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循环流化床（Circulating fluidized bed,CFB）富氧燃烧锅炉作为一种新型洁净煤技术,可以实现低成本CO2捕集,对我国治理空气污染、实现低碳发展,具有重大意义。这项技术目前还处在中试到工业示范发展阶段,开展350MWe超临界富氧CFB锅炉概念性设计,解决高氧浓度富氧燃烧下CFB锅炉受热面布置及热负荷分配这一关键问题,对下一步建设CFB富氧锅炉工业示范装置具有重要意义。首先基于环-核流动模型,分别构建了CFB锅炉在空气和富氧气氛下稀相区物料浓度分布模型,发现提高流化风速,可以显著增大稀相区床层物料浓度和传热系数。常规空气燃烧切换为21%O2/79%CO2气氛燃烧,稀相区物料浓度和传热系数的变化较小。在模拟出稀相区物料浓度分布的基础上,采用颗粒团更新理论,考虑富氧燃烧气氛对炉内传热的影响,完成了对空气、21%O2/79%CO2、30%O2/70%CO2气氛下CFB锅炉稀相区沿炉膛轴向传热系数分布的预测,发现常规空气燃烧CFB锅炉切换为高氧浓度富氧燃烧时,在给煤量不变的情况下,由于流化风速降低,稀相区物料浓度和传热系数显著下降,而通过优化床料粒径的方法可以提高稀相区物料浓度,增加炉膛稀相区总传热系数,提高稀相区热负荷,表明常规空气燃烧CFB锅炉不用做复杂改造就可以在高氧浓度富氧气氛下运行。对全新设计的定热输入的富氧CFB锅炉,随着氧气浓度的提高,理论所需总空气气量减小,为保证与空气燃烧相似的炉内流化状态,炉膛截面积必须减小,导致炉内可布置受热面面积减小,当氧气浓度超过30%时,一般就需要布置外置床换热器。进行了350MWe超临界富氧CFB锅炉概念性设计,给出了30%O2/70%CO2气氛下CFB锅炉各部分具体尺寸、受热面布置及热负荷分布情况,依据各部件的实际尺寸和位置,完成了350MWe超临界富氧CFB锅炉三维图的绘制,并将该设计与一台同等级超临界空气燃烧CFB锅炉进行锅炉几何尺寸、各受热面面积及热负荷分布的对比,发现高氧浓度气氛下,350MWe超临界富氧CFB锅炉的炉膛截面积相比同等级空气燃烧CFB锅炉减小了30.0%,尾部烟道截面积减小了27.8%,炉内可布置受热面面积减小了28.6%,所以350MWe超临界富氧CFB锅炉必须采用外置床换热器。350MWe超临界富氧CFB锅炉的炉膛内部热负荷占47.55%,旋风及尾部烟道热负荷占38.38%,外置床换热器热负荷占14.07%,三者之比约为4.5:4:1.5。本文为商业化循环流化床富氧燃烧锅炉的设计和运行提供了借鉴。