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近年来，随着化石能源存储的日益减少以及全球气候环境的不断恶化，越来越多国家开始重视可再生能源的开发利用，其中生物质能以其储存总量大、可再生性和环境友好性等优点被认为是最有发展前景的可再生能源。微型燃气轮机具有设计寿命长、燃料适应性广以及污染物排放量低等优点，是分布式能源系统中一种重要的原动机。生物质气化微型燃气轮机集成系统简单灵活，所需生物质量少，可以实现生物质的就地收集气化发电，有利于优化我国能源结构，改善我国的生态环境。基于上述目的，本文首先对生物质气化微型燃气轮机集成系统进行流程模拟研究，在此基础上对生物质气微型燃气轮机燃烧室进行了设计优化，本文主要从以下几部分展开研究。
首先，在AspenPlus平台建立了生物质气化微型燃气轮机集成系统模型，研究了空气当量比、气化方式和气化剂预热温度对集成系统的影响。研究表明：随着空气当量比的增加，气化温度不断升高，产气热值不断降低，集成系统净效率略有降低，当量比从0.18升高到0.34时，系统净效率下降了约4%，干气体产率呈不断上升的趋势，而气化效率先升高后降低，所研究系统的最佳当量比在0.25~0.30之间；虽然加压气化的干气体产率和气化效率较常压气化都略有下降，但是加压气化集成系统的净效率略高于常压气化系统，大约能提高1%左右，同时加压气化还能够减少气化产物中焦油的量；气化温度随着气化剂预热温度的升高而略有升高，但由于气化剂预热温度变化范围较小，因此对气化过程影响较小。
然后，研究了稻壳、棉花秸秆和木屑这三种不同的生物质原料对生物质气化结果的影响。发现产气性质与生物质原料的挥发分和碳含量有关，得到了三种生物质原料各自最佳当量比下的产气成分和热值。在Matlab中建立了微型燃气轮机的热力计算模型，对不同种生物质气的微型燃气轮机系统的热力循环进行了分析，得到了系统的最佳压比和透平初温。
最后，选用了低位热值为6.65MJ/Nm3的稻壳气进行燃烧室设计优化研究。首先通过热力计算和结构计算确定了燃烧室的初步结构，然后采用Fluent数值模拟软件对燃烧室结构进行了模拟优化研究，主要包括燃烧室头部直流空气和旋流空气量配比以及旋流叶片安装角等结构参数，分别从燃烧室内流场分布、温度场分布、CO和NOx的浓度场分布以及出口温度均匀性等方面评估燃烧室性能，最终确定符合各项设计指标的生物质气燃烧室结构。
首先，在AspenPlus平台建立了生物质气化微型燃气轮机集成系统模型，研究了空气当量比、气化方式和气化剂预热温度对集成系统的影响。研究表明：随着空气当量比的增加，气化温度不断升高，产气热值不断降低，集成系统净效率略有降低，当量比从0.18升高到0.34时，系统净效率下降了约4%，干气体产率呈不断上升的趋势，而气化效率先升高后降低，所研究系统的最佳当量比在0.25~0.30之间；虽然加压气化的干气体产率和气化效率较常压气化都略有下降，但是加压气化集成系统的净效率略高于常压气化系统，大约能提高1%左右，同时加压气化还能够减少气化产物中焦油的量；气化温度随着气化剂预热温度的升高而略有升高，但由于气化剂预热温度变化范围较小，因此对气化过程影响较小。
然后，研究了稻壳、棉花秸秆和木屑这三种不同的生物质原料对生物质气化结果的影响。发现产气性质与生物质原料的挥发分和碳含量有关，得到了三种生物质原料各自最佳当量比下的产气成分和热值。在Matlab中建立了微型燃气轮机的热力计算模型，对不同种生物质气的微型燃气轮机系统的热力循环进行了分析，得到了系统的最佳压比和透平初温。
最后，选用了低位热值为6.65MJ/Nm3的稻壳气进行燃烧室设计优化研究。首先通过热力计算和结构计算确定了燃烧室的初步结构，然后采用Fluent数值模拟软件对燃烧室结构进行了模拟优化研究，主要包括燃烧室头部直流空气和旋流空气量配比以及旋流叶片安装角等结构参数，分别从燃烧室内流场分布、温度场分布、CO和NOx的浓度场分布以及出口温度均匀性等方面评估燃烧室性能，最终确定符合各项设计指标的生物质气燃烧室结构。