稻壳是重要的农业废弃物之一,仅中国每年就有约4000万吨的产量。作为一种可再生的生物质资源,稻壳通常用作燃料直接燃烧以提供热量,但利用品位相对较低。热解是目前生物质研究的热点技术之一,通过热解,可以将稻壳转化为高品位的可燃气和易存储、运输且能量密度高的焦油,以及工业上需求量很大的活性炭和具有高附加值的无定形二氧化硅。虽然,稻壳中无定形二氧化硅含量较高,但对热解温度较为敏感,因此,对稻壳进行低温慢速热解以获得更多的固相产物,并将气、液相产物作为副产品加以利用是一种合理的技术途径。目前针对稻壳低温慢速热解的试验和机理研究相对较少,热解反应过程和机理尚不明确,本学位论文围绕稻壳低温慢速热解展开了以下几个方面的工作：(1)原始稻壳基本特性研究从能源利用角度,建立了基于工业分析结果的生物质碳、氢和氧含量三元预测关系式；讨论了稻壳用量、氧弹氧压和苯甲酸添加量对稻壳热值测试结果的影响,提出了稻壳热值测试的参考方法。从低温慢速热解角度,考虑到稻壳粒径和堆积方式不同会对床层孔隙率和传热等特性产生影响,从而影响稻壳固定床低温慢速热解过程,对稻壳破碎产物——稻壳粉的堆积密度进行了测试,比较了不同粒径和不同堆积方式下稻壳粉堆积密度测试结果的差异,并分析了差异成因。(2)浸泡稻壳基本特性研究水浸泡预处理会对稻壳基本特性产生影响,从而影响稻壳固定床低温慢速热解过程以及固相产物特性。对浸泡前后稻壳的燃烧特性、收缩和卷曲特性以及稻壳灰中二氧化硅品质对灰化参数的敏感性进行深入研究,确定了经济的浸泡水量和浸泡时间,提出了稻壳热利用过程中的收缩和卷曲机理,指出了稻壳无定形二氧化硅合理的制备工况。(3)稻壳低温慢速热解动力学模型建立与产物预测研究出于工况优化的目的,建立合适的动力学模型对指导稻壳低温慢速热解具有十分重要的意义。综合考虑气、固相产物以及二次反应沉积系数,建立了改进的热解动力学模型,并以木块为对象验证了模型的准确性。最后,将该模型应用于稻壳低温慢速热解产物分布的预测,得到了稻壳热解产物随时间以及升温速率的变化规律。(4)稻壳固定床低温慢速热解试验研究设计并搭建了稻壳固定床低温慢速热解试验系统,在此基础上,深入研究了反应室压力、原料含水量、热解时间、氮气升温速率、氮气预热终温和预处理对稻壳固定床低温慢速热解过程的影响。通过工业分析、元素分析、比表面积测试、灰形貌分析和二氧化硅相态分析等手段讨论了不同热解条件对炭化稻壳特性的影响。(5)稻壳固定床低温慢速热解机理研究基于大量试验结果,提出了稻壳固定床低温慢速热解机理：在稻壳固定床低温慢速热解过程中,下层稻壳脱水过程蒸发的水分以及主要热解过程析出的可凝性气体均会在上层稻壳中冷凝,使得上层稻壳中的水分和焦油含量增加,脱水和主要热解过程所需时间延长。下层稻壳主要热解阶段释放的热量会沿层高传递给上层稻壳,从而缩短上层稻壳脱水和主要热解过程所需时间。同一层高稻壳完成热解所需时间主要受这两个因素的影响,在稻壳固定床低温慢速热解过程中,水分和焦油的凝结是决定性影响因素。在主要热解阶段,由于稻壳内外表皮二氧化硅的不均匀分布,随着挥发分的大量析出,稻壳发生收缩和卷曲。这会对床料的堆积特性产生显著影响,从而影响床层阻力和传热等特性,而这些特性的变化又会作用于稻壳的低温慢速热解过程。本文工作丰富了对稻壳基本特性以及稻壳固定床低温慢速热解反应机理的认识,所得研究结果可为稻壳固定床低温慢速热解装置的设计和应用提供指导和依据。