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有机朗肯循环（ORC）发电技术是回收余热和利用地热能、太阳能的最具推广前景技术之一。然而由于热源温度不高，ORC的热效率较低（通常10％左右），单位投资成本比高，因此提高ORC效率、降低发电成本是当前ORC亟需解决的关键问题，本文将围绕该关键问题开展新型流程设计、ORC的匹配、设备及系统的热经济分析优化开展研究。 首先，本文基于气液分离冷凝思想，提出利用分液器在冷凝过程中实现气液分离，以降低冷凝过程的压降和提高冷凝换热系数，从而节省冷凝器面积，降低系统的成本。提出基于气液分离思想的板式分液冷凝器并应用于非共沸 ORC中，建立设备热-经济模型和系统热-经济分析优化模型，以比发电成本最小为目标，采用遗传算法进行优化。以R245fa/pentane为工质分析对比了纯工质基本ORC、非共沸工质基本ORC和基于分液冷凝的 ORC，并对分液冷凝 ORC进行了操作参数和换热设备结构参数同步优化。结果表明，分液冷凝非共沸ORC无论在发电量还是发电成本上均优于基本非共沸ORC和纯工质ORC。 然后，提出了一种双级蒸发非共沸 ORC，通过在蒸发过程进行气液分离，气相进入膨胀机，液相在工质泵中增压进入第二级蒸发器继续吸热蒸发，然后进入膨胀机，该多级蒸发可以进一步提高非共沸工质温度滑移，实现与热源更好地匹配。建立该双级蒸发 ORC的热力学模型并利用遗传算法进行热力学优化。对比基本非共沸 ORC，双级蒸发非共沸ORC的净输出功提高14.1~17.2%，而对比纯工质的双级蒸发ORC，净输出功提高5.3~7.8%。同时，对多种二元非共沸工质的比较发现，在相同的系统中，不同非共沸工质之间差别不大。 最后，集成气液分离冷凝和多级蒸发思想，提出了分液冷凝-多级蒸发非共沸ORC，依据不同的多级蒸发过程提出了多种循环结构，建立了新型循环的热-经济性分析和多目标优化模型，采用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法求解多目标优化模型。结果表明在基本ORC、双级蒸发ORC、分液冷凝-双级蒸发ORC、串联双级蒸发ORC上，非共沸工质的表现要优于纯工质，在同等比成本下，非共沸工质R245fa/pentane的净输出功更高。以R245fa或pentane为工质时，分液冷凝-双级蒸发ORC的比成本和净输出功都是最优的，但以R245fa/pentane为工质时，分液冷凝-双级蒸发ORC、双级蒸发ORC、串联双级蒸发ORC之间差别不大。 本文中所提出的基于分液冷凝和多级蒸发的非共沸ORC循环及其分析优化方法可为提高中低温ORC系统的热-经济综合性能提供指导。