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煤矸石作为煤炭形成过程中与煤共伴生的一种含碳量低、质地坚硬的岩石，过去曾被作为废弃物丢弃处理。而现如今，随着一次性能源愈加紧张，煤炭价格的上涨，煤矸石堆放处理造成的危害愈加显现，以及国家“节能减排”政策的推动，煤矸石的综合利用受到了人们越来越多的重视。其中能源化利用为煤矸石综合利用的主要方式，而流化床燃烧技术在低热值固体燃料燃烧利用方面的优势，使其成为煤矸石能源化利用的主要手段。经过几十年的发展，我国煤矸石流化床燃烧技术，已由过去的鼓泡床发展到循环流化床(CFB)阶段，并启动了600MWe级超临界煤矸石CFB示范发电项目。随着洗煤技术的发展，洗选出来的煤矸石热值越来越低，当燃用的煤矸石热值过低时（1000kcal/kg左右），现有的CFB锅炉会出现锅炉热效率低、受热面磨损严重、燃烧稳定性差等问题，严重制约了CFB燃烧技术在低热值煤矸石领域的应用。针对上述问题，本文提出了一种燃用低热值煤矸石循环流化床锅炉布置方案（发明专利号:ZL201010510967.6），将燃料颗粒按粒径大小分类燃烧，通过控制物料的有序流动，以及受热面的合理布置，解决CFB锅炉在燃用低热值煤矸石时存在的技术难题。为了将本锅炉布置方案从理论推进到实际的设计，乃至以后的工业应用，本文在重庆市科委科技攻关项目及合作企业资金的支持下，通过理论计算分析、冷态试验和热态试验，对方案的可行性进行了研究，最后针对北川低热值煤矸石完成了一台40t/h的循环流化床锅炉设计。 本研究主要内容包括：①以七种不同热值的煤矸石为例，对流化床锅炉在燃用低热值煤矸石时的热平衡和物料平衡进行了研究，包括密相区的燃烧稳定性分析，循环倍率的影响，以及灰渣热量回收问题。针对循环流化床燃烧技术，首次定义了低热值煤矸石的范围。分析了本文所提出的低热值煤矸石循环流化床锅炉布置方案在燃用低热值煤矸石时热平衡的实现过程。②对低热值煤矸石循环流化床锅炉布置方案中，并联双流化床之间物料交换特性进行了冷态试验研究。并在前人的基础上建立双流化床之间物料交换模型，通过模型计算和试验结果，分析物料交换机理。研究结果表明，通过改变结构参数或运行参数，能较好的实现对并联双流化床之间物料流向的控制。③针对低热值煤矸石循环流化床锅炉布置方案中，燃料按粒径范围分床燃烧的特点，分别对双流化床中床料所对应的颗粒粒径范围的B类和D类颗粒的流化特性进行研究，为优化床层中的燃烧提供理论依据。④采用自回归模型(Auto-Regression，AR)计算流化床中压力波动的功率谱，分析压力波动主频的变化，并首次提出了以压力波动主频变化判断床层流化状态的转变速度的方法。⑤对一台半工业CFB热态试验台进行了改造，在改造后的试验台上对低热值煤矸石进行了试烧试验，对低热值煤矸石的燃烧特性进行了研究，为提高低热值煤矸石CFB锅炉运行性能提供参考。对试烧煤矸石的热负荷比例分配进行了计算，为低热值煤矸石CFB锅炉的设计提供参考。⑥在上述研究成果基础上，完成了一台40t/h低热值煤矸石CFB锅炉设计工作，为本文所提出的低热值煤矸石CFB锅炉布置方案的下一步工业应用打下基础。