返料装置及布风装置是循环流化床煤气化炉的关键部件,对循环流化床煤气化炉的运行性能具有重要影响。目前,循环流化床煤气化技术向着大型化、加压循环的方向发展,对返料装置及布风装置的运行提出更高的适用要求。常规返料装置存在着加压条件下抗逆压差不足,返料器底部存在流动死区,易导致返料器内窜气结渣等问题。风管、风帽等常规布风形式存在着炉膛底渣含碳量较高,加压条件下布风阻力大等问题。因此,如何优化返料及布风装置结构设计,解决上述问题,对提高循环流化床煤气化炉运行稳定性、提高煤气化反应的碳转化率具有重要意义。本文分别搭建基于返料及布风装置的循环流化床煤气化冷态试验台,设计新型的返料及布风结构,开展冷态试验,研究了在不同运行参数下,U阀返料器上升段结构、下降段倾斜度、水平段长度及布风形式对返料器的循环流率、抗逆压差性能、流动死区等运行性能的影响规律;研究了喷嘴结构、变径结构及分级配风形式对锥形布风装置粒径分选性能、循环回路压力分布规律的影响。旨在开发兼备高循环流率与高抗逆压差,避免流动死区的新型返料技术;开发运行稳定、布风阻力小,可实现粒径分选性能,以期降低底渣含碳量的新型布风技术。返料装置研究结果表明:增加上升段与下降段的管径比提高了U阀返料器的循环流率与抗逆压差能力;当炉膛输送物料量低于返料器最大输送能力时,上升段插深比过大,立管易窜气,不利于循环回路稳定运行;通过对比3种返料器运行特性,发现管径比为1.4、插深比为1.0的U阀返料器具有更高的返料能力与抗逆压差能力;采用风室布风形式与风管布风形式获得的返料器循环流率及抗逆压差性能随炉膛表观风速变化规律基本一致;与风管布风形式相比,风室布风形式下返料器流动死区面积更小。在相同返料风速下,常规返料器（倾斜度α=0）的循环流率更高,立管提供的压力梯度更高,抗逆压差性能更好;倾斜度α=1.5的返料器底部物料流化质量较差,不能有效减小流动死区,循环流率最小,抗逆压差性能较差;倾斜度α=2.0的返料器兼具倾斜度α=0、1.5两种返料器的特点,循环流率及抗逆压差性能处于其余两个返料器性能之间;倾斜度α=2.0的返料器抗逆压差性能不如常规返料器,但其流动死区面积明显缩小,尤其当松动风速超过0.4 m/s时,倾斜度为α=2.0时流动死区完全消失;若消除下降段流动死区,推荐下降段倾斜度α=2.0。水平段长度增加,返料阻力增加;长径比L/D₁=2和3的返料器返料阻力较小,抗逆压差性能不足,只有在炉膛表观风速足够高,循环物料量足够大时,才能保证正常无窜气返料;长径比L/D₁=4和5的提供了足够的返料阻力,其在高返料风速下,仍保持足够高的立管料位,可在更高循环流率与抗逆压差条件下稳定运行。但长径比L/D₁=5的返料器返料阻力过大,立管料位过高,存在物料堆积进入旋风分离器的风险;在试验研究的结构参数范围内,长径比L/D₁=4的返料器同时具有较高的循环流率及抗逆压差性能,料位高度适中,运行更稳定。布风装置研究结果表明:与径向喷嘴相比,采用切向喷嘴结构的锥形布风装置更易建立循环回路压力平衡;分级配风对气相-颗粒相流动具有重要作用,采用三层喷嘴同时开启配风形式可避免形成流动死区,床料流化更均匀;采用径向喷嘴结构,三层管路同时开启的配风形式的锥形布风装置运行性能更好;但该结构的锥形布风装置对宽筛分粒径或窄筛分粒径分布的床料均无粒径分选能力。变径结构的锥形分级布风装置可改变炉膛各截面速度分布,对宽筛分粒径分布、窄筛分粒径分布的床料均进行粒径分选;变径结构的锥形布风装置对煤与半焦床料的粒径分选作用要优于石英砂床料;尤其当床料为煤与半焦时,鼓泡区内粒径低于1mm的颗粒质量占比只有18.97%,远低于其在输送区内的质量分数71.20%,该结果有望为降低底渣含碳量提供了新的布风装置设计方法。