燃煤造成的污染是目前全球污染的关键问题之一,对生态环境的影响越来越严重。氮氧化物(NOx)是燃煤污染的主要污染物之一(大气中67%的NOx由煤燃烧所产生),而中国燃煤电站锅炉机组型式多样,煤种来源也多样化,实际运行过程中运行参数的变化将极大地影响着NOx的排放,同时中国低阶煤储量丰富,大量的低阶煤被用于燃煤发电。因此,有效的降低电站锅炉尤其是燃用低阶煤电站锅炉的NOx排放量对降低中国燃煤电站NOx排放意义重大。论文作者设计并搭建了能够模拟实际炉膛煤粉燃烧环境的多反应控制段携带流反应器系统(EFR-MRS),并针对中国典型的低阶煤分级燃烧NOx减排问题作了详细的研究。此外,论文作者还在该实验系统上进行了高燃料N烟煤空气分级NOx减排影响的实验研究。最后,在一台燃用高挥发分褐煤的600MW锅炉上进行分级燃烧NOx减排的工业应用研究,证明了本文研究成果的应用价值。针对EFR-MRS系统煤粉燃烧过程构建了包括煤的热解、挥发分燃烧、焦炭的燃烧、燃料氮的转化等过程的数学物理模型,对煤粉燃烧过程和燃烧器结构的优化设计进行了数值模拟,并进行了误差分析。采用该系统能够有效的模拟锅炉的实际燃烧过程,可以很好的描述分级燃烧过程中燃烧参数的变化对氮氧化物等污染物排放的影响。误差分析表明,整个实验系统的误差可以控制在±4.5%以内。针对中国低阶煤(四种褐煤、一种次烟煤)及两种高挥发分烟煤,采用EFR-MRS系统,研究了空气分级燃烧条件下,还原区化学当量比(λ1)、停留时间(τ1)及煤质等因素对NOx排放的影响,并提出了表征NOx排放与煤质特征的综合折算指数(Sz)。研究表明,随着λ1的降低或τ1的延长,NOx排放浓度降低,还原率升高。针对低阶煤,当τ1在1.0s~1.5s范围时,减排效果最好;对于高挥发分烟煤,τ1大于1s之后,继续延长停留时间已经对NOx的减排效果不太明显了。此外,挥发分含量越高的煤种采用空气分级燃烧技术,燃料N转化为NOx的转化率越低,越利于NOx的减排。对于本章所研究的七种高挥发分煤,Sz越大,NOx还原率越高。同时,采用空气分级燃烧技术不会明显的降低煤粉的燃尽效果。针对两种燃料氮含量较高的烟煤采用空气分级燃烧技术情况下,NOx的排放及燃尽情况进行了实验研究。研究表明,不分级燃烧情况下燃料氮含量越高的煤,NOx排放越高;空气分级燃烧情况下燃料氮含量越高的煤,燃料氮向燃料型NOx的转化率越低。空气分级情况下,还原区停留时间为0.8~1.0s及化学当量比为0.75的时候,大同及俄罗斯煤均能获得较低的NOx排放。采用空气分级燃烧技术情况下,俄罗斯烟煤的燃尽效果与大同烟煤类似,燃尽情况较好。针对中国低阶煤(四种褐煤、一种次烟煤)及一种高挥发分烟煤,采用EFR-MRS实验系统研究了燃料分级条件下,再燃燃料比(Rff)、主燃区化学当量比(λ1)、再燃区停留时间(τ2)、再燃区化学当量比(λ2)及煤质等因素对NOx排放的影响,研究结果进一步的丰富了煤粉的再燃数据库。结果表明,在本文空气分级技术研究中提出的综合折算指数(Sz)仍然适用于表征燃料分级情况下NOx排放与煤质特征的关系。研究还表明,Rff越大或τ2越长,NOx还原率则越高;同时λ2越低,NOx还原率越高。燃料分级燃烧技术最佳参数范围分别为:Rff≈15%~20%,τ2≈0.8s,λ2≈0.8。本文将λ1拓展至0.8,获得了更低的NOx排放,结果表明随着λ1的降低,NOx排放量继续减少。采用高挥发分煤再燃,再燃燃料的挥发分含量越高,或燃料N含量越高,再燃时对NOx的减排效果则越明显。NOx还原率随着Sz的增加而增加。再燃实验研究还表明,通过再燃在有效降低NOx排放的情况下,对煤粉的燃尽特性影响不大。针对某燃用高挥发分褐煤的600MW锅炉,在主燃区采用水平浓淡燃烧器以及采用不同磨煤机停运方式和分离式燃尽风(SOFA)的合理组合,采取燃料水平分级与空气垂直分级相结合的方式进行了技术改造,重点研究了如何降低NOx排放的问题及对炉膛结渣问题的优化。结果表明,提高燃尽风率和降低出口氧量的措施有利于NOx排放,磨煤机的停运方式也影响着NOx的排放,同时适当的调整二次风喷入方式和三层燃尽风的喷入方式都会对NOx的排放有积极的效果,机组NOx的排放量甚至能降至209mg/m3左右。通过这些措施,该机组的结渣问题也得到了有效的缓解。