本发明涉及一种顶置双燃烧器煤粉锅炉空气分级低氮燃烧系统及方法，包括顶置双燃烧器的立式炉膛，所述燃烧器分别通过预燃室与立式炉膛相连通，燃烧器顶部中心分别设有一次风管，侧壁垂直布设二次风管，立式炉膛顶壁设有三次风管，侧壁设有四次风管；一次风由燃烧器上部中心带着煤粉进入炉膛，二次风由燃烧器侧壁进入炉膛，三次风经过优化在预燃室出口，垂直于火焰中心方向喷吹，四次风作为燃尽风保证煤粉的充分燃烧和防止氮氧化物生成；本发明通过分级配风低氮燃烧的方式，可降低氮氧化物的排放达50％，各级配风的设置，不仅降低了锅炉本体负压的波动，也降低了锅炉飞灰中的残碳含量，进一步提高了锅炉效率和运行稳定性。