火力发电目前是中国的主要发电方式,国家环保部门制定了严格的火电厂污染物排放标准。选择性催化还原(SCR)系统是全世界燃煤火电厂都普遍采用的一种去除烟气中氮氧化物(NOx)的有效方式,采用的还原剂为氨气(NH3)。本文首先将SCR系统催化剂分为外表面和内表面2部分,外表面主要起快速响应的作用,内表面主要起NH3的储存释放即缓冲的作用。并且考虑了硫氧化物(SOx)和氧气(O2)对脱硝反应的影响,提出了一种改进的SCR系统动力学方程组,建立了有限差分方程组,构成新的SCR系统机理模型,可以同时仿真模拟氨逃逸(出口 NH3浓度)和出口 NO浓度2个出口指标。采用模拟退火算法(Simulated Annealing Algorithm,SAA),根据入口摩尔比NH3/NO是否大于1,分2步辨识机理模型参数。用实际运行数据证明该机理模型精度较高,适用于大范围静态和动态工况,有较好的稳态和瞬态特性。SCR系统是一个非线性、大延迟、有约束和多目标的复杂工业系统,考虑传统的出口NOx定值串级控制策略控制品质与鲁棒性难以满足要求的问题,本文针对该仿真机理模型设计了一种多目标和多模型的预测控制(Model Predictive Control,MPC)算法来控制喷氨阀门开度,采用串级双回路,内回路为比例积分(PI)控制器快速抑制二次干扰(内扰),外回路为预测控制器。预测模型采用根据阶跃响应辨识的线性传递函数。为了模拟SCR系统大范围工况的动态和静态特性,在多个平衡点进行线性化,对线性化后的多个模型自动切换的方式进行了分析,并对切换过程产生震荡的原因和消除方法进行了简要分析。为了简化预测控制在线计算过程,对实际约束条件下的控制量采用降维的方法进行迭代计算。控制方案兼顾氨逃逸和出口 NO浓度2个指标,并且在氨逃逸量过大时可以自动提高氨逃逸权重因子。仿真结果表明,多模预测控制调节速率快、动态误差小、鲁棒性强,有效地提高了控制品质。