化学链燃烧技术因其具有低能耗地分离和捕集CO2的作用,已成为一项重要的CO2捕集技术而得到广泛关注。当使用煤作为燃料时,煤焦气化速率通常低于载氧体还原速率,未气化的煤焦颗粒容易被载氧体携带进入空气反应器内直接燃烧,导致系统CO2捕集效率降低。本文构建了一套耦合炭颗粒与载氧体选择性分离系统的煤化学链燃烧试验装置,其中分离系统由惯性分离器和旋风分离器串联组成,根据双组分颗粒的密度、粒径差异对其进行选择性分离,惯性分离器将载氧体分离进入空气反应器氧化再生,而未燃尽的炭颗粒被旋风分离器分离并返回至燃料反应器内重新反应,分离系统起到平衡反应速率、提高CO2捕集效率的作用。针对全场气固流动特性及分离特性开展了冷态试验研究,并采用数值模拟对分离过程进行了研究。通过压力监测系统对煤化学链燃烧冷态试验装置的全场压力分布进行了研究,考察了燃料反应器流化数、固体循环通量、运行料高、两反应器压比对燃料反应器和空气反应器压力分布的影响。试验结果表明:全场压差稳定,沿物料循环径路压降总和为0;其中循环流化床上升管沿高度方向压力梯度较大,在较高燃料反应器流化数、固体循环通量及运行料高条件下,燃料反应器上升管内压力波动较大,气固混合剧烈;增大松动风流化数及运行料高可以显著提升固体循环通量;下降管及双级逆流移动床内压降较为平缓,空气反应器内颗粒呈现稳定的柱塞流状态,且在一定范围内调节两反应器间压比及空气反应器流化数对空气反应器流动特性影响不大。通过气体示踪系统研究了影响反应器间气体窜混的因素,得出在Pb/Pa=1.7时两反应器间窜气比率均可被控制在较小范围内。针对化学链燃烧中双组分颗粒选择性分离问题,基于耦合炭颗粒与载氧体选择性分离系统的冷态试验装置,构建了轻颗粒（塑料微珠模拟煤焦）和重颗粒（石英砂模拟铁矿石）选择性分离试验流程及测量方法。研究了燃料反应器流化数、固体循环通量、轻颗粒粒径及浓度对轻、重颗粒分离效率的影响,通过压力测点获取了分离系统颗粒浓度分布,对内部气固流动结构进行了初步探索。试验结果表明:炭颗粒与载氧体选择性分离系统在不同工况下对于重颗粒分离效果较好,重颗粒分离效率介于80%-99%之间;针对轻颗粒,整体分离效率基本保持在80%以上,绝大部分轻颗粒通过分离后可以返回系统进行循环,当燃料反应器流化数Nf=35.58,固体循环通量Gs=100.08kg/m2*s,轻颗粒平均粒径da=100μm,混合比为5%时,轻颗粒选择性分离效率ηs达到约60%。以CFD软件为计算平台,构建炭颗粒与载氧体选择性分离系统三维数值模型。采用欧拉-拉格朗日模型和离散相模型,使用分离试验中的工况参数,对分离系统气固流动状态、颗粒分离特性进行了模拟。在此基础上考察了运行参数对轻重颗粒分离特性的影响,对试验结果进行了补充。