相对于目前燃煤锅炉SCR烟气脱硝系统普遍采用的高灰段布置方式,低灰段布置方式可有效地防止烟气中飞灰对反应器催化剂的中毒、磨损与堵塞等问题,延长催化剂寿命,采用微孔催化剂可以大大节省催化剂用量。本文建立了SCR烟气脱硝一维模型,分析了不同结构和运行参数对脱硝性能的影响,并对SCR烟气脱硝反应器进行了三维数值模拟与优化,主要结论如下:(1)设计了SCR微孔催化剂烟气脱硝装置。在此基础上,对催化剂重要结构参数进行了分析,结合实验室一维炉出口烟气参数、超低排放及催化剂测试要求,设计了切实可行的实验室SCR脱硝方案,搭建了SCR烟气脱硝低尘布置方式中试试验台。(2)建立了基于Eley-Rideal反应机理的SCR烟气脱硝一维模型。在MATLAB平台上,通过仿真计算分析了多种结构参数及运行参数对脱硝效率的影响规律。研究发现,随着轴向距离的增加,反应物浓度降低,化学反应速率下降。在不同的工况条件下,最佳温度区间不同。在孔内流速为4.5 m/s时,最佳温度区间在610 K左右,过高或者过低的温度对脱硝性能均有不利影响。在入口浓度设置为500 mg/m~3条件下,要达到78%的脱硝效率,氨氮比需要设置在1.1以上,适当降低流速有利于提高脱硝效率。氨氮比和烟气流速的降低都会加剧二氧化硫氧化。(3)建立了实验室SCR烟气脱硝全尺寸反应器三维模型,对比模拟优化了常规催化剂和微孔催化剂反应器流场。模拟结果显示,在给定入口烟气质量流量为0.003396 kg/s的条件下,常规催化剂的系统压降约为55 Pa,微孔催化剂系统压降约为210 Pa。烟道内主流区速度分布比较均匀,弯管出口有微小回流,加装导流片的催化剂入口段流场分布有很大改善。带有导流片的催化剂层入口氨浓度分布更为均匀,满足设计条件的区域更大。微孔催化剂反应器在带有导流片条件下,也需要控制流速分布来保证催化剂层入口氨浓度均匀分布。普通催化剂相对微孔催化剂孔内流速分布更为均匀,微孔催化剂外侧孔道流速比中心孔道流速降低约20%。