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本课题以干煤粉的洁净高效气化为背景,结合无焰氧化的技术优势和实现途径分析,设计并开发了一套以基于无焰氧化的气流床粉煤气化炉为主体的实验系统,并在炉内进行了冷态流场测试和热态煤粉气化实验:首先,根据前人总结的无焰氧化的实现条件,设计了一台基于无焰氧化的气流床气化炉,并以此为主体,在经过设计计算和方案优化后,确定了整个无焰氧化气化实验系统的设计方案,包括气化炉本体、鼓风机、给粉系统、气化剂供应系统、点火系统、煤气输送系统、冷却系统、测量系统、数据采集及处理系统和控制及报警系统共十部分,最后根据此方案建立了实验系统。其次,以常温空气为工质,在冷态条件下使用热线风速仪测量了单喷嘴切向进气、单层双喷嘴错位切向进气、双层四喷嘴分级错位切向进气和三层六喷嘴分级错位切向进气等四种工况下气化炉内四个不同高度水平截面上36个测点的切向速度和最下层测量平面上9个测点的径向速度,并根据实验结果对炉内气流的运动特点进行了对比分析,验证了在该气化炉内实现旋转速度梯度场的可行性,从冷态流场角度为在炉内能够实现常温空气无焰燃烧提供了重要支撑。最后,在气化炉内进行了干煤粉的气化特性实验,测量了单层、双层和三层喷嘴进料工况下氧碳原子比从0.8增加到1.2时气化炉内温度场、合成气组分浓度和流速,最后根据实验结果分析了氧碳原子比和进料方式对炉内温度场、合成气组分浓度、干煤气热值、碳转化率、冷煤气效率以及煤耗等指标的影响,并最终确定三级错位进料工况下氧碳原子比为1.0时气化工艺参数最佳,此时炉内温度场均匀,平均温度较高,绝大部分区域不低于1150℃,炉膛下部反应空间温度梯度最小,不超过8℃,并且有效气组分(CO+H2)浓度、合成气热值和冷煤气效率均达最大值,分别为35.3%、4477 kJ/Nm3和75.29%,碳转化率也处于较高水平,达到92.86%,而CO2和N2浓度则处于相对较低水平。这些气化指标表明本气化炉的结构和进料方式使炉内实现了具有无焰氧化特征的煤粉气化反应,满足了高效气化的技术指标,证明了在本实验系统平台上进行煤粉的无焰氧化气化特性研究的可行性,为今后更加深入和细致的研究奠定了理论与实验基础。