目前国内许多燃煤火电厂的NOx排放值都超过现行国家排放标准。根据我国电力工业和经济发展的现状,控制NOx排放的最经济有效的技术措施是低NOx燃烧器与炉膛整体空气分级燃烧技术的组合。尤其是深度炉膛整体空气分级燃烧可以达到60%~70%的减排效果,可保证燃用烟煤和褐煤机组的NOx达标排放。但是空气分级燃烧中也存在一些问题:燃尽度下降、水冷壁还原性腐蚀和不适用于低挥发份煤种。这些负面的影响和传统的认识限制了整体空气分级燃烧进一步的发展和应用,尤其是贫煤和无烟煤相关的研究工作开展得很少。为了充分挖掘空气分级燃烧的潜力,从燃烧系统总体设计考虑,以煤粉细度和还原区焦炭的异相还原作用作为突破点,减少负面因素的影响,进而改变传统的整体空气分级燃烧不适用于贫煤和无烟煤观念。本文以神华烟煤作为高挥发份的代表性试验煤种,阳泉无烟煤作为低挥发份的代表性试验煤种,对炉内整体空气分级燃烧过程中影响NOx排放及燃尽的各种控制参数进行了深入系统的试验研究。本文借鉴化工行业石英玻璃反应器的设计思想,首次在空气分级燃烧领域的试验研究中搭建了内衬为石英玻璃反应器的多路进风一维炉试验系统,其密封性可以使得精确地研究神华煤和阳泉煤分级燃烧NOx的排放规律。研究煤粉颗粒粒径、煤粉细度、过量空气系数、空气分级级数、分级空气喷入的位置(还原区与燃尽区的停留时间比例)、及分级空气与主燃区空气风量所占份额等因素对NOx的释放规律的的影响;结果表明:不分级燃烧条件下存在着NOx排放最大的临界粒径,在深度空气分级燃烧条件下,主燃烧区的过量空气系数是NOx排放最主要影响因素,煤粉细度对NOx排放影响被弱化;研究神华煤和阳泉煤在深度空气分级燃烧后燃尽特性,并用烟气中氧气浓度的变化来判别分级是否有利于燃尽,结果表明对于某些工况分级燃烧反而会更有利于燃尽。本文首次提出通过调节还原区域的氧浓度来加强煤焦异相还原NOx的作用和提高燃尽度。搭建了管式沉降炉试验系统来研究神华煤和阳泉煤的煤焦异相还原NO的规律。研究炉内气氛、停留时间、粒径对煤焦异相还原作用的贡献。传统的经济煤粉细度选择以制粉系统和燃烧系统的经济性为依据,在此基础上再加之NOx排放等环境成本经济性,提出了“新经济煤粉细度”概念。本文以单台600MW亚临界锅炉为例,结合电厂现有的运行实绩,以“新经济煤粉细度”的概念出发,综合考虑磨煤电耗、机械不完全燃烧损失和NOx治污排污费用,进行煤粉细度变化对电厂运行经济性比较,从而进一步阐明分级燃烧中各个因素的重要性。