本发明涉及一种利用海洋温差能的热力循环系统，其特征在于，包括蒸发器、气液分离器、预热器、第一透平、第二透平、吸收器和冷凝器；所述蒸发器位于海洋表层，所述冷凝器位于所述蒸发器下方的设定距离处；所述蒸发器与所述气液分离器连接，所述气液分离器分别与所述第一透平和预热器管道连接，所述预热器分别与所述第二透平、所述蒸发器和所述冷凝器管道连接，所述吸收器的输入分别与所述第一透平和所述第二透平管道连接，所述吸收器的输出与所述冷凝器管道连接；所述气液分离器分离出的气相工质蒸气进入所述第一透平做功，所述气液分离器分离出的液体通过预热器后进入所述第二透平做功。本发明提高了能量利用率。