循环流化床煤气化技术的反应条件温和,运行温度受到煤灰熔融特性的限制;而且沿提升管高度方向反应温度和颗粒浓度逐步降低,导致气化反应速率受到限制、系统碳转化率偏低等。为了优化循环流化床气化炉提升管内的温度场和气固流场、实现煤气化过程强化,本文主要开展了理论分析和试验研究。在工业实际和理论分析的基础上,提出了气化剂分级耦合顶部扩径提升管的强化措施。针对炉型开发过程中系统运行、提升管内气固流动等关键问题,设计、搭建了冷态试验台,并开展了冷态试验研究。之后,根据冷态试验相关结论进行了热态试验台的设计和搭建,并首先开展了气化剂分级试验。基于试验结果,明确了气化剂分级对气化过程的强化作用,分析了气化剂分级对喷口局部和提升管内热质输运的影响,揭示了气化剂分级的强化机制及实现条件。之后开展了变径提升管循环流化床气化炉气化试验,研究了操作参数和结构参数对气化炉内反应过程的影响。本论文获得的主要结论如下:（1）在冷态试验中,射流对主流的影响表现为射流对壁面下降流颗粒的再夹带作用和对核心区上升颗粒的截断作用之间的竞争。再夹带现象阻碍壁面附近颗粒返混回到密相区,并实现颗粒向核心区的径向输运,使提升管内固含率轴向分布均匀性得到改善。在试验条件下,气化剂分级之后,旋风分离器压力损失明显增加,可能导致系统压力平衡失效,喷口高度为h/H=0.1时,系统稳定性好。提升管顶部扩径结构促进颗粒返混,使提升管内物料量和颗粒浓度增加;同时降低旋风分离器入口颗粒浓度和压力损失,从而改善气化剂分级条件下系统运行的不稳定性。（2）再夹带现象在热态试验中得到验证。该现象可以实现热量和质量向上输运的协同强化,使稀相区内反应温度和颗粒浓度同步提高,煤焦气化反应得到强化。当系统氧煤比、给煤量一定时,在试验范围内气化剂分级的强化作用随二次气化剂比例的增加而增强。对于神木煤,相比于未分级工况,在二次气化剂比例为30%时,冷煤气效率提高14.8%（相对值）,碳转化率提高14.3%（相对值）,煤气产率提高7%（相对值）。气化剂分级对低活性煤种的气化过程也有一定的强化作用。气化剂分级的强化作用受到二次气化剂氧气浓度和喷口处颗粒浓度的限制。随着二次气化剂氧气浓度增加,颗粒的燃烧速率加快,导致可燃物质被过量消耗,半焦活性降低,使气化剂分级的强化作用受到抑制。在试验条件下,氧气浓度为45%时,气化特性最好;氧气浓度为65%时,喷口处发生结渣。强化作用随二次气化剂风量的增加而增强,但当射流速度达到30m/s、截断作用发生时,气化剂分级的强化作用消失。通过增加喷口数量可以提高再夹带量,进一步增强气化剂分级的强化作用。（3）顶部扩径结构使提升管内物料量增加,反应温度降低,主要促进水蒸气的分解,使煤气中H2含量升高、冷煤气效率提高。但强化作用随氧煤比增加而减弱。顶部扩径结构对低活性煤种的气化过程作用有限。对于变径提升管循环流化床气化炉,随着氧煤比增加,碳转化率、冷煤气效率和煤气产率逐步上升,煤气热值先升高后降低。随着蒸汽煤比增加,碳转化率、冷煤气效率和煤气产率先增加后基本不变,煤气热值逐渐降低。（4）对于神木煤的富氧气化,在试验条件下煤气中焦油含量在11.7-73.3 mg/m3,与操作参数密切相关。随着氧煤比增加,煤气中焦油含量逐渐降低,焦油组分表现出重质化特性。煤气中焦油含量随蒸汽煤比的增加而逐渐降低,多环芳香烃组分含量先降低,在蒸汽煤比达到0.31 kg/kg后有所升高。气化剂分级有利于焦油转化,在二次气化剂比例为30%时,焦油脱除率达到54.6%。（5）循环流化床煤气化底渣的含碳量随粒径呈单峰分布。粒径为2 mm左右的底渣颗粒质量占比大、含碳量高是底渣含碳量偏高的直接原因。与原煤和飞灰相比,底渣的燃烧反应性差,为异相着火方式,着火温度为599℃、燃尽温度为756℃。不同粒径的底渣具有相似的燃烧行为,燃烧反应性主要与其含碳量相关。提高氧气浓度后,底渣的失重峰向低温区移动,同时峰宽变窄、峰高变高,底渣的燃烧过程得到改善。