Abstract Stricter emission regulations and variability of fuel prices pose the focus on the optimization of steam turbine based propulsion plants of Liquefied Natural Gas (LNG) ships. The efficiency of such a propulsion plant has been improved in this work by studying the introduction of reheating and preheating stages in the onboard regenerative Rankine cycle. A thermodynamic model of the propulsion plant has been developed from the facility diagrams, being validated afterwards with available experimental data from actual ship operation. The predictions of different scenarios obtained by the model when introducing modifications in the power propulsion cycle showed promising results. It was found that a combination of preheating and reheating stages was found to increase the cycle efficiency up to 33.71%, reducing fuel consumption in around 20 t/day and CO 2 emissions in more than 20,000 t per year. An exergy analysis of the impact of cycle modifications and an economic assessment of the proposed investment plan were performed. It was found that the boiler was the main contributor to exergy destruction, fact that justifies the cycle modifications performed. The economic analysis of the investment plan of implementing the selected alternative provided benefits even in a conservative scenario, with an Internal Rate of Return higher than 12% and a Pay-Back Period less than 9 years for all the studied scenarios. In summary, a practical industrial application of thermodynamic and exergy analysis to the propulsion plant of a LNG ship has been shown, allowing an efficiency, economic and environmental improvement.

中文翻译：

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液化天然气运输船推进装置优化

摘要 更严格的排放法规和燃料价格的变化使液化天然气（LNG）船舶基于蒸汽轮机的推进装置的优化成为重点。在这项工作中，通过研究在机载再生朗肯循环中引入再加热和预热阶段，这种推进装置的效率得到了提高。推进装置的热力学模型已经从设施图中开发出来，然后用来自实际船舶操作的可用实验数据进行验证。当在动力推进循环中引入修改时，模型获得的不同场景的预测显示出有希望的结果。结果发现，预热和再加热阶段的组合可将循环效率提高至 33.71%，每年减少约 20 吨的燃料消耗和超过 20,000 吨的 CO 2 排放量。对周期修改的影响进行了火用分析，并对拟议的投资计划进行了经济评估。发现锅炉是火用破坏的主要贡献者，这一事实证明了进行循环修改是合理的。实施所选替代方案的投资计划的经济分析即使在保守方案中也提供了好处，所有研究方案的内部收益率均高于 12%，回收期少于 9 年。总之，热力学和火用分析在 LNG 船的推进装置中的实际工业应用已经得到展示，可以提高效率、经济性和环境。000 吨/年。对周期修改的影响进行了火用分析，并对拟议的投资计划进行了经济评估。发现锅炉是火用破坏的主要贡献者，这一事实证明了进行循环修改是合理的。实施所选替代方案的投资计划的经济分析即使在保守方案中也提供了好处，所有研究方案的内部收益率均高于 12%，回收期少于 9 年。总之，热力学和火用分析在 LNG 船的推进装置中的实际工业应用已经得到展示，可以提高效率、经济性和环境。000 吨/年。对周期修改的影响进行了火用分析，并对拟议的投资计划进行了经济评估。发现锅炉是火用破坏的主要贡献者，这一事实证明了进行循环修改是合理的。实施所选替代方案的投资计划的经济分析即使在保守方案中也提供了好处，所有研究方案的内部收益率均高于 12%，回收期少于 9 年。总之，热力学和火用分析在 LNG 船的推进装置中的实际工业应用已经得到展示，可以提高效率、经济性和环境。对周期修改的影响进行了火用分析，并对拟议的投资计划进行了经济评估。发现锅炉是火用破坏的主要贡献者，这一事实证明了进行循环修改是合理的。实施所选替代方案的投资计划的经济分析即使在保守方案中也提供了好处，所有研究方案的内部收益率均高于 12%，回收期少于 9 年。总之，热力学和火用分析在 LNG 船的推进装置中的实际工业应用已经得到展示，可以提高效率、经济性和环境。对周期修改的影响进行了火用分析，并对拟议的投资计划进行了经济评估。发现锅炉是火用破坏的主要贡献者，这一事实证明了进行循环修改是合理的。实施所选替代方案的投资计划的经济分析即使在保守方案中也提供了好处，所有研究方案的内部收益率均高于 12%，回收期少于 9 年。总之，热力学和火用分析在 LNG 船的推进装置中的实际工业应用已经得到展示，可以提高效率、经济性和环境。事实证明执行的循环修改是合理的。实施所选替代方案的投资计划的经济分析即使在保守的情况下也提供了好处，所有研究方案的内部收益率都高于 12%，回收期少于 9 年。总之，热力学和火用分析在 LNG 船的推进装置中的实际工业应用已经得到展示，可以提高效率、经济性和环境。事实证明执行的循环修改是合理的。实施所选替代方案的投资计划的经济分析即使在保守的情况下也提供了好处，所有研究方案的内部收益率都高于 12%，回收期少于 9 年。总之，热力学和火用分析在 LNG 船的推进装置中的实际工业应用已经得到展示，可以提高效率、经济性和环境。