煤炭是我国重要的一次能源,气化是其高效清洁利用的重要方式之一。较之于传统气流床气化技术,两段式干煤粉加压气化技术在提高碳转化率和冷煤气效率等方面具有较大优势,并已工业化应用。本文以华能天津IGCC示范电站的两段式干煤粉加压气化炉为研究对象,采用数值模拟方法,研究了炉内流动与气化反应特性,考察了工艺条件对气化性能的影响,并初步分析了上、下炉膛间的耦合关系。基于ANSYS FLUENT商业软件平台,建立了两段式干煤粉加压气化炉的流动、传热与气化反应模型。其中,采用Eulerian-Lagrangian方法描述气固流动;选用Realizable k-ε模型预测气相湍流;利用P1模型计算炉内辐射传热过程;使用Finite-Rate/Eddy-Dissipation模型预测气化反应。考察了网格无关性;当网格数量大于32.4万时,网格数量对计算结果不再有大的影响。气化炉下炉膛气速最高,这有利于两相之间碰撞混合并强化燃烧反应;上炉膛内气速相对平缓,颗粒在气化炉内有足够的停留时间,有利于提高碳转化率。下炉膛中心处的气相温度最高,沿气化炉高度方向,温度逐渐降低。氧气和水蒸汽主要分布于喷嘴附近,进入炉膛后迅速耗尽;沿气化炉高度方向,一氧化碳和氢气浓度表现为“下低上高”,而二氧化碳浓度则呈现“下高上低”分布;当气化炉高度超过20m后,各组分浓度基本不再变化。下炉膛喷嘴截面由喷嘴到中心处,一氧化碳和氢气的浓度逐渐增大,而二氧化碳的浓度先增大后减小;上炉膛喷嘴截面由喷嘴到中心处,一氧化碳和二氧化碳的浓度呈“中心高,两侧低”的分布,氢气浓度则先增后减。进一步探究了工艺条件(气化压力、煤粉粒径、氧煤比、水煤比、二段给煤比以及气化负荷等)对气化炉气化性能的影响。结果表明:气化压力对气化性能影响不大；随着煤粉粒径的增大,气化效率有所降低;氧煤比在0.75-0.85范围内,气化效率与有效产气率最高;气化效率随水煤比的增大而增大;总进煤量不变而二段给煤比为0.20时,气化效率以及有效产气率最高;当气化负荷在80%左右时,气化性能最优。上述研究可为实际生产过程的优化提供参考,具有较为重要的理论意义和工程应用价值。