减少碳排放是完成可持续发展、实现碳中和的重要措施,未来风电、太阳能发电等新能源发电将会迎来重大发展机遇,其装机量将会不断增加,然而这类新能源发电具有波动性、随机性和间歇性的特点,对电网稳定运行及电力调度不利。为了保证新能源发电接入电网安全稳定运行及最大程度消纳其发电量,需要循环流化床锅炉担负起电网深度调峰的任务,此外国家能源局公布了火电参与深度调峰以及灵活性改造的相关政策,因此循环流化床锅炉参与深度调峰将会成为常态。循环流化床锅炉参与深度调峰时存在密相区温度过低的问题,实践表明该问题影响锅炉的安全稳定燃烧,甚至有熄火的可能。针对该问题从理论上分析发现可以采用降低循环灰量来提高密相区温度,本文从该角度出发研究能够灵活性改变性能的旋风分离器从而调整运行过程中的循环灰量,提出了两种新型气动式旋风分离器:锥形筒供气式旋风分离器、无中心筒风幕式旋风分离器。采用冷态实验与数值模拟相结合的方法研究两种气动式旋风分离器的性能。首先将冷态实验台旋风分离器分别改造为上述两种气动式分离器并进行冷态实验,研究不同改造方案下供气对分离性能的影响。经过冷态实验发现这两种气动式旋风分离器在冷态实验中均能通过控制气量调整分离效率,实现对旋风分离器性能的灵活性控制。然后对冷态实验工况进行数值模拟研究,将两种气动式分离器分离效率实验与模拟结果进行对比后认为本文采取的模拟相关设置较为合理,可以利用数值模拟研究分离器性能并对性能变化进行解释。锥形筒供气式旋风分离器内部气固两相流呈现了螺旋向下的运动轨迹,该运动轨迹经过0°、90°、270°孔,因此在这三个孔进行吹扫后降低分离效率的作用较大,其中90°孔在10 m/s供气速度时分离效率可降低0.83%。无中心筒风幕式旋风分离器在去除中心筒后分离效率降低,供气形成风幕后分离效率提高并且存在一个最佳速度使得分离效率达到最高,本文研究中风幕速度为9 m/s时分离效率达到最大值96.2%,比常规有中心筒旋风分离器增加了4.9%。风幕能够提高分离器分离效率是由于供气能够形成“w形”风幕从而抑制短路流和顶灰环。最后将两种气动式旋风分离器的改造方案应用于某300 MWe循环流化床锅炉旋风分离器,用数值模拟的方法预测其性能,并利用热力计算分析锥形筒供气式旋风分离器的分离效率变化对密相区床温的影响。经过模拟计算发现锥形筒供气式改造中0°、90°孔供气式降低分离效率的效果较好,分离效率随着供气速度的增加而降低,其中90°孔供气速度为30 m/s时效果最好,此时分离效率从无供气时的94.1%降低至92.04%。综合考虑分离效率和压降后发现90°孔在实现灵活性降低分离效率的基础上其综合性能最优。利用该分离器计算115 MWe负荷下分离效率变化时密相区温度的变化,90°孔供气方案能够使得密相区问题提高20°C。无中心筒风幕式改造中,去掉中心筒后分离效率明显降低,供气形成风幕后能够提高分离效率并且分离效率随着风幕速度的增加而提高,但是始终无法达到中心筒存在时的分离效率。通过研究发现不论是锥形筒供气式旋风分离器还是无中心筒风幕式旋风分离器,在供气后能够灵活性改变分离效率,但是供气后会引起压降的升高,因此可以认为灵活性调整旋风分离器分离效率是以增加能量消耗为代价的,因此在气动形式以及气动速度上要谨慎选择。