控制燃煤NOx排放一直是煤炭清洁燃烧的重要方面之一；同时，燃煤机组深度调峰消纳风电和光伏等可再生能源需适应其间歇性、波动性、随机性，致使锅炉面临跨负荷灵活性调节与低负荷稳燃等挑战。

因此，开发适用于燃煤锅炉宽负荷灵活性调节及低负荷稳燃的低NOx燃烧技术、以及对应的燃烧设备与系统至关重要，直接关系煤粉锅炉安全、高效、经济与环保运行。

2010年由西安交通大学自主选题展开"煤粉自预热-低氮燃烧关键技术及应用"研究，后系西安交大思源科技股份有限公司以及泰山集团股份有限公司等企业与西安交通大学分别在2014-2018年签订的横向科研合作项目展开。

拟基于该技术开发自预热型系列新型低NOx高效燃烧器，以及适用于多变煤质与多变负荷的一种多级燃料供给适时供氧解耦燃烧低NOx燃烧器，并将煤粉自预热-低氮燃烧关键技术于燃烧器和锅炉进行深度集成创新，实现能够"适用于多变煤质与多变负荷的高效燃烧、超低NOx排放的工业煤粉锅炉优化系统"。

煤粉自预热-低氮燃烧基本原理为：1）煤粉进入炉膛前在燃烧器预燃室内被快速预热到800~1200 °C，预燃室内过剩空气系数极低，挥发分及煤焦在高温缺氧强还原性环境下发生部分氧化燃烧及气化反应，促进HCN等含氮化合物、气态碳氢化合物和炭烟的生成；并将生成的NOx几乎全部还原为N2；同时，空气径向及周向多级逐级配风与燃料浓淡分离及分级供应耦合技术，在预燃室内建立中心高温低氧高煤粉浓度、四周低温高氧低煤粉浓度的燃烧环境，进一步有效减少NOx原始生成量，并实现低负荷稳燃功效；且空气多级逐级配风将炉膛设置为气化区、弱还原性气氛燃烧区及强氧化性气氛燃尽区，进一步强化锅炉低NOx高效燃烧能力，最终减少NOx源排放。

2）预燃室多级旋转射流卷吸回流炉膛高温烟气、以及燃料部分预热燃烧为预燃室提供高温热源，进而反向辐射促进后续新燃料预热气化及着火，实现自预热。

3）与此同时，预燃室内空气径向及轴向多级分级配风，组合优良的空气流体动力学，能够有效隔绝灼热的一次风煤粉气流冲墙贴壁，并具备自我清洁预燃室内壁沾污积灰、冷却其出口断面的功效，进而有效防止预燃室熔融结渣。

基于此，1）项目组详细研究了碳烟/碳氢化合物/HCN协同还原氮氧化物的煤粉自预热-低氮燃烧机理，提出燃烧器内空气/燃料径向及轴向多级逐级配风/供粉的技术路径，解决了工业煤粉锅炉燃烧氮氧化物偏高的难题，同时适应跨负荷灵活性调节及多燃料耦合低氮燃烧，并建立了工业煤粉锅炉低NOx燃烧器的设计模型；2）发明了煤粉自预热高效低氮稳燃技术，实现自预热、低负荷稳燃、高效低氮燃烧；3）发明了预燃室自清灰防结渣配风技术，全方位解决预燃室潜在的积灰结渣问题。

采用上述技术开发了空气多级逐级配风自预热式系列低NOx旋流燃烧器、空气多级逐级配风自预热式防结渣型系列低NOx旋流燃烧器，多燃料解耦自预热式系列低NOx旋流燃烧器、以及燃烧器与锅炉炉膛燃烧系统集成方案，减少燃烧过程NOx生成。

109套燃烧器应用于65台工业煤粉锅炉，实现了工业煤粉锅炉NOx初始排放130~280 mg/m3（基准氧量9%），宽负荷（20%~110%）灵活性调节、预燃室无结渣、超低负荷（20%）无投油/气稳燃，燃烧效率>99%、锅炉效率>90%，煤粉/天然气解耦燃烧、以及燃烧器灵活布置。

截止目前，109套燃烧器应用于65台煤粉锅炉，累计平均减排NOx1600吨/年，节煤8.2万吨/年，节能减排效益约5000万元/年；并为企业创造销售收入约1.3亿元/年，累计4亿余元。

获授权发明专利17项，实用新型专利18项。

经专家鉴定：该项技术总体处于国际先进水平，其中空气/燃料径向及轴向多级逐级配风、煤粉自预热、预燃室自清灰防结渣技术处于国际领先水平。