选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术具有脱硝效率高的特点。随着环保法规日趋严历，SCR技术具有良好的应用前景。电站SCR烟气脱硝系统采用整体催化剂技术，反应器内烟气流速、温度、氨氮比不均匀性对脱硝效率影响很大。利用数值模拟与冷模试验的方法可对SCR系统内的烟气流场、温度场和组分浓度场进行预测，对SCR系统设计、建设和运行具有重要的指导作用。　　 本文首先建立描述电站SCR反应器内烟气流动、传热传质及气固非均相催化反应的三维数值模型(考虑化学反应的SCR系统数值模型)，在非均相催化反应的模拟中，对内、外扩散及本征动力学分别进行考虑。模型包含宏观层面与微观层面上的两套微分方程组。宏观层面上的微分方程组用于描述SCR反应器内烟气流动、传热传质及化学反应；微观层面上的微分方程组用于描述SCR气固非均相催化反应中的内扩散、外扩散及本征反应，两套微分方程组通过化学反应速率相联系。在网格划分中，喷氨格栅(AIG)喷口处的网格被加密，以保证还原剂浓度场预测的准确。该模型可用于分析在氨氮比大于1的环境中，SCR系统的流场、温度场和组分浓度场。针对SCR均流与混合技术研究的需要，将催化剂层中化学反应速率设为零，简化为不考虑化学反应的SCR系统数值模型。相对于传统的不考虑化学反应的SCR系统数值模型，本模型中参数的设置与多孔介质的算法更加合理。　　 实施冷模试验对不考虑化学反应的SCR系统数值模型进行验证。利用相似理论，分析电站SCR系统冷模试验方法。根据分析结果，在满足以下三个条件的基础上建造1/12冷态模型，进行冷模试验：冷模与原型几何相似；冷模中流动处于自模化区；冷模与原型中AIG喷射气体与烟道中烟气的动量比保持一致。冷模试验与数值模型得出的首层催化剂入口速度场、还原剂浓度场以及温度不均匀性、入射角、压降多方面参数都能较好地吻合。这不但验证了不考虑化学反应的SCR系统数值模型的有效性，而且显示出冷模试验设计的合理性。冷模试验结果还显示，从冷态模型AIG喷口尺寸与冷模试验时所需风量两方面考虑冷模比例是可行的。　　 实施工业试验对考虑化学反应的SCR系统数值模型进行验证。采用烟气分析仪测得首层催化剂入口、出口NO浓度场。利用一种间接测量的新方法得到首层催化剂入口速度场；采用皮托管测量首层催化剂出口速度场。采用热电阻得到首层催化剂入口与系统出口温差。工业试验与数值模型得出的数据吻合良好，验证了考虑化学反应的SCR系统数值模型的有效性。　　 提出了一种间接测量电站SCR系统中催化剂层入口速度场的新方法。新方法实施步骤为：将催化剂层置于氨氮摩尔比大于1的环境中，测出催化剂层入口、出口NO浓度场，再由浓度场算出入口速度场。在工业试验中，用传统的直接测量方法与新方法，分别测出催化剂层入口速度场，再利用考虑化学反应的SCR系统数值模型对测量结果进行分析。分析结果显示：间接测量的新方法是有效的、可行的；相对于传统测量方法，新方法减轻了测量位置的偏差对测量结果的影响。　　 利用不考虑化学反应的SCR系统数值模型，对电站SCR系统内烟气流场与还原剂浓度场进行改进。研究首先制订出“先改进流场，后改进浓度场；先实现满负荷工况下性能的达标，后在两种低负荷下检验布置方案能否满足要求”的改进策略，而后依策略，依次定量对AIG、导流板；AIG、导流板、整流栅；AIG、导流板、整流栅、混合器三种方案在氨氮比不均匀性、速度不均匀性、温度不均匀性、压降、入射角五方面性能的改进进行研究。结果显示，AIG、导流板的配置中，涡旋与二次流造成催化剂入口界面上速度不均匀性及入射角过大；催化剂上方增加整流栅可抑制涡旋与二次流；AIG后增加混合器，可在保持流场稳定的基础上，减小氨氮比不均匀性：AIG、混合器、导流板、整流栅方案可满足性能要求。改进过程中烟气流场、还原剂浓度场的逐步改善，反映出改进策略的有效性。　　 利用经冷模校验过的不考虑化学反应的SCR系统数值模型，分析AIG处烟气速度场10种典型的变化对电站高效SCR系统内均流与还原剂混合性能的影响。结果显示：对于高脱硝效率的SCR系统，AIG处烟气速度场变化对催化剂入口处氨氮比分布影响很大，对速度分布也有一定影响；设计中控制AIG处烟气流速不均匀性可以提高SCR系统的均流与混合的品质；在AIG处流速不均匀性控制得较好的高效SCR系统中，随着AIG处流速不均匀性上升，催化剂入口界面上氨氮比不均匀性增大，流速不均匀性增大，AIG处速度场与催化剂处速度场具有相似性。　　 利用冷模与不考虑化学反应的SCR系统数值模型，结合燃煤电站SCR系统首层催化剂中速度分布测量实例，对速度分布测量位置进行改进。研究结果显示：对于燃煤电站SCR系统，将速度分布测量位置由首层催化剂入口上游改进至首层催化剂出口下游可提高测量的精度。改进后，因测量位置导致的速度不均匀系数的误差由10％下降为3%。研究为电站SCR系统中速度场测量的改进提供了新的思路。