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随着社会经济的高速发展,社会用电量越来越大,而目前主要的发电方式依然是燃煤火力发电。燃煤火力发电产生很多大气污染物,其中包括氮氧化物(NOx)。国家2012年实施的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)规定,目前新建及现有火电机组排放的NOx限值为100mg/m~3。根据此标准,各大火电机组必须采用烟气脱硝技术,加装烟气脱硝设备,以达到国家规定的NOx排放标准。选择性催化还原(SCR)技术是目前火电机组应用广泛的烟气脱硝技术,本文介绍了NOx控制技术、国内外学者对SCR的研究现状、SCR反应原理及SCR脱硝系统的结构。以某660MW火电机组的SCR脱硝系统作为研究对象,使用STAR-CCM+软件对该SCR脱硝系统进行几何建模、网格划分、数值模拟与优化。在燃煤锅炉BMCR工况下,通过改变SCR脱硝系统整流格栅上方第二块导流板底部与整流格栅的距离L,模拟分析L取值变化对SCR脱硝系统的影响。当L逐渐增大时,第一层催化剂入口水平面的速度分布标准偏差系数和第二层催化剂出口水平面的NO浓度标准偏差系数先减小后增大,且在L为250mm时取得最小值7.52%与8.15%,且脱硝效率从原设计方案的83.16%提高到87.37%,L取值250mm为SCR脱硝系统入口导流板相对最优的优化方案。通过保持两排静态混合器间的角度不变,改变上排静态混合器与水平面的夹角角A,角A取值范围为19.2至31.2度。当角A取值为28.2度时,与原设计方案相比,第一层催化剂入口水平面的速度分布标准偏差系数从12.35%降低至9.03%,第二层催化剂出口水平面的NO浓度标准偏差系数从10.59%降至9.21%,脱硝效率从83.16%增加至85.78%,角A取值为28.2度为静态混合器的相对最优的优化方案。对SCR脱硝系统不同负荷时的运行情况进行模拟分析,当负荷从BMCR降低至50%THA,脱硝效率降低,从83.16%降低至78.95%,当负荷为50%THA时,脱硝效率为78.95%,不符合设计标准,低负荷时应通过烟温提升改造或喷氨优化等技术手段提高脱硝效率。在BMCR工况下,改变氨氮摩尔比,探究氨氮摩尔比变化对SCR脱硝系统的影响。氨氮摩尔比取值为0.85至1.0,当氨氮摩尔比为0.95时,氨逃逸率为2.8ppm,此时脱硝效率为87.81%,脱硝效果较为理想,继续增大氨氮摩尔比至1.0,则氨逃逸率为3.3ppm,超过设计标准,因此,0.95为相对最优的氨氮摩尔比。在氨氮摩尔比为0.95时,通过改变SCR脱硝系统的喷氨格栅上下两排喷嘴的喷氨比例,模拟分析不同喷氨比例对速度场和浓度场的影响,上排喷嘴的喷氨量与原喷氨量之比取值范围为0.4至1.4。当上排喷嘴的喷氨量与原喷氨量之比取值为0.6时,第一层催化剂入口水平面的速度分布和氨气浓度更为均匀,第二层催化剂出口水平面的NO浓度标准偏差系数达到最小值8.28%,因此,上排喷嘴的喷氨量与原喷氨量之比为0.6为喷氨比例的相对最优的优化方案。在氨氮摩尔比为0.95的基础上,保持SCR脱硝系统上下两排喷嘴的相对角度不变,改变上排喷嘴与水平面的夹角角C,分析角C不同取值时的速度场和浓度场。当角C为12度时,第一层催化剂入口水平面的速度分布标准偏差系数和氨气浓度标准偏差系数均达到最小值,最小值分别为8.23%与8.18%,且脱硝效率达到最大值88.51%。因此,角C取值12度为喷氨角度的相对最优的优化方案。对某660MW火电机组的SCR脱硝系统进行的数值模拟和优化,为该火电机组的实际运行提供了一定的理论指导意义。