我国的工业余热资源丰富,为贯彻执行节能减排的基本国策,工业余热的回收利用具有广阔的发展前景。作为低品位能量回收技术,有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,简称ORC)发电系统具有利用可利用余热温度跨度广、系统蒸发压力低、设备简单及环境友好等优点,是一种高效的低温余热回收技术。本文在广泛阅读相关文献的基础上,针对100°C工业烟气余热的ORC低温余热发电装置建立了系统的多目标优化模型,使用模拟退火算法对循环参数进行寻优,为系统筛选最优工质。建立了ORC低温余热发电装置的动态模型并进行仿真,对系统动态响应结果进行对比分析。本文主要工作与相关结论如下:(1)ORC发电装置热力循环参数寻优及工质选择。在给定的余热和冷源条件下,以系统净发电效率、单位功率净现值和每小时热排放量为评价指标,建立系统的多目标优化模型。以蒸发温度、冷凝温度、蒸发器出口工质过热度、冷凝器出口工质过冷度为决策变量,结合模拟退火算法对循环参数进行优化计算。优化结果表明:针对同一种有机工质,无法同时达到热力学、热经济学与环境性能均最优。综合考虑系统优化结果与工质物性,选取R134a为本机组循环工质。在选定最优工质后,分析了换热器夹点温差对系统评价指标的影响。(2)建立ORC发电装置动态数学模型。在对设备结构进行合理简化与选型后,采用分布参数法对蒸发器、冷凝器进行动态建模。将换热器沿流体流动方向等分为N个换热微元,每个换热微元内采用集总参数法,并对每个换热微元内的质量守恒方程与能量守恒方程的微分项进行向后差分,求解换热微元的热力参数;采用多项式拟合的方法建立工质泵的稳态模型;采用透平单级变工况公式建立透平稳态模型;将各个部件的模型输入、输出边界按照工质流动方向依次连接,明确循环外界输入,确定动态模型的求解流程。(3)系统动态特性的仿真研究。使用Matlab对热力系统进行变工况仿真,在控制变量的条件下,对比分析冷、热源输入产生阶跃变化时,换热器内流体进出口温差、热负荷、冷负荷、过热度、过冷度、输出功率与系统效率等性能参数的变化。仿真结果表明:升高热源温度或降低冷源温度会令系统热负荷、冷负荷、过热度升高;热源温度的改变不会对系统过冷度产生明显影响;升高热源温度或降低冷源温度会令系统输出功率与系统效率升高,降低冷源温度对系统效率影响最明显;热源流量、冷源流量分别阶跃变化20%时,热源流量、冷源流量的改变对工质的循环参数影响很小。本文研究成果可以为ORC低温余热发电装置的系统优化设计与制定系统运行策略提供理论参考。