烧结烟气作为钢铁行业污染物的主要排放源，对其进行有效治理是实现超低排放的关键。为改善某钢厂烧结烟气脱硫-除尘-脱硝系统的流场分布，提高系统的运行效率，利用计算流体力学商业软件ANSYS-Fluent对该系统流场进行数值模拟，分析一体化模拟的可行性与计算成本，通过速度、浓度、温度分布及其偏差系数对流场均匀性进行定性与定量评估。在此基础上，设计四因素三水平多指标正交试验，分析不同结构参数的脱硫塔渐扩管、除尘段入口区域、导流片和静态混合器等对系统流场均匀性的影响，并得到结构优化的最佳组合方案。结果表明：一体化模拟相比与单体模拟更贴近工程实际，能更准确地分析除尘段与脱硝段的流场。一体化模拟网格数约为1600万，并行计算时间约为60h，计算成本在可接受范围之内。改进方案中通过减小脱硫塔渐扩管角度、将除尘段进口直管改为渐扩管以及增设弧度为75°的导流片和格栅间距为400mm的静态混合器，系统的流场均匀性显著提高。脱硫段主床高度1/2处无量纲流速在0.5~1.5范围内的区域明显增多。除尘段中心剖面的速度分布偏差系数分别降低了7.6%与9.6%。脱硝段第一层催化剂上侧1000mm处浓度与温度分布偏差系数均降至10%以下。研究结果为烧结烟气脱硫-除尘-脱硝系统的结构优化提供新的方法与思路，为工程提供重要的技术指导。