目前中低温余热资源利用率极低,回收和利用工业生产过程中产生的中低温余热,可以进一步提高能源利用率,降低能源消耗速度,是解决能源问题和环境问题的有效途径。超临界CO2布雷顿循环具有性能好、构型简单、经济性好、匹配热源类型较广等优点,成为目前最具应用潜力的高效能源转换形式之一。而在超临界CO2中混入适当的第二组分工质,能够改变工质的临界参数,进一步提高系统循环性能。因此本文对超临界CO2二元混合工质中低温余热布雷顿循环发电系统的热力学性能开展了系统研究。获得混合工质种类及比例和循环参数对循环效率及循环（火用）效率的影响规律,并建立了以循环效率和循环（火用）效率为目标的优化模型,最后对再压缩布雷顿循环系统进行了结构优化,得到两种改进再压缩布雷顿循环。首先,建立了超临界CO2混合工质再压缩布雷顿循环模型,并验证了模型的正确性。基于环保性、稳定性、安全性和合适临界参数等原则,筛选出新戊烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、乙烷五种烷烃类工质与CO2进行混合,作为超临界CO2混合工质再压缩布雷顿循环的循环工质。其次,对中低温超临界CO2混合工质再压缩布雷顿循环进行了热力学分析,与典型中低温有机朗肯循环热力学性能较高的工质进行对比,超临界CO2混合工质再压缩布雷顿循环在效率上更具优越性。分析了混合工质种类及比例、透平入口温度（tT）、透平入口压力（tP）、分流比（x）、主压缩机入口温度（cT）对循环效率及循环（火用）效率的影响规律。结果表明:循环效率及循环（火用）效率随着tT、tP、x的增加而提高,随着cT的增加而下降。其中加入新戊烷等四种工质与CO2进行混合,其循环效率及循环（火用）效率均高于CO2。其中新戊烷与CO2混合工质,热力学性能最佳,单一工质CO2循环效率和循环（火用）效率分别低于混合工质1.66%、1.46%。各部件（火用）损随着tT的增加而增加;透平机、预冷器、主、再压缩机部件（火用）损随着tP增加而增加;透平、再压缩机、高温回热器、发电机部件（火用）损随着x的增加而增加;透平、预冷器、主、再压缩机部件（火用）损随着cT增加而增加。最后基于遗传算法,建立了以循环效率和循环（火用）效率为目标的优化模型,得到最佳运行工况,分析混合比例对循环效率、循环（火用）效率、最佳分流比、透平入口压力的影响规律。结果显示:最佳循环效率、循环（火用）效率、最佳透平入口压力随着加入工质混合比例的增加也随之提高。最佳分流比随混合比例增加而下降。在再压缩布雷顿循环基础上,进行结构优化,提出两种优化构型,来提高循环热力学性能。在最佳运行工况下,预压缩布雷顿循环、回热再压缩布雷顿循环效率和（火用）效率均高于再压缩布雷顿循环。