氮氧化物(NOx)是大气污染的主要污染源之一，也是引起雾霾、光化学烟雾及酸雨等灾害性天气现象的主要组成物质之一。水泥、热力发电及其它涉及高温燃烧的行业都是NOx排放的主要源头。随着我国对NOx的控制愈来愈重视，选择性催化还原(SCR)技术，因其脱硝效率高，而受到广泛的应用。但SCR的相关技术研究多集中在热力发电等行业，对于水泥行业的SCR研究不论是低温催化剂配方还是SCR反应器设计都相对较少。针对这一问题，结合国内外相关研究成果和水泥厂相关烟气排放数据，在全面研究SCR反应器烟气脱硝系统工艺设计、工艺流程、烟气流动特性等条件的基础上，采用商用流体力学计算软件FLUENT作为计算平台，以国内某2000吨级水泥窑炉为研究对象，以设计低尘高效SCR反应器为目的，对水泥窑炉SCR反应器进行流场数值模拟研究。结合相关标定数据及生产参数，对水泥窑SCR反应器的工艺条件、工艺布置等问题进行了研究讨论；运用标准к-ε模型和标准壁面函数模型，对反应器流道拐角处及反应器上方的导流板结构和数量对流场均匀性分布的影响进行了研究；运用组分输运模型模拟氨与烟气的混合过程，对不同喷氨格栅布置位置、不同喷口速度进行了研究。得到了反应器内部氨气的运动和分布规律；对整体反应器系统进行数值模拟研究，通过设置相对标准偏差系数来检验设计的反应器催化剂层入口截面的烟气速度和氨气的浓度分布是否满足工业设计要求。通过自模化理论和相似性设计原则设计出冷态实验物理模型，对反应器物理模型的催化剂层入口处烟气速度的相对标准偏差系数和系统压降进行了测量与计算，并与数值模拟计算得出的结果进行对比分析。研究结果表明，流道结构和导流板的结构及数量对于流场的分布具有显著影响，氨与烟气的混合程度与喷氨格栅的布置位置等因素有关。数值模拟计算得到的反应器催化剂层入口截面的烟气速度和氨气浓度均能满足工业设计要求，冷态模型得到的测量结果与数值模拟结果能较好吻合。总体而言，本研究获得的初步成果不仅可以为SCR烟气脱硝系统的流场分布优化、氨气利用率提高以及相关的数值模拟研究提供理论依据，更可为水泥行业SCR烟气脱硝系统的工艺设计提供数据支持与技术方法。