燃煤电厂排放的氮氧化物作为一种有害气体严重危害着人体健康和大气环境。目前,我国要求燃煤电厂的NOx排放标准由100mg/m3降低至50mg/m3,面对日益严格的氮氧化物排放要求,国内电厂大力推进环保治理,满足氮氧化物超低排放要求。本文以某600MW燃煤机组SCR烟气脱硝系统为研究对象,通过现场试验与数值模拟相结合的方式分析解决机组在超低排放运行过程中出现的催化剂积灰磨损、脱硝效率低、氨逃逸高以及空预器堵塞腐蚀等问题。首先对该机组脱硝系统进行了冷态试验、热态试验,初步了解该机组脱硝系统所存在的问题。其次,基于Realizable k-ε湍流模型对省煤器出口至空预器段烟道的内部流场进行模拟,结果表明,原结构省煤器出口水平段烟道存在多处扩张截面且扩张角度大,该烟道结构不合理导致了水平扩张段烟道流场分布极不均匀,出现了多处高速区和低速涡流区,高速区和涡流区的存在会降低喷氨上游的流场均匀性,进而影响氨气与烟气的混合。对比烟道内部导流板优化前后模拟结果可以发现:在烟道变化截面处采用多组数、小角度的导流板布置方式可以有效改善流场均匀性,降低烟气流动阻力,提高首层催化剂上游飞灰浓度分布的均匀性,减轻催化剂的积灰磨损。然后,基于Species Transport组分输运模型与Laminar Finite-Rate层流有限速率化学反应模型模拟了脱硝系统内的氨氮组分分布和氨氮反应。对比三种喷氨装置得到:涡流静态混合式喷氨装置由于喷嘴数量少、喷嘴直径大,氨气与烟气的混合效果差,无法做到精准喷氨;“H”形分区喷氨装置喷嘴数量多、分区数量多,双维度的喷氨流量调节有利于氨气均匀分布,下游的圆形静态混合器有利于氨气的二次混合扩散;自旋式喷氨装置下游的烟气形成逆时针切向旋流,旋转涡流的形成可以加强烟气湍流扰动,有效促进各组分之间的混合,达到氨氮均匀分布的目的。在600MW工况条件,计算三种喷氨装置在氨氮摩尔比等于0.9时的脱硝效率分别为79.5%、88.2%、88.7%,氨逃逸分别为3.87ppm、0.026ppm、0.021ppm,后两种喷氨装置可有效加强氨气与烟气的混合,提高催化剂上游氨氮分布的均匀性,进而提高脱硝效率、减少氨逃逸。此外,本文还通过Discreate Random Walk Model随机轨道模型模拟了飞灰颗粒的运动轨迹并计算灰斗的飞灰捕集效率。研究结果表明:小粒径飞灰颗粒随烟气流动跟随性好,均匀分布在烟道内部,大粒径飞灰颗粒受惯性和重力的影响较大,主要集中在水平烟道中下部位置。灰斗对大粒径飞灰颗粒的捕集效果明显优于小粒径飞灰颗粒;灰斗对省煤器出口前侧入射飞灰颗粒的捕集效果好,后侧入射的飞灰颗粒几乎全部逃逸,灰斗无法捕集。为了提高省煤器灰斗与脱硝灰斗的飞灰捕集能力,减轻催化的磨损与催化剂孔道的堵塞,对两处灰斗进行优化设计,在水平烟道进口设置“V”形折板并将脱硝灰斗移动至竖井烟道下方。优化后省煤器灰斗与脱硝灰斗的飞灰捕集率分别增加了2.05%、2.91%;大粒径飞灰颗粒与平均粒径飞灰颗粒的捕集效率分别提高了8.11%、4.99%。本文围绕烟气脱硝系统分别从流场分布、组分分布、飞灰捕集三个方面进行优化研究,这些研究工作可以为燃煤机组超低排放优化改造提供技术参考。