长期以来,煤炭作为重要的化石能源在推进整个世界发展的过程中起着举足轻重的作用,以煤炭为主的能源结构将在未来很长时间内难以改变。但煤炭燃烧的过程中会产生大量的污染物,比如烟尘、二氧化硫、氮氧化物等,所以燃煤烟气污染物排放标准也日益严格。循环流化床炉内低氧燃烧结合后燃技术,该技术通过改变循环流化床炉内的燃烧气氛,在保证燃烧效率的同时实现了低NO_x排放。循环流化床炉内呈现出燃烧气氛完全不同的密相区和稀相区,因此作为炉内重要的燃烧区域,稀相区对炉内NO_x转化有着深刻的影响,非常有必要对循环流化床内稀相区NO_x的转化进行系统研究。为了探索各种因素对于稀相区内碳热还原NO过程的影响规律,本文采用高温立式管式炉实验、基础理化测试分析相、热重-质谱实验结合的研究方法,对稀相区内碳热还原NO_x过程的相关影响因素和初步的反应机理进行了系统的研究。本课题选用了来自于蚌埠、新港、神木的三种循化流化床锅炉工程现场的循环灰,利用原煤样品,在水平管式炉实验台上通过高温热解制取半焦,并利用工业分析、元素分析、氮气吸附脱附测试和扫描电镜（SEM）等方法,分析对比了原煤与半焦在化学组成、物理结构、表面形貌等方面的差异。利用高温两段式立式管式炉系统,探究了在还原性和氧化性气氛下,不同性质的可燃残碳对NO的还原作用与温度、煤种、CO之间的关系,并结合半焦原煤的微观性质进行分析,验证了结论的可靠性。另外,采用热重质谱及等效特征图谱法（ECSA）和水平管式炉实验相结合,从逸出气体和固体产物角度出发,深度探索了石墨还原分解CaSO₄的反应机理,为固硫产物对NO还原过程影响的研究打下基础。最后,通过立式管式炉实验,改变反应温度和反应摩尔比,初步探索在还原性气氛下CaSO₄等固硫产物对于NO_x转化过程的影响,为低氧燃烧结合补燃技术实现联合脱硫脱硝提供了初步的理论基础。理化特性的研究结果表明,来自蚌埠、新港和神木的三种原煤的微观表面多为平整,形态棱角分明,经过热解之后,得到的半焦表面呈现出致密结焦状态,挥发分降低,单位质量的可燃碳含量增高。半焦的比表面积和孔容均增大,平均孔径变小,微孔数量较原煤更多,孔隙结构更加发达,反应活性也更高。循环灰里面富含的可燃残碳多于灰分和其他杂质融合,微观形态中物质表面的已经经历了磨损,与原煤和半焦相比,反应活性已经大大减弱。立式管式炉实验结果表明,NO转化过程中的主要还原剂为碳,还原效果与碳含量呈正相关,且温度越高,这种影响效果越明显。在还原性气氛下,750℃⁸50℃之间,以NO的转化率表征还原效果,对应煤种的还原效果:半焦>原煤>现场循环灰;900℃时,对于含碳量更高的神木煤,原煤和半焦的最终还原转化率差异已经不大,但是半焦的反应速度会更快。此外,还原过程为可逆的吸热反应,温度越高,反应速率也越快,反应的进行程度也越大。实际流化床锅炉中,稀相区内会有O₂和CO的存在,通过改变立式管式炉中的反应气氛,发现,O₂的加入会使得作为还原剂的可燃残碳在高温下被消耗,受消耗的程度与样品的反应活性有关,半焦的消耗程度>原煤>现场循环灰,受O₂的影响也最大。由于碳热还原NO的反应也随温度升高而加强,使得氧化性气氛下NO的转化率随温度变化整体差异不大。CO气体在单独存在的条件下,与NO气体不会发生气相还原反应,但是在还原性气氛下CO的加入会对碳热还原NO的过程产生部分抑制作用,抑制效果与固体反应物灰、半焦和原煤的关系不大。氧化性气氛下,CO会对碳热还原NO_x反应产生协同作用,这种协同作用会促进NO_x向N₂转化,使得原本氧化性气氛下的NO转化率升高。炉内喷钙脱硫产生的固硫产物主要成分是硫酸钙（CaSO₄）,热重质谱实验和水平管式炉实验表明,其自身会在1100℃时会发生自分解反应,而碳会降低CaSO₄的初始分解温度,反应约在900℃左右发生,主要生成CaO、CO₂、SO₂。当温度超过1100℃时,石墨与CaSO₄之间可能会发生反应生成少量的CaS。而在850℃以下,CaSO₄的加入对碳热还原NO的过程影响很小,在850℃以上,CaSO₄对于碳热还原NO的过程有抑制作用随着温度的升高,抑制效果越明显。在850℃时,随着CaSO₄摩尔比的逐渐上升,循环灰、半焦和原煤每个摩尔比对应下的还原效果差异不大,但是在总体变化上呈现缓慢的下降趋势。而从热重实验的失重曲线可以看出,过量的CaSO₄会促进残碳的消耗,对NO_x还原过程产生消极影响。研究结论对通过改变炉内燃烧气氛,充分发挥可燃残碳的还原作用,为低氧燃烧结合补燃技术实现联合脱硫脱硝提供了初步的理论基础。