针对石油焦及气化余焦的燃烧特点和流态化特性，在经过大量试验研究的基础上，提出了一种采用气固密相环流烧焦技术与快速床管式烧焦技术合理组合的新型燃烧器结构，该结构把鼓泡床、湍动床、快速床及循环流化床的流动特性耦合在一起，可实现颗粒在燃烧器内高浓度、强返混、长停留时间及高循环倍率的燃烧要求。 为了便于试验研究，本文设计建立了一套大型的组合燃烧器的冷模实验装置(环流段外筒体尺寸为φ476 mm×2500mm，导流筒尺寸为φ330mm×1300 mm，烧焦管尺寸为φ186 mm×10000mm)，在不同操作条件(导流筒区表观气速0.772～1.674 m/s，环隙区表观气速0.223～0.519 m/s，烧焦管表观气速3.156～5.989 m/s，颗粒外循环强度40.8～229.4 kg/(m<2>·s))及两种颗粒体系下，采用光纤测量仪及磷光颗粒示踪法对组合燃烧器内气固两相的流体力学特性进行了系统的试验研究，然后采用计算流体力学的方法对环流段内气固流动规律进行了数值模拟。试验采用的第一种颗粒体系为石英砂颗粒，平均粒径78μm，颗粒密度2462 kg/m<3>；第二种颗粒体系为石英砂颗粒与细粒径的FCC颗粒的混合颗粒(FCC颗粒质量分率为10％)，FCC颗粒的平均粒径30.9μm，颗粒密度1500 kg/m<3>。重点对空气一石英砂体系进行了试验。通过试验与数值模拟研究，得出以下认识： 1.针对气固密相环流烧焦段内颗粒的流体力学特征及结构特点，将环流段内的流场空间划分为四个流动区域：导流筒区、环隙区、底部区及颗粒分流区。试验获得了环流段四个流动区域内的局部固含率、颗粒速度、颗粒流率、颗粒局部返混比在床层径向的分布规律；建立了导流筒区局部固含率的径向相似性分布模型及导流筒区截面平均固含率的关联式；试验结果表明，颗粒的环流推动力和环流速度随导流筒区表观气速的增大而增大；各流动区域内颗粒的整体返混比参数沿轴向的分布各不相同，其大小顺序依次为；环隙区>颗粒分流区>底部区>导流筒区，并给出了各流动区域内颗粒整体返混比的关联式；操作条件范围内颗粒环流比在8～16之间变化；根据质量守恒原理建立了描述导流筒区与环隙区整体固含率相互关系的数学模型；基于环流段内部流场的压力平衡原理得出了颗粒环流速度的半经验半理论模型。 2.试验获得了烧焦管内的局部固含率、颗粒速度、颗粒流率的径向分布规律；建立了局部固含率的径向相似性分布关联式及截面平均固含率沿轴向分布的关联式。 3.针对磷光颗粒示踪法测得的烧焦管内颗粒停留时间分布数据，提出了一套合理的磷光颗粒示踪测量修正方法，建立了描述烧焦管内颗粒沿轴、径向扩散的二维数学模型，分析了操作条件对颗粒扩散特性的影响规律，并给出了颗粒沿轴、径向扩散的Peclet准数关联式。 4.在环流段试验研究的基础上，选择与试验操作条件相同的计算工况，对环流段单一颗粒体系下的全流场空间内气固流动规律进行了数值模拟，并用试验数据验证了计算结果，发现两者吻合较好，表明本文建立的数值模拟方法是可靠的；在此前提下，进一步考察了较宽操作条件对局部时均固含率和颗粒时均速度分布的影响规律；颗粒速度矢量图表明，应在颗粒分流区上面再增加一约束返混区，计算结果表明颗粒分流区的高度应在0.85 m以上；同时计算了颗粒在环流段内的停留时间分布规律；从瞬态的角度分析了环流段全流场空间内的压力脉动值的轴、径向分布规律，并进行了全流场空间内瞬时固含率和瞬时速度的时间序列分布及其概率密度分析，为试验研究的宏观时均测量结果找到了微观的合理解释依据。 5.通过试验与数值模拟相结合的研究方式对环流段进行了研究，加深了对环流段内气固流动规律的认识和理解，但今后的研究工作还需补充对不同混合比例的双颗粒体系的试验与模拟的研究，以便为组合燃烧器的结构优化提供更宽范围的指导。