卡琳娜（Kalina）循环是一种以朗肯循环为基础，利用氨-水混合物作为工质的新颖、高效的动力循环［37］。
1）Kalina技术原理
1981年A.I.Kalina提出了控制氨水混合工质浓度的动力循环（见图2.20）。通过在系统上增加一个分离器和一个回热器，将凝汽器分设为高压和低压两部分，以便调节沸点低的工质占有比。汽轮机排气先经回热器放热降温，再与由分离器分离出来的水气（经节流阀降压后）混合稀释后形成“基本工质”（氨占有比较少）进入低压凝汽器凝结，使之与冷却水升温线相匹配。由于降低了混合工质的露点，从而降低了汽轮机排气压力。
与传统水蒸气朗肯循环相比，卡琳娜循环可以利用温度更低的余热资源，如地热水、工业废热水等，并且维持不错的循环效率。原则上卡琳娜循环是在朗肯循环基础上发展起来的一种“升级技术”，即将“纯”的循环工质改进为氨和水的混合物，伴随而来的还有循环过程的改变。
使用卡琳娜循环，具有以下3方面的优点：
（1）在蒸发过程中工质变温蒸发，减少工质吸热过程的不可逆性，降低了热源的排烟温度，提高了热源的利用率，改善了循环性能。
（2）冷凝过程中的基本工质含氨较少，减少了混合工质在冷凝过程中的不可逆性，抑制了混合工质在动力循环“冷端”部分的不利因素，同时实现了在较低压力下工质完全冷凝的问题。
（3）利用内部回热技术，将汽轮机排气的部分余热用于分馏过程所需能量，既解决工艺用热，又节约了能量。
2）Kalina技术的研究
借鉴国外研究的示范成果，国内在20世纪90年代开始了卡琳娜循环技术的应用研究。东南大学的研究者在120kW样机上试验获得初步成功。试验证明，采用非共沸混合工质的Kalina循环是开发中低温热源动力回收的最有效途径之一。然而Kalina循环在循环参数与热源种类、初温的匹配、混合工质的组成、浓度优化控制、传热特性、流量、循环装置的调节变工况运行及热经济学仍需要进一步研究，ORC装置的密封泄漏、系统设备制造技术以及政策管理等问题也有待进一步探讨。
虽然Kalina循环的理论分析性能指标比纯有机工质的性能指标高，但由于氨-水混合液蒸发过程的复杂性未能获得降低传热温差的期望值，而换热系统的复杂性导致热力性能的下降，再则对低温发电系统性能评价不一，如系统热力性能与环境结合的“能耗污染综合指数”、表征系统多目标统一量化的“综合性能指标”等，缺乏总能系统的统一的评价体系，Kalina循环的推广应用还需更深入的研究和示范，尤其是政策的激励措施。
根据氨-水混合物的物性，以5000t/d新型干法水泥生产线为研究对象，运用仿真模拟，研究不同热源温度下Kalina循环系统的工质参数匹配。计算结果表明，Kalina循环系统比Rankine循环系统发电功率提高20.4%，热效率绝对值提高2.66%，效率达到44.31%［38］。在5000t/d水泥生产线的烟气热源条件下，Kalina循环与常规Rankine循环余热发电对比如下。
图2-20 循环系统简图
（1）当汽轮机进口压力大于5.25MPa时，Kalina循环发电量刚开始大于朗肯（Rankine）循环实际发电量；蒸气压力为12.25MPa时，Kalina循环相比Rankine循环多发电1492.12kW。(www.xing528.com)
（2）当压力低于6MPa时，Kalina循环氨-水工质泡露点温度较低，吸放热传热温差较大，工质吸热曲线与烟气放热曲线匹配性不佳，余热锅炉总可用能损失较多。
（3）高压的Kalina循环与实际工程采用低压参数的Rankine循环比较，存在系统设备与管道配件的投资增大，投资回收期延长等问题。
（4）烟气温度降至200℃，宜采用低沸点有机工质循环（ORC循环）进行余热回收发电。
由于Kalina循环吸放热传热温差减小，传热和冷却换热器的受热面积加大，按照欧洲标准，Kalina循环系统投资比Rankine循环增加1.3倍，单位发电量投资增加45%～50%，投资回收期延长5～8年。针对国内情况，Kalina循环的投资将为Rankine循环的2倍左右。因此，Kalina循环系统及装备的商业化还需深入研究。
有研究者提出新型氨吸收式动力-制冷复合循环，以精馏分离器（布置有塔顶冷凝器和塔底再沸器）代替闪蒸器，利用分离的浓氨水作为制冷剂，经节流降温后蒸发吸热，实现功冷并举。其与Kalina相比，循环总能利用率由14.5%提高到19.5%，效率由31.2%提高到31.6%［3940］。
制冷循环产生的冷量用于动力循环冷凝过程，以降低汽轮机排汽压力，提高汽轮机出力。这种中低温混合工质的联合循环，与常规的混合工质动力循环相比，汽轮机排汽由0.44MPa降到0.17MPa，循环平均放热温度由79.2℃降到39.9℃，总能利用率由10.3%上升到13.4%，效率由40.8%提升到53.3%。
通过正逆耦合循环，使得制冷系统的高温热源充当动力系统的低温热源，而动力系统的排热换热器成为制冷系统的高温驱动热源，两者的有效整合，提高了动力循环系统的整体经济性。
3）案例
一些运行中的卡琳娜循环电站案例如表2-9所示。
表2-9 卡琳娜循环电站案例
（续表）
①lb，质量单位，1lb=0.453592kg。
②℉，华氏温度，华氏度=32℉+摄氏度×1.8。
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