随着国际原油价格的上涨,燃料费用占船舶航运运输成本的比例也越来越高,同时为了缓解温室效应,减少C02的排放,MEPC会议制定并通过了关于EEDI的决议,节能减排已成为我国船舶行业发展的必然趋势。首先,本文通过对国内外船舶柴油机余热利用发展现状的分析研究,在船舶柴油机后加装余热利用系统,能够有效地减少柴油机因排气和冷却损失的能量,提高船舶整体能量利用率。通过对热经济学的研究,将热经济学的相关理论与船舶柴油机余热利用系统相耦合,结合热力学和经济学的分析方法,从更深层次的角度分析能量损失的原因并完成系统热经济学成本的计算。从能量和成本两个方面研究船舶主柴油机余热利用系统,对于余热利用方案的选配具有深刻的指导意义。其次,本文针对以MAN公司生产的6S50ME型柴油机为主机的船舶余热利用系统,根据经典热力学的相关知识,在稳定流动开口系统的热力过程的(火用)分析基础上,建立超低温余热利用系统的各主要设备的(火用)平衡模型。利用能量品质的概念,对船舶柴油机余热利用系统进行了全面的能量分析及(火用)分析,得到余热系统主要部件的(火用)损失、(火用)效率等参数,得到主机排气损失及冷却损失随主机功率变化的规律,并对双段双压式余热发电系统、加装有机朗肯循环的余热发电系统进行了计算分析,通过计算分析得知,有机朗肯循环发电系统能有效地利用低温余热并发出可观的电量,结果表明:在主机75%～85%负荷之间时,燃料的利用率最高;运用热力学分析得到了余热锅炉、双压汽轮机及空气冷却器等设备都是热力学优化的关键。最后,本文通过矩阵模式热经济学相关理论研究,绘制出应用于矩阵模式热经济学的船舶柴油机余热利用系统热经济学分析简图,通过明确系统的“燃料”、“产品”,建立起燃料事件矩阵和产品事件矩阵,并建立补充方程,运用Matlab软件对矩阵进行求解,得出余热利用系统及其子系统中各股流的(火用)成本和单位(火用)成本,并计算了四个典型工况,即主机100%工况、85%工况、75%工况和50%工况,并得到随着主机功率的降低,系统各股流的单位(火用)成本随之降低的规律。由于余热利用系统内的空气冷却器和缸套水冷却器都有对余热利用系统外的供热,因此就其对外供热的(火用)量进行了不同的外部定价,并分析研究了不同的外部定价对系统(火用)成本的影响,结果表明:过高的外部定价使系统内各股(火用)流的单位(火用)成本降低。结合船舶余热利用系统各主要设备的报价情况,对船舶余热利用系统进行了热经济学成本分析,得到在主机85%工况时船舶余热利用系统具有较低的单位热经济成本。论文通过对船舶柴油机余热利用系统的建模和计算,获得了船舶动力系统能量利用、传递及损失规律,指出了船舶柴油机余热利用系统节能减排的重点,为开发高效的船舶主机余热利用系统提供理论依据。采用矩阵模式热经济学对船舶柴油机余热利用系统进行热经济学分析,能够便于实际成本的分析和决策,对实际工程具有一定的指导意义。