃烧特性的实验测量***流程图。

图2是本发明氢(氧)气增压泵控制流程图。

图中标号含义如下：1-第一水箱；2-高压恒流泵；3-第一预热器；4-高压纯氢气瓶；5-氢气增压泵；6-氢气缓冲罐；7-氢气排放阀；8-氢气减压阀；9-氢气质量流量控制器；10-紧急切断阀；11-第二预热器；12-高压纯氧气瓶；13-氧气增压泵；14-氧气缓冲罐；15-氧气排放阀；16-氧气减压阀；17-氧气质量流量控制器；18-第三预热器；19-第二水箱；20-高压柱塞泵；21-蓄能器；22-第四预热器；23-水热燃烧反应器；24-套管式冷却器；25-背压阀；26-气液分离器；27-气相色谱仪；201-低压气体入口端；202-高压气体出口端；203-驱动空气入口端；204-驱动空气出口端；205-截止阀；206-安全阀；207-空气压缩机；208-驱动调压阀；209-调速阀；210-球阀。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行描述，这些描述只是进一步解释本发明的特征和优点，并非用于限制本发明的权利要求。

参照附图1，本发明实验测量***，包括：介质水供应单元、氢气供应单元、氧气供应单元、冷却水供应单元、水热燃烧反应单元、产物回收及检测单元，各单元的详细方案如下。

介质水供应单元包括：第一水箱1、高压恒流泵2和第一预热器3。高压恒流泵2的入口端与第一水箱1相连，其出口端与第一预热器3相连。

氢气供应单元包括：高压纯氢气瓶4、氢气增压泵5、氢气缓冲罐6、氢气排放阀7、氢气减压阀8、氢气质量流量控制器9、紧急切断阀10和第二预热器11。氢气增压泵5的入口端与高压纯氢气瓶4相连，其出口端与氢气缓冲罐6相连；氢气缓冲罐6的出口端分两路，分别与氢气排放阀7和氢气减压阀8相连；氢气排放阀7的出口端连接金属毛细管通室外大气；氢气质量流量控制器9的入口端与氢气减压阀8相连，其出口端与紧急切断阀10相连；紧急切断阀10的出口管线与第一预热器3的出口管线汇合，一同连接第二预热器11的入口端；第二预热器11的出口端与水热燃烧反应器23的燃料喷嘴相连。

氧气供应单元包括：高压纯氧气瓶12、氧气增压泵13、氧气缓冲罐14、氧气排放15、氧气减压阀16、氧气质量流量控制器17和第三预热器18。氧气增压泵13的入口端与高压纯氧气瓶12相连，其出口端与氧气缓冲罐14相连；氧气缓冲罐14的出口端分两路，分别与氧气排放阀15和氧气减压阀16相连；氧气排放阀15的出口端连接金属毛细管通室外大气；氧气质量流量控制器17的入口端与氧气减压阀16相连，其出口端连接第三预热器18的入口端；第三预热器18的出口端与水热燃烧反应器23的氧气喷嘴相连。

冷却水供应单元包括：第二水箱19、高压柱塞泵20、蓄能器21和第四预热器22。高压柱塞泵20的入口端与第二水箱19相连，其出口端分两路，分别与蓄能器21和第四预热器22的入口端相连；第四预热器22的出口端与水热燃烧反应器23的冷却水入口管相连。

水热燃烧反应单元包括：水热燃烧反应器23。水热燃烧反应器23由316不锈钢或Inconel 625合金制成，上、下端盖通过法兰密封；水热燃烧反应器23的燃料喷嘴与氧气喷嘴同轴布置在水热燃烧反应器23底部，可实现自动点火与连续燃烧；水热燃烧反应器23垂直安装，物料自下而上流动，以避免氧气在燃料喷嘴处堆积形成爆燃条件；冷却水由侧面的入口管进入水热燃烧反应器23内部，以防止壁面超温失效；6个K型铠装热电偶非等距布置在水热燃烧反应器23内部轴线上，用于流体温度测量。

产物回收及检测单元包括：套管式冷却器24、背压阀25、气液分离器26、气相色谱仪27、及多个温度、压力测控位点。套管式冷却器24的热侧入口端与水热燃烧反应器23相连，其热侧出口端与背压阀25相连；气液分离器26的入口端与背压阀25相连，其出口端分两路，上端出口与气相色谱仪27相连，下端出口与第二水箱19相连。

第一预热器3与第二预冷器11的连接管线上设置有温度检测仪，例如K型铠装热电偶，第二预冷器11与水热燃烧反应器23的连接管线上设置有温度检测仪，第三预冷器18与水热燃烧反应器23的连接管线上设置有温度检测仪，第四预冷器22与水热燃烧反应器23的连接管线上设置有温度检测仪，水热燃烧反应器23与套管式冷却器24的连接管线上设置有温度检测仪。

高压纯氢气瓶4与氢气增压泵5的连接管线上设置有压力传感器，氢气缓冲罐6的出口管线上设置有压力传感器，高压纯氧气瓶12与氧气增压泵13的连接管线上设置有压力传感器，氧气缓冲罐14的出口管线上设置有压力传感器，套管式冷却器24与背压阀25的连接管线上设置有压力传感器。

所述***中高温部分的管线，即第一、第二、第三和第四预热器入口端至套管式冷却器热侧出口端之间的金属管线，材质均为Inconel 625合金。

所述氢气供应单元中的各阀件，包括但不限于氢气排放阀、氢气减压阀和紧急切断阀，材质采用316不锈钢；所述氧气供应单元中的各阀件，包括但不限于氧气排放阀、氧气减压阀，材质采用Monel 400合金，可避免氧气管线由于摩擦生热、绝热压缩等缘故发生熔断，造成火灾事故。

所述***中氢气供应单元的所有零件均安装布置在一个由防爆玻璃构成的密闭空间内，其顶部经排风扇通室外大气，可防止氢气意外泄漏而造成***事故；氧气供应单元的所有零件均安装布置在另一个由防火玻璃构成的密闭空间内，可避免氧气管线由于摩擦生热、绝热压缩等缘故发生熔断，造成火灾事故。上述安全举措可极大程度保障实验过程的安全性。

参照附图2，氢气增压泵5和氧气增压泵13均为活塞式气动泵，采用压缩空气作为动力源，其输出压力与流量可通过调节动力源的参数来实现。氢(氧)气增压泵(5或13)有四个接口端，低压气体入口端201经截止阀205与高压纯氢(氧)气瓶(4或12)相连，高压气体出口端202经安全阀206与氢(氧)气缓冲罐(6或14)相连，驱动空气入口端203依次经球阀210、调速阀209、驱动调压阀208与空气压缩机207相连，驱动空气出口端204与室外大气相通。以氢气增压泵5为例，简述其工作原理：在截止阀205打开的前提下，高压纯氢气瓶4中的氢气由低压气体入口端201进入压缩缸；由空气压缩机207制得的高压空气先经驱动调压阀208减压，再经调速阀209调节流量后，由驱动空气入口端203进入驱动缸，推动活塞移动；压缩缸内的氢气在活塞的作用下升压，并由高压气体出口端202排至氢气缓冲罐6；随后，驱动缸中的空气由驱动空气出口端204排至大气，一个工作循环结束。在上述流程中，驱动调压阀208可用于调节氢气增压泵5的出口压力，调速阀209可用于改变活塞移动频率。氧气增压泵13的工作原理与氢气增压泵5一致，不再赘述。

本发明氢超临界水热燃烧特性的实验测量方法，包括：利用高压恒流泵2将第一水箱1中的去离子水输送至第一预热器3进行预热，使其达到超临界状态；利用氢气增压泵5对高压纯氢气瓶4中的氢气进行增压，使其与第一预热器3出口的超临界水混合，并一同进入第二预热器11进行二次预热，最终由燃料喷嘴进入水热燃烧反应器23；利用氧气增压泵13对高压纯氧气瓶12中的氧气进行增压，使其通过第三预热器18实现预热，最终由氧气喷嘴进入水热燃烧反应器23；在水热燃烧反应器内部，燃料喷嘴出口的H₂O/H₂混合流与氧气喷嘴出口的O₂流混合并发生燃烧反应，释放大量的热；为防止反应器内壁面超温，利用高压柱塞泵20将第二水箱19中的去离子水输送至第四预热器22进行预热，随后由冷却水入口管进入水热燃烧反应器；燃烧产物与冷却水混合后依次经过套管式冷却器24和背压阀25实现降温降压，最终进入气液分离器26；经过气液分离，燃烧的气相产物通入气相色谱仪27进行检测，液相产物回收至第二水箱19循环使用。通过对不同工况下水热燃烧反应器23内的温度和气相色谱检测结果进行分析，可获得氢在超临界水热环境中的燃烧特性。

所述方法中第四预热器22出口的冷却水预热温度介于250℃～350℃之间，既可充分利用临界点附近高比热容的特性达到良好的冷却效果，又不会因温度过低而影响燃烧过程的稳定性，冷却水流量可根据所需的冷却功率进行调节。

为便于进一步阐述实验测量***的工作过程，现对具体实施例的运行工况做出如下声明：水热燃烧反应器23的运行压力为25MPa，最高温度不超过650℃；水热燃烧反应器23的燃料喷嘴内H₂O/H₂混合流中H₂浓度为30mol％，水热燃烧反应的燃料当量比为0.8；介质水流量为18g/min，氢气流量为9.6NL/min，氧气流量为6.0NL/min，冷却水流量为60g/min；第一、第二、第三和第四预热器(3，11，18和22)出口的流体预热温度分别为400℃、550℃、500℃和300℃。

为实现上述具体实施例，实验***的详细操作步骤如下：

(1)***启动

①检查第一水箱1和第二水箱19中储存的水量，检查高压纯氢气瓶4和高压纯氧气瓶12中气体的压力；

②各阀门状态初始化：氢气排放阀7和氧气排放阀15全闭；氢气减压阀8和氧气减压阀16全闭；紧急切断阀10全开；背压阀25全开；

③打开数据采集***，确保各温度、压力、流量测控位点功能正常；

④分别打开高压纯氢气瓶4和高压纯氧气瓶12出口的截止阀，调整气瓶输出压力为5MPa；分别启动氢气增压泵5和氧气增压泵13，设置输出压力为30MPa；

⑤分别启动高压恒流泵2和高压柱塞泵20，设置流量分别为18g/min和60g/min；待气液分离器26出口水流量均匀时，缓慢减小背压阀25的开度，使***升压至25MPa；

⑥为套管式冷却器24的冷侧通入外部循环冷却水；

⑦启动第一、第二和第四预热器(3，11和22)，设置目标加热温度分别为400℃、550℃和300℃，设置升温速率均为10℃/min；待各预热器出口流体温度达到预设目标值后，继续等待10分钟。

(2)点火过程

①设置氢气质量流量控制器9的目标流量为9.6NL/min；缓慢增大氢气减压阀8的开度，使其流量达到预设值；等待直至第二预热器11的出口流体温度再次稳定；

②设置氧气质量流量控制器17的目标流量为6.0NL/min；缓慢增大氧气减压阀16的开度，使其流量达到预设值；

③启动第三预热器18，设置升温速率为5℃/min；当水热燃烧反应器23内实现自动点火，停止升温并记录此刻氧气的预热温度值；

(3)熄火过程

①设置第三预热器18的降温速率为5℃/min；当水热燃烧反应器23内实现自动熄火，记录此刻氧气的预热温度值；继续降温至氧气的预热温度低于100℃，关闭第三预热器18；

②缓慢减小氧气减压阀16的开度，直至氧气流量为零；缓慢减小氢气减压阀8的开度，直至氢气流量为零；

(4)***关闭

①分别关闭高压纯氢气瓶4和高压纯氧气瓶12出口的截止阀；

②分别设置第一、第二和第四预热器(3，11和22)的降温速率为10℃/min；待各预热器出口流体温度低于100℃，关闭上述三个预热器；

③缓慢增大背压阀25的开度，使***压力降至常压；

④分别关闭高压恒流泵2、高压柱塞泵20、氢气增压泵5和氧气增压泵13；

⑤分别通过氢气排放阀7和氧气排放阀15对管线内剩余的氢气和氧气进行排空；

⑥关闭数据采集***。

上述操作步骤是本发明***的通用实施方法，整个过程持续约6～8小时，尤其升温与降温过程耗时较多，实际用时要根据实验研究的具体内容而定。6个K型铠装热电偶布置在水热燃烧反应器23的内部轴线上，用以实时测量水热火焰及燃烧产物的温度。各个温度测点的值随时间的变化情况将被数据采集***记录下来，可通过对温度变化曲线的分析判断反应器内的着火与熄火情况。由于燃料和氧气喷嘴出口附近的燃烧反应最为剧烈，因此该区域流体的温度梯度较大，热电偶在此处的布置较为密集；在远离喷嘴出口的区域，由于燃烧产物已与冷却水充分混合，因此温度梯度较小，热电偶的布置也相对稀疏。

在上述实施例的操作过程中，保持H₂O/H₂混合流的预热温度恒定为550℃，通过改变O₂流的预热温度来实现自动点火与熄火；此外，还可保持O₂流的预热温度恒定，通过改变H₂O/H₂混合流的预热温度来实现自动点火与熄火。利用这类方法可得到不同燃料浓度下实现自动点火与熄火所对应的物料预热温度，进而获得火焰稳定条件的判据。另外，在实现稳定燃烧的基础上，可通过改变给料温度、给料浓度、给料速率、燃料当量比、冷却水流量等因素来研究其对氢超临界水热燃烧过程的影响，尤其是对于反应器内部温度分布的影响。

本发明的实验测量***及方法，仅需将氢气供应单元进行适当改造，即可用于其他燃料的超临界水热燃烧相关研究，包括但不限于甲烷、甲醇、乙醇、异丙醇等。

本发明的实验测量***及方法，可与更多不同形式的水热燃烧反应器耦合，以扩展其检测手段与检测精度。

本发明采用将高压纯氢直接溶解于超临界水的方法制备H₂O/H₂混合流，可实现H₂浓度在较大范围内调节。水热燃烧反应器内部轴线上布置6个K型铠装热电偶，并引入亚临界冷却水以防止壁面超温失效。氢气与氧气供应单元分别布置在独立的防火防爆密闭空间内，并通过排风扇连同室外大气，保障***安全运行。通过对不同工况下热电偶测温数据和气相色谱检测结果进行分析，可获得高浓度氢在超临界水热环境中的燃烧特性，具有广泛的科研价值。

通过上述具体实施例，本发明的初衷、技术方案、实现过程及科学价值得以进一步阐明。需特别强调的是，该实施例仅为本发明的举例说明，并不用于限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种氢超临界水热燃烧特性的实验测量***，其特征在于，包括：介质水供应单元、氢气供应单元、氧气供应单元、水热燃烧反应器和产物回收及检测单元；

介质水供应单元包括依次连接的第一水箱(1)、高压恒流泵(2)和第一预热器(3)；第一预热器(3)用于将水加热达到超临界状态；

氢气供应单元包括依次连接的高压纯氢气瓶(4)、氢气增压泵(5)和第二预热器(11)；氢气增压泵(5)的出口管线与第一预热器(3)的出口管线汇合，一同连接第二预热器(11)的入口端；第二预热器(11)的出口端与水热燃烧反应器(23)的燃料喷嘴相连；

氧气供应单元包括依次连接的高压纯氧气瓶(12)、氧气增压泵(13)和第三预热器(18)；第三预热器(18)的出口端与水热燃烧反应器(23)的氧气喷嘴相连；

产物回收及检测单元，用于对水热燃烧反应器(23)内生成的燃烧产物进行气液分离并对所得气相产物进行成分分析，还用于检测水热燃烧反应器(23)内流体的温度。

2.根据权利要求1所述的氢超临界水热燃烧特性的实验测量***，其特征在于，还包括冷却水供应单元；冷却水供应单元包括依次连接的第二水箱(19)、高压柱塞泵(20)、蓄能器(21)和第四预热器(22)；第四预热器(22)的出口端与水热燃烧反应器(23)侧壁上的冷却水入口管相连。

3.根据权利要求2所述的氢超临界水热燃烧特性的实验测量***，其特征在于，产物回收及检测单元包括套管式冷却器(24)、背压阀(25)、气液分离器(26)和气相色谱仪(27)；

套管式冷却器(24)的热侧入口端与水热燃烧反应器(23)顶部的产物出口相连，其热侧出口端与背压阀(25)相连；气液分离器(26)的入口端与背压阀(25)相连，上端出口与气相色谱仪(27)相连，下端出口与第二水箱(19)相连。

4.根据权利要求1所述的氢超临界水热燃烧特性的实验测量***，其特征在于，氢气供应单元还包括氢气缓冲罐(6)、氢气排放阀(7)、氢气减压阀(8)、氢气质量流量控制器(9)和紧急切断阀(10)；氢气增压泵(5)的出口端与氢气缓冲罐(6)相连；氢气缓冲罐(6)的出口端分两路，分别与氢气排放阀(7)和氢气减压阀(8)相连；氢气排放阀(7)的出口端通室外大气；氢气质量流量控制器(9)的入口端与氢气减压阀(8)相连，其出口端与紧急切断阀(10)相连；紧急切断阀(10)的出口管线与第一预热器(3)的出口管线汇合，一同连接第二预热器(11)的入口端。

5.根据权利要求1所述的氢超临界水热燃烧特性的实验测量***，其特征在于，氧气供应单元还包括氧气缓冲罐(14)、氧气排放阀(15)、氧气减压阀(16)和氧气质量流量控制器(17)；氧气增压泵(13)的出口端与氧气缓冲罐(14)相连；氧气缓冲罐(14)的出口端分两路，分别与氧气排放阀(15)和氧气减压阀(16)相连；氧气排放阀(15)的出口端通室外大气；氧气质量流量控制器(17)的入口端与氧气减压阀(16)相连，其出口端连接第三预热器(18)的入口端。

6.根据权利要求1所述的氢超临界水热燃烧特性的实验测量***，其特征在于，水热燃烧反应器(23)的燃料喷嘴与氧气喷嘴同轴布置在水热燃烧反应器(23)底部；水热燃烧反应器(23)的燃烧产物出口位于水热燃烧反应器(23)顶部。

7.根据权利要求1所述的氢超临界水热燃烧特性的实验测量***，其特征在于，氢气增压泵(5)和氧气增压泵(13)均为活塞式气动泵；氢气增压泵(5)的低压气体入口端经截止阀与高压纯氢气瓶(4)相连，氢气增压泵(5)的高压气体出口端经安全阀与氢气缓冲罐(6)相连，氢气增压泵(5)的驱动空气入口端依次经球阀、调速阀和驱动调压阀与空气压缩机相连，氢气增压泵(5)的驱动空气出口端与室外大气相通；氧气增压泵(13)的低压气体入口端经截止阀与高压纯氧气瓶(12)相连，氧气增压泵(13)的高压气体出口端经安全阀与氧气缓冲罐(14)相连，氧气增压泵(13)的驱动空气入口端依次经球阀、调速阀和驱动调压阀与空气压缩机相连，氧气增压泵(13)的驱动空气出口端与室外大气相通。

8.一种氢超临界水热燃烧特性的实验测量方法，其特征在于，基于权利要求1所述的实验测量***，包括：利用高压恒流泵(2)将第一水箱(1)中的水输送至第一预热器(3)进行预热，使水达到超临界状态；利用氢气增压泵(5)对高压纯氢气瓶(4)中的氢气进行增压，使氢气与第一预热器(3)出口的超临界水混合，并一同进入第二预热器(11)进行二次预热，最终由燃料喷嘴进入水热燃烧反应器(23)；利用氧气增压泵(13)对高压纯氧气瓶(12)中的氧气进行增压，并将氧气通过第三预热器(18)进行预热，预热后的氧气由氧气喷嘴进入水热燃烧反应器(23)；在水热燃烧反应器(23)内部，燃料喷嘴出口的H₂O/H₂混合流与氧气喷嘴出口的O₂流混合并发生燃烧反应；燃烧产物经过气液分离得气相产物，对气相产物进行成分检测，通过对水热燃烧反应器(23)内温度和气相产物检测结果进行分析，获得氢在超临界水热环境中的燃烧特性。

9.根据权利要求8所述的氢超临界水热燃烧特性的实验测量方法，其特征在于，经水热燃烧反应器(23)侧壁向水热燃烧反应器(23)通入冷却水，冷却水温度介于250℃～350℃之间。

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