随着社会的进步，人类对能源需求的日益增长，作为目前主要能源来源的化石燃料却迅速地减少，全球环境保护意识日益增强,因此开发可持续发展的后续能源逐步替代矿物质能源已成为一项全球性重大课题，生物质资源作为一种相对稳定的可再生资源已日渐为世界各国所重视。目前，世界各国都积极地探索生物质能的利用技术，其中生物质气化是生物质能利用的一个重要方向。在生物质空气气化技术的领域中，无论是采用固定床气化工艺还是流化床气化工艺，都因为其设备结构的特点和运行方式的限制，造成其技术的发展具有一定的局限性，不能完全满足工业化推广的要求。本文基于生物质空气气化机理，以大规模生产中低热值的高品质气化燃气为目的，结合各种气化工艺的优点，提出一种全新的生物质气化工艺—生物质旋风空气气化的概念。　　为了能够更深刻研究在旋风气化器中的气化反应机理，本文首先对所采用生物质物料(稻壳)进行分析，主要包括稻壳的元素分析与工业分析、稻壳的热重（TG）分析、稻壳的热解气的成分和析出规律的分析（FTIR）。通过对稻壳TG-FTIR联用的试验，一方面根据热重分析法求出稻壳热解的动力学参数，得到稻壳的活化能和指前因子，确定了稻壳的热解实验模型；另一方面通过对稻壳热解析出的热解气FTIR在线分析，总结出稻壳热解时各个温度下热解气的析出规律，为研究旋风空气气化机理提供一定的参考。　　为摸索和研究稻壳旋风空气气化的运行规律，以便进一步优化旋风气化器的运行参数，试验所采取的方法是：分别改变给风量、物料量和气化负荷，分析气化器的温度分布、气化燃气的主要成分和焦油含量。通过大量的试验总结出：旋风气化方式可提高生物质的气化温度而不易发生结焦现象（某些工况的最高气化温度可达到1200℃左右）；从温度分布和气体成分上可知气化过程的热解反应和氧化反应没有明确的分区，热解反应和氧化反应同时进行，这一点有别于其它气化工艺的反应过程；在一定的范围内，随着空气当量比的减小气化燃气的热值增大，通过优化运行工况可产生出高达7.98MJ/Nm3的气化燃气，焦油含量则随着空气当量比的增加而降低，组织合适的工况，能将焦油含量降低到1g/m3以下。综合燃气热值和焦油含量等多方面因素，稻壳旋风空气气化的最佳空气当量比在0.22-0.25。　　为进一步研究稻壳旋风空气气化的反应机理，本文对气化中间产物进行取样分析，研究发现：在稻壳旋风空气气化过程中，物料随着空气进入气化器后马上发生热解反应，热解产物中化学活性较高的成分随着温度的升高陆续与空气中的氧气发生氧化反应，直到将氧气完全消耗为止，温度达到最高点。最终燃气中的所含的可燃成分在此热解氧化区的中间产物中含量很少，它们主要产生于还原阶段，还原阶段的化学反应很大程度上决定于其温度条件，各种成分间可以相互转化，在不同的温度条件下到达一种动态的化学反应平衡。　　本文将二次风应用于稻壳旋风空气气化试验中，通过在气化器不同的位置加入不同量的二次风，分别检测其对气化燃气品质的影响，验证了二次风的确能够改善气化燃气的品质，提高燃气的热值，得出了最佳二次风量随着加入位置的不同而不同，随着二次风口的下移，最佳二次风量提高的结论。　　为研究稻壳物料在气化前后中颗粒微观结构和灰分中的碱金属等无机元素的变化，本文分别对稻壳和气化后收集的灰分进行表面扫描电子显微镜（SEM）微观结构分析和表面X射线能谱（EDX）分析，并进行比较。发现稻壳的微观的蜂窝状结构在气化反应过程中不发生变化；热解气主要通过稻壳的内表面析出；部分灰颗粒表面堆积着大量玻璃胶状的凝固物，其中包含大量的碱金属和硅元素；K和Na等碱金属元素在气化过程中容易形成低熔点的化合物，在气化温度下熔化或挥发。　　最后本文基于FLUENT计算软件对稻壳旋风气化器内单相流场，气固两相流的浓度场、气化温度场和产气成分进行数值模拟，同时将燃烧的数值计算值与实验值进行了对比，模拟的结果与实验结果基本吻合。