低温余热利用发电是一种将低品位热能转换成电能的技术,其基本原理是以有机物代替水作为朗肯循环工质的有机朗肯循环,它不仅是转化利用低品位余热资源的有效手段,同时可应用于太阳能、地热能等发电系统。随着能源消耗量不断增大,环境污染日益严重,关于有机朗肯循环的研究也越来越多。本文基于课题“余热能级及梯级利用的定量化原则及其在热力系统中的应用”,在理论计算的基础上,设计并搭建一套低温余热利用有机朗肯循环实验台,选择R245fa作为循环工质进行实验研究,成功达到膨胀机输出功率2kW的目标。文中从余热资源分类、有机物工质筛选和有机朗肯循环实验研究及优化三方面总结了关于有机朗肯循环的研究进展;并详细介绍了有机朗肯循环的基本原理,全面分析其热力学过程和影响因素,为工质筛选和系统设计奠定基础。选择不同有机物作为工质时,有机朗肯循环输出性能差异很大。本文基于热力学第一定律,以热效率为目标,为85~200℃低温余热资源匹配性能最优工质,并综合考虑环保、安全因素选择R245fa作为本文实验台循环工质。在实验室已完成的热力计算工作基础上,设计一套小型低温余热利用有机朗肯循环发电装置,完成设备选型采购、系统组装调试,并且将自主设计的折流杆换热器作为冷凝器应用到发电装置中。分别采用四级电机和八级电机,在冬季和夏季进行三次实验,探究有机朗肯循环发电装置的输出性能。实验结果表明:热源温度越高,该装置发电功率越大;环境温度较低时,系统输出性能越好;发电机同步转速也会影响有机朗肯循环发电系统的输出性能,选择合适电机作为发电机亦十分重要。对比三次实验结果,该低温余热利用有机朗肯循环装置,以四级电机作为发电机,在冬季运行且热源温度为92℃时的输出性能最优,膨胀机输出净功率、发电机输出功率和净发电功率分别为2.0kW、1.4kW和1.2kW,对应的热效率和发电效率分别为7.8%和4.5%。