煤气化是煤基替代燃料、煤基化学品、IGCC发电、多联产系统、煤制氢等工业过程的主要单元工艺。“十一五”期间，国家863计划设立“以煤气化为基础的多联产示范工程”重大项目，其中方向三为粉煤加压密相输运床气化技术，其中高压高温灰渣的连续排放和冷却装置（冷渣器）是该技术中的重要环节和关键技术。本文提出新型内循环流化床灰渣冷却器系统作为解决方案，并对内循环流化床冷渣器内的颗粒流动与混合特性，颗粒停留时间等进行了系统的试验研究。 本文设计搭建了内循环流化床冷渣器流动显示和热颗粒示踪剂模拟三维气固混合冷态试验装置。试验台主体流化床采用有机玻璃制成，床内布风方式设计为倾斜布风板与水平布风板对接组合方式，采用两风室分别送风，在倾斜布风板上方形成低风速区，水平布风板上方形成高风速区，从而实现非均匀布风条件下的颗粒内循环流动。在流化床内部三维空间布置多个温度测点，运用编制的软件采集、记录热颗粒示踪剂在床内扩散与混合的试验数据。 利用热示踪法研究了内循环流化床冷渣器的颗粒混合情况，根据温度响应曲线分析得出了示踪剂颗粒的运动轨迹，高风速区的颗粒向上运动，低风速区的颗粒向下移动，形成了颗粒的循环流动。分析发现，除床内整体的颗粒内循环流动以外，还伴随着局部内循环、对流、扩散等分过程。各种力形成的势差是颗粒运动的原因。 为了定量评价混合的质量，引入混合指数M，并将它用于考察不同操作参数对颗粒混合过程的影响。结果表明：床层高度减小有助于内循环流化床内物料的混合；提高高风速区的流化数，有助于床料的混合；提高低风速区的流化数，低风速区颗粒间摩擦力减小，有助于颗粒运动，但过高的流化数则会破坏整体内循环；示踪剂粒径增大，导致偏析加剧，混合效果变差。 利用筛分法对颗粒的冷渣器内停留时间分布（RTD）进行了研究，分析了各因素对RTD的影响。在高速区流化数不变的情况下，随着低速区流化数的增加，示踪粒子的平均停留时间呈现先减小后增加的变化趋势。在低速区流化床不变的情况下，随着高速区流化数的增加，示踪粒子的平均停留时间减小，内循环流动增强。说明存在一个最佳的高风速与低风速的配风比的范围，使得在增加颗粒内循环的同时，颗粒的停留时间也比较长。