能源禀赋决定了我国以煤为主的能源消费结构在短期内不会改变,而燃煤过程所释放的SO2、NOx和烟尘等污染物引起严重的环境污染,其中燃煤电厂是主要的人为排放源之一。随着环保标准日趋严格,燃煤机组超低排放改造后设备数量与运行能耗不可避免地有所增加,因此需要通过优化现有烟气净化设备性能以降低运行成本,更需要构建多污染物协同脱除系统降低整体能耗的同时实现废弃物资源化利用。本论文针对工业规模燃煤机组烟气脱硫单元,采用CFD模拟方法分析了脱硫塔内复杂多相体系传递过程与反应性能的基本规律,提出了SO2深度脱除的强化措施并应用于工业规模装置。进而采用O3预氧化NO技术与现有湿法烟气脱硫装置相结合,探索了 SO2和NOx联合脱除过程的协同与竞争机制,预测了工业规模装置脱硫与脱硝的整体性能。论文研究内容和主要结论如下:针对330 MW燃煤机组湿法烟气脱硫过程,基于欧拉-拉格朗日方法建立了描述脱硫塔内气-液两相流动、热质交换与SO2化学吸收的CFD模型,通过与实测数据对比验证了模型的可靠性。根据脱硫塔吸收段内两相流动形态演化规律和SO2吸收特性差异,将其划分为烟气入口区（GIR）、核心吸收区（DAR）和浆液分散区（SDR）,进而获得了脱硫性能与各分区气-液相间传递与反应特性的基本关系。脱硫塔整体吸收效率主要由气-液相间动量交换和SO2传质与反应特性决定,而相间热量交换及液滴蒸发过程对两相流动特性和SO2吸收性能影响较小;DAR内气-液相间动量交换剧烈,两相流动逐渐接近于理想逆流状态,SO2吸收过程主要在该区域内完成,而GIR与SDR主要为DAR内传质与反应过程提供初始条件。由此提出了基于气-液流型调控的SO2吸收过程强化方法,具体包括通过优化喷淋条件改善SDR内浆液分布,以及利用内构件改善GIR内烟气分布。为寻求适用于工业规模湿法烟气脱硫装置的SO2吸收过程强化措施,基于CFD数值模拟方法重点分析了三种喷淋条件（液滴粒径、喷淋方向和雾化锥布置形式）和两类内构件（烟气入口挡板和多孔托盘）对塔内传递与反应特性的影响。对于SDR内喷淋特性,液滴粒径同时影响对气相分布的调控能力和脱硫塔体积传质系数,利用两种机制的协同作用可获得适用于SO2吸收的适宜粒径;双向喷淋可同时维持较好的两相分布均匀性和较充足的浆液停留时间,相比于单向喷淋可将脱硫效率由91.6%～97.2%提高至95.6%～99.0%;采用特定的实心锥与空心锥组分方式可提高DAR内液滴分布均匀性,相比单一雾化锥喷淋可将脱硫效率由94.8%～98.8%提高至95.8%～99.6%。对于GIR内烟气流动特性,烟气挡板有利于降低局部高气速,适宜结构参数挡板可将脱硫效率由98.4%提高至99.1%;多孔托盘可有效强化对截面整体的烟气流动形态调控,设置双层托盘可进一步提高脱硫塔对变SO2浓度条件的适应性,SO2入口浓度为6000 mg·Nm-3时可将脱硫效率由98.0%提高至99.7%。将所获得部分强化措施应用于330 MW燃煤机组脱硫塔,改造后满足超低排放标准,验证了SO2吸收过程强化方法的可行性与适用性。O3氧化NO是影响燃煤机组湿法烟气脱硫塔协同脱除NOx的关键过程之一。通过分析O3预氧化烟气中NO反应机理获得了描述NOx主要转化路径为11步的简化反应模型,采用CFD方法详细模拟了工业规模氧化装置内气体混合及O3氧化NO反应性能。针对烟气流量与NO所需化学计量匹配含O3射流气体流量之间显著差异的特征,提出了O3分布器管道的优化布置结构,通过调控气流扰动提高了氧化装置内O3分布的均匀性;对于氧化装置内反应过程,O3氧化NO的主要产物为NO2与N2O5,当温度由363 K升高至423 K时N2O5生成量显著降低,而NO2生成量略有增加,为了避免含湿烟气的酸性腐蚀问题,推荐工业过程中采用373 K的反应温度。构建了新型组合式分布器布置方式,可以将接近100%的NO氧化为NO2和N2O5,其中N2O5占比约51%。在256 m2烧结机氧化装置应用后,验证了 NO深度氧化措施的可行性与适用性。结合上述SO2吸收及O3预氧化NO为高价态NOx转化过程,进一步探讨了燃煤机组湿法脱硫塔内SO2和NOx同时吸收特性及两者相互作用机制。建立了气-液两相流动、SO2与NOx传质和化学反应耦合的CFD模型,详细分析了复杂流动与反应条件对NOx吸收性能的影响,进而预测了330 MW燃煤机组湿法烟气脱硫喷淋塔内SO2与NOx联合脱除性能。对于S（Ⅳ）溶液吸收NOx过程,预氧化阶段N2O5产率增大可有效提升NOx吸收效率;NO2吸收过程相比于N2O5受液相化学组成与塔内流动特性更显著,进而通过敏感性分析获得了用于预测喷淋塔吸收NO2过程体积传质系数（KGa）的经验关联式,发现液滴pH值与S（Ⅳ）浓度是影响总传质系数（KG）的关键参数,而液滴粒径对比表面积（a）影响最明显。对于以石灰石浆液为吸收剂的喷淋塔内SO2与NOx同时吸收过程,NO2吸收速率低于SO2而N2O5吸收最快;浆液pH≤6.0时,烟气中SO2浓度增大可提高液滴中HSO3-浓度,从而促进了NO2吸收;提高喷淋浆液中S（Ⅳ）初始浓度与pH值可有效提高NO2吸收速率,S（Ⅳ）浓度为0.2 kmol·m-3、pH为6.0所获得NO2脱除效率约为50%。上述模拟结果为未来大规模燃煤机组湿法烟气脱硫喷淋塔内SO2与NOx联合脱除技术开发及应用提供了一定的基础数据。