生物质作为一种清洁,节能的可再生能源,与煤和石油等化石燃料相比具有十分明显的优势。生物质固体成型燃料在工业应用上十分广泛,其优点在于,便于运输,储存,燃烧充分,低碳,环保。但是生物质直接用于成型制备固体燃料也存在一些无法避免问题。如,亲水性,低热值,低强度,燃烧效率低等缺点。因此,随着生物质市场需求越来越大,提升生物质的燃料品质迫在眉睫。水热炭化预处理生物质能够有效的保留生物质丰富表面官能团的同时又提高生物质的燃料品质是一种十分有效的用于提高生物质燃料品质的方法。本文拟采用水热炭化技术,重点研究水热炭化对生物质燃料品质以及其成型特性的影响,提高生物质作为高品质固体燃料的应用价值。具体研究内容如下:（1）以油茶壳为原料,分别通过干法烘焙和湿法（水热炭化）预处理,得到不同方式预处理的烘焙炭。探讨烘焙/水热炭化两种不同的预处理方法/及三种预处理装置对生物质燃料品质、成型特性和燃烧特性的影响。通过测试预处理生物质炭的热值,工业分析,元素分析等研究生物质的燃料品质;通过成型实验研究预处理生物质炭的成型特性;通过热重的燃烧实验分析预处理生物质炭的燃烧特性;从多方面对比研究预处理对生物质的影响。结果表明,水热生物炭的煤品质最接近褐煤,同时其高温预处理后的成型颗粒的密度最大达到1096Kg/m3,能耗最高29KJ/Kg,迈尔强度最大,是一种理想的固体成型燃料。从燃烧特性上来看,水热炭的着火点最低仅为444.75℃,综合燃烧特性指数最大为5.133*10-11·K-3·min-2。因此,水热预处理相较于干法烘焙预处理生物质具有明显的优势。（2）以油茶壳,稻壳,烟杆三种生物质为原料,通过不同温度下水热炭化,得到具有不同炭化程度的水热炭。探讨了水热炭化程度与生物质燃料品质,成型特性以及燃烧特性的相关关系。通过建立固定碳增长因子（FCI）与生物质各种燃料特性和成型特性指标之间的数学模型,如脱碳,脱氢,脱氧与FCI之间的相关关系以及能量保留率与FCI之间的数学关系,准确的得出生物质预处理的最佳工艺条件。结果表明,生物质的燃料品质可以通过FCI进行预测。虽然随着FCI的增加生物质的的热值从最低值13.828MJ/mol增长至最高25.814MJ/mol,但能量回收效率却降低至60%。因此,具有较低炭化程度的生物质具有较高的能量效率。而其成型颗粒的密度,比能耗随FCI的增长具有相反的变化趋势。在FCI处于0.2-0.3之间时,其颗粒密度存在最大值,成型比能耗存在最小值,径向抗压强度存在最大值,因此,中温水热碳化预处理生物质具有最佳的成型特性。但是中温水热炭化会导致水热炭具有最高的燃烧活化能,不利于燃烧,因此需要综合考虑炭化程度与燃料性能之间的关系,以便选择最佳的工艺条件。（3）以玉米秸秆为原料,通过表面活性剂协同酸水热炭化预处理玉米秸秆,探讨了表面活性剂对生物质水热炭燃料品质及其成型特性的影响。结果表明表面活性剂能够促进固体产物的产率,从33.4%提高至55%。同时固体产物的热值也从15.86MJ/Kg提高至27.98MJ/Kg,实现了生物质燃料品质的提升。水热炭成型颗粒的密度最大达到1112Kg/m3,综合燃烧指数最大达到100.71*10-11·K-3·min-2,这对水热炭化固体产物应用与固体成型燃料有重要意义。同时表面活性剂的加入有效的增强了水热炭的疏水性,这对生物质成型颗粒的储存与运输有极大的帮助。（4）以椰壳为原料,通过分析表面活性剂协同水热炭化预处理椰壳过程中的固体产物,液体产物与气体产物,得到表面活性剂的作用机理。从固体的三组分,红外分析,扫描电子显微镜分析,热解特性分析;气体的成分分析;液体的成分分析等多个方面解释的表面活性剂对水热炭化过程中,生物质的反应路径的影响。对其作用机理进行了深入的研究。结果表明,表面活性剂在水热炭周围会形成水/油膜以防止HBO离开水热炭的孔道或表面并促进5-羟甲基呋喃（5-HMF）与羟甲基呋喃（HMF）的缩合和聚合以形成假木质素。这些伪木质素又能够促进水热炭的燃烧特性,提高水热炭的燃烧品质。