煤炭是我国能源生产消费的主力,燃煤发电发挥了不可替代的作用。2018年我国火力发电量约占发电总量的70%,其中煤电装机容量占火电装机总量的88.6%。然而煤炭燃烧产生的大量污染物如粉尘、氮氧化物、硫氧化物和重金属等随燃煤烟气排放,会破坏大气资源,危害生物健康。因此,我国政府不断提高对燃煤大气污染的排放要求,加大监管力度。目前燃煤电厂超低排放系统中的烟气净化设备之间大多独立运行,针对污染物协同脱除的研究也以针对单装置或单种污染物为主。由于传统控制水平有限,受到锅炉侧的负荷波动和煤质变化影响,各污染物脱除装备运行不稳定,易导致投入成本过高或污染物排放超标。为解决这些问题,需要对超低排放系统的运行全流程进行统筹优化,从而指导各装备的运行调控,在保证排放达标的同时最大限度地降低能源和物料的投入。本文以燃煤锅炉产生的主要污染物NO_x、SO₂、PM、SO₃和Hg,以及典型超低排放系统配套的选择性催化还原脱硝装备、静电除尘装备、烟气湿法脱硫装备和湿式电除尘装置为研究对象,围绕超低排放系统多种污染物全流程脱除的全局优化问题开展了以下研究工作:第一,分析了燃煤电厂超低排放系统中的脱硝装备、静电除尘装备、湿法脱硫装备和湿式电除尘装备对NO_x、SO₂、PM、SO₃和Hg这五种污染物的协同作用机理和影响因素;第二,结合超低排放系统优化问题的特点,在传统粒子群算法的基础上提出改进,在寻优过程中设置一定概率的粒子变异操作,加入了具有分层特性和自适应特性的动态罚函数,提高了寻优效率和稳定性。并在具有四电场电压操纵参数的静电除尘系统中进行验证,得到优化结果与人工调控结果相比出口浓度更为稳定且能耗更低;与改进前的优化算法相比,在同等寻优次数内改进算法得到所有解距离最优解的离散程度降低了28%。第三,构建了考虑锅炉负荷变化规律和NO_x、SO₂、PM、SO₃和Hg五种污染物协同脱除的超低排放全局优化模型;以排放浓度达标和降低系统能耗物耗为目标对超低排放系统中各减排装备的主要可变操纵参数进行优化,提出了五种污染物在流经系统各截面时的减排指标以及各装备对每种污染物的协同脱除效率分配;对比了优化前后各减排装备和总系统的能耗物耗水平,不同工况和入口条件下的优化程度在2.9%到6.8%之间。第四,基于某燃煤电厂的220t/h锅炉机组运行数据,开展全局优化模型的模拟验证研究,对不同运行负荷率和不同污染物入口浓度条件下的减排优化效果和能耗物耗成本优化效果进行分析。根据模拟结果,优化后该机组在典型工况下的超低系统能耗物耗总成本能够降低约6.29%。