我国的经济总量已经突破100万亿元,经济的快速增长对能源的需求更高,我国经济进入高质量发展阶段,而当下全球局部地区动荡,能源供应极不稳定,能源问题与环境问题的双重危机下,国家需要清洁稳定的能源来支持发展。因此,生物质能源作为碳零排放的清洁能源,同时生物质燃料气化成为当下生物质能源清洁应用的主要趋势,应用生物质半焦气化耦合燃烧式锅炉,提高燃料利用率,对生物质能源的规模化应用有着重要意义。本文的创新点对几何尺度下生物质成型燃料的气化过程进行研究,基于CFD软件模拟成型燃料层的堆积厚度和成型燃料的密度对气化效果的影响,并通过生物质半焦气化耦合燃烧式锅炉进行试验,试验验证模拟结果的准确性,研究主要内容和结论如下:结合生物质成型燃料的成型过程、机理和影响因素,根据成型燃料的特性,总结适用于气化成型燃料性能指标,用于气化生物质成型燃料的密度要求不宜超过1 000kg/m3,破碎率要小于5%,成型燃料含水率要控制在15%以下,成型燃料的灰分不宜超过20%。建立生物质成型燃料气化室模型,利用Fluent进行仿真模拟研究成型燃料层在不同的堆积厚度下的气化效果,燃料层堆积厚度分别取20cm、25cm、30cm、35cm、40cm。通过对气化过程中气化气中有效组分的出口流量和生成量进行对比,结果表明气化气中有效组分的量并没有随着燃料的成倍增加而达到理想的翻倍效果,用于气化的燃料层的堆积厚度需要控制在一定范围内,成型燃料的密度为700kg/m3时,气化时的堆积厚度控制在25cm-30cm左右。在相同的工况下,设置成型燃料层的堆积厚度为30cm,仿真模拟成型燃料密度为600kg/m3、700 kg/m3、800 kg/m3、900kg/m3时,分别从气化气中的有效组分、气体热值、不同密度的成型燃料炭转化率方向进行分析,成型燃料的密度从600kg/m3到900kg/m3时,其碳转化率从79.15%下降至76.49%,表明成型燃料气化反应不充分,成型燃料的密度不宜过高或过低,燃料层堆积厚度为30cm时,生物质成型燃料的适宜密度应该控制在700-800kg/m3。通过生物质半焦气化耦合燃烧式锅炉进行实验研究,得到实验与模拟的结果比较吻合,计算了不同工况下的气化产率和气化效率,通过对半焦和锅炉灰渣的含碳量分析,验证了半焦气化耦合燃烧能够有效提高燃料的利用率。最后以经济性评价为依据,通过对生物质半焦气化耦合燃烧式锅炉、燃煤锅炉、燃气锅炉和电锅炉的系统投资、运行费用和费用年值进行对比,得出结论:生物质锅炉受燃料价格变动影响较小,且费用年值最低,具有更好的经济性。