超临界循环流化床锅炉技术是循环流化床锅炉技术发展的必然趋势。对于超临界循环流化床,传统的单炉膛结构中存在二次风穿透不足和受热面布置空间有限的问题,而“裤衩型”炉膛结构会在控制不当时发生“翻床”现象,威胁锅炉安全稳定运行。环形结构的炉膛可以有效地解决二次风穿透问题,同时也为更多的受热面布置提供了充足的空间,是一个非常具有发展潜力的炉型结构。环形炉膛是区别与传统炉型的全新的循环流化床炉型结构,对其中气固流动特性的掌握是实现该炉型应用的必要条件。本论文围绕环形炉膛内气固流动特性以及各炉膛出口物料分配均匀性,以数值计算和实验测量为工具,开展复杂炉膛结构内气固流动特性的研究,讨论不同炉膛结构参数对炉内气固流动特性的影响,为环形炉膛的设计应用和放大推广奠定理论基础。首先,针对流化床内颗粒浓度差异大,且分离器内存在强旋流流动的特点,本文基于BarracudaTM计算平台,探索了适用于流化床内气固流动模拟的CPFD计算模型,采用Wen-Yu/Ergun曳力模型,对循环流化床整个循环回路内气固流动进行三维非稳态数值模拟。模拟结果准确地再现了流化床炉膛内“上稀下浓”的分布特征,以及分离器内的旋转流动和U型返料器的返料特性。对炉内的压力分布特性和炉膛出口流量分配均匀性进行研究,模拟结果与实验测量结果吻合较好。研究得出,在环形炉膛横截面上颗粒浓度在壁面附近高,而中心区域低,颗粒轴向速度具有与之相反的分布特征。计算工况下,炉膛出口颗粒质量流率最大偏差为23.09%。其次,采用高频压力信号采集与CPFD数值模拟相结合的方法,研究环形炉膛密相区气固流型特征。随着表观风速的增加,环形炉膛密相区依次出现鼓泡流态化(single bubble regime)、泡状流化(exploding bubble regime)、湍流流态化(turbulent fluidization regime)。环形炉膛不同气固流型下压力信号功率谱分布特征与常规流化床的结果对比,发现与常规流化床内相似的气固流动存在于环形炉膛中,表明炉膛由常规结构到环形结构的改变并没有对炉内的气固流动产生显著影响。为了优化环形炉膛结构设计,获得流动均匀性较好的炉型结构,采用CPFD数值模拟方法考察不同炉膛结构参数的改变对炉内流动和循环回路物料分配均匀性的影响。研究了不同炉膛高度和炉膛截面长宽比的环形炉膛内的气固流动特性,确定环形炉膛实验台的基础结构(炉膛高5.0 m,炉膛横截面长宽比1.3)。研究了炉顶凸起高度、炉膛出口烟道布置形式和炉膛出口高宽比对炉膛出口气固流动特性的影响,结果表明各结构参数的改变对炉内颗粒浓度轴向分布的结果都未产生较大影响,而炉膛出口颗粒浓度的均匀性是影响返料流率均匀性的重要因素。在660 MW实炉中,颗粒浓度具有与环形炉膛实验台相似的轴向分布特性。在炉膛截面上,颗粒浓度和颗粒轴向速度则呈近似线性的径向分布,但环形炉膛实验台中颗粒浓度和颗粒轴向速度成抛物线性分布。660 MW实炉炉膛出口颗粒质量流率的最大偏差为6.29%,与实验台中最大偏差23.09%相比,660 MW实炉中各并联回路间流量分配的均匀性明显优于实验台。本论文针对环形炉膛这一全新的炉型结构,开展了实验台和660 MW实炉内气固流动特性及炉型结构优化的实验测量和CPFD数值模拟研究,研究掌握了环形炉膛内颗粒分布特征,提出了改善炉内流动均匀性的结构优化策略,研究结果为环形炉膛的结构设计和应用推广提供了基础数据支持。