煤粉再燃低氮氧化物（NOx）燃烧技术是一种适合我国以煤为主能源结构的低成本的低NOx排放技术。国家“十五”863计划立项研究煤粉再燃低NOx燃烧技术，并在元宝山发电厂3号机组600MW锅炉进行工程示范。本文围绕元宝山发电厂3号锅炉煤粉再燃低NOx燃烧技术示范工程，开展相应研究工作，重点研究了煤粉粒度和其他反应条件对煤粉燃烧特性和煤粉再燃反应过程的影响，分析了应用煤粉再燃技术对原有锅炉运行的影响和采取的相应技术措施。在此基础上，提出并确定了煤粉再燃技术改造的整体方案和燃烧系统的关键设计参数，并在元宝山发电厂3号锅炉上实施，再燃技术改造后锅炉NOx排放大幅度降低。　　在管式沉降炉上制备不同煤粉粒度和不同热解时间的元宝山褐煤快速热解煤焦试样，采用美国Micromeritics公司ASAP2020自动吸附仪测定低温氮吸附等温线，通过分析低温氮吸附等温线形态、计算煤焦孔隙结构参数及煤焦表面结构的分形分析，研究快速热解煤焦孔隙结构的变化规律。试验条件下，热解时间增加，煤焦的比表面积和孔容积减小，煤焦表面分形维数降低；相同的热解时间，平均粒度29.61μm煤样的煤焦比表面积、孔容积和表面分形维数均大于平均粒度72.79μm煤样的煤焦。表明，煤粉粒度减小，热解后煤焦的孔隙结构趋于复杂，反应活性会有所增加。研究结果为进一步分析煤粉燃烧特性和再燃还原NOx特性提供参考。　　再燃煤粉的燃烧特性对再燃区的形成、NOx的还原及锅炉燃烧效率有重要影响，本文针对元宝山褐煤，分别在热天平、常压夹带流气化/燃烧模拟器（AEFGC）、管式沉降炉三种试验装置上，研究煤粉粒度和其他反应条件对煤粉燃烧特性的影响。通过煤粉燃烧、热解热重曲线分析和反应动力学参数求解表明，煤粉粒度减小，着火提前，也更容易燃尽，煤粉粒度减小，煤粉燃烧的表观活化能降低，燃烧性能得到改善；煤粉粒度减小，煤粉热解过程的挥发分析出略有提前，析出集中程度降低，粒度减小，煤粉热解的表观活化能降低。AEFGC燃烧试验表明，煤粉粒度减小，其燃尽率增加，煤粉燃烧时间为0.6～0.8s时，平均粒径为30～50μm的煤样燃尽率接近。管式沉降炉燃烧试验表明，煤粉粒度减小，燃烧固体产物中挥发分和固定碳含量有所降低，燃尽率增加；燃烧时间增加，燃烧固体产物中挥发分和固定碳含量降低，煤粉燃尽率增加。试验表明，煤粉粒度减小，有利于煤粉的着火和燃尽，但元宝山褐煤的燃烧特性较好，一定的燃烧时间以后煤粉粒度对燃尽的影响并不显著，因此工程应用中应充分考虑最上层燃烧器的煤粉在炉膛停留时间和燃烧条件，保证其燃尽。　　研究各种因素对煤粉再燃还原NOx的影响，对确定再燃技术工程应用方案和设计参数具有指导意义。在管式沉降炉上模拟再燃区反应条件，研究煤粉粒度、再燃区化学当量比、停留时间等参数对NO还原的影响。研究表明，再燃燃料燃烧初期，烟气中的NO浓度有较大增加，随着停留时间增加，NO还原率增加，但是增加的幅度越来越小。再燃反应化学当量比减小，NO还原率增加，增加的幅度越来越小。煤粉粒度减小，NO还原率有所增加，但增加幅度不大。在煤粉燃烧中试装置(CRF)上对再燃的整个反应过程研究表明，以元宝山褐煤为再燃燃料，应用煤粉再燃技术可有效降低NOx排放，试验条件下NO排放降低44％～51%；再燃方式燃烧的飞灰和底渣可燃物含量比常规燃烧方式有所增加，并随再燃燃料份额的增加而增加；再燃区的还原气氛使再燃区的焦渣渣质疏松、易碎。　　在机理研究和中试研究的基础上，提出了元宝山发电厂3号锅炉煤粉再燃技术改造的整体方案，并对燃烧系统关键设计参数进行计算，同时分析了煤粉再燃技术改造引起的锅炉结渣和对炉膛出口温度的影响，提出相应的技术措施。改造前对改造方案的部分技术措施可行性进行试验验证，改造后分别以H层和以G层、H层燃烧器为再燃燃料喷口进行工业试验，试验表明以G层、H层燃烧器为再燃燃料喷口，实现再燃方式燃烧，可以大幅降低NOx排放，NOx排放为274mg/m3(折算到O2=6%，以NO2计)。改造以后锅炉燃烧效率没有明显降低，从运行情况看结渣减轻，锅炉可以长期稳定运行。