生物质能源具有资源丰富、可再生、零二氧化碳排放、污染物少、分布分散等特点,是唯一的可再生碳资源,开发潜力巨大。生物质气化是一种热化学转化技术,通过化学反应将生物质燃料转化成可燃气体,具有产品清洁、应用场合广等优点。因此,本文主要研究生物质焦炭的基本特性和携带流生物质气化性能对掌握生物质气化原理及提高整体气化性能指标都有重要的理论和现实意义。在微型石英反应器内进行生物质快速热解实验,并对焦炭进行电镜扫描、能谱分析、拉曼光谱分析等测试。首先研究了热解温度为800 oC时稻壳、玉米秸秆及桦木三种生物质的焦炭产率和理化特性,同时研究了热解温度(700、800、900 oC)对稻壳焦炭产率和焦炭特性的影响。实验结果表明,三种生物质的焦炭产率:稻壳>秸秆>桦木;稻壳、秸秆焦炭中的Si元素远大于桦木焦炭,秸秆焦炭的石墨化程度最低。随着热解温度的升高,稻壳的焦炭产率降低,稻壳焦炭中的O/C比值、石墨化程度都减小。在不同温度和不同气体组分分压力条件下进行生物质焦炭-CO2、焦炭-O2的热重实验,研究了焦炭异相反应的本征动力学特性。本文实验得到生物质的焦炭与CO2反应的本征活化能在160.01-238.81 k J/mol之间,本征反应级数在0.309-0.589范围内;热解温度对稻壳焦炭-CO2的本征反应速率影响小。实验得到三种生物质焦炭-O2反应的本征活化能在在114.59-134.15 k J/mol之间,反应级数在1.431-1.981之间;此外,采用单步反应多项回归模型对稻壳、秸秆、桦木焦炭-CO2的反应过程进行模拟,从而验证了本征动力学参数及反应模型的正确性。基于欧拉-拉格朗日坐标建立携带流生物质气化的数值模型,考虑生物质在气化炉内的干燥、热解、气体反应和异相反应过程。基于焦炭反应的本征动力学参数建立焦炭异相反应的子模型来提高气化模型的精度。对不同工况下的稻壳、木屑携带流气化过程进行模拟,对比气化燃气组分和气化指标的模拟值和实验值,结果表明本文建立的基于本征动力学参数的携带流生物质气化模型可靠。采用数值模拟方法对稻壳、木屑、秸秆三种生物质的携带流气化特性进行研究,考察气化温度、燃料颗粒直径、空气当量比以及CO2/生物质质量比等气化操作条件对气化过程的影响。在相同的气化条件下,秸秆的可燃组分最少,燃气热值、碳转化效率、冷气效率最低。随着气化温度的升高,三种生物质气化的燃气热值、产气率、冷气效率都升高;随着燃料颗粒直径的增大,生物质气化的燃气热值、产气率、碳转化效率及冷气效率都减小;随着空气当量比的增大,燃气热值和冷气效率都减小;随着CO2/生物质质量比的增大,气化燃气的CO含量、热值和碳转化效率都有极大值。结合响应曲面法和数值计算方法,以气化温度、物料颗粒直径、空气当量比以及CO2/生物质比为操作因子,基于中心复合有界设计方法对稻壳、木屑、秸秆的携带流气化进行实验设计并进行数值模拟,分别分析气化条件因子对目标响应的影响。以产气CO体积分数、产气率、冷气效率为目标函数,根据遗传算法对三种生物质气化过程进行优化,得到三目标优化的Pareto最优边界。