煤燃烧产生的污染已成为主要的大气污染源。氮氧化物是煤燃烧产生的主要污染物之一。环境污染已经成为我国经济发展的主要制约因素之一，因此治理火电厂NOx排放是迫在眉睫的任务。结合我国以煤电为主的国情，在目前经济发展状况下，开发有效的低NOx燃烧技术，在未来具有非常重要的社会效益和经济效益。 低NOx燃烧技术是火电机组首选的NOx控制技术。空气分级燃烧技术是一种基于全面燃烧调整的浓淡燃烧技术，已成为降低燃烧产物中的NOx浓度、减轻环境污染的重要手段，在锅炉改造和新锅炉机组的建设中被普遍采用。各种研究表明，分级燃烧对高挥发分煤降低NOx生成效果明显。但对锅炉低NOx改造还缺乏系统的研究。 本文以空气分级及低NOx燃烧器综合应用为出发点，重点在于高效低NOx排放系统集成技术的研究、设计和应用，采用试验研究、理论研究、数学模型研究相结合的研究方式。以理论分析为基础，在冷态模化实验台上对浓淡燃烧器进行模化研究，优化设计参数；在热态试验台上进行分级供风燃烧试验研究，针对不同煤种、不同运行参数，确定合适的改造方案；研究分级燃烧污染生成数学模型，进行数值模拟研究；结合冷态模化试验和燃烧试验研究，进行改造方案优化研究。进行电站锅炉高效低NOx燃烧优化系统设计的参数优化研究；开发关键设备；进行运行参数优化研究；研究低NOx燃烧节能技术；高效低NOx燃烧系统关键设备制造研究；提出了三级可控浓淡燃烧降低NOx的综合技术集成方法，在200MW电站锅炉上进行工业应用研究；进行示范锅炉机组性能考核试验研究。结果表明：空气分级燃烧的参数对降低NOx生成影响很大。通过采取分级燃烧的方式，能够降低NOx。改后NOx排放较改前降低494mg/Nm<3>～508mg/Nm<3>，降低了56.7％～58.3％。改后锅炉热效率为90.439％，较改造前提高了1.047％。通过连续的运行调整和观察发现，长时间连续大负荷运行时，锅炉未出现结渣、超温等情况。 本文的主要创新成果为：多种技术集成与优化，形成了具有自主知识产权的空气分级低NOx排放系统技术；将污染控制与节能技术结合，达到了高效节能；智能控制技术与低NOx排放技术有效结合，实现了优化经济运行。 本论文的工作可以指导电站锅炉的低NOx排放技术的研究与工程应用。