锅炉冷端的能量高效利用和污染物高效脱除是提高燃煤发电系统节能减排性能的有效途径。本文以实现燃煤发电系统清洁高效协同为核心,首先,针对燃煤发电系统锅炉冷端的能量利用进行了热力学优化,实现了能量的高效利用;而后在此基础上,提出打破能量利用与污染物减排流程之间相对独立的格局,研究二者之间的促进机理与协同优化,实现清洁高效协同;之后进一步突破常规燃煤发电系统的格局,研究太阳能辅助燃煤发电中太阳能与SCR脱硝之间的耦合机理与协同优化;最后针对锅炉冷端节能与环保的关键设备进行了研究,实现了低温省煤器与净烟气加热器的协同布置。在锅炉冷端能量利用的热力学优化中,首先分析了低温省煤器系统、旁路烟道系统这两个现有锅炉冷端能量利用系统的性能与特点,从热力学第一定律和热力学第二定律的角度揭示了旁路烟道系统的节能机理,而后对旁路烟道能量利用模式进行了深入的研究,以烟气旁路份额为变量,得到了图像(?)分析结果随着烟气旁路份额的增加的变化规律,发现了热力学第一定律与第二定律所揭示的节能机理与优化方向是一致的,并基于图像(?)分析的变化规律,凝练出了燃煤发电系统锅炉冷端热力学优化的原则,提出将锅炉侧与汽轮机侧的传热传质壁垒打破,将烟气、空气、抽汽和凝结水视为统一的系统传热传质工质,形成机炉之间的深度耦合。结果表明,对于典型1000 MW机组,机炉深度耦合系统能够提升机组热效率0.51个百分点,增加供电功率10.96 MWe,降低供电煤耗3.16 g/kWh,将空气预热流程(?)降低9.5 MWth,同时能够带来1,357.3万元的年增加净收益,其节能效果与经济性能远优于现有的锅炉冷端能量利用系统。基于所提出的机炉深度耦合先进能量利用模式,在能级分析的基础上揭示了旁路烟气能量与SCR脱硝装置之间的能级匹配与耦合机理,并结合低低温电除尘与低水耗脱硫,凝练出了燃煤发电系统锅炉冷端能量利用与污染物减排协同优化的原则,提出利用旁路烟道中高温烟气能量来加热进入省煤器的锅炉给水,协同提升SCR脱硝效率与系统节能效果,并通过冷空气回收烟气余热,合理降低排烟温度,有效提升除尘效率、降低脱硫水耗,实现燃煤发电系统的清洁高效协同。结果表明,对于先进1000 MW机组,清洁高效协同系统能够在高、中、低负荷下分别降低供电标准煤耗3.30g/kWh、3.02g/kWh、2.73g/kWh,提升SCR脱硝温度15-18℃,提升脱硝效率0.9、2.6和4.5个百分点,降低脱硫水耗30.2 t/h、16.4 t/h和7.8 t/h,同时降低飞灰比电阻与除尘烟气流速,提升除尘性能,提升S03脱除效率27.1-29.8%,并减少CO2排放量超过5万吨,年增加净收益1,241.7 万元。基于燃煤发电系统的主流发展方向:太阳能辅助燃煤,在能级分析的基础上揭示了太阳能与SCR脱硝之间的能级匹配与耦合机理,凝练出了燃煤发电系统锅炉冷端太阳能热量利用与NOx减排协同优化的原则,创新性地提出太阳能辅助SCR脱硝的概念。结果表明,对于先进1000 MW机组,太阳能辅助SCR脱硝系统能够在高、中、低负荷下分别降低标准煤耗2.70 g/kWh、4.09 g/kWh和6.37 g/kWh,始终保持SCR脱硝在最优温区内,在中、低负荷下分别提升脱硝效率3.1和7.9个百分点,并通过灵活的能量分配模式大幅降低太阳能波动对系统整体性能的影响,系统太阳能发电成本较低。着眼于锅炉冷端节能环保关键设备,针对低温省煤器和净烟气加热器的协同布置进行了研究,提出利用氟塑料换热技术,深度回收烟气余热,协同布置低温省煤器和MGGH,实现锅炉冷端的余热利用与污染物稀释净化协同优化的效果,并基于通过换热曲线分析,针对锅炉尾部的受热面进行重新优化分配,使得锅炉尾部各受热面热源与冷源能级匹配更为合理。结果表明,对于典型1000 MW机组,低温省煤器和MGGH的协同布置与受热面优化分配能够降低标准煤耗1.05 g/kWh,提升净烟气排放温度至80 ℃,有效提升污染物稀释净化能力,年增加净收益93.6万元,大幅降低脱硫水耗,实现低低温电除尘。提出潜热显热联合回收,耦合煤干燥技术,抽取烟气潜热并将其转化到干燥乏汽中,扩大余热总回收量,在此基础上同时布置低温省煤器与乏汽GGH,实现锅炉冷端的余热利用与污染物稀释挣化协同优化的效果。结果表明,对于典型1000 MW机组,低温省煤器与乏汽GGH的协同布置能够降低标准煤耗3.83 g/kWh,提升净烟气排放温度至82.5 ℃,有效提升污染物稀释净化能力,回收煤中水分13.9 kg/s,年增加净收益2,499.8万元,有效解决传统GGH的积灰堵塞问题。