循环流化床锅炉技术正朝着大容量和超临界、超超临界参数方向大力发展。该技术能综合利用煤炭行业选煤产生的矸石等低热值煤。本文以山西朔州某电厂拟建的660MW超临界循环流化床锅炉为研究对象,该炉设计煤种为煤矸石和洗中煤混煤。由于煤矸石混烧的660MW等级超临界流化床在国内应用较少,为保障其投运后的性能,本文从燃料特性、关键部件分离器的布置和结构,到床内气固流动及污染物生成特性的模拟预测,系统的研究由于燃用煤矸石和大型化给锅炉带来的几个问题。基于HSC Chemistry软件,对两种矸石掺混的煤样进行了热力学平衡计算,探讨了不同温度、气氛、钙硫比、铁硫比以及氧碳比等多种工况条件下含硫物相分布特点,分析矸石中灰的组成特性对固硫产物的影响。研究表明:氧化性与还原性气氛,含硫化合物的体现有很大差异,前者更多表现为SO2和硫酸盐,后者更多表现为H2S和FeSx;通过特定工况的计算,验证了还原气氛下,含硫物相主要体现为CaO与Al、Si的共聚物而不是CaS的根本原因是因为煤样中Al、Si含量较高;提出用O/C比来替代过量空气系数,用于热力学平衡计算更加合理。在3MW循环流化床热态试验炉上,针对660MW实炉的设计煤种和校核煤种进行了工业试验,掌握其燃烧稳定性、燃尽、床内脱硫、NOx生成和成灰等特性,为实炉的设计和运行提供重要的基础数据。研究表明:两试验煤结渣指数Rz分别为0.913和0.796,结渣倾向轻微;采用床下热烟气点火,在床温435℃时向炉内投入试验煤可实现成功点火,710℃时能顺利切除助燃燃料;飞灰、底渣含碳量较高,燃尽特性相对较差,爆裂性差,应降低煤的粒径,建议中位径d50=1.1mm左右,dmax<8mm;在试验台条件下获得的灰渣比数据,可作为工程相关辅机设备选型的参考依据;试验煤Ⅱ在床温840℃～920℃时,自脱硫率为20.4%～31.6%,床内脱硫效率可达88%～95%。由于石灰石太细,造成Ca/S比偏高,实炉运行时应注重这一问题;NOx生成浓度较低,SNCR投运后脱硝率可达到50%以上,确保NOx排放小于100mg/Nm3。针对CFB锅炉在大型化过程中可能出现的多个分离器物料分配不均问题,通过欧拉-欧拉法研究不同布置方案的物料偏差;对单个分离器的不同结构进行优化设计,确保分离器性能以应对混烧矸石的燃尽问题;将化学反应动力学与CFD相结合,讨论分离器内SNCR过程中影响因素及其中的多种基元反应。研究表明:在初设方案的基础上,将中间两分离器偏移1.5m是最优布置方案,此时各分离器间的物料偏差最小;可以用指标Y=η/ξ来评价分离器的分级效率和阻力的综合性能,最优的结构方案为在初设基础上将内筒偏置180°,此时Y值最大,Y=3.38;SNCR过程对NO的脱除作用随系统温度变高呈出先升后降趋势,在950℃达到最大脱硝率,温度再高时,OH等活性基元增多,将促使NH3被氧化,影响了对NO的脱除。以3MW试验台为对象进行了欧拉-欧拉法气固多相燃烧过程的数值模拟方法的开发,编制了描述多相燃烧的自定义函数UDF,通过试验台的测试结果对所开发模拟方法进行了验证。研究表明:涡耗散概念模型EDC_G方法和涡耗散模型ED_FR方法相比,EDC_G方法更适合用于描述CFB锅炉床内的燃烧和化学反应;NH3在炉内高度方向上先于HCN达到平衡;CNO的消耗主要是通过反应R13中CNO与O2生成NO;N2O和NO的还原均以异相反应为主。对660MW超临界CFB锅炉的初设方案进行气固多相流动和燃烧的模拟,预测了床内速度、颗粒浓度和温度分布情况,研究二次风的设计参数对床内混合和磨损问题的影响,讨论不同运行参数对污染物生成的影响规律。研究表明:床内沿高度方向不同截面固相垂直速度呈现“环-核结构”;床内温度水平在1100K左右;3个不同气流方向工况穿透性有较大区别,水平向上30°时最好;加大过量空气系数、一次风率均会使出口 S02浓度减小,同时也影响了 NO和N2O的生成。