本文提出了一种新的生物质气化方法:生物质与煤复合串行气化,旨在高效、经济的利用生物质能源。该气化方法采用流化床作为气化炉,间歇运行即分为燃烧加热阶段和通水蒸汽气化阶段,两个阶段组成一个完整的循环制气过程。该气化方法能解决目前常用的生物质流化床气化工艺中的出现许多问题,比如运行的稳定性问题,焦油问题,产气品质问题等,为利用生物质能提供了一个新的途径。在本文中,针对生物质与煤复合串行气化过程,建立了热力学平衡模型和基于反应动力学、流体动力学、传质理论并结合实测数据的综合数学模型,通过模拟结果与试验结果比较,验证了模型的准确性。本文提出了煤气化区与生物气化区的双区温度关联式,并建立了生物质与煤复合串行气化过程的热力学平衡模型,将双区温度关联式应用到热力学平衡模型中可显著提高模型模拟精确度。该模型研究了气化温度、生物质与煤之比和水蒸汽与焦炭之比等气化操作参数对气化产物的组成及产量的影响,并从能量利用率和碳转化率最大化等角度初步探讨气化操作参数的最优化条件。热力学平衡模型由于其对模拟结果预测精度较高且消耗较少计算资源,所以适用于工程应用领域。本文还建立了生物质与煤复合串行气化过程的综合数学模型,在该模型中考虑了炉内气固物质的流动特性,将气化炉分为燃烧子模型和气化子模型,这两个子模型分别被划分成密相区和稀相区进行模拟,其中气化子模型中密相区又分为煤气化子模型和生物质气化子模型。密相区采用三相鼓泡床理论,把密相区分为气泡相、气泡云相和乳化相,分别考虑了气体固体在各相之间的质量交换。稀相区采用Wen-Chen的扬析夹带模型结合环-核模型进行模拟,同样也考虑了气固流动。热解模型采用得到广泛应用的Merrick模型进行计算。气化炉内的温度采用本文提出的多区温度模型进行计算,该模型中包括了多个基于实测参数的不同反应区间的温度关联式。燃烧反应模型和气化反应模型是利用各均相反应和非均相反应的化学反应动力方程而建立的,其中最关键的焦炭气化过程采用JM模型。最后综合上述模型建立质量平衡子模型、能量平衡子模型完成整个数学模型的建立。通过求解该模型可以得到在任意气化炉运行参数下气化炉内的状态数据,包括在不同气化时间和不同气化炉高度处的各物质组分。气化炉主要调节的参数为气化温度、S/B和B/C,该模型可以分析这几种参数对气化炉内部流化状态、气化反应产生的影响,不但能对气化炉的运行提供参考,还能对气化炉的设计及优化起到指导作用。相对于热力学平衡模型,综合数学模型需要消耗较多计算资源,所以更适合应用于科研、气化工艺设计领域。通过本文的研究,在本工艺中随着气化温度的升高所产富氢燃气中H₂浓度增加,CO浓度增加,CO₂浓度降低,CH₄浓度略有下降。随着S/B的增加,H₂浓度变化不大,CO浓度降低,CO₂和CH₄浓度增加,而所产富氢燃气中的蒸汽量随着S/B的增加而增加。S/B和气化温度的选择应根据所产生气体的使用途径来确定,不同的用途对气体的需求不同,可能是更高的气体热值或是更高的H₂浓度,依此来调整气化炉的运行参数。B/C值的增加,一方面能使所产气体的H₂浓度增加,另一方面也能提高了生物质处理能力,所以在运行中应尽可能提高B/C值。