随着全球环境恶化和能源危机不断加剧,国际海事组织对运输船舶的能效和燃油使用提出了日益严苛的要求。为了满足船舶能效标准和降低船舶营运成本,船舶需要进一步提升节能减排成效。船舶柴油机消耗的燃油所产生的热量只有不到50%用于船舶运行,其余热量通过各种途径散失到周围环境当中。余热回收技术可有效提高船舶能效,达到节能减排的目的,逐渐成为业内研究的热点。目前,船舶余热回收技术的研究主要针对船舶柴油机废气高温段的余热,而忽视了船舶柴油机废气低温段和缸套水的低温余热。虽然低温余热回收效率较低,但是其总量大,能够进一步提高船舶能效,提升节能减排成效。有机朗肯循环发电技术可将低品位热量转换成高品位的电能,特别适合用于船舶低温余热回收。本文基于有机朗肯循环发电技术回收船舶柴油机低温段废气和缸套水的低温余热开展了如下研究工作:首先,根据船舶柴油机废气的特点,本文将开式的柴油机废气热源转换成与柴油机缸套水类似的闭式热水热源,并建立了闭式热源有机朗肯循环热力学模型。本文以85℃热水为热源,研究了冷却水控制模式和循环工质对船舶低温有机朗肯循环性能的影响。研究发现:有机朗肯循环采用恒定的冷却水流量可使其性能更加稳定;非共沸混合工质能有效协调有机朗肯循环的低蒸发压力与高膨胀机进出口压差需求之间的矛盾,有效提高有机朗肯循环热力学性能,较纯工质更适合用于低温闭式热源有机朗肯循环。选配的非共沸混合工质中,R245ca/R1234ze(21.53/78.47)的综合性能最优。其次,针对MAN B&W 6S50MC型号柴油机设计了基本有机朗肯循环、串联有机朗肯循环和双有机朗肯循环三种低温余热回收方案,并对三种方案进行了热力学性能和经济性对比研究。研究发现:在热带环境工况中,串联有机朗肯循环净输出功率最高;而在常规环境和特殊环境工况中,双有机朗肯循环净输出功率最高。在经济性方面,串联有机朗肯循环在热带环境工况中年节油量最多,而双有机朗肯循环在常规环境工况和特殊环境工况中年节油量最多;串联有机朗肯循环在所有环境工况中投资回收期均最短。最后,设计并搭建了低温余热有机朗肯循环实验台,以R245fa为系统工质对低温热源有机朗肯循环的发电性能开展了实验研究。实验结果表明:润滑油供给量恒定的涡旋式膨胀机有机朗肯循环发电系统发电功率与蒸发压力成正比,受小范围冷凝压力变化影响不大,随着蒸气过热度升高先增加后维持稳定;发电效率与冷凝压力成正比,与蒸发压力成反比,随着蒸气过热度升高先升后降。