中国拥有世界上最大的烟草制品市场,根据国家统计局数据,烟草产量以0.7%的年增长率增长。在香烟的生产过程中,25%将会成为废弃物被遗弃,而烟草废弃物由于其特殊的性质,含有大量的尼古丁等生物碱,直接进行焚烧和填埋等处理将对环境造成严重的污染。众多学者针对如何处理烟草废弃物进行了大量的研究,提出了不同的利用方法。其中对烟杆进行诸如热解、气化等热转化利用,是一项非常有前景的技术,因为烟草作为国家的支柱行业,保证了烟草废弃物的大量稳定的供应,解决了当下生物质利用的最大的障碍。本文针对烟杆的热利用,从预处理方法、钾盐催化和尼古丁释放等几个方面进行了广泛深入的研究。首先,本文在研究了不同热解条件对于烟杆热解的影响,主要关注了热解温度和钾盐的影响。对热解过程中固、液、气三态产物进行了全面的表征,从而揭示不同热解条件对于烟杆热解的影响。研究结果表明:烟杆热解主要失重过程在220-400℃温度区间,此温度范围内主要发生半纤维素和纤维素热解。随温度升高焦炭和气体产率一直增大,而焦油的产率先增加后减少在600℃出现最大值,在较低热解温度（<500℃）下CO和CO₂是热解气中的主要成分,当温度高于500℃,H₂浓度显著增加。高温有利于H₂、CO等气体产量增加,而CO₂产量随温度增加略微降低。添加两种钾盐（KCl、KAc）后烟杆热解焦炭产率和气体产率增加,而焦油产率降低,主要是钾对烟杆热解起到催化作用。其次,探究了不同溶剂（水、酸和乙醇）浸渍对烟草废弃物的灰分组成、尼古丁含量、结构和热解特性的影响。通过对水洗残渣添加钾盐（氯化钾或乙酸钾）研究了高含量钾盐对烟草废弃物的催化影响。此外,通过质子化尼古丁原样和负载钾盐的样品研究了尼古丁在热解条件下的释放规律。结果表明,尼古丁和钾均能够被三种溶剂有效去除,而钙则不易被水和乙醇去除。有别于水和乙醇,酸洗能显著改变烟杆的主体结构。利用TG-FTIR研究了烟杆的热稳定性和气态产物分布,在热重上的焦产率大小为RTS>WTS=ETS>ATS,同灰分含量相一致。FTIR对气态产物的监测表明,酸洗对两个主要失重阶段的气态产物产率影响不大,而水洗和乙醇洗却能够显著提高第二阶段的含氧气体的释放,而KCl的加入有效促进了CO₂的产生。此外,基于尼古丁的定量分析研究表明,热解温度在400°C以下时,仅获得78.02%左右的尼古丁,而在500°C时,额外的20.11%尼古丁会转化为焦油,尼古丁的回收率达到98.13%。质子化的尼古丁原样及钾盐添加样的Py-GCMS分析结果表明在400°C时,加入KCl对尼古丁热解的产物分布没有显著影响。第三,本文研究了烟杆烘焙过程中钾的迁移转化规律及其对后续气化过程的催化作用。本文利用水洗除去烟杆中绝大部分的钾,而后通过浸渍法添加了K₂SO₄、KCl、K₂CO₃-、KAc四种钾盐。对不同的烟杆样品进行烘焙处理,对所获焦样中的钾的存在形态进行了表征。结果表明:温度的变化能够造成水溶态钾的释放,同样的,烘焙过程也在一定程度上促进了水溶态钾向非水溶态转化。而在气化过程中,可以明显地看出,钾对于气化过程中固体向气态以及液态产物的转化有明显的促进作用。与此同时,不同化学形态的钾对于最终的失重比率的影响也有一定的区别,以无机盐形式存在的钾相对于负载有机钾的样品有更加明显的促进气化过程的效果。烘焙后的样品虽然会对部分样品在气化过程中的变化造成一定的影响,但是不同化学形态的钾对于样品失重的促进效果仍然保持一致。另一方面,烘焙样中钾的释放率也会随着气化温度的上升而不断增加。最后,研究了烟杆燃烧基础特性,烟杆燃烧结渣倾向分析,进而据此设计了烟杆燃烧流化床锅炉及配套的集中供热系统,实现了烟杆燃烧集中供热在烟草育苗和烟叶烘烤中的应用。研究发现,低温灰粘结指数的判定相对于高温灰准确度更高,使用单一的判据很难对生物质灰的粘结特性进行准确判断。床料特性对烟杆燃烧结渣特性有不同影响,石英砂与烟杆混合燃烧时极易结团阻碍流化,不适合作为烟杆燃烧的床料;而经过筛分的煤灰可以作为烟杆流化床燃烧的床料长周期稳定运行。床温大于600℃时,烟茎烟杆可以燃尽,燃烧温度应控制在750℃左右。一、二次风配比对于烟茎烟杆的燃烧组织起着至关重要的作用。相比传统煤炭燃烧分散供热,烟杆燃烧集中供热技术可优化育苗体系温度环境,缩短育苗时间,提高烟苗品质。另外,烟杆燃烧集中供热还有利于提高烟叶烘烤质量,增加烟叶烘烤的经济价值,减少粉尘、SO₂、CO₂等污染物排放。