多冷卻塔循環冷卻水系統的優化設計

循環冷卻水系統廣泛應用于化工、電力、煉油等行業中，其水耗和能耗非常高，研究循環冷卻水系統的節水節能和運行優化具有重要意義。 本文對循環冷卻水系統中重要設備冷卻塔進行建模分析，驗證了模型的準確性，利用該數學模型對冷卻塔進行嚴格計算，在不同空氣狀態、不同水與空氣進料質量比和不同進塔水溫情況下，分別得到了空氣干球溫度、空氣濕度和冷卻水溫度在塔內沿塔高的變化規律；建立系統的費用模型，以某一單塔單換熱用戶系統為例，研究系統中水與空氣質量比、循環水量和換熱器面積對系統設備費、操作費和總費用影響規律；針對兩塔三用戶系統，采用換熱用戶來自一個塔就回同一個塔方案，得到6種結構組合，隨著換熱用戶和冷卻塔數目的增加，匹配方案將按幾何級數遞增，為快速準確地找到*優匹配方案，須采用合理的優化算法解決。 針對多冷卻塔循環冷卻水系統，建立了基于遺傳算法的優化算法，以循環水量、空氣流量、換熱用戶與冷卻塔匹配方式及首次被引入的換熱器換熱面積作為優化變量，并結合冷卻塔嚴格數學模型同步優化求解冷卻塔出塔水溫，找到冷卻塔與換熱器之間的*優匹配方式。以二塔三用戶系統為例，采用遺傳算法同時進行結構和參數優化計算，得到了更優的匹配方式、出塔水溫、*佳換熱面積及進出每個換熱器的循環水溫度和流量等，三種空氣狀態下循環冷卻水系統總費用分別降低51.7%、47.4%、27.9%。通過算例優化結果可看出，采用遺傳算法對多冷卻塔循環冷卻水系統同時進行結構和參數優化，優化效果明顯。 采用上述優化算法對大型工業實例進行優化，在三種不同的環境條件下，對MDI算例兩塔五換熱用戶的優化，總費用分別降低約41%、31%、29%；TDI算例八換熱用戶分別用單塔進行參數優化，用兩塔和三塔同時進行結構和參數優化后，單塔總費用降低25%，兩塔和三塔總費用降低幅度約75%；以上結果表明，同時進行結構和參數優化，可以減少資源的浪費。為實際工業循環冷卻水系統的節能降耗提供可靠的理論依據。