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我国一次能源以煤炭为主,煤炭燃烧过程中产生氮氧化物、二氧化硫、颗粒物等多种大气污染物,对大气环境乃至人们的生产生活带来了严重影响。我国政府对环境保护非常重视,积极推动燃煤电厂超低排放改造工作,燃煤烟气污染物排放将达到国际最严标准。脱硝系统的高效稳定运行是实现燃煤电厂烟气NOx排放浓度达标的关键。由于脱硝系统具有非线性、滞后特性等特征,传统PID控制技术难以维持脱硝系统出口NOx浓度稳定,产生过大的出口NOx浓度波动,一方面导致频繁出现出口NOx浓度超标现象,另一方面为保证出口NOx浓度达标率,需要增大喷氨量,脱硝系统喷氨成本随之提高。如何解决脱硝系统非线性、滞后特性带来的控制难题,减小出口NOx浓度波动,降低脱硝系统喷氨成本,是燃煤电厂脱硝系统运行调控的重要研究方向。本文围绕脱硝系统优化运行难题开展了以下研究工作:第一、针对脱硝系统的滞后特性,研究建立了基于循环神经网络的脱硝系统入口NOx浓度测量修正方法。通过实际数据获取脱硝系统入口处烟气在线监测系统(Continues Emission Monitoring System,CEMS)NOx浓度测量滞后时间,对脱硝系统入口处NOx浓度进行测量修正建模,提前预测脱硝系统入口处NOx浓度测量值,减小CEMS测量滞后引入的误差。仿真结果表明,脱硝系统入口NOx浓度测量修正方法显著提高了NOx浓度测量精度,可降低32.6%的CEMS测量滞后误差。第二、针对脱硝系统的非线性特性,研究建立了适用于脱硝系统的多模型预测控制策略(Multiple Model Predictive Control,MMPC)。基于工况条件划分多个负荷子区间,利用多个预测控制器加权获取覆盖全负荷的非线性控制策略,提高在工况大范围变动情况下脱硝系统控制稳定性。同时与NOx浓度测量修正方法相结合,提出了基于入口NOx浓度测量修正的多模型预测控制策略(measurement correction-multiple model predictive control,MCMMPC),进一步提高脱硝系统控制稳定性。仿真结果表明,多模型的模型精度相比于单模型可提高23.5%,MMPC控制策略相比于PID控制策略可降低出口NOx浓度标准差达18.1%,SS-MMPC控制策略相比于PID控制策略可降低出口NOx浓度标准差达34.0%。第三、为实现脱硝系统的高效稳定运行,在某220t/h热电机组上开展了脱硝系统预测控制策略的工程应用研究。基于建立的煤质、脱硝系统设备、脱硝系统运行数据库等,获取适用于脱硝系统的动态矩阵预测控制策略(Dynamic Matrix control,DMC),并对实际运行过程中的各类工况进行控制性能分析。结果表明,DMC控制相比于PID控制,出口NOx浓度标准差降低了11.2%,氨氮比降低了2.7%,进一步对脱硝系统平稳工况及变工况进行比较分析可以得出,在平稳工况下,DMC控制与PID控制效果类似,在变工况下,DMC控制的响应速度优于PID控制。