这项研究由以下研究者完成：Jin Man Cho（通讯作者）、Jeong-Woo Choi、Sung Ho Hong、Kwang Chu Kim、Jung Hee Na 和 Jun Yub Lee。他们分别隶属于韩国Sogang University的化学与生物分子工程系（Department of Chemical & Biomolecular Engineering）与综合生物技术跨学科项目，及韩国电力工程公司（Korea Power Engineering Company, Inc.）。该研究发表在期刊《Environmental Engineering Science》第23卷第5期，发布年份为2006。
选择性催化还原系统（Selective Catalytic Reduction, SCR）是一种广泛用于工业工厂和电厂的氮氧化物（NOx）减排技术，其作用是将NOx还原为惰性氮气（N2）和水（H2O），以减少大气污染物的排放。虽然SCR系统因其高效性而被广泛应用，但其性能依赖于催化剂的种类和运行参数，其中包括反应温度、气流速率、氨（NH3）与NOx的混合程度及分布。NH3分布不均可能会导致NOx减少效率下降、催化剂体积需求增加，及NH3的“不完全反应泄漏”（NH3 slip）增多。
为克服这些问题，本文提出利用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）分析技术，通过优化NH3浓度分布和气体流量分布来改善SCR系统性能。研究的目标是提高SCR系统的NOx去除效率，并将NH3泄漏降至最低，同时避免使用额外的机械装置或增加发电过程的压力损失。
研究装置与实验背景
本研究以韩国盆唐联合循环发电厂的一套商业级SCR系统为研究对象。燃气轮机的发电功率为75兆瓦，燃料为液化天然气（LNG）。SCR系统安装在一种水平式热回收蒸汽发生器（HRSG）内，其热交换器包括高压、低压和中压部分，催化剂模块被安放在热交换管束之间。NH3通过氨注入栅（Ammonia Injection Grid, AIG）注入，AIG由六个注入组组成，每组包含四个支路，通过总共60个喷嘴分散注射到气流中。
CFD分析方法
研究采用CFD分析（使用Fluent™软件）来模拟烟气和NH3在SCR系统内的流动行为及分布特性。通过假设热管束为多孔介质的形式，简化了HRSG内部复杂结构的网格建模。引入了两个关键参数：气体分布偏差（DM）和NH3浓度偏差（DC），以量化气体流量和NH3分布的不均匀性。
实验步骤
数据分析与评估
数据采集由控制系统（Siemens PCS7）完成，每个操作保持至少两小时。分析研究中，各种流体参数、NH3浓度分布及其偏差与NOx去除效率之间的关系。
CFD分析结果：气体行为特性
CFD模拟显示AIG上游的烟气流量分布不均匀，特别是在垂直方向上。模拟出的DM值表明，通过热交换管束后，烟气流量会趋于均匀化，但AIG区域仍存在偏差（DM值约为24.6%）。这进一步印证了需要根据烟气分布优化NH3注射的必要性。
单一AIG组实验结果
NH3注入较强气流通道的情况下，效率明显提升，NOx去除率上升，NH3泄漏减少；而在气流较弱区域注射的效果则较为有限。这表明了NH3与烟气的充分混合对于高效SCR反应的重要性。
全组AIG操作实验结果
在四种测试方案中，第四种方案取得最佳结果。其通过调整第六组AIG的NH3注入量，将NH3浓度的分布偏差（DC）降低至8.6%，实现了74.8%的NOx去除效率，同时NH3泄漏保持在10.1 ppm。这证明优化的NH3分布对于提升SCR性能的关键作用。
本文通过CFD分析与实验验证，提出了一种经济高效的方法来提升SCR系统在商业级联合循环发电厂中的性能。研究结果表明，通过优化NH3注射速率对应气流分布，可以显著提高NOx去除效率并减少NH3泄漏。这种优化技术不仅减少了试运行的时间和成本，同时为现有HRSG的改造提供了重要参考，可广泛应用于相关工业领域。
未来的研究可进一步结合更复杂的工况和不同类型SCR系统特性，验证CFD优化方法的普适性，并开发自动化的优化算法以进一步提高SCR操作效率。