中国是能源消耗大国,一次能源中煤炭占比稳居第一且将长期保持,如何高效清洁利用煤炭具有重要的意义。煤通过气化然后再利用是有前景的清洁高效方式之一。本文借鉴柔和燃烧概念,开展了煤粉柔和气化相关的研究。柔和燃烧来源于高温空气燃烧,通过近年来的研究发现,柔和燃烧具有较多的优点,比如低污染、燃烧稳定、温度分布均匀等,并且具有燃料灵活的特点。研究表明,气体燃料、液体燃料和固体燃料在适当的条件下都可以实现柔和燃烧。煤粉柔和气化相对煤粉柔和燃烧来说,具有更大的挑战性,柔和气化空气和煤粉的比例更小,通过空气来组织流动更难。本文在课题组前期研究的基础上开展了以下工作:首先,改进利用现有试验台,开展了不同工况的柔和气化试验探索。分析现有方案存在的问题,为下一步工作提供基础,加深认识。通过试验研究发现,现有气化炉工作时,散热较大导致炉膛内气化温度偏低。总体碳转化率较低。现有卧式炉膛底部容易堆积渣,影响流动组织。基于平行射流卷吸形成大回流的思想,在已有工作的基础上开展煤粉输送方式及喷嘴布置方案、炉体卧式及竖立等对流动结构、煤粉分布均匀性的影响等,采用数值模拟的方法探索可行的流动组织方式。考虑重力使得颗粒平均停留时间大大减小,而其中炉膛水平放置时,大量煤粉颗粒会落到炉壁上,相较而言,炉膛竖直放置效果更好。二次风喷嘴距炉膛中心距离越远,回流区域更大,煤粉分布也更加均匀。煤粉分为3股输送入炉膛,比中心喷煤炉内颗粒分布更加均匀。煤粉柔和气化相对煤粉柔和燃烧来说,释放的热量更少,而气化需求的温度相对较高。如何保证气化炉体保温,并且可以长期工作是非常重要的。为此,本文重新设计了煤粉柔和燃烧气化炉体,并对设计方案进行分析。选择炉膛耐火材料厚度为150mm,保温材料厚度为192mm,钢壳外径为1524mm,此时散热量占煤粉发热量比为6.5%。通过对以上内容的研究,发现了现有试验台的不足,并且提出了相应的解决方案。设计了优化的气化喷嘴方案和散热更低的炉膛设计,为后续继续开展煤粉柔和气化提供参考。