辐射废锅作为气流床气化系统的重要组成部分,主要承担回收合成气高温显热以产生高压蒸汽的功能。辐射废锅结构复杂,且内部涉及复杂的多相传热传质过程。为了实现辐射废锅的有效传热和长周期稳定运行,本文以气流床气化废锅-激冷流程中关键设备辐射废锅为主要研究对象,运用数值模拟方法对辐射废锅内多相流动及传热传质过程进行计算,明确水冷壁布置方式对辐射废锅传热传质过程的影响机制,并在废锅流程的研究基础上对废锅-激冷流程辐射段进行优化设计,考察吹灰器喷射角度及喷射距离对除灰性能的影响,提出气化炉与辐射废锅接口段的局部优化改进方案并开展深入对比分析。研究内容及主要结论如下:（1）建立工业尺度废锅流程中辐射废锅三维模型,采用数值模拟方法考察鳍片水冷壁对辐射废锅内多相流场、传热性能、水冷壁表面温度及灰渣颗粒运动特性的影响,并通过工业数据验证了计算模型的可靠性。计算结果表明:鳍片水冷壁对炉内温度场尤其是内筒水冷壁内壁面温度的影响较大。鳍片水冷壁径向长度减小,出口合成气温度升高,炉内辐射强度增强,内筒壁面与鳍片水冷壁壁面温度均有所升高。合成气携带的灰渣颗粒大部分集中于中心流道,小部分灰渣颗粒随气流向周围弥散,极易沉积于鳍片表面,沉积位置集中于鳍片水冷壁中部高度约12.5 m处,最大沉积速率达0.015 kg/（m2·s）,与工业装置的沉积位置基本一致。鳍片水冷壁径向长度减小后,表面灰渣沉积现象明显改善,颗粒沉积速率显著降低。内筒筒体水冷壁的内表面颗粒沉积速率有所增加,但由于内筒表面温度较低,该区域颗粒多发生弹性碰撞,避免了辐射废锅堵渣。（2）针对废锅-激冷流程中辐射段鳍片水冷壁的不同布置方式进行对比计算,建立多相流动与传热模型,并通过冷态实验数据对计算模型进行检验。结果表明:鳍片水冷壁径向长度越大,中心流道越小,顶部回流越强。越靠近辐射废锅中心,鳍片水冷壁灰渣表面温度越高,尤其在12m-15m高度处,灰渣表面温度达到1080 K。优化鳍片水冷壁布置后,鳍片水冷壁表面高温区域减小,且有效改善筒体表面温度分布,辐射废锅整体换热能力提高,且有效改善筒体表面温度,使得每根水冷壁管尽量实现均衡吸热,避免局部过冷过热引起的交变热应力,从而延长水冷壁管使用寿命。（3）针对辐射废锅内吹灰器建立二维轴对称模型进行模拟计算,得到基准工况下吹灰器吹扫性能,并建立三维模型分别考察不同喷射角度及喷射距离对鳍片水冷壁管与筒体水冷壁管吹扫区域吹灰性能的影响。吹扫能力随压降的增加而增强,但增强幅度随之减弱。当压降低于0.4MPa时,吹扫气体射流的有效冲击动压作用范围过小,不利于工程应用中喷嘴与受热面距离的设置与调节。为保证吹扫喷管的安全运行,需要在喷管外侧加装保护气外套管以实现对喷嘴的有效冷却。辐射废锅上部区域所需喷管保护气流量高于中部和下部区域喷管保护气流量。吹扫气体入射角度减小,上坡侧壁面射流减弱并接近消失,下坡侧表面吹扫面积及有效吹扫面积均增大。（4）针对辐射废锅内流场优化以实现有效分离熔渣液滴的问题,研究在接口段引入环形阶步结构和改变喉部结构形态的局部优化改进方案。对接口段及辐射废锅中上部区域建立三维模型,考察不同优化方案对辐射废锅多相流动与传热的影响,并以冷态实验结果对计算模型进行检验。计算结果表明,接口段结构的改进可优化辐射废锅内流场,影响辐射废锅混合区的温度分布,增强高温合成气与水冷壁壁面的热交换,优化辐射废锅内的温度分布。环形阶步的引入可有效分离部分熔渣液滴,使回流区的温度上升。喉部结构形态直接影响初步分离的液态熔渣是否二次沉积于壁面,对下部辐射废锅内熔渣沉积分布有较大影响。喉部渐扩结构影响回流的强度与形状,使得带环形阶步的锥形接口结构（tapered connection with annular-step,TCA）中心射流发生两次耗散,导致回流区温度进一步升高。另外,接口结构的改变使中心通道的颗粒浓度高于近壁区域,少部分颗粒会被气流卷吸进入回流区。