选择性催化还原(SCR)脱硝技术已经广泛应用于我国燃煤电站脱硝工程,但是随着燃煤电站NOx排放限值日趋严格,特别是实施超低排放以来,燃煤电站的SCR脱硝工程出现诸多问题,包括氨大量逃逸、空气预热器腐蚀堵塞、催化剂磨损加速以及引风机超负荷等。主要原因在于,常规SCR脱硝技术采用均匀喷氨,而喷氨处的烟气速度分布和烟气中的NOx浓度分布都不均匀,为了达到高的脱硝效率,需要喷入过量的氨,导致不同区域的氨氮摩尔比差别较大,因此产生以上问题。为了解决这些问题,东南大学提出了非均匀喷氨技术。本文采用数值模拟和工程测量的方法,以某电厂135MW燃煤锅炉SCR脱硝系统和某电厂2×130t/h燃煤锅炉SCR脱硝系统为对象,研究了采用非均匀喷氨策略时喷氨格栅(AIG)各参数对氨氮匹配效果的影响规律,设计了一套可以进行非均匀喷氨调节的喷氨格栅,提出了非均匀喷氨的实施方案。首先以某电厂135MW燃煤锅炉SCR脱硝系统为研究对象,通过比较冷态试验测量数据与数值模拟计算结果验证了数值模拟的有效性。随后采用雷诺时均的方法模拟了整个SCR脱硝系统在非均匀入口条件下烟气的流动和扩散过程,分析了喷氨策略、喷氨格栅喷口密度N、开孔率φ、喷口角度α等参数对于SCR脱硝系统中氨氮匹配效果的影响,研究结果表明,采用非均匀喷氨法并且在N=15.34个/m2、φ=0.0024、α=90°时反应器中的氨氮匹配效果最佳。随后采用能够更加精细地描述喷口附近湍流结构的大涡模型模拟了还原剂射流从喷氨格栅喷口射出后的运动发展情况,研究了喷氨区域中还原剂射流之间以及其与主流烟气之间的相互作用,分析了喷口结构对于氨氮混合效果的影响。结果表明,当喷氨格栅耦合系数Ψ=4、喷口旋角γ=30°时,可以有效地强化反应器中的氨氮混合效果。在上述研究的基础上,为某电厂2×130t/h燃煤锅炉SCR脱硝系统设计了可以进行非均匀喷氨调节的喷氨格栅。由于喷氨格栅所在烟道呈现出狭长型的结构,综合成本与脱硝效率等因素,提出单维度非均匀喷氨技术,即烟道长度方向根据烟气速度与NOx浓度确定喷氨量,实现非均匀喷氨;烟道宽度方向根据喷氨格栅中还原剂的流动与换热特性设置节流元件,实现均匀喷氨。同时,通过数值模拟确定喷氨格栅的具体位置。最后,通过现场测量获得了该SCR脱硝装置的流场分布与氨氮比分布情况,分析了本文所设计的喷氨格栅的实际性能与存在的问题。测量结果表明,该SCR脱硝装置的脱硝效率可以达到96.3%,但是此时首层催化剂入口存在大量氨氮比大于1的区域,这会造成大量的氨逃逸,有必要进行非均匀喷氨调节。采用测量数据作为脱硝装置入口条件,通过数值模拟确定喷氨区域横截面上的烟气流场分布,以此为依据制定了该脱硝装置的非均匀喷氨调节方案。