近年来我国为治理雾霾天气,燃煤工业锅炉改烧生物质成型燃料的方式越来越普遍。但我国现有生物质层燃锅炉仍然沿用传统燃煤链条锅炉的炉拱设计理念,使得运行中出现NO_x和CO排放高等问题。因此针对我国现有的生物质层燃锅炉结构特点,提出适宜的改进技术,具有迫切的现实意义。本文系统梳理了现有的生物质层燃和NO_x生成及控制理论,并总结分析了国外先进的炉型设计理念。针对具有大颗粒特征的生物质成型燃料,分别在TA热重分析仪和大颗粒热重实验台上进行热解实验,得出颗粒形态对传热过程和二次反应有显著影响,相应的热解动力学参数应在大颗粒热重实验台上获得;分别在管式炉实验台和固定床实验台上,进行生物质焦炭氧化过程中NO的转化和焦炭异相还原外部NO的实验研究,得出了反应温度和燃料种类对焦炭N生成NO转化率影响的变化规律,并获得了异相还原NO动力学参数;采用单元体炉实验台,在不同风量、床层厚度等工况下对层燃过程中NO的生成和转化规律进行了实验研究,得出了焦炭还原层厚度变化对异相还原NO的影响规律。根据生物质成型燃料的层燃特点,结合大颗粒燃料的热解和焦炭还原NO的实验结果,建立了生物质成型燃料层燃及NO_x模型,并和单元体炉的实验数据进行了验证,最后通过数值模拟分析,指出我国现有生物质成型燃料锅炉敞开式炉膛结构所存在的“烟囱流”特征,是造成NO_x和CO排放浓度高的根源,并提出“之”字形炉拱与空气分级相结合的改进方案。