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在世界各地能源日益枯竭、可用水愈加短缺的今天，节水节能已经成为全球工业界非常重视的问题，它将成为今后系统设计的主要出发点。在这种背景下，循环冷却水系统成为人们关注的焦点，净循环冷却水系统作为其中应用最广泛的系统，更是国内外学者研究的重点。 在生产实践中，净循环冷却水系统已被很多企业采用，但是，从系统设计到运行生产都有很多不合理的地方，造成了大量的浪费:在系统设计上，设备与生产需求不匹配造成不必要的投资浪费;在设备运行上，设备运行参数设定不合理，造成大量的电力浪费。针对这两个问题，本文从设备选型和设备运行参数这两个方面入手建立系统综合优化模型，将设备选型和所选设备参数配置进行同步优化，以实现净循环冷却水系统年度平均费用的最小化。 本文首先了解了净循环冷却水系统工艺流程，然后对系统中的设备进行机理模型分析，确定了设备选型根据和运行节能设计思路，在此基础上确定了净循环冷却水系统综合优化的决策变量和工艺约束条件。然后根据净循环冷却水系统工艺流程确定了优化模型的超结构，最后根据所得超结构以及决策变量和工艺约束条件建立了净循环冷却水系统综合的混合整数非线性规划模型(MINLP)。 净循环冷却水系统的MINLP模型可以看作是一个内层的非线性规划(NLP)模型和一个外层的组合优化模型的结合。在此基础上，本文对净循环冷却水系统的综合优化模型(MINLP)提出了一种分层嵌套算法。该算法先通过禁忌搜索算法对MINLP模型的外层组合问题进行优化探索，将MINLP模型转化成一个非线性问题(NLP)，然后通过SQP算法对NLP模型进行优化求解。 最终，将本文的优化设计方案应用到某厂的生产实际中，并将优化方案的经济指标与实际生产方案经济指标进行了对比分析，验证了该优化方案的有效性。