燃煤工业锅炉是NO_x排放的主要来源之一,其高效、清洁燃烧一直是业内学者致力于研究的目标,在实际生产实践中,通过锅炉燃烧优化调整来降低NO_x排放和实现节能是一种经济实用的手段,但找到某工况下的最佳运行参数并不容易,这需要对NO_x排放特性有一定的掌握并有一定的优化方法提供指导。现有课题组与上海某企业合作研发的高效低NO_x煤粉工业锅炉系统,该系统以煤粉清洁燃烧器技术为核心,集成了煤粉制备、煤粉存储、煤粉供应、锅炉本体、尾部烟尘处理、粉煤灰集中处理等单元,已稳定连续多年地应用于该企业的生产实践。本文即针对该煤粉工业锅炉系统开展NO_x排放特性试验研究和建立较准确地锅炉性能预测模型并进行寻优,这对于从定性上和定量上为锅炉优化运行和控制提供指导具有实际意义,为实现进一步低NO_x排放和节能运行奠定了良好基础。首先,本文基于煤粉燃烧过程中NO_x生成机理,针对该高效煤粉工业锅炉特点,对其低氮特性进行了分析。结果表明,空气分级、高温、低氧燃烧是该高效煤粉工业锅炉能够实现低NO_x排放的主要因素。其次,针对作为影响NO_x生成和燃烧器性能发挥关键因素的燃烧温度,提出了一种基于方程求解法的改进燃烧温度计算模型。在该计算模型基础上,分析了各影响因素对燃烧器燃烧温度的影响规律。通过灰色关联分析,得到各影响因素对燃烧温度的影响程度从高到低依次为煤参数、过量空气系数、热风温度、给煤量和冷却水带走热量比例。在此基础上,提出了燃烧温度的调控措施。再次,对锅炉出口的NO_x排放特性开展了试验研究,结果表明:锅炉出口NO_x排放浓度随锅炉出口氧量的增加、锅炉负荷的增大、燃料含N量的增加而增大,随挥发分含量的增加而减少,三次风门开度对NO_x的排放有明显影响。对燃烧器出口开展了NO_x排放特性试验,验证了燃烧器在高温、低氧燃烧、内部呈强还原性气氛下有利于降低NO_x排放。然后,进行了煤粉燃烧特性试验,在煤粉燃烧特性试验数据的基础上,从统计学的角度对各运行参数与目标指标进行相关性分析和岭回归分析,明确了各运行参数与目标指标的相关程度和相关方向,建立了目标指标与各运行参数的回归方程,在回归方程的基础上,建立多目标规划模型,采用标准简面体爬山法与通用全局优化算法获得了各运行参数的优化区间集。结果表明:锅炉负荷对NO_x排放水平有显著性影响,是影响排烟温度的最关键因素;氧量对四个目标指标均具有显著性影响,是影响NO_x排放浓度、飞灰含碳率、CO排放浓度的最关键因素;三次风门开度对NO_x排放水平具有显著性影响,对于其他三个指标的影响不具有显著性。最后以煤粉燃烧特性试验数据为样本,利用最小二乘支持向量机(LS-SVM)建立了NO_x排放和锅炉热效率的预测模型,利用模拟退火算法结合十倍交叉验证对LS-SVM的超参数进行了优化。在LS-SVM预测模型基础上,利用改进的带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-II)对锅炉燃烧多目标问题作了寻优。结果表明:该预测模型具有较高的预测精度,寻优结果较好,可以应用到该煤粉工业锅炉日常运行的实际预测和优化中,并为锅炉实现在线优化奠定了基础。