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煤燃烧产生的污染已成为主要的大气污染源。氮氧化物是煤燃烧产生的主要污染物之一。环境污染已经成为我国经济发展的主要制约因素之一,因此治理火电厂NO_x排放是迫在眉睫的任务。结合我国以煤电为主的国情,在目前经济发展状况下,开发有效的低NO_X燃烧技术,在未来具有非常重要的社会效益和经济效益。低NO_x燃烧技术是火电机组首选的NO_x控制技术。空气分级燃烧技术是一种基于全面燃烧调整的浓淡燃烧技术,已成为降低燃烧产物中的NOX浓度、减轻环境污染的重要手段,在锅炉改造和新锅炉机组的建设中被普遍采用。各种研究表明,分级燃烧对高挥发分煤降低NO_x生成效果明显。但对锅炉低NO_x改造还缺乏系统的研究。本文以空气分级及低NO_x燃烧器综合应用为出发点,重点在于高效低NO_x排放系统集成技术的研究、设计和应用,采用试验研究、理论研究、数学模型研究相结合的研究方式。以理论分析为基础,在冷态模化实验台上对浓淡燃烧器进行模化研究,优化设计参数;在热态试验台上进行分级供风燃烧试验研究,针对不同煤种、不同运行参数,确定合适的改造方案;研究分级燃烧污染生成数学模型,进行数值模拟研究;结合冷态模化试验和燃烧试验研究,进行改造方案优化研究。进行电站锅炉高效低NO_x燃烧优化系统设计的参数优化研究;开发关键设备;进行运行参数优化研究;研究低NO_x燃烧节能技术;高效低NO_x燃烧系统关键设备制造研究;提出了三级可控浓淡燃烧降低NO_x的综合技术集成方法,在200MW电站锅炉上进行工业应用研究;进行示范锅炉机组性能考核试验研究。结果表明:空气分级燃烧的参数对降低NO_x生成影响很大。通过采取分级燃烧的方式,能够降低NO_x。改后NO_x排放较改前降低494mg/Nm~3～508mg/Nm~3,降低了56.7%~58.3%。改后锅炉热效率为90.439%,较改造前提高了1.047%。通过连续的运行调整和观察发现,长时间连续大负荷运行时,锅炉未出现结渣、超温等情况。本文的主要创新成果为:多种技术集成与优化,形成了具有自主知识产权的空气分级低NO_X排放系统技术;将污染控制与节能技术结合,达到了高效节能;智能控制技术与低NO_X排放技术有效结合,实现了优化经济运行。本论文的工作可以指导电站锅炉的低NO_x排放技术的研究与工程应用。