生物质作为一种可再生能源已引起了世界各国的广泛关注。成型生物质具有能量密度高,便于运输和存储的优点,是一种有利于大规模开发的生物质能转化技术。生物质热解制炭技术是一种高效的生物质能利用方式。工业生产过程中会产生大量高温烟气,其中蕴含丰富的余热资源,可为生物质热解制炭提供热源,达到废弃资源的综合利用的目的。鉴于此,本课题围绕生物质的成型特性、成型生物质热解成炭过程与外热烟气换热特性进行相关的基础研究。首先,在热重分析仪上,开展不同升温速率(10℃/min、15℃/min、20℃/min、30℃/mmin)对冷、热成型生物质在25～900℃的温度区间内的热解炭化实验,研究冷、热成型生物质热解成炭过程的需热量。结果表明,随热解温度升高,冷、热成型生物质的热解过程趋于一致,最大失重速率呈现先增大后减小,再增大最后减小的趋势,热解过程由于挥发分的大量逸出和木质素的二次裂解出现两个失重峰。采用DEAM模型计算冷、热成型生物质在不同转化率下的活化能和前置因子。冷成型生物质的活化能主要在38～137kJ/mol的范围内变化,整体呈现先升高后减小的变化趋势。热成型生物质的活化能主要都在28～190kJ/mol的范围内变化,并有增加-平缓增加-降低-增加的变化趋势。另外,结合DSC的数据对冷、热成型生物质热解成炭过程的需热量进行了计算,结果表明,热解终温为900℃时,随升温速率的升高,冷成型生物质热解需热量分别为230.19、316.65、404.54、600.47kJ/kg,热成型生物质热解需热量分别为165.41、365.09、367.50、419.67kJ/kg,热成型生物质热解过程所需热量低于冷成型生物质。其次,在白行搭建的生物质热解实验台上,采用不同的升温速率(5℃/min、7℃/min、10℃/min、15℃/min)和恒温(400℃、500℃、600℃、700℃)对大块热成型生物质进行热解成炭机理的实验研究。结果表明,随着升温速率的升高,热成型生物质热解成炭过程中,失重速率峰值所对应的温度逐渐增大,而峰值减小,热解产物固定碳含量降低。采用Coats-Redfern法对热成型生物质热解炭化反应进行动力学分析,得出三维扩散模型控制的Zhuralev方程为成型生物质热解的最佳机理函数,该函数的微分形式为f(α)=(2/3)(1-α)5/3/1-(1-α)1/3,积分形式为g(α)=[(1-α)-1/3-1]2。热成型生物质的热解活化能在升温速率为10℃/mmin时有最小值195.52kJ/mol。再次,研究分析了成型生物质热解过程的温度场,并对热解过程中气体产物的析出特性进行了研究。结果表明,成型生物质的热解过程层层递进,在同一时刻,不同位置发生着热解过程的不同阶段。低升温速率有利于成型生物质整体温度的均衡,热解产生的生物质炭结构紧密、品质高。而升温速率快使成型生物质热解过程时间变短,内外温差大,气体大量快速逸出,使内外壁对流传热加强,由于气体大量快速的逸出和热应力的不均匀使生成的生物质炭结构疏松多孔,孔隙大、强度低。随热解温度的升高,热解气中C02的含量先增大后减小,CO的含量呈现出先快速增大,而后变得平缓。CH4和H2的含量变化趋势比较相似,随着温度的升高而增加。最后,结合不同尺寸成型生物质的热解炭化实验研究结果,对利用外热烟气能量热解生物质成炭过程进行模拟研究。由模拟结果可知,模拟所用的数学模型是合理的。由于模型假设在换热器内轴向温度分布均匀,使模型的精度降低,但其可以为换热器的设计提供依据。换热器外径为1.6m,成型生物质反应器直径为lm,当1000℃烟气流量为0.076kg/s和成型生物质给料速度为100kg/h时,达到成型生物质的完全炭化所需换热器的长度为2.4m。