集中供热系统是城市的重要基础设施,近年来,以资源性发展为依托的北方城市集中供热系统得到了前所未有的发展,供热系统优化设计越来越受到人们的重视。进行集中供热系统优化研究,对节约工程投资、降低供热能耗、提高企业效益等都有着重要的意义。由于供热管网的优化设计在供热工程中占有重要地位,国内外学者对其进行了广泛而深入的研究,提出了多种优化方法,但这些方法在实际应用中均存在一定的局限性。本论文以北方某城市集中供热主干系统为研究对象,力求在解决集中供热系统的主干管网布局优化和换热站供热容量优化问题上进行探索性的工作。在阅读了大量国内外有关文献的基础上,主要针对供热系统设计逻辑结构进行了分析,对一次主干网设计中布局的优化和换热站设计中容量的合理选择进行了探讨。合适的供热模式是城市集中供热系统设计的前提。本文对城市集中供热系统进行了多层次、多角度的深入探讨,从简单系统到复杂系统逐层分解,从供热系统的基本目标以及经济、技术、管理目标逐一进行了解析,为一般城市的供热模式选择提供了详细的取舍依据。一次主干网布局是集中供热系统优化设计的重要组成部分。布局优化结合系统设计时面临的初投资、运行费、管理费和施工条件这四方面特点,采用图论理论的原理和方法,建立了集中供热系统一次网布局优化数学模型,选择了合适的算法,编写了通用程序,为一次主干网布局优化问题提供了一种新思路。合理的换热站容量对集中供热系统投资、运行具有决定性作用。换热站容量的确定直接影响到一次网的管径、走向、二次网的布局以及整个系统的初投资和运行费。根据换热站在整个供热系统结构中的地位建立了换热站优化定容数学模型并求解,其结果不仅具有地形复杂的山地城市的特殊性,还具有一般北方城市的普遍适用性,对集中供热系统换热站定容具有一定的指导意义。论文以陕西省府谷县城集中供热系统优化设计为例进行了验证,实践表明,采用论文中优化方法与常规设计方法相比,节省费用明显,经济效益显著,对于其它流体输送工程的管网布局设计和一般具有中转功能的工程设计也具有重要的参考作用。