水泥工业是我国国民经济的重要组成部分,从1985年起我国水泥实际产量已连续25年位居世界第一,而水泥工业作为第三大氮氧化物排放大户,却严重影响大气环境质量以及人们的身体健康。将煤粉分级燃烧技术应用到水泥预分解炉当中,不仅可以有效降低分解炉自身煤粉燃烧导致的氮氧化物生成,还可以在窑尾的烟气上升通道内,形成强还原区(脱氮区),还原网转窑废气中的NOx,从而整体上降低水泥熟料烧成系统的NOx排放。本文以回转窑废气NOx脱除为研究重点,分别运用实验和数值模拟的方法对还原区及预分解炉主体开展了深入系统的研究,提出了一种适合于进行旧生产线技术改造,同时又非常有利于在当前我国新型干法水泥技术水平的基础上进行大范围推广应用的煤粉分级NOx控制技术。本文的研究成果主要有以下几个方面:　　 通过搭建煤粉分级燃烧降低NOx试验平台,开展了回转窑尾废气NOx脱除的相关研究,考察了化学当量比、停留时间、煤种、温度、生料存在等因素对脱除回转窑窑尾烟气中的影响。研究发现,№还原率强烈地依赖于还原区的化学当量比,随着还原区化学当量比的减小而增大,同时回转窑燃烧区的化学当量比也会对还原区NO的还原产生影响,如果需要得到较高的NO还原率(大于80％),还原区还原煤粉比例应该接近50％。此外,通过实验还发现,在一定条件下,烟煤对窑尾烟气中NOx的脱除效率要高于无烟煤,且还原区温度、氧化钙的存在也会对NO还原率产生影响。在考察烟气成分随还原区停留时间变化情况时,发现NO的还原率随着停留时间的增加而逐渐增大,而还原区化学当量比对NO还原反应时间的也有影响。　　 通过对分解炉内流动、传热、燃烧、分解、NO生成和还原模型的分析和研究,建立分解炉煤粉燃烧、碳酸钙分解以及氮氧化物生成和转化的数学模型和相应的数值模拟方法。并对实际运行某5000t／d水泥生产线预分解炉进行数值分析,其中NO排放最数值计算结果为936.75mg／Nm3,实际现场测量结果为955.7mg／Nm3,计算结果与现场测量数值有较高的吻合度,表面所建立的模型对实际生产有一点的指导作用。在此基础上进一步开展了煤粉分级燃烧低NOx预分解炉的数值验算和NOx排放预测分析,获得了不同分级燃烧方案下炉内状况参数,为现场实施煤粉分级燃烧提供指导和借鉴。　　 通过对某水泥厂5000 t／d喷旋管道式在线型预分解炉实施煤粉分级燃烧降低NOx技术改造,进行相关煤粉分级燃烧试验,掌握了实施分级燃烧前后烧成系统的部分生产参数的变化情况,获得一系列的实验数据,验证这套预分解炉煤粉分级燃烧技术方案的可行性,为煤粉分级燃烧降低NOx技术在新型干法水泥生产线上的推广和应用提供依据。试验结果表明,实施煤粉分级燃烧前该生产线C1出口的NOx标准排放量平均值达到了955.7mg／Nm3,远超过国家标准(≤800 mg／Nm3)的要求,而实施煤粉分级燃烧技术后,还原煤粉比例为7.5％、12％、25％时,生产线C1出口的NOx排放量平均约为840.21mg／Nm3,754.98mg,／Nm3,682.06 mg／Nm3,还原煤粉比例25％降低NOx排放量达到最大,减少排放比例约为25.3796.