煤炭资源的高效清洁利用是“双碳”背景下我国能源产业发展的重要方向,煤气化技术是其核心技术之一。煤气化产生的高温合成气含有大量显热,辐射废锅工艺是实现合成气显热回收的主要手段,高温合成气携带熔渣进入废锅后,部分熔渣颗粒会粘附于水冷壁形成灰渣沉积,容易发生结渣堵渣现象甚至机组停车,因此,掌握辐射废锅内的复杂流动换热特性及灰渣沉积规律对废锅结构的优化设计和安全运行至关重要。基于此,本文开展了煤气化辐射废锅内高温气固两相流动传热传质数值研究,对辐射废锅内的复杂传热传质特性及参数影响规律进行了分析。主要工作包括:在欧拉-拉格朗日坐标系下建立了辐射废锅内高温气固两相流动传热传质三维非稳态数值模型,数值模型采用液滴碰壁反弹模型描述熔渣颗粒在壁面的沉积行为,采用当量热阻模型将灰渣生长过程与炉内传热过程进行耦合。计算结果表明:随着运行时间增加,废锅水冷壁上的灰渣沉积厚度和导热热阻逐渐上升,换热系数和传热系数逐渐降低,且导热热阻的存在使传热系数在数值上低于换热系数;在水冷壁轴向高度上,灰渣沉积主要发生在废锅中下部,沉积厚度和导热热阻在距废锅出口5.5m处开始猛增,换热系数和传热系数沿轴向高度先上升后下降。研究了操作条件对炉内传热传质特性的影响,结果表明:随着合成气入口温度升高,灰渣沉积厚度增加,且沉积峰值的位置逐渐上移;操作压力增大使合成气入口速度减小,颗粒不易沉积在壁面上;灰渣沉积厚度随颗粒粒径的增大而减小,当粒径为1μm时沉积厚度可达22mm,粒径为400μm时基本无沉积;水冷壁温度升高导致灰渣沉积厚度增加,导热热阻随之增大;日负荷增大使入口的熔渣量增多,灰渣沉积厚度增加,同时也使炉内速度和温差增大,导致水冷壁表面对流换热和辐射换热系数增大,因此换热系数随之增加。研究了废锅结构对炉内传热传质特性的影响,结果表明:当入口结构不同时,水冷壁表面的灰渣沉积厚度依次为:渐缩结构＞直筒结构＞缩扩结构＞渐扩结构,前三种结构的灰渣沉积都集中在5.5m以下部位,渐扩结构集中在8m以下部位;入口段高径比的增大使入口段导流作用增强,颗粒集中在中心流道,不易沉积在壁面上,同时由于炉内湍流强度和温差的增强,使水冷壁表面对流换热和辐射换热系数都增大,因此换热系数随之增大;废锅突扩比增大即入口直径减小,使灰渣沉积厚度增大,导热热阻随之增大;随着鳍片径向尺寸的增大,水冷壁表面的灰渣沉积增多,且沉积峰值的位置由距出口1m处上移到3m处。