有机朗肯循环(ORC)是利用中低温热源的重要技术之一。当前,有机朗肯循环运行优化及机组集成技术有待发展和完善。本文针对低温有机朗肯循环过程集成关键技术和核心问题,在低温热源条件下开展变工况实验,获得有机朗肯循环系统输出特性和关键部件运行特性,提出ORC系统优化运行的指示性参数,集成适用于非稳定低温热源的有机朗肯循环样机。建立了完善的有机朗肯循环实验系统,采用三柱塞泵作为工质泵,涡旋膨胀机作为热工转换设备,R123作为工质。在140～160℃热源条件下,研究ORC变工况运行特性。三柱塞泵具有相对优异的实际运行效率,是文献报道水平的1.5～2.4倍；工质泵与膨胀机之间存在耦合关系；工质泵发生气蚀会造成工质流量显著偏离和剧烈波动；带有前置泵的有机朗肯循环系统能解决工质泵气蚀问题。对比恒定工质流量和恒定膨胀机转矩两种调节模式下系统瞬态特性发现,恒定膨胀机转矩调节模式下系统响应较为平稳,而恒定工质流量调节模式下系统响应更为迅速；恒定工质流量模式便于调节蒸发压力,而恒定膨胀机转矩模式便于调节膨胀机入口蒸汽过热度。稳态工况下获得最大膨胀机轴功为3.45kW,最大热效率6.29%。膨胀机入口蒸汽过热度影响膨胀机实际运行效率,存在最佳过热度(约20℃),对应着最大的膨胀机输出轴功,以及最大的系统热效率和(?)效率。开展基于单螺杆ORC系统运行特性实验,在160℃热源条件下获得最大膨胀机轴功5.09 kW,最大热效率为5.05%。相比涡旋膨胀机,单螺杆膨胀机具有单机功率较大、可在较低压力下运行等特点,更适用于低温热源。提出了两类无量纲积分温差作为有机朗肯循环系统运行优化的新指标参数。在不同热源温度下和ORC系统运行参数下,第一类无量纲积分温差与蒸发器比(?)损显著线性相关；存在最佳第二类无量纲积分温差区间(0.282±0.01),使得膨胀机有最大输出功,ORC系统有最大热效率和最大(?)效率。设计并搭建了10 kW级的有机朗肯循环集成样机。该样机采用了单螺杆膨胀机,并集成了远程监测和控制系统。用R245fa作为循环工质,在80～120℃C热源条件下开展实验,获得时均膨胀机轴功和系统热效率分别为7.764 kW、6.11%。在非稳定热源条件下,该集成机组运行稳定,为ORC发电系统应用推广提供重要数据支撑和运行实践。