工业生产中产生着大量的中高温烟气余热，对这部分余热资源作动力回收，有助于减小化石能源消耗，从而缓解能源短缺压力，减少化石燃料燃烧的环境污染和温室气体CO2排放。本文着眼于初温为200-700 ℃的烟气余热的动力回收，针对现有动力循环-工质组合存在的循环吸热过程与中高温烟气余热源放热过程温度匹配性不足和工质热稳定性与中高温工况匹配性不足，从而影响给定余热源净输出功率的问题，以单位质量流量烟气的系统净输出功率最大为目标，开展了现有动力循环的工质优选、循环参数优化研究，和循环改进设计研究，旨在得到循环性能相关规律和不同烟气初温条件下的最优“循环-工质-循环参数”组合；开展了有机工质热稳定性实验研究，获得了有机工质热稳定性相关数据。
　　对有机工质朗肯循环(Organic Rankine Cycle, ORC)、有机工质跨临界循环(Organic Trans-critical Cycle, OTC)、以水为工质的朗肯循环、CO2跨临界循环(CO2-TC)等现有循环的优化对比研究表明：在200-400 ℃的烟气初温范围，有机工质循环的净输出功率明显高于水朗肯循环；在 500 ℃ 以上的烟气初温范围，有机工质循环的最高温度取值受到有机工质热稳定性不足的限制，循环的热力学完善度、系统性能因而受到制约，烟气初温为700 ℃时，水朗肯循环输出最大的净功率。得到了系统性能随循环、工质、循环参数的变化规律：相同热源条件下， TC的循环热力学完善度和净输出功率高于RC；引入回热过程的循环系统，净输出功率高于基本循环系统；ORC、OTC最优工质随热源初温而变化，基本规律为最优工质的临界温度随热源初温的提高而提高；最优循环参数组的数值随热源条件、循环形式、工质不同而不同。
　　针对中高温烟气余热源的特点（初温高、放热过程温降大），着眼于通过改进循环的热力学完善度提高系统净功率，提出了几种循环改进设计，包括对CO2-TC引入过膨胀措施，回热过膨胀措施，和5种分别以空气Brayton循环和CO2-TC 为高温子循环、以 OTC 为低温子循环的复合循环设计。研究表明，过膨胀CO2-TC在不提高膨胀初压、主压缩过程压比的前提下，加大了膨胀过程的压比，可有效提高膨胀过程功输出、降低乏汽温度；回热过膨胀CO2-TC是500-600 ℃热源初温条件下净输出功率最高的独立循环；复合循环的高温子循环以热稳定性优良的空气、CO2为工质，循环吸热过程与热源放热过程温度匹配良好，作为低温循环的OTC吸热过程与上级子循环/烟气热源放热过程温度匹配良好，拥有更好的循环热力学完善度，因而系统净输出功率一般高于单级独立循环，其中再压缩CO2-TC+OTC并联复合循环给出最高的净功率。
　　建立了有机工质热稳定性实验系统，以静态容器测试法对正丁烷、R134a、R245fa开展了热稳定性实验研究。结果表明：正丁烷在325-343 ℃温度范围开始明显分解；在442℃以下的温度范围，未观察到R134a的明显分解迹象；在385 ℃以下温度范围，未观察到R245fa的明显分解迹象。