生物质能具有可再生、储量丰富和清洁燃烧的特点,但是其含水量高,能量密度低、易腐蚀和太过分散等缺点制约了生物质能的使用。生物质热转化技术是应用最多的生物质利用技术,目前的技术更倾向于将一个地区的生物质集中到一起统一处理,提高生物质的利用效率。但是这样耗费了昂贵的收集运输成本,其处理装置运行建造成本高且较难保证处理效果。因此,本文提出了基于低温加热的秸秆半碳化技术模型,将一个大型生物质处理装置分为许多个小型装置,基于低温工况进行就地加热,极大地提高了能源利用效率,节约了成本,还能得到燃料性质优良的生物炭。首先,对不同温度和时间半碳化处理后的固态产物进行分析。随半碳化温度和时间增加,固态产物的颜色逐渐加深,固定碳、C元素及热值含量增加,能量密度增加,水分减少,可磨性增强,密度由于秸秆内部的反应先增加后降低。生物质的燃料性质增强,但是质量和能量得率随温度升高降低而降低。其次,通过等温热重实验发现半碳化温度和时间增加会促进秸秆的分解,温度比时间对秸秆的影响更大。通过非等温热重实验和红外分析发现,半碳化促使秸秆水分挥发,半纤维素和纤维素大量分解,木质素也得到了降解。半碳化温度越高,这三种成分成分的分解的越多。对影响热解性质的因素分析发现,升温速率大的生物质内部分解程度越小,生物质在空气中分解的更快,粒径减小有利于生物质的分解。通过Coats-Redfem法得到动力学模型,随后计算了秸秆半碳化前后的动力学参数,还计算了升温速率、氛围气和粒径的动力学参数。最后,由气相产物分析可知,秸秆在半碳化过程中的气体产物可分为不可凝气体、酸、醛、酯、呋喃、酚类等,其对应的物质主要为C02、乙酸、糠醛、乙酸乙酯、3-甲基呋喃和二甲氧基苯酚等等,温度和时间增加会促使可凝气体产物含量增加,温度升高还会促使酸转化为酯。生物质热解产生的低聚糖及脱水糖接续分解生成酸和醛。甲醇来源于木质素的甲氧基分解,甲醇和CO反应生成C02和H2。甲醛不稳定,会生成CO和H2。呋喃的生成来源于脱羧基的焦粘酸,而焦粘酸来源于糠醛的氧化。酚类物来源于木质素的降解。结果发现,本文提出的半碳化模型能够得到性质优良的生物炭燃料。半碳化会消耗生物质中的半纤维素,同时使纤维素和木质素发生降解。升温速率、氛围气和粒径都会影响热解结果。在半碳化过程中会产生大量可凝的气体产物,促使半碳化装置中压力升高。气体产物具有毒性、可燃易爆的特点,建议在完成半碳化后先采用气体冷凝装置对气体进行收集,最后再取出生物炭。