本文主要对一种应用于锅炉改造的新型气固旋风分离器——方形卧式分离器进行了理论和试验的研究，并对其在工程中应用的可能性进行了探讨。 首先对旋风分离器的主要类型、性能参数和影响因素做了系统的回顾和总结，并对比了目前几种主要的旋风分离器的性能特点。通过对国内外利用循环流化床技术改造旧锅炉项目的分析，根据分离器的不同总结了用于锅炉改造的四种基本炉型并分析了其主要的适用场合。然后提出了方形卧式分离器的概念，并通过对一台煤粉炉的改造项目模拟使用方形卧式分离器和高温旋风分离器进行比较，证明了方形卧式分离器在布置上的优势。 对方形卧式分离器的试验和理论研究包括三部分工作，一是应用粒子成像测速仪(PIV)系统对一个方形卧式分离器模型进行了流场测试，获得了该分离器工作的可视化图像，并采用灰度互相关法处理拍摄的图像得到了分离器内三个不同截面的瞬时和平均二维速度分布图；二是建立了方形卧式分离器的性能试验系统并对该分离器在不同工况下的分离效率和分离器压降进行了测量，并进行了关于排气管参数的结构优化试验，试验结果表明对于粒径在100 μm以上的颗粒，该分离器的分离效率在90％以上，压降低于1000 Pa。就各种运行参数及结构参数对分离器性能的影响进行了研究，得到了部分最优结构参数，并运用边界层分离理论建立了简单的分级效率计算数学模型，最后在前面研究的基础上给出了方形卧式分离器的基本设计方法；三是通过分析分离器内的流场特征和颗粒受力分析提出使用雷诺应力模型(RSM)来模拟分离器内气相流场，使用离散相模型(DPM)来追踪颗粒运动轨迹，得到了方形卧式分离器内速度场、压力场和湍流场的分布情况以及不同粒径颗粒的运动轨迹，并与前面的试验结果进行了对比分析，在此基础上模拟了方形卧式分离器在热态工况下的性能表现并探讨了进一步的结构优化可能性。 通过对一台35 t／h链条炉改造为循环流化床锅炉的工程项目分别应用方形卧式分离器和圆形上排气旋风分离器进行方案设计，通过方案比较和经济性评价进一步论证了方形卧式分离器在低循环倍率锅炉改造中应用的优势。最后通过分析改造取得的经济效益和社会效益，论证了应用循环流化床技术来改造旧锅炉的必要性。