在当前我国烟气余热回收利用技术发展迅速的背景下,本课题以气固两相快速热平衡理论为基础,通过搭建一套基于单级换热单元的颗粒帘气固两相流动与换热特性实验系统,并在此实验系统上对颗粒帘换热器内气固流动与换热特性进行实验研究,系统构建了颗粒帘空气预热器的设计理论与方法,并据此开展了燃气锅炉颗粒帘空气预热器的案例研究与设计。本文开展的主要工作如下:(1)归纳总结了烟气余热回收利用技术现状,比较分析了各种空气预热器的结构特点和工作原理,在此基础上建立了颗粒帘换热器气固两相换热特性的数学模型,得到了颗粒帘换热器出口颗粒温度和出口气流温度表达式,并通过实验对模型进行了验证。(2)构建了一套以1t/h工业锅炉烟气余热回收为背景的颗粒帘流动与换热特性实验系统,包括换热单元本体、颗粒循环回送系统、颗粒均流装置、气体变径均流装置、模拟烟气系统、流动特性参数测量装置、热工参数测量装置等;采用正交实验法,筛选出颗粒帘换热器流动与换热特性各实验工况的优组合参数。对颗粒帘空气预热器内气固两相流动与换热特性进行实验研究。流动特性实验研究的内容包括:换热器进气速度、颗粒粒径、颗粒帘初始厚度、颗粒帘质量流量四因素对颗粒帘后部气流速度、颗粒帘落点水平偏移量、颗粒帘沿程厚度、颗粒帘后部落点偏移量的影响;换热特性实验研究包括:换热器进气速度、进气温度、颗粒粒径、颗粒帘初始厚度、颗粒帘质量流量五因素对颗粒帘后部气流温度分布、颗粒帘沿程温度、出口颗粒温度、出口气流温度的影响。(3)根据实验研究所得到的颗粒帘流动与换热特性规律及颗粒帘空气预热器的整体结构设计与布置技术要求,构建了颗粒帘空气预热器换热设计计算的模型及颗粒帘空气预热器系统及设备的设计理论与方法。(4)运用所构建的设计理论与方法,针对一台20t/h燃气锅炉研究设计一台颗粒帘空气预热器,具体确定了空预器的整体结构、烟气侧及侧空气侧主体尺寸、输料系统形式与各组成部件等。