煤炭是我们最主要的一次能源,这一能源禀赋决定了燃煤机组在我国能源供给和能源安全中的重要地位。清洁高效低碳安全是传统火电发展的必由之路。如何进一步深度挖掘燃煤机组的节水节能潜力是当前火电机组的重要转型任务,也是火电机组实现“碳达峰碳中和”愿景的重要举措之一。传统单一考虑节能、污染物排放或节水的治理策略在新需求下亟待变革。燃煤电厂生产发电过程“水-能-环境”密切关联,相互耦合。像电厂这样耗能、耗水及污染排放大户,在设计、建造和运维等全生命周期内,需要综合考虑能耗、水耗和污染物排放的相互影响和相互协同,能源、环境和水资源已形成密切联系、不可分割的共同体。然而,现在还没有完整的模型,可以定量模拟厂级的能量流、污染物物质流还有整个水平衡系统。本文首先将火电厂整厂用水系统及污染物物质流集成到燃煤机组热力仿真模型中,搭建火电机组热力系统与水系统全过程耦合模拟平台,实现对火电机组热力系统-水系统综合模拟,更真实地对火电机组进行模拟仿真。基于综合仿真模型及实际电厂运行数据,基于主观赋值法和客观赋值法,建立了一套组合权重-灰色关联法的综合评价方法,可以准确且全方位地对燃煤机组的综合水平进行评价。基于“水-能-环境”耦合因素,对现有燃煤机组进行深度节水节能新工艺的开发,并从热力学角度进行综合评价。其次,基于建立的厂级尺度燃煤机组模型,从能-水-物料平衡阐述烟气加热、烟气冷凝、烟气冷凝再热等多种排烟温度调控技术方案进行评价,定量阐述冷凝法在烟气余热利用、污染物控制及水分回收的协同效果。针对冷凝水分回收的冷源问题,定量对比包括吸收式热泵技术在内的多种冷源方案的能耗及水分回收效果,相关研究可为燃煤机组深度节水节能提供指导。第三,通过构建整个燃煤机组厂级尺度热力系统虚拟仿真模型,从能量流、物料流、水平衡及其之间的相互影响机制的角度对比分析了目前三种主流不同脱硫工艺路线的优劣。在此基础上,提出了新的脱硫工艺并验证其有效性。相关研究可以为燃煤机组脱硫废水零排放及深度节水新的解决思路,同时提供定量分析及优化方法。最后,针对燃煤机组中的循环水余热,提出了一套多热源耦合方案。多热源方案利用吸收式热泵回收低温烟气与循环水余热,同时对空气预热以及加热低压凝结水,设置旁路烟道加热高压凝结水。该方案可利用吸收式热泵回收燃煤机组中的最低品位热量,增加空气预热量。经过计算发现,在多热源耦合方案中,10%的旁路烟道分离比例最为节能,机组功率可达1025.51 MW,省煤率为4.08 g/（kW·h）。本文研究可为“双碳”新形势下传统火电深度节水节能改造提供新的技术改造思路。