火电厂燃煤是氮氧化物排放的主要来源之一，对火电厂氮氧化物排放的控制已经成为环境控制的必然趋势。在众多氮氧化物排放控制技术中，燃料分级燃烧(再燃)技术和选择性非催化还原技术(SNCR)分别以运行费用低和脱硝效率高的特点被广泛接受，并已初步在国外投入应用。但随着环保意识和环保要求的不断提高，再燃技术相对较低的脱硝效率已不能完全满足日益严格的环保要求，而SNCR相对较高的运行成本和较为严格的反应条件也将会在一定程度上限制SNCR技术的广范应用。因此通过研究提高再燃脱硝效率，改进SNCR技术反应过程，降低脱硝成本对于脱硝技术的推广和发展具有十分重要的意义。本文在参考国内外多种再燃试验台和SNCR试验台的基础上，设计搭建了具有燃料再燃、喷氨脱硝等多种用途的热态试验系统。试验炉内温度可分段控制，能够分别进行再燃和SNCR以及再燃、SNCR协同试验研究，为气体再燃和SNCR的研究提供了试验基础。首先，本文通过试验和模拟的方法对天然气、液化气作为再燃燃料的再燃过程主要影响因素对脱硝效果的影响规律进行了研究。通过研究发现，低温下(＜1100℃)液化气的脱硝效果要好于天然气，但当温度超过1100℃后，天然气表现出较好的脱硝效率，天然气适合于在高温下使用。在还原性气氛下，再燃区温度越高、再燃比越大、再燃区停留时间越长越有利于脱硝反应的进行。再燃区过量空气系数存在最佳值，试验条件下为0.8。其次，对氨水和尿素作为还原剂时的SNCR脱硝过程进行了试验研究和数值模拟。通过研究发现，氨水的脱硝效果要好于尿素，加强氨剂与烟气的混合可以缩短反应时间、降低最佳反应温度以及减少反应过程所需氨剂量。在对SNCR反应过程主要参数研究的基础上，对碳酸钠、乙醇、乙酸甲酯、丙三醇四种添加剂对SNCR温度窗口的影响进行了研究。研究表明通过向SNCR反应区加入添加剂的方法，能够在保证最佳脱硝效率不低于原最佳脱硝效率85％的前提下，有效地拓宽SNCR的温度窗口。在试验条件下，添加剂的加入使温度窗口拓宽为原温度窗口的1.2～1.83倍。最后，对再燃和SNCR协同脱硝(先进再燃)过程进行了试验研究。研究表明，再燃、SNCR协同脱硝可以在较宽的温度范围内获得85％以上的脱硝效率，比再燃脱硝提高了十到二十个百分点。与SNCR技术相比，协同脱硝效率与SNCR最佳脱硝效率相当，但反应过程所需氨量仅为SNCR反应过程的1／3，大大提高了反应过程经济性。本文通过试验和数值模拟相结合的方式对气体再燃和SNCR反应过程进行了研究。通过优化反应条件、加入添加剂和再燃、SNCR协同脱硝等方式对再燃和SNCR反应过程进行改进，从而实现了经济高效脱硝。