矿井排风蕴含大量低温热能和粉尘。针对上喷式扩散塔喷淋装置内排风与上升和下落水滴群传热传质问题及水滴群洗涤含尘排风问题，构建并验证了装置热回收及除尘理论模型。在MATLAB平台上利用四阶-五阶Runge-Kutta算法对模型进行求解，获得装置内空气温度、湿度、水滴温度、水滴速度、雷诺数、传热系数、传质系数、粉尘浓度沿扩散塔塔高分布及不同直径尘粒绕单个液滴运动轨迹。研究结果表明，上升水滴传热系数和传质系数在水滴上升过程中先减小后增大，下落水滴的传热系数和传质系数在水滴下落过程中逐渐增大并趋于稳定；上升水滴的温度变化、传热系数及传质系数小于下落水滴，表明上升水滴群对热回收的贡献小于下落水滴群。喷嘴上部区域传热效果优于喷嘴下部区域，为提高装置热回收性能，应延长喷嘴上部换热区域；当气液间相对速度增大时，单个水滴的尘粒捕集效率增大；受气液间相对速度的影响，下落水滴群对除尘的贡献大于上升水滴群；尘粒直径越小，粉尘浓度在最大液滴上升高度附近的变化速率就越快；除尘效率随着尘粒直径的增大而增大，在风速4 m/s，水滴直径1.7 mm，水滴速度6.5 m/s，水汽比0.56的情况下，装置对2.5微米、5微米和10微米直径尘粒的除尘效率分别为29.2%、73.4%和87.6%。上喷式扩散塔喷淋装置热回收与除尘理论模型的构建和求解为装置性能评估、特性分析、参数设计及运行管理奠定了理论基础。