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细粉碳燃料挥发分低,固定碳含量高,难以燃烧。中国科学院工程热物理研究所的预热燃烧技术有望实现低挥发分燃料的高效燃烧,细粉碳燃料能够在循环流化床预热装置中建立稳定循环是细粉碳燃料应用于该技术的关键。针对上述问题,本文重点通过冷态实验研究细粉碳燃料在循环流化床预热装置的流动特性,并在30 kW热态实验装置上开展热态实验。在关键部件冷态实验台上,研究细粉流化特性、分离特性和返料特性。结果表明：提升管表观风速大于0.5 m/s时,气化残炭细粉开始被大量夹带,提升管的表观风速大于0.9 m/s时,气化残炭细粉能够全被夹带向上流动。空气携带气化残炭细粉进入旋风分离器时,旋风分离器压降降低,且随入口浓度的增大先减小后趋于定值,实验测量和模型计算得到的旋风分离器分离效率吻合较好,且旋风分离器的分离效率均高于97.5%,分离效率与气化残炭细粉的颗粒团聚和颗粒沉降有关。针对气化残炭细粉,松动风的调节作用大于返料风的调节作用；返料量随着松动风量和返料风量的增大而增大。在不同结构预热装置冷态实验台上,研究了操作参数对不同结构预热装置系统循环流率和压力平衡的影响规律,并对不同的结构进行了对比。结果表明：几种结构在表观风速和系统装料量等操作参数改变时,系统能够维持稳定压力平衡,验证了工艺可行性。在相同的操作参数条件下,无布风板结构的循环流化床预热装置高于其他三种结构的系统循环流率,压力平衡曲线分析表明其差异性主要体现在返料器的出口处,由于返料管的额外阻力使得其他三种结构返料器的压降大于无布风板结构循环流化床预热装置返料器的压降。在循环流化床预热燃烧实验台上,研究了气化残炭的预热特性和NOx排放特性。结果表明,气化残炭可以通过预热和部分燃烧将自身温度加热到900℃,在下行燃烧室中可以稳定燃烧,燃烧效率为95.3%；预热和分级配风相结合的预热燃烧技术可以有效降低气化残炭燃烧NOx的排放浓度,本实验中NO最终排放值为102 mg/m3,燃料N向NO的转化率为7.92%。