循环冷却水系统被广泛的应用于工业中,用以移除无法回收的废热。循环冷却水系统是工业中的耗能耗水大户。它包含两个子系统:冷却器网络和泵网络。冷却水系统需要大量的能量来输送冷却水。降低水泵网络的耗能,对于循环冷却水系统整体能耗的降低,有重大意义。另一方面,循环冷却水系统需要不断地补充新鲜水,来维持整个系统的正常运转。在炼厂中,该系统占用了全厂70%左右的水耗。因此,提出优化模型,降低循环水系统的耗水量,也十分有必要。本论文中,第二章提出了一种可以同步优化泵网络和冷却器网络的模型。解释了泵网络与冷却器网络之间的相互作用。通常,两个子系统是分开优化的。由于泵成本,冷却器成本和冷却水流量之间的内在联系,因此冷却器网络和泵网络应同时优化。冷却器网络基于串并联的结构,确保冷却水可以在冷却器间重复使用。泵网络基于主辅泵网络,用以降低泵网络整体泵功。第三章提出了耦合水轮机网络的泵网络,用以进一步降低循环冷却水能耗。水轮机可以安置在循环水各支路或主管道。在主辅泵网络降低泵功的基础上,进一步回收系统的压力能,实现整体降耗。第四章提出了一种空冷和水冷的耦合冷却系统。所提出的模型允许系统自动选择冷却方法。在将空气冷却器引入冷却水系统后,由于热负荷的合理分配,冷却系统的年度总费用显着降低。模型根据当地水价和用电价格的不同,合理权衡水冷与空冷的热负荷,达到经济最优。第五章提出一种同时优化冷却水和制冷系统的模型。因为制冷系统的压缩机能耗较大,因此合理的分配两个系统的冷却负荷,有利于降低两个系统的整体能耗。几种优化模型的建模过程中,均使用混合整数非线性模型MINLP(Mixed Integer Non-Linear Programming)进行建模。目标函数为最小化年度费用TAC(Total Annual Cost)