目前,大部分余热回收系统只适用于高温热流体余热的回收,对于辐射类型余热的回收研究较少且不成熟。大部分余热回收系统结构复杂,以低沸点有机物为工质运行成本较高,若发生泄露对环境危害程度较大。压缩空气对环境无污染且比较容易制备,将压缩空气储能与余热回收系统相结合,能够简化系统结构,降低运行成本。因此,开展以压缩空气为工质的余热回收系统研究具有很大的现实意义。本文结合东营坤宝化工有限公司三氯化铝生产过程,设计相应的余热回收装置来回收熔融铝液表面辐射热量,并提出一种以压缩空气为工质的余热回收发电系统。该系统可回收生产过程中产生的废热、优化工作环境、提高能源利用率。根据模块化思想将余热回收发电系统拆分成三个子模块和多个基本单元,结合传热学和热力学第一定律建立各基本单元的热力学模型,将各基本单元的热力学模型进行重组连接,从而建立了系统效率模型及系统电耗和热耗模型。根据系统设计参数及要求,设计适用于该系统的余热回收装置,并使用Workbench和Fluent对余热回收的辐射传热过程和对流传热过程进行仿真分析。本文着重研究了辐射传热距离、系统流量、出口压力和壁面温度对余热回收装置工作特性的影响,为余热回收装置下一步的优化提供理论依据。基于余热回收装置热力学特性研究,对系统储能模块、释能模块进行能效分析。在系统输出稳定不变的情况下,利用MATLAB对系统储能密度进行分析,并对释能模块关键输入参数(膨胀机入口压力、入口温度、系统流量)之间的动态关系进行了仿真研究。基于此,对系统效率、系统电耗和系统热耗进行模拟研究,从而得出系统关键输入参数的最佳输入区间。搭建余热回收发电系统综合实验台进行实验研究,根据所制定的实验步骤及实验方法,研究系统关键参数变化对系统效率、系统电耗和系统热耗的影响。与仿真结果对照,实验结果与其变化趋势一致,证明了仿真研究的正确性。