在能源与环境问题日益受到关注的今天,有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)已被证明是有效利用中低温能源的可行技术路线之一。由于中低温能源常具有分布稀疏、局部储量大、不易并网等特点,故小微型ORC系统对于分布式能源的利用上具有天然的优势。本文在总结前人经验与研究成果的基础上,设计分析了一台10 kW级的小型ORC系统。建立一套稳态边界条件下的性能评估模型,根据冷热源条件,以热效率、?效率及经济性函数作为评价标准,在七种有机流体中进行了工质的优选过程,并应用综合评价函数来优化该系统的蒸发温度及冷凝温度,以此设计出系统其他参数。由于稳态研究只能描述某一特定工况下的系统性能,不能满足实际运行中偏离设计工况的性能预测需要,进一步基于ε-NTU算法结合移动边界法对换热器简化了有效考虑两相区换热的动态模型,对膨胀机和工质泵也使用了具有波动响应的模型。该动态模型计算速度快、稳定性好、精度也可达到工程实际的要求,对ORC变工况运行下的性能表现进行了良好的预测。针对该动态模型,在TRNSYS仿真平台下建立ORC部件的模块进行仿真,并可与其他已有模块快速建立连接,搭建适用于工程应用的数字实验平台。小微型ORC可方便应用于工业过程中各个环节,因此搭建了ORC回收工业余热进行集中供热的系统,对两种利用小型ORC设备改造原有供热系统的应用方式进行分析:(1)ORC加装在一次网前端进行长途输配供热,分为两种运行模式:a)125oC工业余热经ORC一级回收,其余热经过长距离管道后为地板辐射采暖的热用户进行供热;b)供热季工业余热直接进行供热,非供热季使用ORC设备对余热进行回收发电。(2)ORC加装在二次网前端,利用95oC的换热站热水热源发电,进行短途输配供热。结果表明,各系统均可保证用户室内温度水平,长途输配第一种模式下系统年净输出功为29825 kW·h,并发现由于ORC余热与环境间的温差较低,每年在供回水管道长距离热量输运中可避免大量热损失,利用MCT方法计算投资回收期为5.3年;第二种模式无需在管道上加装水泵补充流量压力,年输出功为26213 kW·h,没有热损失收益,投资回收期9.1年,但可用于散热器采暖系统;短途输配在供热季共输出功2277 kW·h,在现有技术条件下暂无推广意义。