[發(fā)明專利]一種氫超臨界水熱燃燒特性的實驗測量系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210452634.5
• 申請日: 2022-04-27
• 公開（公告）號: CN114740141B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂友軍;樊明境;王昊澤;李國興
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01N31/12
• 分類號: G01N31/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發(fā)明一種氫超臨界水熱燃燒特性的實驗測量系統(tǒng)及方法，包括介質(zhì)水供應(yīng)單元、氫氣供應(yīng)單元、氧氣供應(yīng)單元、水熱燃燒反應(yīng)器和產(chǎn)物回收及檢測單元；介質(zhì)水供應(yīng)單元包括依次連接的第一水箱、高壓恒流泵和第一預(yù)熱器；氫氣供應(yīng)單元包括依次連接的高壓純氫氣瓶、氫氣增壓泵和第二預(yù)熱器；氫氣增壓泵出口與第一預(yù)熱器出口匯合后連接第二預(yù)熱器入口端；第二預(yù)熱器出口端與水熱燃燒反應(yīng)器的燃料噴嘴相連；氧氣供應(yīng)單元包括依次連接的高壓純氧氣瓶、氧氣增壓泵和第三預(yù)熱器；第三預(yù)熱器出口端與水熱燃燒反應(yīng)器的氧氣噴嘴相連；產(chǎn)物回收及檢測單元用于對燃燒產(chǎn)物進行氣液分離并對氣相產(chǎn)物分析。該系統(tǒng)能夠適用于高濃度氫在超臨界水熱環(huán)境中燃燒特性的研究。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃燒特性實驗測量領(lǐng)域，特別涉及一種氫超臨界水熱燃燒特性的實驗測量系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

隨著化石能源消耗速率的增加，能源危機日益加劇，環(huán)境問題愈漸突出。氫氣作為一種新型清潔能源，不僅燃燒過程絕對零碳排放，還可用作儲能介質(zhì)，有望在未來能源體系中發(fā)揮不可替代的作用。西安交通大學(xué)動力工程多相流國家重點實驗室提出的以水相環(huán)境煤氣化為核心的新型制氫技術(shù)，利用超臨界水獨特的理化性質(zhì)，可高效地將煤炭的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為氫能，同時從源頭上避免SO_x、NO_x及粉塵顆粒物的生成與排放。通過該技術(shù)制得的一部分高純度氫氣可直接在超臨界水熱環(huán)境中燃燒放熱，為氣化反應(yīng)提供所需的熱量，從而實現(xiàn)制氫系統(tǒng)的內(nèi)部能量優(yōu)化。針對氫氣在超臨界水熱環(huán)境中的燃燒問題，該實驗室發(fā)明了“一種用于超臨界混合工質(zhì)完全燃燒的裝置及方法”并申請了專利，該發(fā)明專利(申請公布號：CN108980885A)實現(xiàn)并驗證了超臨界混合工質(zhì)中氫的完全燃燒，為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)；隨后，該實驗室又發(fā)明了“一種超臨界混合工質(zhì)中氫的燃燒特性的測量系統(tǒng)及方法”并申請了專利，該發(fā)明專利(申請公布號：CN108414673A)解決了超臨界混合工質(zhì)中氫燃燒速率測定的難題，獲得了氫燃燒過程的動力學(xué)參數(shù)。然而，上述發(fā)明中的氫氣均由有機物在超臨界水中氣化制得，其濃度調(diào)節(jié)范圍有限，難以適用于高濃度氫的水熱燃燒過程。因此，開發(fā)一種針對高濃度氫在超臨界水熱環(huán)境中燃燒特性的研究方法，對煤炭超臨界水氣化制氫系統(tǒng)的集成放大與工業(yè)化應(yīng)用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述難題，提供一種氫超臨界水熱燃燒特性的實驗測量系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)及方法能夠適用于高濃度氫(H₂O/H₂混合流中H₂占比10mol％以上)在超臨界水熱環(huán)境中燃燒特性的研究，實現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)自動點火并維持穩(wěn)定燃燒，獲得包括但不限于火焰溫度、火焰穩(wěn)定條件及不同運行工況對燃燒過程的影響等燃燒特性，為氫超臨界水熱燃燒的工業(yè)化應(yīng)用提供有效指導(dǎo)。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種氫超臨界水熱燃燒特性的實驗測量系統(tǒng)，包括：介質(zhì)水供應(yīng)單元、氫氣供應(yīng)單元、氧氣供應(yīng)單元、水熱燃燒反應(yīng)器和產(chǎn)物回收及檢測單元；

介質(zhì)水供應(yīng)單元包括依次連接的第一水箱、高壓恒流泵和第一預(yù)熱器；

氫氣供應(yīng)單元包括依次連接的高壓純氫氣瓶、氫氣增壓泵和第二預(yù)熱器；氫氣增壓泵的出口管線與第一預(yù)熱器的出口管線匯合，一同連接第二預(yù)熱器的入口端；第二預(yù)熱器的出口端與水熱燃燒反應(yīng)器的燃料噴嘴相連；

氧氣供應(yīng)單元包括依次連接的高壓純氧氣瓶、氧氣增壓泵和第三預(yù)熱器；第三預(yù)熱器的出口端與水熱燃燒反應(yīng)器的氧氣噴嘴相連；

產(chǎn)物回收及檢測單元，用于對水熱燃燒反應(yīng)器內(nèi)生成的燃燒產(chǎn)物進行氣液分離并對所得氣相產(chǎn)物進行成分分析，還用于檢測水熱燃燒反應(yīng)器內(nèi)流體的溫度。

優(yōu)選的，還包括冷卻水供應(yīng)單元；冷卻水供應(yīng)單元包括依次連接的第二水箱、高壓柱塞泵、蓄能器和第四預(yù)熱器；第四預(yù)熱器的出口端與水熱燃燒反應(yīng)器側(cè)壁上的冷卻水入口管相連。

進一步的，產(chǎn)物回收及檢測單元包括套管式冷卻器、背壓閥、氣液分離器和氣相色譜儀；