随着常规能源储量的日益减少和能源多元化的发展,寻求储量巨大的油页岩资源有效开发与利用途径越来越得到各国的重视.美国、以色列、约旦、澳大利亚、巴西等国出于政治上的原因与经济上的需要,对油页岩的特性和利用技术进行了深入的研究,并将它列为21世纪非常重要的补充能源.我国步入重化工业发展阶段后,经济的快速增长和人口的不断增加使得能源供需矛盾R益尖锐,迫切需要风能、太阳能、生物质能、油页岩等新能源和可再生能源的广泛开发与利用来弥补常规能源的不足. 为了实现我国油页岩资源清洁、高效利用,本文第二章根据油页岩特性和当前能源利用的发展趋势提出了油页岩综合利用新方案:油页岩首先经干馏处理产生页岩油和燃气:干馏生成的油页岩半焦废料与油页岩细渣按一定比例混合后送入循环流化床内燃烧,产生的蒸汽引入传统的蒸汽.发电系统发电、供热；循环流化床排出的页岩灰经处理后用作建筑、化工等行业的原材料.通过对该系统各环节的分析,认为"油页岩半焦燃烧机理与循环流化床燃烧利用"是该系统的核心和首要研究工作.本文对此技术关键展开了深入的研究工作。 本文第三章利用热分析法对不同干馏温度所制取的油页岩半焦在不同升温速率条件下的热解过程进行了研究,结果表明:干馏温度对半焦热解失重起始温度和低温段热解过程有影响,但对高温段热解过程影响不明显；半焦热解度随升温速率的提高而降低,但当升温速率超过40℃/min后,升温速率对半焦热解度影响不大；综合考虑半焦发热量、页岩油产率和油页岩半焦循环流化床设计,认为半焦干馏温度介于500～600℃为宜.本章采用Coasts法计算了半焦热解动力学参数. 本文第四章采用热分析法研究了干馏温度和升温速率对半焦燃烧过程的影响.干馏温度影响半焦着火方式和低温段燃烧历程,而对高温段燃烧影响不大；不同升温速率下的燃烧TG曲线表明,升温速率低有利于颗粒的燃尽,而不同升温速率下的燃烧DTG曲线表明,升温速率高,颗粒失重速度快；半焦着火温度随着干馏温度的升高而明显升高,但受升温速率的影响较小；为保证半焦通过循环床炉膛能一次燃尽,建议适当减小半焦颗粒直径和延长颗粒在炉内的停留时间.采用二元一次线性回归法求解了半焦燃烧动力学参数,计算结果可供数值仿真和工程设计参考. 根据油页岩半焦热解和燃烧动力学特性,本文第三、四章还建立了半焦热解模型和燃烧模型,并结合油页岩热解模型和燃烧模型,预测了油页岩与其半焦以不同质量比例混合而成的混合燃料的热解和燃烧过程。 本文第五章采用氮气等温吸附/脱附法对油页岩及其在850℃条件下燃烧所得到的焦样的孔隙结构进行了测量,并结合油页岩燃烧特性对孔隙结构变化机理进行了分析.油页岩内油母的热解和页岩灰在燃尽阶段熔融变形使得颗粒内部孔容积和比表面积在燃烧过程中经历了减小、增大、再减小的一个复杂变化过程.此外,页岩灰的熔融变形还会使得油页岩颗粒内部的孔由均一的具有平行壁的狭缝状孔逐渐变成多形态的孔,使得孔隙分布由主要集中在中孔变成不同尺寸的孔拥有的孔容积相差不大.为提高油页岩燃烧装置的燃烧效率,适当延长油页岩颗粒在燃烧装置内停留时间的同时,更应当减小样品的颗粒尺寸,以增大颗粒的比表面积和孔容积.在此基础上,进一步对不同燃烧方式所得到的页岩灰的孔隙结构进行了测量和分析,推荐了获得高孔隙页岩灰的燃烧方式:如果油页岩在快速升温条件下燃烧所放出的热量能够被周围环境吸收而使得油页岩颗粒温度始终低于其灰熔点温度,所得到的页岩灰的孔容积和比表面积较大,适宜工业应用。 基于上述研究成果以及我国桦甸65t/h油页岩循环流化床锅炉设计经验和技术特点,本文第六章对设计油页岩半焦循环流化床锅炉的技术关键进行了分析,并根据桦甸油页岩综合利用工程的需要,提出了240t/h油页岩半焦循环流化床的设计特点和总体布局方案.热力计算结果表明,该炉在不同负荷下的设计热效率均大于86﹪,蒸汽品质满足实际的需要。