我国是农业大国,每年有大量的农作物废弃物,其中秸秆(稻草、麦秆、玉米秆等)每年有6亿吨,但是分布广,能量密度低,收集、运输和储存的成本太高,难以进行规模化利用,利用农村当地的生物质资源,开发以村为单位的小型秸秆气化技术是解决这些问题非常有前景的方法。两段式气化炉是对传统的下吸式气化炉的改进,它不仅可以提高的气化效率,而且还具有气化气具有较低的焦油含量,气体净化工艺简单,没有二次污染,同时不会出现板结现象等的优点,是一种符合我国国情的气化技术。上海交通大学研制的第一代和第二代两段式气化炉,但由于经验不足,缺乏对相关机理的研究,本文通过秸秆类生物质热解特性的研究、喉口段的数值模拟以及灰渣特性的研究,对气化炉的优化设计和运行提供了指导意见,并对在新设计的两段式气化炉上进行了深入的试验研究。本文首先运用TG-MS联用研究了秸秆类生物质的热解特性,对热解综合特性、TG/DTG曲线与热解产物进行了深入的分析,为两段式气化炉热解段的设计与气化炉的运行提供了指导意见;其次,对喉口段的温度场进行了数值模拟,结果显示设计工况满足部分氧化焦油脱除的温度需求;还通过灰渣特性分析,在实际运行中改进了除灰与密封系统,从而完成了两段式气化炉的优化设计。同时,本文还在新设计的两段式气化炉实验台上进行了试验,研究分析了气化炉的生产能力和产气品质。分别通过研究当量比ER和炭床高度对气化效果(气化气成分、气体热值、气化效率、炭转化率)的研究,得出了最佳当量比ER在0.30~0.35左右,最佳炭床高度在950mm~1000mm之间。之后进行了焦油测量试验,分析了当量比和炭床高度之间的关系。试验发现,当量比在0.30左右,焦油含量最低,而炭床越高则焦油含量越低。最后,通过大量的试验研究和分析,本文还研究得出了气化炉快速启动的方法与保持其稳定运行的几个注意事项。