结合实验研究和数值计算,针对燃煤烟气脱硝选择性催化还原催化剂的组成和性质进行了分析,设计优化了该技术脱硝所需的关键技术设备,为催化剂设计、流道优化及反应强化提供理论依据。以600MW机组为例,对大型SCR脱硝工程进行设计研究。从催化剂设计和反应装置优化入手,进行烟气脱硝技术开发研究。对工程使用的催化剂进行表征,从组成和物理性质角度分析催化剂的脱硝性能。催化剂具有良好的表面孔隙结构,载体TiO₂为锐钛矿型,活性物质分布较均匀且颗粒比较小,具有稳定的Bronsted酸位。通过活性测试,确定催化剂最佳工作温度在300～420℃之间。建立SCR脱硝反应数学模型,进行蜂窝式催化剂体积、结构的优化设计。基于催化剂脱硝宏观特性实验数据,确定模型关键参数,计算出系统运行所需催化剂体积。在运行参数变化、催化剂活性降低条件下,催化剂用量完全可以满足系统烟气脱硝性能的要求。还通过理论计算,对催化剂内部NO浓度分布进行研究,对催化剂几何特征提出了优化方案,对于工程应用具有一定的理论价值。引入CFD软件FLUENT对SCR反应器及其连接烟道内的流体流动及氨扩散过程进行数值模拟,揭示其内部流动规律。基于流体力学分析结果,对反应装置的结构设计要点进行了研究。反应器顶部采用斜顶结构优于平顶结构,烟道采用弧形拐角可以削弱烟气惯性产生的高低速区现象。对上述布置方案,设置并改进导流叶片的位置、数量与形状,从而在大截面空间范围内有效控制烟气速度均匀分布。还单独研究了NH₃的流动轨迹及迁徙规律,对喷氨格栅进行优化。通过优化几何布置设计出一个达标可靠的系统。