烧结矿显热梯级提取是提高烧结余热发电循环效率的重要方法,由于该技术在热力学特性优化方面还存在不足,国内吨烧结矿发电指标比国际先进水平低20%~30%。为提高余热发电指标,以某钢厂烧结矿显热梯级提取过程为研究对象,基于实验和数值模拟结果分析,在物理边界和热力学边界统一条件下对热提取过程的热力学特性进行研究及优化。对烧结矿显热提取过程进行了实验台实验与数值模拟,得到了热边界温度限制条件(473.15K)下料厚、风量及风温对废气温度及传热特性的影响机制,结果表明,在热边界温度限制条件下,增加料厚、减小风量和提高风温都可以使平均废气温度有所提高。模拟结果用实验结果验证后误差均在10%范围内,所以该模拟方法适用于实际烧结矿显热梯级提取过程。然后对实际物理边界、热力学边界统一条件下的烧结矿显热梯级提取过程进行了数值模拟,并利用（火用）分析法研究了热提取过程中传热特性对热力学特性的影响机制,显热提取过程中废气流量和料厚存在最佳匹配方式使废气热量（火用）最大。基于传热特性对热力学特性的影响机制,建立了显热梯级提取过程热力学优化模型,并利用Visual Studio 2015编程软件,建立了烧结矿显热梯级提取实时优化仿真平台。利用仿真平台对热提取过程进行优化后的（火用）值比实际提高了8%。研究结果优化了烧结矿显热梯级提取热力学过程,以提取废气热量（火用）最大为目标的热力学实时优化模型为实际烧结矿显热提取过程的调节提供了最佳指导方案,为烧结余热发电系统的设计与运行优化提供了理论依据。