循环流化床(CFB)作为一种主要的锅炉技术已经开始逐渐取代煤粉炉而成为未来电厂锅炉的主要力量。为了满足不断发展的社会对于电力能源的需求，循环流化床锅炉技术已经开始朝着大型化的方向发展。但是随着锅炉的大型化发展，其越来越庞大的体积和复杂的系统给锅炉的设计和制造都带来了很多问题。其中，大型循环流化床锅炉要求大体积、大容量的旋风分离器，然而，超大体积的旋风分离器不仅结构笨重、流动阻力大,而且分离效率低，因此最大筒体直径一般只能控制在7～9m。这给旋风分离器的设计和布置都来了难题，目前国内外研究学者和锅炉厂都在试图通过改变其结构和流动参数来提高其分离效率和满足其布置需要。 为解决这一问题，作者以四川宜宾发电厂100MW CFB锅炉为原型，按1:20的比例建立了可视化冷态试验台。采用电厂漂珠作为床料，在炉膛稳定运行的情况下，对目前世界上最先进的旋风分离器内的气固两相流动规律进行冷态试验研究和数值模拟，以期在学习研究国外先进技术的基础上为国内CFB的创新发展做技术储备。 研究的主要内容有： ① 对传统的旋风分离器(直筒的排气管)和结构优化后的旋风分离器(排气管下端缩口斜切，法国ALSTOM公司)在各种工况下的压降和分离效率进行测量计算。 ② 对上述两种旋风分离器的各种典型试验工况使用商用计算流体力学软件FLUENT进行数值模拟。并将所得结果与试验结果进行分析比较。 ③ 对几种法国ALSTOM公司使用过的入口段结构进行数值模拟分析，研究入口段结构变化给旋风分离器分离效率带来的影响。 通过试验研究得到主要结论有： ① 试验得到炉膛临界流化速度为0.2m/s，与计算所得0.178m/s基本一致。 ② 旋风分离器分离效率随排气管插入深度增加而增大，而压降则随其增加而减小。 ③ 结构优化后的旋风分离器分离效率高于原传统型旋风分离器。 ④ 结构优化后分离器的分离效率和压降随排气管下端切口朝向不同而不同，且变化规律一致，当切口朝向为90°时,分离效率和压降均为最大值。 在冷态试验的基础上，对部分试验内容和几种入口段结构做了数值模拟，其主要结论有： ① 旋风分离器内流动十分复杂，主要流动为双旋流，以零轴速包络面为界，外部是下行流，内部是上行流，其旋转方向相同。切向速度具有组合涡特征，外部为准自由涡，内部为准强制涡。 ② 旋风分离器内压降内低外高，形成的气流返混对分离不利。 ③ 分离器内部颗粒运动十分复杂，随机性较强。大颗粒分离效率相对要高些。 ④ 所用两种分离器对分离效率的模拟与试验研究所得结论一致。 ⑤ 三种入口段的模拟结果表明其中的斜直入口段确实有益于提高分离器分离效率。
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