近年来在新疆地区探明的准东煤田因其储量巨大引起了广泛关注，准东煤田的发现能够很大程度缓解我国未来几十年煤炭资源短缺的问题。准东煤的燃烧性能优良，但锅炉在燃用准东煤过程中存在氮氧化物（NOx）排放量偏高的问题，危害了环境和人类健康。近年来我国对火电厂NOx排放限值的规定越来越严格，火电行业在利用准东煤资源时必须控制NOx的排放量。而准东煤属于高碱煤，煤灰中的碱金属（主要是Na）含量可达常规煤种的十几倍，这也加速了燃用准东煤锅炉的选择性催化还原（SCR）系统中催化剂的失活，增加了减排NOx的费用。因此研究燃用高碱煤过程中，高效、经济控制NOx排放的方法对清洁利用准东煤及其它高碱煤资源具有重大意义。本文采用数值模拟的方法研究了电站煤粉锅炉低NOx燃用高碱煤及高碱煤半焦的方法，并对高碱煤燃烧过程中烟气中碱金属导致SCR催化剂失活的机理与失活催化剂的再生特性进行了实验研究。
首先，基于高温强还原燃烧理论提出了一种煤粉锅炉中的低NOx燃烧方式，以此降低锅炉燃用高碱煤时炉内NOx的生成量。在炉膛主燃区处于高度富燃料气氛的条件下，用纯氧替代一部分空气作为主燃区内煤粉的助燃剂加速煤粉燃烧，从而使主燃区处于一个高温强还原的燃烧气氛来增强煤焦对NOx的还原。采用数值模拟方法在一台600　MW前后墙对冲锅炉上验证了这种低NOx燃烧方式，考察了其对燃用高碱煤过程中NOx生成的抑制效果。结果表明这种高温强还原燃烧方式可以使锅炉燃用高碱煤时NOx的生成量下降~60%。创造高温强还原气氛的前提是主燃区的化学氧气当量比足够低，而推迟分离燃尽风的喷入可以增大高温强还原气氛的区域而增强对NOx生成的抑制效果。
其次，在煤粉锅炉中通过与烟煤混烧的方式实现了对高碱煤半焦的燃用。采用数值模拟方法研究了不同的燃料分配和配风条件下掺烧高碱煤半焦对炉内燃烧效率和NOx生成量的影响。结果表明，应避免高碱煤半焦从最底层或最顶层的燃烧器层喷入炉内。高碱煤半焦在锅炉中的掺烧比为1/2时，最佳燃料分配方案是将半焦从B、D和E三层燃烧器喷入。在这样的运行条件下，掺烧高碱煤半焦使炉膛中NOx生成量增加了~45%，不完全燃烧热损失增大了约一倍。增加半焦层燃烧器的一次风量可以提高锅炉掺烧高碱煤半焦时的燃烧效率。通过优化配风和燃料分配，再结合本文提出的高温强还原燃烧方式，可以使锅炉掺烧高碱煤半焦时NOx的生成量降低至纯烧烟煤时的水平，且燃烧效率仅略微低于纯烧烟煤的工况。　
最后，针对碱金属沉积造成SCR催化剂失活的机理及失活催化剂的再生特性开展了实验研究。分别采用了溶液浸渍法和携带流燃烧法模拟锅炉燃烧高碱煤过程中，烟气中的碱金属化合物造成催化剂的失活，并对失活催化剂采用多种再生方法进行处理。对比了新鲜催化剂、失活催化剂和再生后催化剂的脱硝活性和微观理化特性，分析了碱金属致催化剂失活与催化剂再生的机理。结果表明，碱金属K对催化剂的毒性大于Na，且它们的毒性都大于碱土金属Ca。对于同一种碱金属，它的不同化合物对催化剂的毒性存在明显差别，具体表现为：氢氧化物＞＞氯化盐＞硫酸盐＞碳酸盐。碱金属沉积使催化剂脱硝性能下降的主要原因是造成了催化剂表面酸性位损害而失去吸附NH3的能力。对于碱金属中毒的催化剂，水洗只能部分恢复失活催化剂的活性；酸洗可以清除掉超过75　wt.%负载在催化剂表面的碱金属盐而恢复被破坏的Brønsted酸性位，因此酸洗可以使中毒催化剂的活性恢复到接近新鲜催化剂的水平；SO2酸热化处理对催化剂活性的再生效果介于前两者之间。酸洗再生后催化剂的抗SO2性和SO2/SO3转化率都满足工程运行要求，但催化剂的机械强度和活性成分V的含量相比新鲜催化剂有轻微下降，且酸洗再生后的催化剂不适宜在高温（450　°C）下运行。