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随着国际原油价格的持续上涨，燃料费用所占船舶营运成本的比例也越来越大，如何提高主机燃油能量利用率已成为航运界普遍关心的问题。同时，为了缓解温室效应，减少CO2的排放，国际海事组织(IMO)颁布了EEDI(Energy Efficiency DesignIndex，船舶能效设计指数)法案，对能耗不达标的船舶，船东需缴纳相应数量的罚金以补偿对环境的破坏。在船舶柴油机后搭建余热利用系统能够有效地回收主机废气和冷却水中的热量，减少柴油机因排气和冷却造成的能量损失，从而提高船舶整体的能量利用率，实现船舶的节能减排。 本文以基于6S50ME-C8.2型柴油机搭建的船舶余热利用系统为研究对象，建立余热利用系统各主要设备的火用分析模型，完成船舶柴油机余热利用系统的热平衡和火用平衡分析，得到系统各主要设备的火用损失、火用效率、火用损失系数和火用损率等参数，进而对余热利用系统的热力性能进行了准确评价，并找出了系统的用能薄弱环节；此外，研究了主机负荷变化对主机排气火用损失、冷却火用损失和主机火用效率的影响，以及蒸汽朗肯循环发电量、有机工质朗肯循环发电量和动力涡轮发电量随主机负荷的变化规律。 本文根据矩阵模式热经济学基本理论，通过明确各子系统燃料和产品的数学表达式，确立事件矩阵，建立补充方程，计算了余热利用系统各股流及各子系统的火用成本和单位火用成本；此外，结合系统各主要设备投资成本的估算方程，计算了各股流及各子系统的热经济学成本和单位热经济学成本，对系统的热经济性能进行评估，并研究了不同主机负荷下系统的热经济性能。研究发现，随主机负荷的增加，各股流和各子系统的单位火用成本及单位热经济学成本都是先减小后增大，且当主机负荷为75％时，系统有着较小的单位火用成本和单位热经济学成本。 本文最后使用遗传算法对主机处于75％负荷下的船舶柴油机余热利用系统进行了热经济学优化，以系统所消耗的外部资源成本、设备总投资成本与各设备火用损失成本之和作为目标函数，并选取与余热锅炉、汽轮机、有机工质蒸发器和有机工质汽轮机等设备设计和运行相关的22个参数作为决策变量。经遗传算法优化后，目标函数值降低2.50％，总的火用损失降低2.59％，总体火用效率提高1.77％，总发电量提高22.21％，加权发电成本降低13.89％，总投资成本增加5.31％，取得较好的热经济学优化结果。 本文的研究成果为船舶柴油机余热利用系统提供了一套完备的热经济性评估和优化方案，对系统的节能降耗与优化改造具有一定的指导意义。