在能源危机和碳中和目标的驱动下,我国一方面在大力发展可再生能源,另一方面不断加大对现有能源利用技术的节能改造。余热余压利用作为节能领域的关键技术之一,在工业各领域越来越受到重视。作为我国电、热供应重要支柱的热电联产机组同时又是碳排放大户,一直是节能降耗的重点对象。与其它工业领域一样,热电联产机组的余热也主要以中低温的形式存在。对热电联产机组中低温余热余压进行高效利用,无论对提高机组能效水平还是促进我国碳达峰碳中和都具有重要意义。针对热电联产机组中主要存在的中低温余热余压类型,本文围绕抽汽余压利用、汽轮机冷端损失利用以及锅炉排烟潜热利用三个方面,以“温度对口,梯级利用”为基本原则,将余热和余压利用有机结合,开展了从设备建模、系统仿真到实际工程分析的研究工作。首先,针对现有研究对双螺杆膨胀机瞬态特性不够明了,对不同工况下性能分析较欠缺的问题,以水蒸汽膨胀做功为场景,采用CFD对双螺杆膨胀机瞬态过程进行了计算。分析了内部流场特性,并探究了变工况和变啮合间隙下参数变化特征,从而为其在热电联产机组余热余压回收中的应用奠定理论基础。研究发现:齿腔漏汽以接触线漏汽和漏汽三角漏汽为主;转子关键参数会随着转动角出现周期性波动,且阴转子输出扭矩仅为阳转子的27%;在变工况下,会发生过膨胀和欠膨胀现象,从而导致出口流量脉动不均匀度增长以及机组绝热效率下降;啮合间隙的提高也会使绝热效率快速下降,并使排汽侧温度提高。其次,以螺杆膨胀机运行特性研究为基础,针对热电联产机组抽汽供热过程中参数不匹配导致的余压损失问题,提出了基于螺杆膨胀机的供热抽汽梯级利用系统。以某330MW机组为例,将提出的方案与喷水减温和热泵供热两种调节手段进行了变工况对比,并对节能机理进行了探究。结果表明:喷水减温作为一种常用的调节手段对机组而言是一种负收益调节方式;在额定供热负荷下,膨胀机方案的发电煤耗率比原系统降低了 4.74g/kW·h,供热（火用）效率提高了 17.29%,并且变工况时该方案存在一个最佳运行区域。提出了等效节能量指标来对热泵供热和膨胀机供热方式的节能效益进行评估,发现对于一般热电联产机组,热泵方案回收的低温热源热量要高于膨胀机发电量的3.81倍时,其节能效益才会优于膨胀机方案。再次,针对热电联产机组余热余压同时存在但耦合利用研究较少的问题,结合上述对热泵和膨胀机供热特性的研究,提出了耦合热泵和膨胀机的余热余压梯级利用系统。将吸收式换热、热泵梯级加热以及膨胀机余压利用相结合来进行供热。采用联合仿真方法对案例机组进行计算,并与4个参考方案进行了对比。结果表明:额定工况下新系统的发电煤耗率降低了 13.84g/kW·h,供热（火用）效率提高了 13.93%。同时,热电解耦分析发现,额定工况下新系统电负荷运行范围增大了 23.34%,并且其最大供热负荷增大了 1 8.32%。此外,变工况分析表明新系统不论在煤耗还是供热（火用）效率上都具有优势,并且能够有效回收汽轮机排汽余热,实现汽轮机冷端近零排放。之后,针对锅炉湿烟气潜热利用不充分的问题,以上述设计的汽轮机余热余压梯级利用方案为基础,提出了将水喷淋法和溶液除湿法相结合的烟气余热和水协同深度回收利用系统。对顺流喷淋和溶液除湿的传热传质过程进行了建模,并采用联合仿真的方式,对全系统进行了参数分析和变工况计算。结果显示:对于喷淋塔,每一个液气比下均存在一个临界塔高和一个临界液滴粒径;液气比对喷淋塔和填料塔的性能影响最大,并且液气比的提高会减弱其它参数对传热传质过程的影响;在额定工况下,新系统回收了 38.46MW的烟气余热和55.81t/h的水,发电煤耗率降低了 8.91g/kW·h,供热（火用）效率提高了 12.12%。最后,将基于螺杆膨胀机的采暖抽汽余压利用方案在某330MW机组上进行了工程应用,并根据实际运行数据对螺杆膨胀机性能进行分析。结果表明:直径600mm的螺杆膨胀机在采暖供热期间能够达到其额定发电功率720kW,相对内效率保持在设计值68%左右。本文以热电联产机组中低温余热余压梯级利用为核心,将系统结构设计和建模相结合,通过仿真计算和工程数据分析对系统运行特性和关键参数特征进行了深入探究。研究内容和结论可为热电联产机组中低温余热余压利用的推广和实施提供一定的借鉴。