我国雾霾等环境污染问题日益突出，氮氧化物是主要污染物之一。中小型燃煤工业锅炉是我国除电站锅炉外的主要用煤装备，年煤炭消耗量超过6亿吨，但是普遍存在污染物排放不达标、效率低下等问题。深入研究适合工业锅炉的低氮技术，降低氮氧化物排放浓度，达到国家标准，对煤粉工业锅炉系统的完善和发展具有重大意义。　　适合工业锅炉的低氮技术主要包括空气分级低氮燃烧技术、烟气再循环低氮燃烧技术以及选择性非催化还原技术。本文以20t/h和30t/h煤粉工业锅炉系统为研究对象，对上述几种技术进行数值模拟及实验研究，提出SNCR联合空气分级技术方案并进行实验验证，得到的结论分为以下三个部分：　　（1）为考察空气分级对煤粉工业锅炉氮氧化物排放及炉内燃烧过程的影响，本文对20t/h煤粉双锅筒室燃工业锅炉进行研究。通过数值模拟考察炉内温度、O2及NOx浓度分布变化；实验研究采用基础工况和空气分级燃烧的对比实验，考察空气分级效果，分析各因素对NOx的影响，并研究CO与NOx的排放规律。结果表明：数值模拟结果与实验数据基本吻合，分级燃烧在一级燃烧区生成还原气体，且增大了火焰尺寸使温度更加均匀，降低氮氧化物的排放；低负荷时可减少氮氧化物比例约15％~35%，高负荷时可减少氮氧化物比例20%左右。空气分级形成的还原性气氛会带来结渣问题，在降低NOx的同时应保证CO排放在合理区间。高负荷运行控制α和α1为1.2、0.8时，结渣较少，CO排放低于200mg/m3，NOx减排比例为25%。　　（2）为考察烟气再循环对煤粉工业锅炉氮氧化物排放及炉内燃烧过程的影响，本文对30t/h煤粉双锅筒室燃工业锅炉进行研究。采用数值模拟和实验研究，考察烟气再循环的低氮效果，分析烟气循环倍率对NOx排放浓度的影响，并研究循环倍率对炉膛温度、排烟温度等炉况的影响规律。结果表明：循环烟气通入炉内，火焰尺寸增大，温度更加均匀，减少了氮氧化物的排放浓度；同时随着循环烟气量的增加，排烟温度逐渐升高，蒸汽流量逐渐降低；当烟气循环倍率为20%时，NOx减排比例为17%。　　（3）为进一步控制氮氧化物的排放浓度，对20t/h煤粉双锅筒室燃工业锅炉进行 SNCR实验研究。实验分析温度分布、NH3停留时间及氨氮比等因素对NOx排放浓度的影响规律。结果表明：炉膛中部处在NH3对NOx还原的温度窗口（800~1100℃）内，尿素从炉膛中间喷入炉内，停留时间大约为1s，有充足的时间在温度窗口内反应。氨氮摩尔比为1.8时可减少NOx58%。　　最后，对20t/h煤粉工业锅炉提出低NOx技术组合方案，分别控制α、α1和氨氮摩尔比为1.2、0.8和1.8，且尿素从炉膛中间喷入。研究结果显示：空气分级可增大SNCR技术所需的温度窗口区域和NH3的停留时间，利于SNCR对NOx的还原作用，NOx排放为195mg/m3，减排比例为71%。技术组合增大了CO排放浓度，CO排放浓度为175.5mg/m3，排烟温度提高3.7℃，炉膛负压波动较小，炉况运行稳定，蒸汽产量略微下降。