近年来,我国北方冬季持续遭受雾霾的侵袭,其中一个重要的原因在于我国北方冬季大规模的集中供暖。煤炭的直接燃烧不可避免地造成了大量SOx、NOx以及烟尘的排放,而清洁和可再生能源对煤炭的替代使用是解决上述问题的必由之路。将气化技术与高温空气燃烧技术(HTAC)相结合,是实现可再生能源推广及煤炭清洁利用的一种有效方式。为此,设计了一台以煤炭/生物质为燃料的蓄热式气化燃烧系统。该燃烧系统主要包括上吸式气化炉和蓄热式燃烧系统本体两部分。本研究中完成了整个燃烧系统的结构优化设计与性能分析,并利用绘图软件ProE进行了 3D建模。气化炉部分优化设计了一、二次气化剂配合进气的系统,同时将炉排设计为可旋转的双层炉排,保证了气化过程的均匀性和提高了气化效率及燃气质量,并且能有效缓解炉膛底部生物质灰分结焦问题。该气化炉在青岛某有色金属冶炼企业成功进行了独立应用。实践证明,该气化炉取代燃烧机后彻底解决了生物质中的挥发的碱金属对加热坩埚的腐蚀问题。进一步的,利用X射线衍射分析(X-ray diffraction,XRD)和扫描电子显微镜-X射线能量色散光谱仪(scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray,SEM-EDX)对腐蚀损坏坩埚和原样坩埚进行了进一步地微观对比分析,结果表明:上吸式生物质气化炉对碳化硅石墨坩埚的腐蚀机理是高温氧化腐蚀,而生物质燃烧机对碳化硅石墨坩埚的腐蚀机理是高温氧化腐蚀的基础上的进一步碱金属腐蚀。上吸式气化炉的降温滤过效应可以将生物质中的绝大部分碱金属滞留在炉内,是彻底解决固体燃料直燃方法中不可避免的下游受热面堵灰和腐蚀问题的关键。蓄热式燃烧系统本体部分包括蜂窝陶瓷蓄热体、结合炉内烟气再循环的蓄热式低NOx烧嘴及热水锅炉本体三部分。上吸式生物质气化炉产生的燃气引入到该系统的水平炉胆内燃烧。在水平炉胆的中间位置还向上引流出了一定比例的烟气,然后通过三段系统管束(第二、第三、第四管束)降温后再次与助燃空气混合。水平炉中间部位分流引出的部分再循环烟气不但解决了蓄热体水当量比不平衡的问题,而且,分流烟气与助燃空气的部分混合还有望利用减少助燃空气中氧含量的方法抑制热力型NOx的生成。蜂窝型陶瓷蓄热装置对称布置在燃烧系统两侧,烧嘴布置在蓄热体上方气体出口处,通过换向阀实现烟气/助燃空气的周期性切换。针对这种新型气化燃烧系统,借鉴传统锅炉的传热计算方法,提出了其完整的传热计算步骤,并利用Excel软件完成了包括系统热平衡,炉胆、管束、以及蓄热体部分的传热计算表编制。校核计算结果表明,该系统各部分的传热计算误差在合理范围内。最后,对蓄热式燃烧系统进行了变负荷分析,该系统在低负荷运行状态下依然保持较高热效率,但考虑到烟气露点的影响,该系统的负荷调节范围较小。总之,本文针对我国近年来日趋严重的环境及能源危机,提出了高效超低排放蓄热式气化燃烧系统的整体解决方案,为改变我国能源结构和环境问题提供了新的思路,为气化和高温空气燃烧技术(HTAC)真正走向工程应用提供了技术借鉴,有着重要的理论价值和实际意义。