中国的煤炭资源分布广泛，而油气资源则较为贫乏，所以我国通常采用燃煤发电以供给能源。半焦是一种低挥发分的固体产物，它由烟煤在中低温下干馏热解所得，其具有较高的化学活性，并且热效率也高于煤炭。高固定碳、低灰分、低硫磷等特性使得半焦在很多方面存在利用优势。但较低的挥发分含量影响着半焦的着火和燃尽，同时燃烧半焦会生成大量氮氧化物。为了较大规模的在电站锅炉中燃烧利用半焦并在煤炭产业化应用技术方面实现突破，实现半焦清洁高效燃烧是一个重要的课题。
本文从半焦的燃烧特性研究出发，结合空气分级及半焦掺烧在电站锅炉中的应用，对锅炉掺烧半焦燃烧优化及NOx排放控制进行了系统研究。首先针对半焦的燃烧特性与扩散改变对半焦燃烧性能的影响进行了热重实验研究。热重实验结果显示：减小坩埚高度、增大坩埚直径、提高氧浓度等措施能够降低热重实验中反应气的扩散阻力，从而提高半焦燃烧的速率，优化半焦燃烧。
随后搭建了立式串联两段炉的实验系统，对空气分级深度条件下半焦掺烧烟煤的影响因素及不同煤种之间的交互作用进行了初步探究，通过空气分级燃烧使烟煤燃烧放热，促进半焦着火稳燃并控制NOx排放。
然后对珠海电厂600　MW超临界四角切圆锅炉燃烧系统进行半焦掺烧数值模拟，研究了半焦掺烧下的炉内燃烧组织以及NOx排放规律，得出了合适的半焦掺烧比例与掺烧方式，并对主燃区过量空气系数、锅炉负荷、富氧燃烧及氧浓度等因素进行了研究总结，为半焦燃烧优化和控制NOx排放提供了理论参考和依据。最后给出了半焦掺烧工程应用方案，以实现半焦掺烧技术在各方面的综合运用。