面对日益严格的NOx排放标准,选择性催化还原(SCR )烟气脱硝技术作为一种成熟的烟气后处理技术在我国逐渐开始从国外引进并推广应用。对SCR系统开展数值模拟和优化分析可以考察脱除反应的各种因素,深入认识催化反应与传递耦合的基本物理现象,以及催化反应内部过程特性,揭示物理现象与过程的基本规律,为催化剂设计、流道优化以及反应强化提供理论依据,并有利于消化吸收引进技术、破解核心技术和开发具有自主知识产权的技术。本文的主要研究内容分为两大部分:第一部分运用计算流体力学方法对选择性催化还原(SCR )法脱硝系统进行数值模拟,这是本文的核心内容。在结合国外相关研究成果的基础上,通过对SCR系统多方位全面系统的研究,了解其内部构造、烟气流动特性、化学动力学特性等,选择合理的数值计算模型,确定各种数据和参数进行数值模拟。对SCR的数值模拟可以表现出SCR系统每个几何布置的运行特性。通过优化几何布置可以成功地设计出一个达标可靠的系统。本文首先使用FLUENT对锅炉最大连续蒸发量工况下SCR系统的流场进行三维模拟,并根据流场分布特性自行设计烟气导流装置,实现系统流场的优化,提高系统工作效率。其次,对于使用不同尺寸的喷氨格栅,利用组分传输方程对反应器内反应物的浓度分布进行数值模拟。比较了使用三种不同尺寸喷嘴时,反应器内反应物摩尔比分布情况并分析了摩尔比发生变化的原因。第二部分以SCR反应器的动态数学模型为基础,利用MATLAB建立SCR反应器的动态仿真模型,并进行了模型的稳态计算。由FLUENT计算出锅炉最大连续工况(BMCR)、锅炉额定工况(THA)、75%THA、40%THA和30%THA五种工况下的烟气速度场和烟气组分浓度场,作为模型边界条件。同时,在仿真模型的基础上,对NO x浓度、NH 3浓度、温度、烟气流量等扰动进行仿真试验,试验结果趋势正确,分析结果表明本文建立的数学模型具有较强的实用性。以上述工作为基础,本文设计了SCR系统的导流装置和喷氨隔栅,使得系统能够正常运行,并且建立了选择性催化还原反应的动态数学模型。应用本模型能够对SCR反应器进行动态性能计算及分析研究,为反应器的设计、运行、工艺及参数优化研究提供理论依据。