节能减排被定为钢铁工业重点研究项目，余热的高效回收利用是未来钢铁工业节能减排的突破口。烧结工序中烧结机尾风箱烟气和烧结矿显热的高效回收与利用又是余热回收再利用中急需攻克的难题。本文以钢铁工业中的烧结工序为研究对象，基于能量梯级利用原则和烧结矿气固换热机理，进行了烧结矿显热回收实验与数值模拟验证研究、烧结余热电站工程设计研究和系统优化运行调度研究。三部分内容既相互独立又相互支撑、相互印证。主要科学问题涉及：1.基于能量梯级利用原则和烧结矿气固换热机理，进行烧结矿显热回收实验，研究不同料层厚度、不同冷却风量和不同进口风温下冷却机的换热特性，揭示烧结矿操作工艺和设备参数等可控因素对冷却机废气冷却速率和热源参数的影响，并根据实际工况进行数值模拟，验证实验结果的准确度，为烧结矿显热回收研究提供理论基础和实验依据。2.以烘熔钢公司的铁烧结余热发电项目为实例，对烧结余热发电系统进行了设备选型和燃烧系统设计，然后根据热平衡计算，得出了该余热电站的主要经济技术指标。3.通过建立烧结余热电站的余热回收系统模型和余热利用系统模型，以余热电站最大发电净功率为目标函数值，料层厚度、冷却通风量和余热锅炉主蒸汽压力作为可控运行参数，最后利用遗传算法对其三个运行参数进行组合优化，以达到对烧结余热电站运行的优化调度。论文从热能传递和转换的角度开展了烧结余热发电的基础研究，并在烧结矿显热回收的实验研究和数值模拟研究基础上，对一实际烧结余热发电工程进行了工程设计和系统优化研究。研究的成果为中低品位工业余热回收的研究提供了理论参考，也为钢铁工业节能减排提供了技术保障。