本论文针对某厂两台600MW超临界锅炉NOx超标问题，在大量文献调研和以往的工程经验基础上，提出了低氮燃烧器和燃尽风相结合的改造方案，通过数值模拟，试验研究和工业调试对相关问题开展研究，最后完成了两台锅炉的低NOx改造工程，达到了预期的目标。文献调研表明，二次风的分级、一次风煤粉浓淡分离和风口的喷口结构是燃烧器设计的核心内容，而燃尽风的风率和开口位置对燃烧和NOx可能有较大的影响。因此在燃烧器设计和数值模拟研究中对这些问题进行了重点分析和讨论。论文对#4炉设计了一种新型燃烧器，它的特点是配风分为中心风、一次风、内二次风和外二次风四个风道，其中二次风旋流，一次风直流，在一次风道中设置特定的浓淡分离组件，在燃烧器出口形成外浓内淡的煤粉气流，使用风口扩椎以加大中心回流区。通过对其进行气相和气固两相数值模拟，发现燃烧器中心回流区显著，煤粉富集效果良好。论文使用该燃烧器对#4炉进行了低NOx改造，并扩大了锅炉的燃尽风口。通过现场的冷态空气动力学试验表明，该燃烧器旋流特性良好。在热态调整试验后对改造后的#4炉进行了性能测试，测试结果表明，该燃烧器投入使用后，锅炉有较好的稳定性、经济型和环保性，但也存在飞灰含碳量上升和高温腐蚀等缺点。论文对#3炉进一步优化设计燃烧器，改进了煤粉浓淡分离装置，加强了燃烧器出口的煤粉富集，对内、外二次风旋流叶片角度进行优化设计。使用数值模拟研究了运行参数，包括内外二次风比例、中心风的风速、燃尽风比率对燃烧器流场的影响，而后对使用优化燃烧器和分层燃尽风的炉膛进行热态模拟，分析了锅炉的燃烧状况和低氮改造效果。使用改进后的燃烧器对#3炉进行低NOx改造，并采用了双层燃尽风布置，在热态调整试验后对改造后的#3炉进行了性能测试，测试结果表明，燃烧器和燃尽风优化后的改造效果明显，锅炉低NOx排放的效果更加显著，在满负荷下达到了改造要求，即在保证锅炉安全稳定运行的前提下，经济性有所升高，并控制锅炉尾部烟气中NOx的含量不超过300mg/m3。