生物质能是一种可再生能源，储量巨大，利用过程不会破坏自然界的碳循环。近年来，由于化石能源的日益枯竭及其利用过程中造成的环境污染问题，生物质利用被广泛关注。燃烧是生物质利用的主要方式之一，在我国，生物质燃烧利用较为广泛的地区是农村，现有燃烧设备普遍存在规模小，燃烧效率低，CO和烟黑等不完全燃烧产物及NOx污染物排放等问题。解耦燃烧技术是根据煤燃烧的分阶段性提出的一种低NOx燃烧技术。本工作旨在研究将解耦燃烧技术应用于生物质燃烧过程中的科学与技术问题，为开发新型、高效、低NOx排放的生物质解耦燃烧设备提供理论和技术支持。　　 本研究在双层固定床燃烧实验装置中考察了几种含氮量不同的生物质(木屑、稻壳、玉米秸)在解耦燃烧方式下的NO排放规律，从动力学角度研究了生物质半焦对NO的还原反应，提出了生物质解耦燃烧降低NO排放的机理，并设计了10 kW生物质解耦燃烧实验炉，研究了炉内结构及运行条件对CO和NO排放的影响。通过本文研究，主要得到以下结论：　　 (1)生物质含氮量比煤低，但生物质燃料氮主要存在于挥发分中，燃烧过程中燃料氮向NO转化率比煤高，当释放相同热量时，生物质燃烧释放的NO比煤多，特别是草本类生物质，NO排放不容忽视；采用解耦燃烧可以减少生物质燃烧的NO排放量达30％以上，优于空气分级燃烧对NO的减排效果，随着生物质燃料氮含量增多，解耦燃烧降低NO效果更趋明显。　　 (2)生物质半焦能够有效还原NO，在973～1173 K温度范围内生物质半焦还原NO的反应级数n＜1，由于生物质半焦比表面积大于煤基半焦，生物质半焦还原NO反应的反应速率高于煤基半焦，还原NO能力依次为：木屑半焦＞玉米秸半焦＞稻壳半焦＞煤基半焦。在较高热解温度中生成的生物质半焦由于比表面积减少，还原NO能力减弱。　　 (3)增加生物质半焦-NO反应的反应温度时，生物质半焦对NO的还原能力增强；有氧气氛中，生物质半焦的燃烧使表面更新速度加快，生物质半焦对NO的还原能力增强。在较高温度下，CO和SO2的存在也能够促进生物质半焦对NO的还原。　　 (4)分析生物质半焦还原NO实验研究和生物质解耦燃烧实验研究结果认为：在生物质解耦燃烧中，生物质的热解与燃烧分开进行，当挥发分及其燃烧生成的烟气经过燃烧的灼热半焦层时，生物质半焦对NO的还原作用是生物质解耦燃烧降低NO排放的主要原因。　　 (5)设计建立的10 kW生物质解耦燃烧实验炉与传统燃烧炉相比CO排放明显降低，NO排放降低18％，生物质燃烧过程中的CO和NO排放之间的耦合明显减轻；增加热解区和热解区下部的空气量会提高热解区下部和燃烧口附近半焦层的温度，同时减少生物质解耦燃烧实验炉的CO和NO排放，而采用空气分级燃烧时，如果一次风比例低于80％，会导致主燃区半焦层温度降低，NO排放反而会增加，这表明生物质半焦层是解除CO和NO生成耦合的关键因素，较高的半焦层温度、足够的半焦层厚度和尽量使空气与挥发分的混合燃烧在半焦层中进行是设计开发生物质解耦燃烧炉时应注意的关键问题。　　 (6)开发的8 kW生物质成型燃料解耦燃烧炉与相同功率的下饲燃烧炉相比，CO和NO排放均降低，当生物质成型燃料解耦燃烧炉采用具有上倾角度的倾斜炉排时，燃烧口半焦层增厚，通过半焦层的挥发分和烟气增多，CO和NO排放都低于采用水平炉排时的CO和NO排放，这进一步说明让挥发分和烟气穿过足够厚的高温半焦层，使之与半焦共同燃烧是设计生物质解耦燃烧炉的关键。