大量使用化石燃料造成的环境退化问题已引起了人们广泛的关注,生物质能作为环境友好的可再生能源在中国能源结构中的比重逐渐增大。然而,常规生物质的规模化利用受到收集困难、运输成本高、能量密度低等制约,使用大尺寸人工林木材有望解决上述难题。热化学转化是生物质能利用最常见的方式之一。与常规利用转化途径相比,流化床热处理技术由于燃料适应性强、炉内温度分布均匀、热化学转化效率高以及污染物排放低等优点成为了生物质能的规模化利用方式之一。因此,研究大尺寸木块的流化床热化学转化过程及固体产物生物炭的特性具有重要的理论意义和应用价值。在自行搭建的实验室规模湍动流化床上进行木块的热化学转化试验。基于CT检测技术,围绕(1)空气气氛下木块收缩特性及脱挥发分完成时间研究,(2)热解过程中杉木半焦的孔隙结构及分形特性研究,以及(3)杉木屑和流化床半焦热解特性及动力学研究展开工作。在空气气氛下研究了木块脱挥发分过程中不同方向的收缩特性,同时分析了木块本身性质和外部操作条件对最终质量转化、收缩以及脱挥发分完成时间的影响。试验证实了CT无损检测方法可以不破坏易碎半焦,且能够获得内部碳轮廓线的发展趋势。结果表明:停留时间增加时,木块脱挥发分过程中的收缩和质量转化均增大;脱挥发分完成时间以及切向、径向最终收缩均随木块尺寸的增加而增大,但随床温的升高而减小;纵向最终收缩的变化与横向相反;脱挥发分过程中木块的切向收缩略大于横向收缩,而远大于纵向收缩;不同种类木块脱挥发分过程中表现出不一样的收缩特性,杨木的最终收缩和质量转化最大。基于CT检测对脱挥发分完成时间的预测结果,开展了氮气气氛下的流化床制备生物炭试验。利用等温氮气吸附/脱附法研究了杉木半焦的孔隙特性,同时采用分形分析对半焦孔隙的表面形态和空间结构进行了定量描述。结果显示:500℃制得杉木半焦的比表面积最小、平均孔径最大;半焦中小孔和大孔数量非常少,绝大部分孔属于中孔,且孔径偏小;SEM分析表明半焦主要由炭颗粒组成,表面呈条状纤维结构且覆盖有沉积吸附层,孔结构呈不规则裂缝状;半焦气孔界面均具有明显的分形特征。利用热重分析不同流化床操作参数下半焦中挥发分的残留状况,验证CT检测对脱挥发分的预测结果,并开展不同升温速率下杉木屑及流化床半焦的热解特性及动力学研究。结果表明:杉木屑及流化床半焦在快速热解阶段存在明显差异;升温速率增加时,热解起始温度和终止温度均升高,TG-DTG曲线向高温侧移动;热解过程可用三维扩散模型进行描述;半焦挥发分析出过程中,重质挥发分的活化能明显高于轻质挥发分;升温速率对杉木屑及半焦轻质挥发分的活化能影响不大,但升温速率的提高使多数情况下半焦重质挥发分的活化能增大。