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循环流化床锅炉技术作为一项高效、清洁的燃烧技术,在世界各国得到了广泛推广和应用。在循环流化床锅炉发展过程中,需要对其结构进行不断地改进设计。旋风分离器作为循环流化床锅炉的一个核心部件,提高其性能及与循环流化床锅炉的匹配性是研究的重要工作之一。基于循环流化床锅炉新炉型和改进结构的研发需求,本文针对改进方案中的三种旋风分离器,包括折角入口型、圆台出口型和直筒型旋风分离器,进行了冷态试验和数值模拟研究。主要研究内容及成果如下：试验研究旋风分离器的分离性能特征。搭建旋风分离器性能测试平台,试验研究基准型分离器和折角入口型、圆台出口型和直筒型三种新型分离器的分离效率和压降。结果表明：水平入口改为竖直方向上带折角的入口通道会削弱分离器分离性能,以上升和下降角度分别为45°和30°时的分离器分离性能最差；从分离效率角度来讲,研究的倒圆台排气管是对圆筒型排气管的一种有效改进方式,提高了约2%的分离效率：直筒型与筒锥型旋风分离器有相同水平的分离性能,模化试验基准工况(Vi=20 m/s,Ci=2.0 kg/m3)下,分离效率都约为96.5%,压降也都约为1100 Pa,且受运行参数和部分结构参数的影响规律也一致。模拟研究旋风分离器的气固两相流场和分离性能特征。以冷态试验装置为对象,选用RSM气相湍流模型和欧拉双流体模型对基准型和三种新型分离器进行模拟研究。在气固两相流场方面,结果表明：折角入口型、圆台出口型和直筒型旋风分离器的气固两相流场总体上与基准型旋风分离器相类似,但在局部区域存在差别。根据气固流场特点,直筒型旋风分离器从上到下可分为旋转分离区、过渡区和堆积区。在分离性能方面,结果表明：数值模拟结果和试验结果在趋势上具有较好的吻合度：折角入口通道的上升角度或下降角度的增大都不利于改善分离性能；倒圆台出口型分离器的分离性能受上、下底面直径的影响较大,正圆台型则反之；直筒型旋风分离器存在一临界本体高度,临界本体高度数值上约等于旋转分离区高度和堆积区高度之和。结合三种新型结构分离器的试验和模拟研究,权衡得到旋风分离器的优化方案。在T=800℃、dp=300 μm, Vi=30m/s、Ci=2.0kg/m3实际工况下,优化后的旋风分离器分离效率为99.17%,压降为1089 Pa,相比于实际筒锥型分离器,分离效率增加约3%,压降仅上升约200 Pa,且简化了制造工艺。