燃煤过程产生的氮氧化物对环境的污染，是当前国际也是我国政府最为关心的环境保护问题之一。解决燃煤发电造成的污染问题，发展洁净煤发电技术已经成为当务之急。煤粉再燃技术是一种有效的低NOX燃烧技术，已经成为重要的研究方向之一。本文对煤粉再燃过程中，挥发分及煤焦的基元反应途径和反应机理进行了详细分析；在携带炉实验台上进行了神华煤、邢台煤在1200℃与1300℃、四种煤粉细度、三种再燃燃料比和三种再燃区初始氧量，共144个实验工况下的再燃实验。根据实验结果分析了再燃燃料比、再燃区氧含量、煤粉细度和反应温度等因素对NO还原效率的影响规律；发现了煤粉再燃还原NO过程中，对煤粉细度敏感的过量空气系数区域；确定了具有较高NO还原效率的过量空气系数范围。在携带炉实验过程中，采集了不同实验工况和不同反应时间的煤焦样，并进行了元素分析。研究了不同实验条件下，再燃过程中煤中各主要元素的释放规律。发现在反应时间小于0.2秒时，煤中各元素具有较高的消耗速率；在反应时间超过0.2秒后，各元素的消耗速率下降。根据实验结果，分析了各元素的释放特性对NO还原效率和煤颗粒燃尽的影响规律。对采集的煤焦样进行了热重实验研究，测量了样品的着火温度、最大失重速率及最大失重速率对应温度。分析了各样品的着火性能与燃尽性能。根据实验数据及阿累尼乌斯定律，提出了表征样品综合燃烧特性的指数HF。利用HF对再燃过程中煤焦燃尽性能的变化规律进行了分析，发现在相同的反应时间内，煤粉越细小、再燃区的过量空气系数越大，煤焦中残留的可燃质份额就越少，而且残留的可燃质越容易燃尽。建立了携带炉再燃过程的数学模型，对不同实验条件下携带炉再燃过程进行了数值模拟。模拟结果与实验结果基本一致，能够反映再燃燃料比、再燃区氧含量、煤粉细度和反应温度等主要影响因素对NO还原效率的影响规律。根据计算结果，分析了再燃过程中HCN、C2H4及焦碳氮等重要物质的反应途径，及这些物质对还原NO的贡献。最后，研究了快速升温过程中煤粉颗粒非经典导热效应对煤颗粒温度及NO还原效率的影响规律。首次利用非经典导热理论的两个模型—CV模型和D-P-L模型对快速升温过程中的单颗粒煤粉的温度分布及历程进行了计算，探讨了非傅立叶导热效应对NO还原效率的影响规律，发现考虑快速升温过程中煤粉的非傅立叶导热效应后，计算结果更接近实验结果。