雾霾已成为我国北方冬季挥之不去的阴影,严重影响人们的身心健康,燃煤排放是造成雾霾的罪魁祸首之一。虽然煤炭燃烧污染物减排机理研究已非常成熟,各种减排措施也较为完善,但是在具体实施过程中却不尽人意,究其缘由,主要是减排工艺研究和实施过程不够精致,再加之系统稳定性不高,造成污染物超标排放。本文针对20余处火电厂燃煤锅炉烟气超低排放工程实施案例中抽化出的共性工艺及系统可靠性问题进行研究,主要研究内容如下：(1)在SCR脱硝系统中首层催化剂入口处烟气流场和氨浓度分布情况是影响脱硝效率的关键因素,为提高其烟气流场和氨浓度的均匀性,需对AIG上游的烟道进行优化设计。本文基于CFD数值模拟结合工程案例对AIG上游异径烟道内的不同导流板布置进行研究得到优化烟道布置方案,针对异径烟道需在其入口、出口布置非均匀导流板,在其上游添加直型引流板、下游添加直型整流板,确定额定烟气量下导流板位置、结构、尺寸等的优化配置方案。(2)在SCR脱硝过程中使烟气温度保持在催化剂最佳活性温度窗口是延长催化剂寿命和提高脱硝效率的有效方式,为此需保持烟气温度并使流场分布均匀。本文基于CFD数值模拟分析,通过设置省煤器高温段烟气旁路,将高温烟气与省煤器出口低温烟气混合,使混合烟气的温度达到催化剂的最佳反应温度区间。旁路烟道与主烟道的接口布置形式,是高低温烟气充分混合的关键。通过对包括圆柱形旁路烟道插入主烟道方案、矩形旁路烟道插入主烟道方案、文丘里喉管方案、静压箱方案等典型布置方案进行大量数值模拟研究,借鉴“静压箱”原理,确定了主烟道接口处上侧、左右两侧布置与旁路烟道等高“∏”形静压箱烟道方案。(3)在湿法脱硫系统中维持烟气与浆液“气-液”平衡是提高脱硫效率的关键控制要素,本文基于CFD数值模拟,对脱硫系统及内部构件进行优化设计,研究设置浆池分区装置、湍流强化装置、塔壁增效装置,并对脱硫塔内部的气液两相流动情况进行数值模拟,实现脱硫系统的匀质增效。数值模拟结果显示,脱硫塔内开启喷淋后在湍流强化装置、塔壁增效装置和喷淋层的联合作用下,消除了烟气偏流现象,实现了烟气流场的均布。(4)为保障脱硫系统可靠运行,需在脱硫塔入口设置保护措施,防止因烟气温度突升烧毁脱硫系统。本文基于CFD数值模拟,建立包含减温水喷射、湍流混合、传热传质等过程的数值模拟方法,通过计算分析烟道内喷水冷却后的烟气温度分布情况,确定喷嘴的最优布置形式,保障脱硫系统的可靠达标运行。(5)超低排放系统各处理单元之间的联络烟道内的流场特性对其下游处理单元的达标提效具有重要影响。引风机出口至WGGH间联络烟道(方圆节烟道)加装导流板后换热管区域烟气充满度大幅提高使得换热效果达到设计要求。脱硫塔出口至湿式静电除尘器入口间联络烟道(双向异径烟道)加导流板后使得WESP极板区域烟气分布均匀,工程应用中应对WESP入口烟气均布偏差系数和气流方向性均做考察。基于协同理论系统考虑减排要素,基于大量工程案例不断优化设计各子系统及各组件并进行系统优化配置,对各工程进行实地测量验证设计方案,通过对所测数据进行横向、纵向综合分析总结规律发现问题,以反馈至下个工程方案的设计再优化,不断改进,在周而复始过程中力求极致。本文研究成果已在20余个燃煤电厂的大气污染物处理工程得到应用,系统运行平稳,各项指标达到预期要求。该研究方案在山西某电厂#1机组超低排放改造工程得到实施。据《山西某电厂#1机组废气污染源现状监测报告》报告显示NOx排放浓度在10～14mg/Nm3,SO2排放浓度在16-19mg/Nm3。研究表明,本文研究成果经得起工程检验,各项指标均达到《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)所规定的燃气机组排放限值,实现了超低排放。