目前中国能源生产和消费结构仍以煤炭为主，煤炭的主要利用形式是直接燃烧供热和发电。煤碳燃烧产生的危害巨大的NO_x排放量逐年增长，需要大力发展经济高效、运行可靠、易于大规模应用的NO_x控制技术。低NO_x燃烧器和空气分级燃烧技术由于其安装和运行的经济性而得到了大量的应用。为了获得更好的NO_x控制效果，通常将这两种技术联合使用，在此情况下低NO_x燃烧器处于化学当量比小于1的工作条件下，而目前对于处于低化学当量比下的低NO_x燃烧器的燃烧性能和NO生成特性及相关运行因素的影响的研究很少。本文在一台采用中心给粉旋流燃烧器的热态实验系统上，通过对炉膛内不同位置的局部平均烟气组分（O₂、CO、NO），烟气温度，焦炭燃尽率和元素（C、N）释放率的测量及分析，研究了低化学当量比条件下化学当量比（SR）和内外二次风比例(R_SA)对燃烧器主燃区的煤粉燃烧过程及NO生成过程的影响，同时考察了低化学当量比对煤粉着火性能、火焰中心位置及近燃烧器区域水冷壁结渣倾向的影响。为准确描述低化学当量比下的焦炭燃烧及NO生成过程，文中提出了界定旋流煤粉火焰中富燃料区域的方法；定义了衡量释放出的N元素被转化为NO程度的参数CR^reNO。富燃料区域内焦炭燃尽率变化剧烈，是挥发分和焦炭异相反应的主要场所。在近燃烧器区域的截面上，在不同的SR下，NO浓度的峰值都出现在邻近O₂峰值的区域中。整体的NO排放浓度随SR的减小而下降，主要原因为不同区域中N元素释放率随着SR的减小而下降，同时释放出的燃料N向NO的转化率随着SR的减小而迅速下降，其中，后者是主导因素。SR的降低并没有明显的影响中心给粉旋流燃烧器的着火性能，但使得炉膛内的火焰中心位置明显向下游移动，同时加剧了近燃烧器区域的结渣倾向。综合分析试验结果，得出兼顾经济性能，环保性能和安全性能的最优化学当量比为0.862。R_SA对主燃区煤粉燃烧特性及NO生成和还原特性有着显著的影响。R_SA越大，二次风与一次风的混合点越早，混合强度越大，二次风中的O₂更早地补充进富燃料区域，因而R_SA较大的工况在燃烧初期具有更大的局部化学当量比，加速了早期焦炭的燃尽和元素的释放过程，同时也导致了NO生成量的大幅上升。R_SA从5:5降至3:7时，NO排放浓度降低了48%，但燃烧效率下降幅度较小，同时较低的R_SA有利于降低水冷壁结渣倾向，因此，在实际应用中宜选取较低的R_SA。