为应对传统化石能源的短缺以及环境污染的加剧,我国提出要在2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和的发展目标,这无疑对我国各行各业的绿色发展都提出了更高的要求。钢铁行业中,我国烧结厂面临优质矿石资源短缺以及能耗大的问题和挑战。为了响应烧结原材料的变化,烧结厂必须持续对生产过程进行优化调控以满足钢铁行业节能减排的发展要求。研究不同的制粒方法以及不同的粘附层结构对生料床特性以及烧结特性的影响将对烧结厂生产具有指导意义。能源电力行业中,我国光热发电产业正处于快速发展期。光热发电能够与高温储热系统相结合,在众多可再生能源中具有独特的发展优势。由于具有更低的建造和运行成本,更宽泛的运行温度区间,空气-颗粒堆积床显热储能技术已经受到越来越多学者的青睐。选择成本低而又能满足储能要求的固体材料是堆积颗粒储能研究的关键所在。基于上述背景,本文研究内容聚焦于颗粒堆积床方向,开展了铁矿石生料床的透气性和烧结特性的研究以及颗粒堆积床显热储能特性的研究。首先,在高比例磁精矿替代水平下,通过制粒实验和床层堆积试验研究了高水分制粒后干燥对准颗粒特性和堆积床层特性的影响。研究表明,高水分制粒后干燥可以将准颗粒中的微细颗粒浓缩,增大液桥力,从而提高颗粒强度和床层刚度,并最终改善堆积床的透气性。当制粒水分过高时,颗粒内部将形成过厚但是强度较弱的粘附层。干燥对粘附层强度的提高作用被减弱,这可能导致颗粒因失去水分而弱化与核心颗粒的粘附作用,使得准颗粒在后续的碰撞中发生破裂而导致颗粒降级。这时堆积床最终的透气性取决于床层刚度的增加和平均粒径减小的综合作用。熟石灰作为粘结剂,可以促进颗粒之间更大的内聚力,明显抑制颗粒降级,提高制粒效率,从而进一步提高床层透气性。第二,使用磁精矿和熟石灰作为粘结剂,通过预制粒的方法将燃料颗粒包覆在不同的粘附层中。通过中试规模的烧结杯试验研究了制粒准燃料颗粒的粘附层结构对铁矿石烧结的影响。研究表明,木炭替代焦粉时,烧结过程中火焰锋面速度大幅增加,床层温度明显下降,最终导致烧结矿质量和产量急剧下降。不论使用何种燃料,预制粒可以将燃料颗粒包覆在准颗粒内部,从而抑制氧气向颗粒内部的扩散,减缓燃料颗粒的反应速度。这使得烧结过程中火焰锋面速度降低,峰值床层温度提高,从而改善烧结质量。由于磁精矿的氧化放热作用,使用磁精矿作为粘附层材料时床层温度增加最多,对烧结质量的提升效果最好。矿物学和微观结构分析表明,预制粒燃料和磁精矿能够降低烧结矿孔隙率,促进铁酸钙的形成,从而提高烧结矿质量。第三,考虑到烧结矿具有成本较低、耐高温、强度高、环保无毒等优点,且烧结矿本身具有烧结冷却床余热利用的背景,本文创新性地提出使用烧结矿颗粒作为堆积床显热储能材料。自主设计搭建了中试规模储能试验台,并试验研究了烧结矿颗粒堆积床的气流阻力特性以及储能特性。研究表明,烧结矿在200-380℃范围内的比热为0.86-0.98 J/（g·℃）,随温度升高而增加。首次提出将烧结领域广泛采用的透气性指数JPU引入储能领域来研究颗粒堆积床的气流阻力特性,并验证了其可行性。参数化储能试验研究表明,由于床层空隙率更小,颗粒比表面积更大,小颗粒烧结床具有更好的热分层特性和更高的储能循环效率。更高的蓄热温度会导致更尖锐的温跃层,但对循环效率没有显著影响。更大的进气流量加快了储能循环,有利于提高循环效率。第四,将上述烧结矿颗粒与另外两种常见的储能材料（氧化铝球、岩石）进行对比,系统评估了三种材料作为堆积床储能材料的适用性。烧结矿在200℃时的体积热容为3253.7 k J/（m~3·K）,介于氧化铝和岩石之间。烧结矿和氧化铝在100-1000℃范围内热稳定性良好,而岩石在600℃以上时热稳定性较差。综合考虑三种材料的储热特性和成本,岩石是550℃以下储热应用的优选材料,而烧结矿则是600℃以上超高温储能的良好替代材料。储能试验表明,与物料堆积密度和比热相关的床层热容和空隙率是影响床层热行为的关键因素,而储能材料的热导率影响不大。颗粒堆积床的温跃层特性受物料热物理性质和床层结构的影响。较大的床层热容和较小的床层空隙率有利于尖锐温跃层的形成和维持。最后,本文提出将燃煤电厂的液态排渣炉炉渣直接作为堆积床显热储能材料,并具体评估了三种煤渣（阜康煤大渣、阜康煤粒化渣、红沙泉煤粒化渣）的储能适用性。在380℃时,三种材料的单位体积储能密度分别为1037 MJ/m~3、986MJ/m~3和920 MJ/m~3,储能密度良好。阜康煤大渣结晶程度高,具有优越的热稳定性和热耐受性,可直接用于1000℃的超高温储能,其宽广的工作温度范围使得新一代1000℃超高温储能系统更具竞争力和吸引力。而两种粒化渣则结晶程度较低,在用作储能材料之前需要进行高温处理以提高其热稳定性和热耐受性。