结合实验研究、分子模拟和数值计算，针对目前燃煤烟气脱硝的选择性催化还原脱硝催化剂的制备及其脱硝机理进行了研究，开发了该技术脱硝所需的一系列关键技术设备，并应用于某燃煤机组烟气脱硝工程。实验采用溶胶一凝胶法制得TiO₂凝胶，对凝胶进行不同条件下的干燥和煅烧处理，然后通过浸渍法在TiO₂上依次负载WO₃和V₂O₅，最终得到了一系列选择催化还原脱硝用催化剂V₂O₅-WO₃／TiO₂。实验结果表明，TiO₂凝胶的处理温度对TiO₂的晶型、催化剂结构和脱除NO的性能均有影响，在实验条件下NO脱除效率最高可达98.3％。采用VO₄H₃、V₂O₇H₄和V₆O₂₀H₁₀3种不同大小的原子簇模型，模拟了不同V₂O₅存在形式下，NH₃和H₂O在SCR催化剂表面的吸附作用。V₂O₅表面，尤其O（1）H位，很容易形成稳定的Bronsted酸位。NH₃与氧化钒单体或者二聚物模型作用放出略小于50 kJ／mol的能量，而与多聚物原子簇模型的O（1）H位形成NH₄⁺，该物质在SCR反应中起着关键作用，吸附能则为-128 kJ／mol。提高聚合态氧化钒的比例，有利于氨以NH₄形式吸附在催化剂的B酸位O（1）H，促进脱硝反应的进行。H₂O与V₂O₅氧位的吸附作用，均小于V位和OH位。其与V₆O₂₀H₁₀的O（1）H位形成稳定构型，吸附能为-97 kJ／mol。在V₂O₅不同的存在形式下，水与氨的吸附能均相当，两者存在竞争吸附，一定程度上影响了SCR脱硝反应速率。以600MW机组为例，对大型、重载、高温SCR反应器的结构设计要点进行了研究。基于流体力学分析设计，确定反应器和导流叶片的结构与布置，从而在大截面空间范围内有效控制烟气速度标准偏差和NH₃／NO_X摩尔比标准偏差，满足脱硝反应的要求；运用有限元方法进行结构和热分析与设计，精确计算反应器强度与变形，合理设计加强筋、柱、梁和支座，以减小温差，降低热应力，优化出轻型、适配于主机组的反应器结构；有效的防积灰结构设计，设置清灰装置，减少或及时清除积灰。针对NH₃、NO_X混合这一SCR脱硝工程关键问题，提出了以“主动利用不均”代替传统的“单一尺度的平均化”的混氨理念，在SCR反应器短直进口段内实现了良好的NH₃／NO_X混合效果，进而解决了改造工程中常见的空间制约问题。同时，充分发挥有限体积的催化剂的效能，在较低氨逃逸率前提下，实现了较高的脱硝效率。该技术的开发及应用为我国大型火电厂烟气脱硝技术自主化、装备国产化探索了一条有效途径。