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煤的高效、清洁燃烧研究一直都是能源科研工作者关注的焦点，随着我国经济社会的快速发展，能源与环境问题日益凸现。我国以燃煤为主的能源格局在相当长的一段时期内不会出现大的变化。本文主要在国内外学者研究的基础上，对直流煤粉低NOx燃烧和再燃技术进行有关实验、理论和数值模拟研究，以及完成常规煤粉再燃改造的工程实践。通过热重分析仪-红外光谱仪联用实验系统，应用热分析和化学动力学分析方法，研究了煤粉的热解和燃烧过程。了解了煤粉在热解过程中挥发分的析出以及在不同氧量下燃烧过程中NO的析出情况；明确了氧浓度的变化对NO的析出有显著变化，低氧条件有利于抑制NO的生成。运用线性回归的数学方法，获得了不同氧浓度下兖州烟煤燃烧的表观反应动力学模型。利用固定床实验系统研究了煤粉及其热解产物对NO的还原作用；CO对NO的还原作用；煤种、氧量、温度、煤粉细度等对NO还原作用的影响；水蒸汽对煤粉燃烧和还原NO的影响。在一维沉降炉试验台上研究了煤粉燃烧生成NO和煤粉再燃还原NO的各种影响因素。从烟煤和无烟煤及其热解产物在无氧条件（O2=0％）下对NO的极限还原角度，得出在煤粉再燃还原NO中，烟煤在反应前期同相还原起主要作用，后期则异相还原起主要作用；无烟煤则在反应全程异相还原一直起主要作用；加速煤粉热解气体和焦炭的分离有利于煤粉对NO的还原。通过煤粉在有氧条件（O2=4％）与无氧条件下还原NO的效果比较，得出再燃区没有燃烧的煤粉对NO的还原贡献更大。通过水蒸汽对煤粉燃烧和再燃的影响实验研究，得出煤粉在高温低氧的条件下，加入一定量的水蒸汽能起到降低NO生成和加速煤粉燃尽的效果；在再燃区加入一定量的水蒸汽，能起到改善煤粉对NO的还原效果和提高煤粉的燃尽率。为煤粉的高效燃尽和低NOx排放提供一定的参考。建立了煤粉着火温度预测的多元回归模型，通过煤质参数可直接获得误差在2％以内的煤粉着火温度。建立了直流煤粉燃烧的一维低NOx简化模型，分三个阶段，煤粉着火准备区、着火燃烧区、二次风混入以后的燃尽区。主要通过建立方程组进行数值求解分析，讨论了一次风参数对低NOx着火燃烧的影响，提出了当地挥发分化学当量比（LSRV）、着火虚拟温度（VTI）以及判别低NOx着火的Gx数。对一次风参数设计、一次风与二次风喷口间距的低NOx设计提供一定的参考。针对要进行低NOx再燃改造的一台410t／h电站煤粉炉，首先数值模拟研究了在不同磨煤机运行方式下炉内的流动、燃烧及污染物生成，分析了三次风对NOx生成的影响，提出了三次风分两层布置的改造方案；然后对再燃风喷口不同位置的几种再燃方案进行了数值模拟，综合考虑脱硝率和飞灰含碳量选择较合适的方案实施再燃改造，获得改造实际脱硝率47.66％，实际改造运行值和模拟值基本吻合，分析了再燃区间的大小对脱硝率和飞灰含碳量的影响规律，以及改造前后炉内温度、烟气组分（包括NO）的变化规律，当再燃风喷口位置低到受主燃区干扰时虽然对燃尽有利，但是对脱硝率有不利倾向；最后对进一步改进的一再燃改造方案进行数值模拟探索研究，讨论了其低NOx排放效果。为电站锅炉的磨煤机运行、三次风的设计以及再燃改造工程实践提供一定的参考。