我国是冶金工业大国,钢铁产业链条上焦化和炼钢等工业生产过程的节能潜力巨大,对此类烟气余热进行回收利用,是实现冶金工业工艺过程节能的重要途径。对焦化和炼钢过程产生的烟气余热进行回收利用受生产工艺制约,探究工艺限制下包括焦化和炼钢在内的工业烟气余热回收利用的原则、方法、流程和条件,具有重要的意义。本文分别对相应的生产工艺限制下冶金焦炉红焦、荒煤气和炼钢电炉烟气的余热回收方法及流程进行了研究,主要研究工作和结果如下:1.基于冶金焦炉和电炉炼钢的生产工艺,对焦炉红焦、焦炉荒煤气和炼钢电炉烟气余热的特点、生产工艺及流程对相应的余热回收的约束条件进行了研究梳理;结合传统的热能利用动力循环的适用条件,研究了如何在工艺约束下设计构建相应的余热回收循环。例如,荒煤气的温度、流量不稳定且含有煤焦油,温度低于450℃将产生凝结,导致上升管内壁结焦积碳。针对此特点,提出了采用高于450℃的饱和水蒸气朗肯循环作为一级循环,同时要求对多个上升管进行并联流量调节,以获得流量稳定、参数一致的饱和水蒸气的工程方案设计要点。2.对焦炉红焦余热回收的流程进行了设计研究:1)针对红焦干熄工艺高温废气余热特点,提出了再热再膨胀式二氧化碳-跨临界有机朗肯复合循环;2)研究了循环参数分别对净输出功率和余热回收效率的影响规律,获得了确定复合循环最优工况参数的方法;3)基于此复合循环,设计了焦炉红焦余热回收流程,计算出了最优工况参数下复合循环的净输出功率和余热回收效率,发现相比传统水朗肯循环可分别高出17.85%,34.51%。3.对焦炉荒煤气余热回收的流程进行了设计研究:1)针对工艺限制下,焦炉荒煤气余热利用温度受限、饱和蒸气循环做功能力差的问题,提出了饱和蒸气-有机朗肯复合循环;2)研究了循环参数对发电效率的影响规律,获得了确定复合循环最优工况参数的方法;3)基于此复合循环,设计了焦炉荒煤气余热回收的流程,对焦炉上升管壁温工艺约束指标,对该余热换热工艺进行了研究,给出了水流量对上升管壁温和荒煤气出口温度影响的规律,为规避上升管处结焦、积炭现象的发生提供了量化指标;4)基于此流程,以发电效率为优化目标对工艺参数进行了优化,结果表明采用新流程后发电效率较传统饱和蒸气循环高出34.72%。4.对炼钢电炉烟气余热回收的流程进行了设计研究:1)针对炼钢电炉烟气余热特点,提出了氮气布雷顿-跨临界有机朗肯复合循环;2)研究了循环参数对净输出功率的影响规律,发现一级循环膨胀初压的升高和膨胀终压的降低,在增加净输出功率的同时,也导致了排烟温度的升高,获得了确定复合循环最优工况参数的方法;3)基于此复合循环,设计了炼钢电炉烟气余热回收的流程,最大净输出功率和余热回收效率可比传统流程分别高出22.52%,22.31%。