余热余压利用工程是我国节能减排工程的重点之一。目前在我国工业领域中存在大量小规模的余热资源,由于缺乏有效的技术手段而没有得到充分利用,使得总体的能源使用效率偏低。因此,开发新型高效的中低温余热发电系统,对于提高我国能源利用率,改善我国余热资源利用技术缺乏的现状具有重要的意义。本课题根据中低温余热资源的特点,提出了用单螺杆膨胀机和有机朗肯循环相结合的发电系统来解决余热资源的高效利用问题。本文首先设计并搭建了单螺杆膨胀机基本性能测试实验台,以压缩空气为动力源对单螺杆膨胀机进行了基本性能的试验研究,得到了单螺杆膨胀机的全负荷特性曲线、不同阀门开度下的性能曲线以及湿度和背压对膨胀机性能的影响曲线。试验结果表明:单螺杆膨胀机运行平稳、噪音低,运行过程中功率输出特性较好、温降明显,膨胀机的最大输出功可达5kW,温降最大为63℃;样机的效率并不是很理想,膨胀机还存在着很多不完善的地方,尤其是机械损失过大。其中,机械效率最高达到了95%,等熵效率最高为59%,总效率最大可以达到35%。综合看来,样机基本上达到了设计的初步要求,同时也存在着很大的改进余地。此外,本文针对以400℃烟气为热源的有机朗肯循环系统,提出确定系统各主要参数的方法,对R134a和R245fa两种工质,利用Matlab进行了计算。比较了两种工质在此热源条件下的优劣以及过热度对有机朗肯循环系统的影响。通过对以烟气为热源的有机朗肯循环系统的计算表明,对于R134a和R245fa两种工质,过热对增加热力系统输出功没有太大意义。综合比较来看,R134a在低温段的性能要好于R245fa,而R245fa在高温段的性能更优。最后,本文还在对膨胀机基本性能测试的基础上,设计并搭建了单螺杆膨胀机的有机朗肯循环发电系统。同时,创新性的设计和分析了单螺杆膨胀机有机朗肯循环发电系统在低温余热动力回收方面的应用案例,为中低温余热利用领域开辟了思路。