能源紧缺与环境污染是当今社会面临的两大难题。作为耗能大户的煤炭行业,节能减排刻不容缓。矿井回风是煤炭企业生产过程中产生的具有较高利用价值的低温废热资源。本文以矿井回风余热回收用热泵系统为研究对象,结合空气与水直接接触式热质交换的理论知识,在现有文献资料的基础上,参考和借鉴了大量矿井回风余热回收热泵系统应用实例后,对采用矿井回风换热器来实现矿井回风余热回收与热泵技术结合的系统进行研究,分析了矿井回风余热回收利用热泵系统的组成与不同季节的运行工况。针对矿井回风能量采集系统,对实际工程设计应用中的矿井回风余热量的计算及实际工程矿井回风换热器设计采用的热工计算进行了介绍,并从理论上分析了影响矿井回风余热回收热质交换过程各方面的主要因素。为分析影响矿井回风余热回收热质交换性能的各因素的显著性,选取了影响矿井回风余热回收热质交换性能的10种影响因素。为考察各主要影响因素对全热交换效率、通用热交换效率等指标的影响,设计了基于正交试验方法的实验方案,并设计了模拟矿井回风余热回收热泵系统的实验模型。实验模型可以实现在全年模拟矿井回风换热的热湿处理过程,还可以实现在不同影响因素的不同水平下的矿井回风余热回收热质交换性能参数如换热效率、阻力特性、除尘效率、失水率、降噪能力等的实验测试,为矿井回风余热回收热质交换的发展提供基础的理论和实验依据。最后以矿井回风废热回收利用实际工程应用为例,介绍了该实际工程的实际矿井回风气流的物性参数、实际工程的负荷及负荷特性、实际采用的回风换热器结构与扩散塔型式下的运行效果,并对其运用矿井回风余热回收利用热泵工程进行了节能环保效益分析,说明实际工程的应用在保证运行效果的同时,有很好的经济环保效益和推广应用前景。