上个世纪末期建造的火电厂风烟管道系统,由于受当时的软硬件条件、技术手段、设计水平、制造水准以及运行经验等因素的限制和影响,其设计主要以安全可靠为主,还没有系统优化设计的概念和思想。而随着我国对环境保护和节能减排的日益重视,迫切需要对烟气中的各类大气污染物和颗粒物进行减排处理,因此实施了超低排放改造,使风烟道系统流动阻力显著增加,相应的流场的均匀性需求也极大的提高,因为烟气中的流场、浓度场、温度场等的分布不均匀会直接影响反应器的工作效率。另外,烟风道布置及结构不合理会导致管道及反应器局部磨损、积灰,机组工作效率下降,甚至可能影响整个机组的安全稳定运行。因此,开展烟风道布置及典型管件结构的降阻优化研究对现役锅炉机组烟风道降阻改造及新机组风烟道优化设计具有重要的现实意义。作者基于FLUENT软件,采用Realizable k～ε湍流模型、多组分运输模型、多孔介质模型,对典型结构的管件、SCR脱硝反应器等的流场、浓度场、压力场、温度场及阻力损失特性进行了数值模拟研究,并将基成果应用于锅炉机组烟道及脱硝反应器的优化改造,主要研究内容如下:典型结构管件内流动特性的值模拟研究。基于控制变量的方法确定了典型结构管件的模拟工况与方案,分别对异形件、双层多孔均流格栅、直角弯头(等截面直角弯头、缩放型直角弯头、放缩型直角弯头)、贯通直角弯头、汇流三通、T型弯头等结构管件内烟气的流动过程进行了数值模拟,确定了这些管件内的流场分布、压力分布、阻力损失特性及雷诺数对其影响的规律。结果表明,研究的典型结构件中,汇流三通的局部阻力系数最大,弯头的阻力系数最小;而在直角弯头中放缩型弯头的阻力系数最大,缩放型弯头的阻力系数最小。SCR脱硝系统多物理场的数值模拟研究。对脱硝反应器进口烟道、首层催化剂前导流、均流装置及脱硝反应器出口烟道进行分析研究,提出多种适用于脱硝反应器进口改造的初步方案,对这些方案进行模拟计算,得到脱硝反应器及其进出口烟道的速度场、温度场、压力场、各物质浓度场的相对标准偏差,确定较优方案1(3块导流板方案)和方案2(块导流叶片方案)。结果表明:安装合适的导流板和导流叶片可有效均匀脱硝反应器进口烟气流场(第三层催化剂上游的速度场均匀性指数从原先的0.809分别提高到了 0.9和0.921),但NOx和NH3浓度场均匀性指数却未得到大幅度提高,分析发现烟气的速度场均匀时,各物质浓度场不一定均匀,而且会使浓度场的不均匀性延续更长时间。另外,为了防止首层催化剂前的多孔均板的严重磨损,提出了一种拆流装置,有效的解决了烟道局部磨损的现象。烟道系统内流动过程的数值模拟研究与应用。分析总结了烟气通过局部阻力件时发生阻力损失的变化规律,并将其应用于660 MW机组风烟系统的改造优化工程中,测量结果发现在BMCR工况下,该机组烟道系统的流动能量损失降低了 423.7 Pa。本课题研究工作对典型局部阻力件的阻力损失规律取得了进一步认识,提出的措施和方法可普遍适用于其他现役机组风烟道的改造优化及新机组风烟道的设计,具有现实意义,也充分证明了数值模拟方法的可行性和实用性。