我国以煤炭为主的能源消费结构和以煤电为主的电力生产结构短期内难以改变,发展洁净煤发电技术是我国能源发展战略的重要方向。超临界循环流化床锅炉技术结合了循环流化床锅炉技术燃烧效率高、燃料适应性广、排放控制成本低的优点和超临界蒸汽循环发电效率高的优势,是非常具有发展前景的洁净煤发电技术。目前超临界循环流化床锅炉面临着多分离器并联循环流化床气固分布不均匀、炉膛角部颗粒聚集(磨损)和二次风穿透不足、炉膛宽深比失调、受热面布置困难等问题。中国科学院工程热物理研究所提出的多边形炉膛结构理论上可以改善炉膛角落颗粒聚集问题,提出的环形炉膛结构是解决二次风穿透不足、炉膛宽深比失调、受热面布置困难等问题的重要方案。但是多边形炉膛和环形炉膛结构区别于传统的矩形炉膛,掌握其气固流动特性是实现其应用的基础。本文围绕多分离器并联布置、多边形炉膛和环形炉膛,通过冷态实验,开展气固流动和结构布置优化研究。本文研究了分离器布置和炉膛角部结构对三分离器并联循环流化床气固分布均匀性的影响。结果表明两端分离器入口与炉膛侧墙的距离是影响三分离器并联循环流化床气固分布均匀性的关键结构因素;两端分离器旋向、中间分离器入口位置影响很小;炉膛角部结构可以有效增加进入两端分离器的循环物料,可用于优化三分离器间气固分布均匀性;通过结构布置优化,将三分离间气固分布不均匀性从17.6%减小到8.2%。在三分离器并联循环流化床气固分布均匀性研究的基础上,本文测量了三分离器并联多边形炉膛循环流化床气固流动特性。结果表明多边形炉膛气固流动分布和矩形炉膛一致,轴向呈现"下密上稀"的两相分布,径向气固流动呈现"环-核"结构;切角结构附近颗粒浓度不大于炉膛长、短边中心壁面附近,证实了多边形炉膛切角结构具有改善炉膛角部颗粒聚集的作用。本文研究了分离器布置、炉膛外环角部结构和整体炉膛结构对六分离器并联环形炉膛循环流化床气固分布均匀性的影响。结果表明环形炉膛气固分布不均匀性不大于矩形炉膛;炉膛两端分离器入口与前/后墙的距离以及炉膛两端分离器入口与炉膛内环短边壁面的距离是影响环形炉膛六分离器间气固分布的关键结构因素;两端分离器旋向有一定影响,内旋时系统的循环流率比外旋时大,六分离器间气固分布均匀性也稍好;中间分离器入口位置和六分离器对称方式影响很小;炉膛外环角部结构可以有效增加进入两端分离器的循环物料,可用于优化气固分布均匀性;通过结构布置优化,将六分离器间气固分布不均匀性从34.1%减小到9.3%。本文考察了六分离器并联环形炉膛循环流化床气固流动特性,结果表明环形炉膛轴向气固流动结构与矩形炉膛类似,但径向气固流动呈现"双环-核"流动结构。本文还开展了六分离器并联环形炉膛悬吊屏结构布置实验研究,结果表明环形炉膛悬吊屏区的气固流动特性受悬吊屏的结构布置的影响,并获得了指导六分离器并联环形炉膛循环流化床悬吊屏布置的基本原则。以上研究成果,为三分离器并联多边形炉膛超临界循环流化床锅炉(350MW等级)和六分离器并联环形炉膛超临界循环流化床锅炉(660MW等级)的设计提供了参考和依据。