本发明公开了一种脱硝控制优化系统及方法，包括控制系统、伴热管线、取样探头、分析仪、第一取样管、烟道直管、第二取样管、取样口、样气子管、截止阀、温度测量仪和样气母管，所述第一取样管上固定连接有样气母管，且样气母管上均匀的固定连接有样气子管，且样气子管的一端设置有截止阀和温度测量仪，该发明，通过在烟道内部均匀的开设若干取样口，有利于提高在线监测数值的可靠稳定性，同时，利用设置的烟气自动监控模块和氮氧化物生成机理分析模块分别进行计算，随后得到所需的喷氨量，避免了分析仪在分析延迟的过程中由于喷氨的不及时导致烟气的流出，从而克服脱硝系统大迟延并减少负荷变化时对出口NOx浓度的影响。