氮氧化物的排放是伴随在水泥生产中不可避免的过程,目前我国面临严峻的大气污染问题,水泥行业氮氧化物的排放受到国家日趋严格的限制,水泥企业面临很大的环保压力。水泥行业脱硝普遍采用SNCR技术,该技术具有投资少和环境效益高的特点,但SNCR技术在实际的脱硝应用中仍存在诸多问题,如脱硝效率不高、氨水消耗量大、依赖合适的温度窗口以及受烧成系统影响较大等等。目前我国水泥脱硝控制水平较低,多数为人工控制或常规PID控制,无法有效解决上述问题,对氮氧化物浓度的控制很难达到稳定的效果,并且喷氨量调节不合理,容易造成氨水的浪费。为了降低氮氧化物浓度,保证环境质量达标,同时控制合理的喷氨量,降低企业运行成本,水泥脱硝采用先进控制技术成为必然趋势。随着控制技术的发展,先进控制技术如预测控制和专家规则越来越多的在工业现场得到实际应用。预测控制对模型的精度要求低,对模型失配有较强的适应能力,能有效克服滞后问题,消除稳态误差,在火电等行业的脱硝工程中得到了应用,因此预测控制是水泥脱硝控制技术的一个很好的选择。专家规则通过总结人工经验,在复杂情况下有较好的控制效果。本文通过对水泥脱硝工艺的分析,并结合现场低排放和减少氨水消耗的实际需求,分析了脱硝过程本身存在纯滞后以及过渡过程时间较长的典型特征以及烧成系统对脱硝过程的影响影响较大等典型问题,总结了现有脱硝控制技术存在的喷氨量调节不合理、无法有效克服滞后以及氮氧化物浓度不稳定等问题,提出了结合预测控制和专家规则的水泥脱硝控制系统方案,并根据方案进行了深入的研究,利用现场数据建立了喷氨量-氮氧化物浓度预测模型,根据动态矩阵控制理论(Dynamic Matrix Control,DMC)设计了基于脱硝过程模型的预测控制器,总结专家经验制定了专家规则,使脱硝控制不再盲目依赖NO_x浓度的反馈值,喷氨量的调节更有前瞻性。根据仿真和现场的调试确定了脱硝控制器各参数,并与常规PID方法进行了对比仿真,结果表明基于预测控制的水泥脱硝控制效果优于常规PID控制效果。本文根据SNCR工艺以及现场实际条件,设计了氨水制备与供给控制系统,进行了点号表的统计、控制器和模块配置、PLC梯形图编程以及上位机组态,实现了氨水的稳定供给。本文以提高氮氧化物浓度控制精度和提高喷氨量调节合理性为目标,以水泥脱硝过程控制系统方案为基础,依托水泥厂现有DCS系统,进行了喷氨量优化控制系统的结构设计、数据库的设计开发和优化控制软件的开发,实现了水泥脱硝过程控制系统的工程化,详细介绍了关键算法和各模块功能的实现过程。经过不断地修改完善以及现场调试,水泥脱硝过程控制系统成功运行,实现了稳定、低浓度的氮氧化物浓度控制和合理、精确的喷氨量调节,减轻了操作员的劳动强度,提高了NO_x浓度控制精度,降低了水泥生产过程的脱硝成本,提高了水泥企业的经济效益和社会效益。