随着水泥工业的快速发展及其产量的日益提高,水泥生产已是我国NOx排放的重要来源之一,仅次于火力发电和汽车尾气之后居第三位。水泥预分解窑技术(干法水泥星产技术)是当今世界水泥工业的主流生产工艺,分解炉是干法水泥生产工艺中降低NOx排放的有效设备。国内外研究者注重降低水泥预分解窑NOx排放的实际效果,而对炉内NOx生成和还原的机制研究较少。所以,开展水泥分解炉这一特殊工况条件下NO转化机制研究对水泥工业的NOx减排具有重要的意义。本论文总结和分析了水泥分解炉内NO生成与还原反应机理的国内外研究现状。采用理论分析、模拟实验和计算机模拟相结合的方法对分解炉内NO生成和还原反应规律,以及全尺度分解炉内NO的分布特征进行了系统的研究。本论文主要从以下几个方面开展研究工作：利用模拟分解炉悬浮及喷腾条件的高温气固悬浮实验系统,对分解炉内不同类型的水泥生料、生料的各种配料及高CO2浓度对煤粉和煤焦燃烧过程中NO生成反应的影响规律进行了实验研究。结果表明,水泥生料及其配料对煤粉和煤焦燃烧NO的生成反应均具有一定的催化作用,不同类型的生料对煤燃烧NO生成反应的催化作用差异不大,生料配料中石灰石对NO生成反应的催化作用最强。气氛中CO2浓度升高,煤粉和煤焦燃烧过程中NO的生成反应速率降低,NO排放总量减少。升高温度对煤粉和煤焦燃烧NO的生成有一定的促进作用；气氛中C02浓度升高,添加生料及升高温度对煤粉和煤焦燃烧NO生成的促进作用减弱。分析了水泥分解炉内煤粉和煤焦对窑尾烟气中NO的还原作用机制,得到了不同温度条件下水泥生料及CO2浓度对煤粉和煤焦还原NO的影响规律；探讨了煤焦及生料对CO还原NO反应的影响作用。研究表明,煤粉和煤焦对NO的还原作用差异较大；挥发分与NO的反应速率更快,焦炭与NO反应的速率较慢,但与NO反应的时间相对较长；生料对挥发分和焦炭还原NO的反应均有一定的催化作用,且生料对挥发分含量高的煤粉还原反应的催化作用更强；温度升高,生料对NO还原反应的催化作用也逐渐增强。气氛中C02浓度升高,煤粉和煤焦对NO的还原能力均增强,而生料对NO还原反应的催化作用减弱。煤焦和生料对CO还原NO的反应均有一定的催化作用,但CO2浓度升高时,生料对CO还原NO反应的促进作用降低。在模拟分解炉的悬浮实验系统上,研究了分解炉内煤粉及煤焦在氧气存在的条件下对窑尾烟气中NO还原的动态变化特性,得到了挥发分和焦炭在燃烧过程中NO生成和还原的动态转化规律。研究表明：在氧气存在条件下,煤粉还原NO的转化过程分为均相还原和异相氧化两个阶段。添加水泥生料、变化温度及O2浓度,煤焦及煤粉与NO反应的动态转化过程均会发生一定的变化。分解炉内NO生成及还原的动态转化机制实验研究,揭示了分解炉内窑尾烟气中NO被大量还原的本质。在煤焦燃烧及水泥生料分解耦合作用研究的基础上,对分解炉条件下煤焦燃烧过程中NO生成反应的动力学模型进行了理论分析及实验研究,得到了适用于水泥工业常用的几种煤样的煤焦燃烧过程中NO生成反应动力学模型与参数,并将各模型和参数应用于分解炉NO排放模拟的计算机辅助试验平台。在此基础上,从动力学的角度探讨了分解炉内煤焦燃烧过程中NO生成及实际排放之间的关系。分析了分解炉内NO生成及还原的主要途径及数值模拟的数学模型,在原有分解炉热态模拟计算机辅助试验平台基础上,建立了分解炉NO排放数值模拟计算机辅助试验平台,在此基础上模拟分析了某5000吨/天生产能力的全尺寸三喷腾分解炉的NO分布规律。研究结果表明,在三喷腾分解炉三次风入口上部区域的NO浓度最高,温度对炉内NO排放的影响较大；分三次风可以降低炉内的燃烧温度及主燃区的O2浓度,从而有效的减少预分解窑系统的NO排放。多工况模拟结果与现场测量的数据偏差较小,验证了所建立的试验平台的适用性,为开发低NO分解炉提供了一套完备的试验平台。