2012年我国全年能源消费总量已经高达36亿吨标准煤，仅次于美国居世界第二位。在我国一次能源消费结构中，煤炭的比重近70%，其中一半被用于燃煤发电。截至2012年底，我国燃煤机组发电占总发电量比例超过78%，燃煤机组装机规模和发电量都居世界前列。

燃煤发电不仅是我国一次能源最主要的消耗渠道，还是SO2、NOx和烟尘等大气污染物排放的主要来源。近年来，火力发电行业开展“上大压小”结构调整，燃煤发电的煤耗水平逐年下降，但与国际先进水平相比仍存在较大差距。有鉴于此，科技部于2009年立项启动了“大型燃煤发电机组过程节能的基础研究”“973”计划项目，力求为我国燃煤火力发电行业的深层次节能奠定科学基础、解决关键技术问题。项目实施以来，在大型燃煤机组节能基础理论、状态表征手段、过程传递规律和节能技术方法等方面都取得了重要进展。

能源动力系统节能理论与方法

针对我国大型燃煤发电机组运行中面临的煤质多变、负荷多变和复杂环境条件等问题，同时，围绕大型燃煤发电机组的共性特征：燃料化学能释放、热质输运和热功转换过程与设备单元之间具有复杂的耦合关系，揭示出机组在不同负荷以及变工况运行的全工况能耗分布。特别从设备、过程和系统耦合的角度，揭示出设备与过程性能的相互影响以及机组实际节能潜力在时间和空间上的分布规律，为实现燃煤机组整体性能最优奠定了基础。进而，提出了负荷、煤质和环境多变条件下机组能耗基准状态的表征方法，获得运行可达与维护可达的目标值。综合考虑内外因素相互耦合下大型燃煤发电机组变工况能耗特性，形成了适用于复杂运行条件，大型燃煤机组节能诊断的完善方法和理论。

机组关键参数和运行状态的精确表征

大型电站锅炉燃烧状态的精确测量一直是发电行业的技术瓶颈问题。引入先进的光学和电磁方法，研究开发煤粉、火焰、烟气和飞灰的准确测量方法，实现了大型燃煤锅炉燃前、燃中和燃后状态的全工况非接触、在线、场参数测量。在锅炉水动力特性方面，建立了精度达到国际先进水平的跨临界水工质物性测试系统；提出水工质在近临界和超临界区状态方程，弥补了国际上高温高压和近临界区数据缺乏的不足，为大型燃煤机组变工况运行性能的精确在线诊断奠定了重要基础。

目前我国北方燃煤发电普遍采用节水效益显著但能耗较高的空冷技术。项目将基础元件实验研究、多尺度数值模拟和实际机组现场性能试验相结合，建立了完善的超大规模空冷系统性能分析表征手段，揭示出环境气象条件和机组空冷系统性能的关联机制。

基于上述工作，建立了以单元设备特性为基础，单元设备和工质、锅炉和汽轮机子系统，直到机组热力系统相互耦合的大型燃煤发电机组变工况特性分析诊断平台，从而准确获取机组关键运行参数与描述机组运行状态。

机组能量输运特性及其与外部因素

的耦合机制

本项目揭示出超临界锅炉水冷壁传热恶化的发生机理；从锅炉燃烧过程和水动力耦合的角度，系统研究了锅炉水动力对燃烧过程的动态响应特性。在上述工作的基础上，综合考虑炉内燃烧状态，开发出超临界锅炉水冷壁壁温计算模型，为大型燃煤机组深度调峰时，超（超）临界锅炉安全高效运行提供了保障。

大型空冷系统的性能与能耗分布受到机组热力系统与环境条件的耦合影响；且其热质输运规律具有典型的多尺度特征。本项目在翅片管束、凝汽器单元和空冷岛等不同的尺度上，系统揭示出空气流场和传热性能的不均匀性规律；发现风机群输运能力的非线性放大规律，进而系统揭示出空冷系统能耗的分布规律。

在单元设备、过程与机组系统的性能耦合规律的基础上以及机组的稳态和瞬态变工况特性，发现降负荷和升负荷瞬态煤耗及平均煤耗率的变化规律；获得了大型燃煤发电机组在复杂外部因素耦合下的变工况能耗特性，揭示出机组内部和外部因素的非线性耦合机制。

上述工作全面揭示出大型燃煤发电机组的能耗产生机理，为实现大型燃煤机组的过程节能及能耗控制策略奠定了基础。

大型燃煤机组能耗控制策略和设计运行优化方法

基于全工况能耗最低，本项目提出机、炉热力系统耦合集成能量梯级利用、传递和流程优化新思想，打破机炉之间的界限，实现“大温区、跨工质”的能量利用过程，以及汽轮机与锅炉热质输运过程的耦合热集成；采用自升压蒸汽动力循环，进行汽轮机回热系统流程优化；通过空气流场的优化组织与强化传热，可使空冷机组供电煤耗显著下降。目前，我国大型燃煤发电机组的装机容量已经超过7.5亿千瓦，项目成果在燃煤发电行业可产生年节约3750万吨标准煤的潜力。

尽管目前我国能源消费总量已经居世界第二位，但人均能源消费量仅达到了世界平均水平，能源工业还将继续保持较快增长趋势。未来燃煤火力发电仍将长期作为电力能源生产的主要途径，深入开展燃煤火力发电节能的应用基础研究，对我国节能减排发展战略具有重要的意义。