能源是人类社会发展的基础,能源结构的重大变革导致了人类社会的巨大进步,国民生产总值的增长始终与能源消费同步增长。石油将在21世纪枯竭,新的能源结构将在新的世纪中形成,多种能源并存的能源体系将成为新世纪能源结构的特征,生物质能源将成为21世纪的重要能源之一。生物质直燃发电技术,作为一种生物质能的利用方式,具有工艺环节少,经济效益突出的优点,是我国利用生物质能的一条有效途径。循环流化床燃烧方式具有燃料适应性广,燃烧温度低,燃烧效率高,负荷调节性能好等独特的优点,适于燃烧生物质燃料,特别是高碱的秸秆类生物质燃料。由于生物质形状和物理性质的特殊性,和常规化石燃料相比,生物质在循环流化床内的流动特异性强,会显著影响炉膛内的燃烧情况,通过冷态实验对循环流化床内生物质与床料的流化特性,混合分离特性以及颗粒浓度分布特性的深入研究,将对指导工程实践有很大的意义。在炉内冷态研究的基础上进行热态实验可以进一步了解生物质在炉内的燃烧特性,从而优化循环流化床燃烧生物质燃料的燃烧组织,提高燃烧效率。为了对生物质在流化床内的流化特性,混合分离特性以及颗粒浓度分布特性加深认识,在自行搭建的冷态循环流化床试验台上,考察了不同因素对床内流化特性的影响,包括:生物质颗粒与床料的配比,生物质颗粒与床料颗粒的粒径和形状以及起流化过程中时间的影响等。通过实验研究发现,在相同的工况下,当床内出现气泡,生物质颗粒有向上运动的趋势时,除稻壳以外,气泡的向上运动可以改变床内生物质质量份额的分布。实验显示当生物质颗粒与床料颗粒的大小相差很大时,两种颗粒的质量比对床内的临界流化特性影响显著,而当两种颗粒大小相近时,影响较小。不同形状的颗粒与河砂混合时,具有可容纳河砂颗粒结构的稻壳对床层的临界流化特性影响较大。从颗粒分布看,在鼓泡状态下运行时,生物质与河砂的混合物呈现出明显的分层现象,生物质在炉膛高度上分布不均匀,几乎都集中在上部。在循环流化床状态下运行时,生物质颗粒在炉膛高度上分布相对均匀,但是混合物颗粒浓度整体上还是沿床高方向减小,生物质颗粒浓度在床内随高度的上升也呈现出逐渐减小的趋势。在热态小型燃生物质循环流化床试验台上对稻草和麦草两种生物质进行燃烧试验,对沿炉膛高度的温度分布进行分析,结合冷态实验结果探索了热态条件下循环流化床炉膛内的燃烧份额分布。在分区传热平衡思想的基础上,引入区域有效吸热比的概念,对热态试验台沿炉膛高度方向的燃烧份额分布进行建模,定量求解了沿炉膛方向的燃烧份额分布。通过研究发现生物质循环流化床燃烧过程中炉内温度分布存在不均匀性,高温区出现在炉膛中上部,而密相区温度比高温区低50℃左右。炉内密相区的燃烧份额很小,燃烧大部分发生在稀相区,使稀相区温度升高。论文还对实际工程中燃生物质的循环流化床锅炉的运行进行了数据采集分析,考察了不同负荷下炉膛的温度分布。研究发现炉膛内的温度在密相区出口以后随高度增加而逐渐升高,最高温度出现在炉膛出口位置。利用热态试验中采用的研究思想,对不同负荷下炉内的生物质燃烧份额分布进行了研究,发现实际工业规模炉膛中的燃烧份额分布与热态试验类似,燃烧大部分发生在稀相区,而在密相区和炉膛出口则较少。利用构建的燃烧份额模型预测炉内的温度分布,得到的结果与实际测量结果吻合较好。